Клеточная теория Шлейдена и Шванна

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

«Воронежская государственная

Лесотехническая академия»

 

Лесной факультет

 

Кафедра ботаники и физиологии растений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

Клеточная теория Шлейдена и Шванна

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 121 гр.

М. И. Шахина

ПРОВЕРИЛА:

ассистент, к. с/х. н.

Ю.В. Чекменева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воронеж 2012 

Содержание

 

 

 

1 Краткая история цитологии.

Краткая история цитологии. Создание светового микроскопа. Световая микроскопия – специфический метод цитологии. Работы Р. Гука, А. ван Левенгука, К. Ф. Вольфа. Универсальность клеточной организации, гомологичность растительных и животных клеток. Основные положения клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена. Работы Р. Вирхова («каждая клетка от клетки»). Клетка как элементарная биологическая система.

Цитология – наука о клетке. Современные методы изучения клетки: электронная микроскопия, биохимические  и биофизические методы, биотехнологические методы, использование компьютерных технологий.

Современное определение клетки. Основные типы клеток (эукариотический и прокариотический). Животные и растительные клетки.

Структурные компоненты эукариотической  клетки: ядро, плазмалемма и цитоплазма. Ядро – строение и функции; ядерная оболочка, хроматин, ядрышко, ядерный матрикс. Плазмалемма (плазматическая мембрана) – строение и функции. Клеточные оболочки. Цитоплазма; цитоплазматический матрикс, цитоскелет, органоиды и включения. Немембранные органоиды; рибосомы, клеточный центр и органоиды движения. Одномембранные органоиды; эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, сферосомы, вакуоли; вакуолярная система клетки. Двумембранные органоиды; митохондрии и пластиды.

Прокариотическая клетка. Нуклеоид, кольцевая хромосома. Отсутствие постоянных одномембранных и двумембранных органоидов. Мезосомы.

 

2 Открытие клетки.

Открытие и дальнейшее изучение клетки стало возможным только после  изобретения микроскопа. Это связано  с тем, что человеческий глаз не способен различать объекты с размерами менее 0,1 мм, что составляет 100 микрометров (сокращ. микрон или мкм). Размеры же клеток (а тем более, внутриклеточных структур) существенно меньше. Например, диаметр животной клетки обычно не превышает 20 мкм, растительной – 50 мкм, а длина хлоропласта цветкового растения – не более 10 мкм. С помощью светового микроскопа можно различать объекты диаметром в десятые доли микрона. Поэтому световая микроскопия является основным, специфическим методом изучения клеток.

Примечание. 1 миллиметр (мм) = 1.000 микрометров (мкм) = 1.000.000 нанометров (нм). 1 нанометр = 10 ангстрем (Å). Одному ангстрему примерно соответствует  диаметр атома водорода.

Первые  оптические приборы (простые линзы, очки, лупы) были созданы еще в XII веке. Но сложные оптические трубки, состоящие из двух и более линз, появляются только в конце XVI века. В изобретении светового микроскопа принимали участие Галилео Галилей, отец и сын Янсены и другие ученые. Первые микроскопы использовались для изучения самых разнообразных объектов.

В середине XVII в. выдающийся английский естествоиспытатель Роберт Гук, изучая микроскопическое строение пробки, установил, что она состоит  из замкнутых пузырьков, или ячеек, разделенных общими перегородками  – стенками. Р. Гук назвал эти ячейки клетками (лат. – cellula). В дальнейшем Р. Гук изучал срезы живых стеблей и обнаружил в них аналогичные ячейки, которые, в отличие от мертвых клеток пробки, были заполнены «питательным соком». Свои наблюдения Р. Гук изложил в своем труде «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол» (1665).

В 1671 г. М. Мальпиги (Италия) и Н. Грю (Англия), изучая анатомическое строение растений, пришли к выводу, что все растительные ткани состоят из пузырьков-клеток. Термин «ткань» («кружево») впервые употребил Н. Грю. В работах Р. Гука, М. Мальпиги и Н. Грю клетка рассматривается как элемент, как составная часть ткани, которая не может существовать вне ткани, вне организма.

Однако  голландский микроскопист–любитель Антонио ван Левенгук (1680) наблюдал одноклеточные организмы (инфузории, саркодовые, бактерии) и другие формы одиночных клеток (форменные элементы крови, сперматозоиды). Позже (в XVIII в.) Л. Спалланцани открыл деление одноклеточных организмов. В дальнейшем на основании исследований отдельных клеток сформировались представления о клетке как элементарном организме.

Академик  Российской Академии наук Каспар Фридрих  Вольф (1759) установил, что клетка есть единица роста, то есть рост организмов сводится к образованию новых клеток.

Долгое  время изучались только клетки растений. Лишь в 1830-е гг. чешский гистолог Ян Пуркинье, немецкий физиолог Иоганнес Мюллер и другие исследователи показали, что клеточная организация является универсальной и для животных тканей, а немецкий физиолог Теодор Шванн доказал гомологичность растительных и животных клеток. До начала XIX в. считалось, что происхождение волокон и сосудов не связано с деятельностью клеток. Однако, изучая структуру хряща и хорды, Т. Шванн показал, что коллагеновые волокна являются производными клеток. В своих работах Т. Шванн широко использовал термин cytos (от греч. «полость») и его производные.

 

3. История клеточных теорий.

М. Мальпиги и Н. Грю сформулировали первую пенисто-ячеистую клеточную теорию: как пена состоит из пузырьков, так и ткань состоит из пузырьков-клеток. Клетка рассматривалась как элемент, как составная часть ткани. Клетки разделены между собой общими перегородками и поэтому не могут быть мыслимы вне ткани, вне организма.

 Академик  Российской Академии наук Каспар  Фридрих Вольф (1759), изучая рост  растений, установил, что клетка  есть единица роста, то есть  рост организмов сводится к  образованию новых клеток. К. Ф.  Вольф  был убежден в невозможности  существования клеток вне ткани, однако в зрелых плодах он наблюдал отдельные клетки, не имеющие общей перегородки. Система взглядов К. Ф. Вольфа может считаться первой стройной клеточной теорией, однако эта теория не носила универсального характера. К. Ф. Вольф не рассматривал клеточную теорию применительно к животным клеткам: «Этот вопрос обойден молчанием, ибо он не представляет никаких трудностей». В то же время К. Ф. Вольф считал проблему образования клеточной ткани у животных «столь же важной, сколь и темной».

Немецкий  естествоиспытатель Лоренц Окен (1809) на основе натурфилософских рассуждений пришел к выводу, что клетки одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны: «Первичный пузырек слизи в философском смысле может быть назван инфузорией... Растения и животные могут быть только лишь метаморфозами инфузорий... Организм представляет собою синтез инфузорий».

В начале XIX века немецкие ботаники Г. Линк, К. Рудольфи, Л. Тревиранус, И. Молденгауер доказали, что каждая растительная клетка является самостоятельной структурой («коробочкой»), покрытой непрерывной оболочкой. Немецкий ботаник Франц Мейен (1830) предсказал существование клеточных мембран: «клетка есть пространство, отграниченное вполне замкнутое мембраной».

Клетки многоклеточных животных до начала XIX в. практически не изучались. Известны лишь отдельные наблюдения клеток эпидермиса кожи угря и эритроцитов (Феликс Фонтана, 1781-1787). Только в начале XIX века в связи с развитием микроскопической техники и химии появилась возможность разнообразных способов подготовки микроскопических препаратов: фиксация, мацерация, дифференциальное окрашивание. Начинается интенсивное изучение клеток животных.

До начала XIX в. считалось, что в  состав тканей входят не только клетки, но и неклеточные структуры –  волокна и сосуды – происхождение которых не связывалось с деятельностью клеток. На основании подобных взглядов была создана теория сосудисто-волокнистого строения организмов, которую разработал швейцарский физиолог Альбрехт фон Галлер в 1757-1766 гг. и дополнил немецкий ботаник Франц Мейен в 1830 г.

В 1830-е гг. чешский гистолог Ян Пуркинье, немецкий физиолог Иоганнес Мюллер и  другие исследователи показали, что  клеточная организация является универсальной и для животных тканей, а немецкий физиолог Теодор Шванн доказал гомологичность растительных и животных клеток. В своих работах Т. Шванн широко использовал термин cytos (от греч. «полость») и его производные.

Изучая структуру хряща и  хорды, Т. Шванн показал, что коллагеновые волокна являются производными клеток.

 

4. Основные положения клеточной теории Шванна–Шлейдена.

В 1838-1839 гг. Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден сформулировали основные положения клеточной теории:

1. Клетка есть единица структуры.  Все живое состоит из клеток  и их производных. Клетки всех организмов гомологичны.

2. Клетка есть единица функции.  Функции целостного организма  распределены по его клеткам.  Совокупная деятельность организма  есть сумма жизнедеятельности  отдельных клеток.

3. Клетка есть единица роста  и развития. В основе роста и развития всех организмов лежит образование клеток.

Клеточная теория Шванна–Шлейдена  принадлежит к величайшим научным  открытиям XIX в. В то же время, Шванн  и Шлейден рассматривали клетку лишь как необходимый элемент  тканей многоклеточных организмов. Вопрос о происхождении клеток остался нерешенным (Шванн и Шлейден считали, что новые клетки образуются путем самозарождения из живого вещества).

Только немецкий врач Рудольф Вирхов (1858-1859 гг.) доказал, что каждая клетка происходит от клетки.

В конце XIX в. окончательно формируются представления о клеточном уровне организации жизни. Немецкий биолог Ганс Дриш (1891) доказал, что клетка – это не элементарный организм, а элементарная биологическая система. Постепенно формируется особая наука о клетке – цитология.

Дальнейшее развитие цитологии  в XX в. тесно связано с разработкой  современных методов изучения клетки: электронной микроскопии, биохимических  и биофизических методов, биотехнологических методов, компьютерных технологий и  других областей естествознания.

Современная цитология изучает  строение и функционирование клеток, обмен веществ в клетках, взаимоотношения  клеток с внешней средой, происхождение  клеток в филогенезе и онтогенезе, закономерности дифференцировки клеток.

В настоящее время принято следующее определение клетки:

Клетка – это элементарная биологическая  система, обладающая всеми свойствами и признаками жизни. Клетка есть единица  структуры, функции и развития организмов.

 

5. Проблема образования новых клеток.

В XVIII в. Л. Спалланцани впервые наблюдал деление одноклеточных организмов (инфузорий).

Однако проблему образования новых  клеток впервые сформулировал Каспар Фридрих Вольф (его диссертация  называлась «Теория зарождения»  – Theoria generationis, 1759). По мнению К. Ф. Вольфа, клетки растений образуются из студневидной гомогенной массы в ходе органогенеза.

Впервые деление клеток (дробление  яиц лягушки) наблюдали французские  ученые Прево и Дюма (1824). Более  подробно этот процесс описал итальянский  эмбриолог М. Рускони (1826). Процесс  деления ядер при дроблении яиц у морских ежей описал К. Бэр (1845). Первое описание деления клеток у водорослей выполнил Б. Дюмортье (1832).

Однако Т. Шванн и М. Шлейден  считали, что клетки образуются в  ходе цитогенеза из зернышек–цитобластов, которые могут зарождаться в самих клетках (М. Шлейден) и вне клеток (Т. Шванн).

Русский ботаник Павел Федорович  Горянинов («Система природы», 1837) экспериментально установил, что цитогенез был  возможен только в эволюционном прошлом, а в настоящее время клетки возникают или путем деления, или путем почкования, или путем слияния.

Окончательный ответ на вопрос о  возникновении новых клеток дал  Рудольф Вирхов (ученик И. Мюллера). В работе «Целлюлярная патология...» (1858) он изложил основные положения  собственной клеточной теории:

1. Клетка есть последний морфологический  элемент, способный к жизнедеятельности.

2. Любая клетка происходит только  от клетки.

3. Организм есть федерация клеточных  государств.

 

6. Развитие клеточной теории.

Клеточная теория Шванна–Шлейдена–Вирхова  постоянно развивалась.

Макс Шультце (1861) дал морфологическое  определение клетки: клетка – комочек  протоплазмы, внутри которого лежит  ядро. Этим определением он попытался  решить проблему неклеточных структур, например, волокон поперечно-полосатых  мышц, которые образуются путем слияния одноядерных миобластов (эмбриональных мышечных клеток): при этом индивидуальные оболочки (мембраны) утрачиваются, но каждое ядро сохраняет окружающую его саркоплазму (эндоплазму с органоидами). Таким образом, М. Шультце подчеркивал сохранение индивидуальности клеток даже при их слиянии.

Немецкий зоолог-эволюционист Эрнст  Геккель создал теорию происхождения  многоклеточных организмов путем дифференциации клеток колоний одноклеточных организмов (теория гастреи). При этом возможно слияние отдельных клеток с образованием синцития («соклетия»). Таким образом, Э. Геккель заложил основы эволюционной цитологии.