Клеточная теория

Работа

Ученицы 10-А класса

УВК «Артемовская школа-гимназия №7»

Обуховой  Ирины

 Впервые клеточное  строение наблюдал английский естествоиспытатель Р.Гук в 1665 году у растений с помощью усовершенствованного им микроскопа; он же ввел термин «клетка».

ГУК (Хук) (Hooke) Роберт (1635-1703), английский естествоиспытатель, разносторонний ученый и экспериментатор, архитектор. Открыл (1660) закон, названный его именем. Высказал гипотезу тяготения. Сторонник волновой теории света. Улучшил и изобрел многие приборы, установил (совместно с Х. Гюйгенсом) постоянные точки термометра. Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, ввел термин «клетка».

* * *

ГУК (Hooke) Роберт (18 июля 1635, Фрешуотер, о. Уайт — 3 марта 1703, Лондон) английский физик, астроном, ботаник и изобретатель, один из ярчайших представителей науки 17 века, один из создателей и деятельный член Лондонского королевского общества, его секретарь в 1677-83 гг., профессор Лондонского университета.

Первые  годы

Гук родился в семье  настоятеля церкви Всех Святых. Ребенок был тщедушным и хилым, но, вопреки опасениям близких, он выжил. Потеряв в 1648 отца, Гук был определен учеником художника Питера Лели и переехал в Лондон.

Гук впоследствии отзывался  о времени обучения довольно неодобрительно, не любил запах красок и, кроме того, считал, что глупо платить за обучение тому, чему можешь научиться и сам. Однако, в дальнейшем, когда он иллюстрировал свои труды, плоды учебы очень пригодились.

Четырнадцати  лет Гук поступил в Вестминстерскую  школу Башби, где проучился до 1653 г. Он оказался блестящим учеником. Рассказывают, что он за неделю изучил 6 книг геометрии Евклида. В школе Гук изучил латинский — язык научного общения того времени, а также греческий и древнееврейский и даже научился играть на органе.

Переезд в Оксфорд

Важным  событием в жизни  Гука был переезд  в Оксфорд, где  он стал студентом  колледжа Крайст-черч (Церкви Христовой) и хористом в церкви этого  колледжа, а через  год ассистентом, а потом и ближайшим  сотрудником Роберта  Бойля. В это же время Гук знакомится с участниками Оксфордского «Невидимого колледжа» — это было первым опытом научно-организационного общения, которому суждено было в дальнейшем занять важное место в его жизни.

Конец 1650 и начало 1660-х  гг. принесли Гуку первые значительные успехи. Он изобрел весьма удачный воздушный насос, опубликовал трактат о капиллярных движениях жидкостей и придумал пружинный привод механизма карманных часов; впоследствии это породило спор о приоритете с Гюйгенсом.

В 1662 Оксфордский университет присвоил Гуку степень магистра искусств, и он был назначен куратором экспериментов Королевского общества. Это общество тогда еще только формировалось. В 1663 Гук составил устав Королевского общества, а 3 июня был избран его членом, а впоследствии (1677) — секретарем.

В 1664 г. на Англию обрушилось бедствие — чума. Многие поспешили  уехать из Лондона. Гук  остался в Лондоне.

Незадолго перед этим он стал профессором Грешемовского  колледжа и получил  квартиру в его  здании, а в январе 1665 был пожизненно избран куратором экспериментов Королевского общества. Должность куратора была почетной, но далеко не простой. Нужно было готовить и демонстрировать новые эксперименты. Куратор не только не получал вознаграждения, но должен был нести и затраты. Хотя Гук вовсе не был богат, он охотно выполнял эту работу, которая, помимо всего прочего, помогала его собственным исследованиям, а также создавала ему авторитет почетного и полезного клиента-консультанта у мастеров, изготовлявших приборы и инструменты. Вот как писали о его работе в «Истории Королевского общества»: «Гук произвел перед Обществом удивительное разнообразие экспериментов, например, относительно действия вакуума, о силе артиллерийского пороха, о термическом расширении стекла. Между прочими вещами он показал первый действительный микроскоп и множество открытий, сделанных с его помощью, первую ирисовую диафрагму и целый ряд новых метеорологических приборов».

Не  нужно думать, что  деятельность Королевского общества встречала  всеобщее одобрение. Даже великий Джонатан Свифт  в «Путешествии Гулливера» довольно ядовито высмеивал академиков в образе полусумасшедших обитателей Академии в Лагадо.

«Микрография»

В 1665 вышел из печати капитальный  труд Гука — «Микрография». Это было не только изложение результатов  принципиально нового применения микроскопа как исследовательского инструмента. Книга гораздо шире и глубже. В ней описано 57 «микроскопических» и 3 «телескопических» эксперимента. Гук исследует растения, насекомых и животных и делает важнейшие открытия, касающиеся не только отдельных органов, но и клеточного строения тканей.

Рассматривая  окаменелости, Гук, фактически, выступил как основатель палеонтологии.

Гук снабдил книгу  превосходными, выполненными им и представляющими  самостоятельный  и научный, и даже художественный интерес гравюрами.

Автор «Микрографии» выдвигает  оригинальные идеи, касающиеся света, тяготения  и строения материи. Он постоянно изобретает. Так, он придумывает  вычислительную машину, которая позволяет  выполнять любые  арифметические действия, усовершенствует прибор для исследования магнитного поля Земли.

Нередко он вступает в дискуссии  с другими учеными. Так, в 1674 г. он спорит с Я. Гевелием, отстаивая  идею использования  телескопов в угломерных инструментах. Порой, приходится признать, дискуссии бывают слишком резкими, особенно когда дело касается вопросов приоритета.

Из  работ второй половины 1670-х  гг. особо можно  выделить исследования по теории упругости, основным результатом  которых явился знаменитый закон Гука. Если, например, рассматривается  удлинение проволоки под воздействием определенной силы, то этот закон формулируется так: относительное удлинение (т.е. увеличение длины, отнесенное к первоначальной длине), пропорционально величине этой силы, обратно пропорционально сечению проволоки и зависит от того, из какого материала она изготовлена. Гук даже понял, что такой закон справедлив только в случае малых деформаций.

Гук и Ньютон

В 1672 членом Лондонского  Королевского общества был избран Исаак  Ньютон, но вовсе  не как величайший из физиков-теоретиков, а как создатель удачного зеркального телескопа (Гук, заметим, также изготовил телескоп-рефлектор).

В течение многих лет  отношения между  Ньютоном и Гуком  почти постоянно  оставались напряженными. Иногда расхождения  касались частных  вопросов. Так, в 1679 возник спор «о фигуре кривой, которую будет описывать падающее тело». Но чаще они затрагивали фундаментальные проблемы. Из них особо резкими были те, что касались представлений о физической природе света. Ньютон выдвинул и отстаивал теорию, согласно которой свет представляет собой поток особых частичек — световых корпускул. Гук же полагал, что свет состоит из очень быстрых и коротких вибрационных движений некоторой прозрачной среды, через которую он проходит. Таким образом, уже здесь возникла дискуссия между сторонником корпускулярного и волнового механизма. Со временем этот спор достиг такого накала, что Ньютон принял твердое решение: пока жив Гук, не публиковать никаких работ по оптике. Тяжело переживали обе стороны разгоревшийся в 1686 спор о приоритете в вопросе, о законе всемирного тяготения. По-видимому, Гук действительно сам понял, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами, и он обвинил автора знаменитых «Начал» в плагиате. Он написал в Королевское общество, что давно знал о притяжении между телами, но загруженность другими работами не позволила ему заняться этой проблемой обстоятельнее.

Впрочем, многие исследователи  считают, что, даже если он и знал «закон обратных квадратов», однако лишь Ньютон не только правильно  определил закон взаимодействия, но, сформулировав основные законы механики, объяснил на их основе движения планет, приливы и отливы океана и вообще открыл новую страницу в книге науки. Что же касается Гука, то он действительно не только постоянно интересовался проблемой тяготения, но и провел, начиная с 1671 серию опытов по его изучению, несмотря на огромную перегруженность работой.

Последние годы

Ведь  ему приходилось  заниматься и не одними научными проблемами. В 1665 в страшном пожаре выгорела значительная часть Лондона. Восстановительными работами после пожара руководил выдающийся английский архитектор Кристофер Рен, ближайшим помощником и другом которого был Гук. Напряженнейшая работа (спать удавалось не более трех-четырех часов в сутки) растянулась на четыре года, и можно лишь поражаться, как Гуку удавалось совмещать ее с научными и другими трудами. Правда, эта работа несколько улучшила материальное положение Гука, но за это приходилось платить здоровьем, и без того не блестящим.

Постепенно  слабея, Гук не только продолжал работу, но и включал в нее все новые области. Он заинтересовался устройством мускулов и начал придумывать их механические модели, получил степень доктора медицины, занялся изучением янтаря и читал об этом лекции, прочитал также лекцию о причинах землетрясений.

Последним изобретением больного и почти ослепшего  Гука был морской  барометр. Об этом изобретении  в феврале 1701 на заседании  Королевского общества доложил Эдмонд Галлей, который уже четверть века назад вошел  в круг близких  друзей ученого. Роберт Гук, один из самых разносторонне одаренных людей своего времени, скончался в своей квартире в Лондоне в Грешемовском колледже 3 марта 1703.

      Английский  ботаник Р.Броун в 1831 описал ядро растительной клетки. Но первые шаги к  раскрытию и пониманию клеточного ядра сделал немецкий ботаник М.Шлейден в 1838г. Немецкий зоолог Т.Шванн кроме собственных исследований использовал данные М. Шлейдена, Я.Пуркине и других ученых, указав на общий принцип клеточного строения и роста тканевых структур животных и растений.  

 ШВАНН (Schwann) Теодор (1810-82), немецкий биолог, основоположник клеточной теории. На основании собственных исследований, а также работ М. Шлейдена и других ученых в классическом труде «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839) впервые сформулировал основные положения об образовании клеток и клеточном строении всех организмов. Труды по физиологии пищеварения, гистологии, анатомии нервной системы. Открыл пепсин в желудочном соке (1836). 

Ему принадлежит заслуга оформления клеточной теории, соответствовавший уровню развития науки того времени (1839). В дальнейшим клеточная теория была распространена и на одноклеточные организмы, были сформированы представления о ядре и цитоплазме как о главнейших компонентах клетки. Немецкий ученый Р.Вирхов в 1858 году обосновал принцип преемственности клеток путем их деления – каждая клетка из клетки.

      Все основные положения клеточной теории сохранили значение и сейчас. В  современном виде теория содержит четыре основных вывода:

1. Клетка является наименьшей, элементарной единицей живого, вне клетки нет жизни. Этот постулат клеточной теории распространяется как на эукариотические, так и на прокариотические клетки, как на одноклеточные, так и на многоклеточные.
2. Клетки увеличиваются в размере, размножаются, только путем деления исходной (родительской) клетки, чему предшествует процесс удвоения ее генетического материала (ДНК). Следовательно, деление клетки приводит к равномерному и равнокачественному распределению молекул ДНК по двум новым (но одинаковым по содержанию и по свойствам их ДНК) клеткам. Но для того чтобы удвоить ДНК (хромосомы) и соответственно удвоить свою массу и размеры, а потом разделиться, исходной клетке необходимо провести огромную синтетическую работу: из простых веществ создать сложные полимерные органические молекулы. Поэтому-то клеточная теория гласит, что клетка может происходить только от клетки (закон Р.Вирхова). Любые другие пути возникновения клеток науке не известны.
3. Клетки сходны по своим основным свойствам и строению (гомологичные). Это положение теории подразумевает, что такая гомология клеток определяется общностью их происхождения. Конечно, прокариотические клетки устроены проще, чем эукариотические, но те и другие имеют в принципе очень сходне пути обмена веществ, структурные сходные основные части (мембраны, рибосомы, сократимые нити и др.). Поэтому есть все основания считать, что эукариотические клетки произошли от общих предков с прокариотическими.

     Клетки  эукариотических многоклеточных организмов необычайно разнообразны как по форме, так и по внутренней организации. Однако все они содержат одни и те же органоиды, у них одни и те же общие обменные процессы. Различие же – в специализации: нервные клетки, например, предназначены для преобразования и передачи нервного сигнала, мышечные – для создания механической тяги. У последних сильно развита специальная система фибрилл (нитей), укорачивание которых приводит к сокращению мышц. В нервной клетки тоже есть элементы сократимого аппарата, но он выражен слабо. Зато в нервных клетках сильно развита система специальных каркасных нитчатых структур – цитоскелет, который поддерживает многоотростчатую форму нервной клетки, а ее плазматическая мембрана особо специализирована для проведения электрического сигнала.