Цитология изучает. Цитология

Цитология - наука, изучающая клеточное взаимодействие и структуру клетки, которая, в свою очередь, является фундаментальной составляющей любого живого организма. Сам термин происходит от древнегреческих понятий «китос» и «логос», означающих, соответственно, клетку и учение.

Возникновение и раннее развитие науки

Цитология - это одна из целой плеяды наук, которые отпочковались в Новое время от биологии. Предтечей ее возникновения стало изобретение микроскопа в XVII веке. Именно наблюдая за жизнью через подобную примитивнейшую конструкцию, англичанин впервые обнаружил, что из клеток состоят все Таким образом, он заложил то, что изучает цитология сегодня. Десятью годами позже другой ученый - Антони Левенгук - обнаружил, что клетки имеют строго упорядоченную структуру и закономерности функционирования. Ему принадлежит и открытие существования ядер. Вместе с тем еще долгое время представление о клетке и ее функционировании тормозились неудовлетворительным качеством микроскопов того времени. Следующие важные шаги были сделаны в середине XIX века. Тогда была существенно усовершенствована техника, что позволило создать новые концепции, которым и обязана своим интенсивным развитием цитология. Это, прежде всего, открытие протоплазмы и возникновение

Появление клеточной теории

Основываясь на накопившихся к тому времени эмпирических знаниях, биологи М. Шлейден и Т. Шванн практически одновременно предложили научному миру идею того, что все клетки животных и растений сходны между собой, и что каждая такая клетка сама по себе обладает всеми свойствами и функциями живого организма. Подобное представление о сложных жизненных формах на планете оказало существенное влияние на путь, по которому далее прошла цитология. Это касается и ее современного развития.

Открытие протоплазмы

Следующим важным достижением в упомянутой области знаний стало открытие и описание свойств протоплазмы. Она является веществом, которое наполняет клеточные организмы, а также представляет собой среду для органов клеток. Позднее знания ученых об этом веществе эволюционировали. Сегодня его называют цитоплазмой.

Дальнейшее развитие и открытие генетической наследственности

Во второй половине XIX были обнаружены дискретные тельца, которые содержатся в Они были названы хромосомами. Их изучение открыло человечеству законы генетической непрерывности. Важнейшим вкладом в эту область отметился в конце XIX века австриец Грегор Мендель.

Современное состояние науки

Для современного научного сообщества цитология - это одна из важнейших отраслей биологических знаний. Таковой ее сделало развитие научной методологии и технических возможностей. Методы современной цитологии широко используются в полезных для людей исследованиях, например, при изучении раковой опухоли, выращивании искусственных органов, а также в селекции, генетике, выведении новых видов животных и растений и так далее.

Цитология - наука о клетке. Наука о клетке называется цитологией (греч. "цитос"-клетка, "логос"-наука). Предмет цитологии - клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией, химией, физикой, математикой. Цитология - одна из относительно молодых биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина "клетка" насчитывает свыше 300 лет. Впервые название "клетка" в середине XVII в. применил Р.Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.

В середине XIX столетия на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира.

На уроке мы узнаем историю возникновения цитологии, вспомним понятие клетки, рассмотрим, какой вклад внесли различные ученые в развитие цитологии.

Все живые су-ще-ства, за ис-клю-че-ни-ем ви-ру-сов, со-сто-ят из кле-ток. Но для уче-ных про-шло-го кле-точ-ное стро-е-ние живых ор-га-низ-мов было не таким оче-вид-ным, как для нас с вами. Наука, изу-ча-ю-щая клет-ку,ци-то-ло-гия , сфор-ми-ро-ва-лась лишь к се-ре-дине XIX века. Без зна-ния о том, от-ку-да бе-рет-ся жизнь, что яв-ля-ет-ся ее мель-чай-шей еди-ни-цей, вплоть до Сред-не-ве-ко-вья по-яв-ля-лись тео-рии о том, на-при-мер, что ля-гуш-ки про-ис-хо-дят от грязи, а мыши за-рож-да-ют-ся в гряз-ном белье (рис. 2).

Рис. 2. Теории Средневековья ()

«Гряз-ное белье сред-не-ве-ко-вой науки» пер-вым «раз-во-ро-шил» в 1665 г. ан-глий-ский есте-ство-ис-пы-та-тель Ро-берт Гук (рис. 3).

Рис. 3. Роберт Гук ()

Он впер-вые рас-смот-рел и опи-сал обо-лоч-ки рас-ти-тель-ных кле-ток. А уже в 1674 г. его гол-ланд-ский кол-ле-га Ан-то-ни ван Ле-вен-гук (рис. 4) пер-вым раз-гля-дел под са-мо-дель-ным мик-ро-ско-пом неко-то-рых про-стей-ших и от-дель-ные клет-ки жи-вот-ных, такие как эрит-ро-ци-ты и спер-ма-то-зо-и-ды.

Рис. 4. Антони ван Левенгук ()

Ис-сле-до-ва-ния Ле-вен-гу-ка ка-за-лись со-вре-мен-ни-кам на-столь-ко фан-та-сти-че-ски-ми, что в 1676 году Лон-дон-ское ко-ро-лев-ское об-ще-ство, куда он от-сы-лал ре-зуль-та-ты своих ис-сле-до-ва-ний, очень силь-но в них за-со-мне-ва-лось. Су-ще-ство-ва-ние од-но-кле-точ-ных ор-га-низ-мов и кле-ток крови, на-при-мер, никак не укла-ды-ва-лось в рамки то-гдаш-ней науки.

Чтобы осмыс-лить ре-зуль-та-ты труда гол-ланд-ско-го уче-но-го, по-тре-бо-ва-лось несколь-ко веков. Толь-ко к се-ре-дине XIX в. немец-кий уче-ный Тео-дор Шванн, ос-но-вы-ва-ясь на тру-дах сво-е-го кол-ле-ги Ма-тти-а-са Шлей-де-на (рис. 5), сфор-му-ли-ро-вал ос-нов-ные по-ло-же-ния кле-точ-ной тео-рии, ко-то-рой мы поль-зу-ем-ся и по сей день.

Рис. 5. Теодор Шванн и Маттиас Шлейден ()

Шванн до-ка-зал, что клет-ки рас-те-ний и жи-вот-ных имеют общий прин-цип стро-е-ния, по-то-му что об-ра-зу-ют-ся оди-на-ко-вым спо-со-бом; все клет-ки са-мо-сто-я-тель-ны, а любой ор-га-низм - это со-во-куп-ность жиз-не-де-я-тель-но-сти от-дель-ных групп кле-ток (рис. 6).

Рис. 6. Эритроциты, деление клетки, молекула ДНК ()

Даль-ней-шие ис-сле-до-ва-ния уче-ных поз-во-ли-ли сфор-му-ли-ро-вать ос-нов-ные по-ло-же-ния со-вре-мен-ной кле-точ-ной тео-рии:

Клет-ка - уни-вер-саль-ная струк-тур-ная еди-ни-ца жи-во-го.
Клет-ки раз-мно-жа-ют-ся путем де-ле-ния (клет-ка от клет-ки).
Клет-ки хра-нят, пе-ре-ра-ба-ты-ва-ют, ре-а-ли-зу-ют и пе-ре-да-ют на-след-ствен-ную ин-фор-ма-цию.
Клет-ка - это са-мо-сто-я-тель-ная био-си-сте-ма, от-ра-жа-ю-щая опре-де-лен-ный струк-тур-ный уро-вень ор-га-ни-за-ции живой ма-те-рии.
Мно-го-кле-точ-ные ор-га-низ-мы - это ком-плекс вза-и-мо-дей-ству-ю-щих си-стем раз-лич-ных кле-ток, обес-пе-чи-ва-ю-щих ор-га-низ-му рост, раз-ви-тие, обмен ве-ществ и энер-гии.
Клет-ки всех ор-га-низ-мов сход-ны между собой по стро-е-нию, хи-ми-че-ско-му со-ста-ву и функ-ци-ям.

Клет-ки чрез-вы-чай-но раз-но-об-раз-ны. Они могут раз-ли-чать-ся по струк-ту-ре, форме и функ-ци-ям (рис. 7).

Рис. 7. Разнообразие клеток ()

Среди них есть сво-бод-но жи-ву-щие клет-ки, ко-то-рые ведут себя как особи по-пу-ля-ций и видов, как са-мо-сто-я-тель-ные ор-га-низ-мы. Их жиз-не-де-я-тель-ность за-ви-сит не толь-ко от того, как ра-бо-та-ют внут-ри-кле-точ-ные струк-ту-ры, ор-га-но-и-ды. Они сами вы-нуж-де-ны до-бы-вать себе пищу, пе-ре-ме-щать-ся в окру-жа-ю-щей среде, раз-мно-жать-ся, то есть дей-ство-вать как ма-лень-кие, но вполне са-мо-сто-я-тель-ные особи. Таких сво-бо-до-лю-би-вых од-но-кле-точ-ных очень много. Они вхо-дят во все цар-ства кле-точ-ной живой при-ро-ды и на-се-ля-ют все среды жизни на нашей пла-не-те. В мно-го-кле-точ-ном ор-га-низ-ме клет-ка яв-ля-ет-ся его ча-стью, из кле-ток об-ра-зу-ют-ся ткани и ор-га-ны.

Раз-ме-ры кле-ток могут быть очень раз-ны-ми - от одной де-ся-той мик-ро-на и до 15 сан-ти-мет-ров - таков раз-мер яйца стра-у-са, пред-став-ля-ю-ще-го собой одну клет-ку, а вес этой клет-ки - пол-то-ра ки-ло-грам-ма. И это да-ле-ко не пре-дел: яйца ди-но-зав-ров, к при-ме-ру, могли до-сти-гать в длину целых 45 сан-ти-мет-ров (рис. 8).

Рис. 8. Яйцо динозавра ()

Обыч-но у мно-го-кле-точ-ных ор-га-низ-мов раз-ные клет-ки вы-пол-ня-ют раз-лич-ные функ-ции. Клет-ки, сход-ные по стро-е-нию, рас-по-ло-жен-ные рядом, объ-еди-нен-ные меж-кле-точ-ным ве-ще-ством и пред-на-зна-чен-ные для вы-пол-не-ния опре-де-лен-ных функ-ций в ор-га-низ-ме, об-ра-зу-ют ткани (рис. 9).

Рис. 9. Образование ткани ()

Жизнь мно-го-кле-точ-но-го ор-га-низ-ма за-ви-сит от того, на-сколь-ко сла-жен-но ра-бо-та-ют клет-ки, вхо-дя-щие в его со-став. По-это-му клет-ки не кон-ку-ри-ру-ют между собой, на-про-тив, ко-опе-ра-ция и спе-ци-а-ли-за-ция их функ-ций поз-во-ля-ет ор-га-низ-му вы-жить в тех си-ту-а-ци-ях, в ко-то-рых оди-ноч-ные клет-ки не вы-жи-ва-ют. У слож-ных мно-го-кле-точ-ных ор-га-низ-мов - рас-те-ний, жи-вот-ных и че-ло-ве-ка - клет-ки ор-га-ни-зо-ва-ны в ткани, ткани - в ор-га-ны, ор-га-ны - в си-сте-мы ор-га-нов. И каж-дая из этих си-стем ра-бо-та-ет на то, чтобы обес-пе-чить су-ще-ство-ва-ние це-ло-му ор-га-низ-му.

Несмот-ря на все раз-но-об-ра-зие форм и раз-ме-ров, клет-ки раз-ных типов схожи между собой. Такие про-цес-сы, как ды-ха-ние, био-син-тез, обмен ве-ществ, идут в клет-ках неза-ви-си-мо от того, яв-ля-ют-ся ли они од-но-кле-точ-ны-ми ор-га-низ-ма-ми или вхо-дят в со-став мно-го-кле-точ-но-го су-ще-ства. Каж-дая клет-ка по-гло-ща-ет пищу, из-вле-ка-ет из нее энер-гию, из-бав-ля-ет-ся от от-хо-дов об-ме-на ве-ществ, под-дер-жи-ва-ет по-сто-ян-ство сво-е-го хи-ми-че-ско-го со-ста-ва и вос-про-из-во-дит саму себя, то есть осу-ществ-ля-ет все про-цес-сы, от ко-то-рых за-ви-сит ее жизнь.

Все это поз-во-ля-ет рас-смат-ри-вать клет-ку как осо-бую еди-ни-цу живой ма-те-рии, как эле-мен-тар-ную живую си-сте-му (рис. 10).

Рис. 10. Схематический рисунок клетки ()

Все живые су-ще-ства, от ин-фу-зо-рии до слона или кита, са-мо-го круп-но-го на се-го-дняш-ний день мле-ко-пи-та-ю-ще-го, со-сто-ят из кле-ток. Раз-ни-ца лишь в том, что ин-фу-зо-рии - са-мо-сто-я-тель-ные био-си-сте-мы, со-сто-я-щие из одной клет-ки, а клет-ки кита ор-га-ни-зо-ва-ны и вза-и-мо-свя-за-ны как части боль-шо-го 190-тон-но-го це-ло-го. Со-сто-я-ние всего ор-га-низ-ма за-ви-сит от того, как функ-ци-о-ни-ру-ют его части, то есть клет-ки.

Список литературы

Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - Дрофа, 2009.
Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005
Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.

Krugosvet.ru ().
Uznaem-kak.ru ().
Mewo.ru ().

Домашнее задание

Что изучает цитология?
Каковы основные положения клеточной теории?
Чем различаются клетки?

наука о клетках - структурных и функциональных единицах почти всех живых организмов. В многоклеточном организме все сложные проявления жизни возникают в результате координированной активности составляющих его клеток. Задача цитолога - установить, как построена живая клетка и как она выполняет свои нормальные функции. Изучением клеток занимаются также патоморфологи, но их интересуют изменения, происходящие в клетках во время болезни или после смерти. Несмотря на то что учеными давно уже было накоплено немало данных о развитии и строении животных и растений, только в 1839 были сформулированы основные концепции клеточной теории и началось развитие современной цитологии. Клетки - это самые мелкие единицы живого, о чем наглядно свидетельствует способность тканей распадаться на клетки, которые затем могут продолжать жить в "тканевой" или клеточной культуре и размножаться подобно крошечным организмам. Согласно клеточной теории, все организмы состоят из одной или многих клеток. Из этого правила есть несколько исключений. Например, в теле слизевиков (миксомицетов) и некоторых очень мелких плоских червей клетки не отделены друг от друга, а образуют более или менее слитную структуру - т.н. синцитий. Однако можно считать, что такое строение возникло вторично в результате разрушения участков клеточных мембран, имевшихся у эволюционных предков этих организмов. Многие грибы растут, образуя длинные нитевидные трубки, или гифы. Эти гифы, часто разделенные перегородками - септами - на сегменты, тоже можно рассматривать как своеобразные вытянутые клетки. Из одной клетки состоят тела протистов и бактерий. Между бактериальными клетками и клетками всех других организмов существует одно важное различие: ядра и органеллы ("маленькие органы") бактериальных клеток не окружены мембранами, и поэтому эти клетки называют прокариотическими ("доядерными"); все другие клетки называют эукариотическими (с "настоящими ядрами"): их ядра и органеллы заключены в мембраны. В этой статье рассматриваются только эукариотические клетки.
См. также КЛЕТКА.
Открытие клетки. Изучение мельчайших структур живых организмов стало возможным лишь после изобретения микроскопа, т.е. после 1600. Первое описание и изображения клеток дал в 1665 английский ботаник Р.Гук: рассматривая тонкие срезы высушенной пробки, он обнаружил, что они "состоят из множества коробочек". Каждую из этих коробочек Гук назвал клеткой ("камерой"). Итальянский исследователь М.Мальпиги (1674), голландский ученый А. ван Левенгук, а также англичанин Н.Грю (1682) вскоре привели множество данных, демонстрирующих клеточное строение растений. Однако ни один из этих наблюдателей не понял, что действительно важным веществом был наполнявший клетки студенистый материал (впоследствии названный протоплазмой), а казавшиеся им столь важными "клетки" были просто безжизненными целлюлозными коробочками, в которых содержалось это вещество. До середины 19 в. в трудах ряда ученых уже просматривались зачатки некой "клеточной теории" как общего структурного принципа. В 1831 Р.Броун установил существование в клетке ядра, но не сумел оценить всю важность своего открытия. Вскоре после открытия Броуна несколько ученых убедились в том, что ядро погружено в полужидкую протоплазму, заполняющую клетку. Первоначально основной единицей биологической структуры считали волокно. Однако уже в начале 19 в. почти все стали признавать непременным элементом растительных и животных тканей структуру, которую называли пузырьком, глобулой или клеткой.
Создание клеточной теории. Количество прямых сведений о клетке и ее содержимом чрезвычайно возросло после 1830, когда появились усовершенствованные микроскопы. Затем в 1838-1839 произошло то, что называют "завершающим мазком мастера". Ботаник М.Шлейден и анатом Т.Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения. Шванн предложил термин "клеточная теория" и представил эту теорию научному сообществу. Согласно клеточной теории, все растения и животные состоят из сходных единиц - клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого. Эта теория стала краеугольным камнем всего современного биологического мышления.
Открытие протоплазмы. Сначала незаслуженно большое внимание уделяли стенкам клетки. Однако еще Ф.Дюжарден (1835) описал живой студень у одноклеточных организмов и червей, назвав его "саркодой" (т.е. "похожим на мясо"). Эта вязкая субстанция была, по его мнению, наделена всеми свойствами живого. Шлейден тоже обнаружил в растительных клетках мелкозернистое вещество и назвал его "растительной слизью" (1838). Спустя 8 лет Г.фон Моль воспользовался термином "протоплазма" (примененным в 1840 Я.Пуркинье для обозначения субстанции, из которой формируются зародыши животных на ранних стадиях развития) и заменил им термин "растительная слизь". В 1861 М.Шультце обнаружил, что саркода содержится также в тканях высших животных и что это вещество идентично как структурно, так и функционально т.н. протоплазме растений. Для этой "физической основы жизни", как определил ее впоследствии Т.Гексли, был принят общий термин "протоплазма". Концепция протоплазмы в свое время сыграла важную роль; однако уже давно стало ясно, что протоплазма не однородна ни по своему химическому составу, ни по структуре, и этот термин постепенно вышел из употребления. В настоящее время главными компонентами клетки обычно считают ядро, цитоплазму и клеточные органеллы. Сочетание цитоплазмы и органелл практически соответствует тому, что имели в виду первые цитологи, говоря о протоплазме.
Основные свойства живых клеток. Изучение живых клеток пролило свет на их жизненно важные функции. Было установлено, что последние можно разбить на четыре категории: подвижность, раздражимость, метаболизм и размножение. Подвижность проявляется в различных формах: 1) внутриклеточная циркуляция содержимого клетки; 2) перетекание, обеспечивающее перемещение клеток (например, клеток крови); 3) биение крошечных протоплазматических выростов - ресничек и жгутиков; 4) сократимость, наиболее развитая у мышечных клеток. Раздражимость выражается в способности клеток воспринимать стимул и реагировать на него импульсом, или волной возбуждения. Эта активность выражена в наивысшей степени у нервных клеток. Метаболизм включает все превращения вещества и энергии, протекающие в клетках. Размножение обеспечивается способностью клетки к делению и образованию дочерних клеток. Именно способность воспроизводить самих себя и позволяет считать клетки мельчайшими единицами живого. Однако многие высокодифференцированные клетки эту способность утратили.
ЦИТОЛОГИЯ КАК НАУКА
В конце 19 в. главное внимание цитологов было направлено на подробное изучение строения клеток, процесса их деления и выяснение их роли как важнейших единиц, обеспечивающих физическую основу наследственности и процесса развития.
Развитие новых методов. Вначале при изучении деталей строения клеток приходилось полагаться главным образом на визуальное исследование мертвого, а не живого материала. Необходимы были методы, которые позволяли бы сохранять протоплазму, не повреждая ее, изготавливать достаточно тонкие срезы ткани, проходящие и через клеточные компоненты, а также окрашивать срезы, чтобы выявлять детали клеточного строения. Такие методы создавались и совершенствовались в течение всей второй половины 19 в. Совершенствовался и сам микроскоп. К числу важных достижений в его устройстве следует отнести: осветитель, расположенный под столиком, для фокусировки пучка света; апохроматический объектив для корректировки недостатков окрашивания, искажающих изображение; иммерсионный объектив, дающий более четкое изображение и увеличение в 1000 раз и более. Было также обнаружено, что основные красители, например гематоксилин, обладают сродством к содержимому ядра, а кислотные красители, например эозин, окрашивают цитоплазму; это наблюдение послужило основой для создания разнообразных методов контрастного или дифференциального окрашивания. Благодаря этим методам и усовершенствованным микроскопам постепенно накапливались важнейшие сведения о строении клетки, ее специализированных "органах" и различных неживых включениях, которые клетка либо сама синтезирует, либо поглощает извне и накапливает.
Закон генетической непрерывности. Фундаментальное значение для дальнейшего развития клеточной теории имела концепция генетической непрерывности клеток. В свое время Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода кристаллизации из клеточной жидкости, а Шванн в этом ошибочном направлении пошел еще дальше: по его мнению, клетки возникали из некой "бластемной" жидкости, находящейся вне клеток. Сначала ботаники, а затем и зоологи (после того как разъяснились противоречия в данных, полученных при изучении некоторых патологических процессов) признали, что клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. В 1858 Р.Вирхов сформулировал закон генетической непрерывности в афоризме "Omnis cellula e cellula" ("Каждая клетка из клетки"). Когда была установлена роль ядра в клеточном делении, В.Флемминг (1882) перефразировал этот афоризм, провозгласив: "Omnis nucleus e nucleo" ("Каждое ядро из ядра"). Одним из первых важных открытий в изучении ядра было обнаружение в нем интенсивно окрашивающихся нитей, названных хроматином. Последующие исследования показали, что при делении клетки эти нити собираются в дискретные тельца - хромосомы, что число хромосом постоянно для каждого вида, а в процессе клеточного деления, или митоза, каждая хромосома расщепляется на две, так что каждая клетка получает типичное для данного вида число хромосом. Следовательно, афоризм Вирхова можно распространить и на хромосомы (носители наследственных признаков), поскольку каждая из них происходит от предсуществующей. В 1865 было установлено, что мужская половая клетка (сперматозоид, или спермий) представляет собой полноценную, хотя и высокоспециализированную клетку, а спустя 10 лет О.Гертвиг проследил путь сперматозоида в процессе оплодотворения яйцеклетки. И наконец, в 1884 Э. ван Бенеден показал, что в процессе образования как сперматозоида, так и яйцеклетки происходит модифицированное клеточное деление (мейоз), в результате которого они получают по одному набору хромосом вместо двух. Таким образом, каждый зрелый сперматозоид и каждая зрелая яйцеклетка содержат лишь половинное число хромосом по сравнению с остальными клетками данного организма, и при оплодотворении происходит просто восстановление нормального числа хромосом. В итоге оплодотворенная яйцеклетка содержит по одному набору хромосом от каждого из родителей, что является основой для наследования признаков и по отцовской, и по материнской линии. Кроме того, оплодотворение стимулирует начало дробления яйцеклетки и развитие нового индивида. Представление о том, что хромосомы сохраняют свою идентичность и поддерживают генетическую непрерывность от одного поколения клеток к другому, окончательно сформировалось в 1885 (Рабль). Вскоре было установлено, что хромосомы качественно отличаются друг от друга по своему влиянию на развитие (Т.Бовери, 1888). Начали появляться также экспериментальные данные в пользу высказанной ранее гипотезы В. Ру (1883), согласно которой даже отдельные части хромосом влияют на развитие, структуру и функционирование организма. Таким образом, еще до конца 19 в. было сделано два важных заключения. Одно состояло в том, что наследственность есть результат генетической непрерывности клеток, обеспечиваемой клеточным делением. Другое - что существует механизм передачи наследственных признаков, который находится в ядре, а точнее - в хромосомах. Было установлено, что благодаря строгому продольному расщеплению хромосом дочерние клетки получают совершенно такую же (как качественно, так и количественно) генетическую конституцию, как исходная клетка, от которой они произошли.
Законы наследственности. Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900-1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы наследственности, сформулированные Г.Менделем в 1865, но не привлекшие к себе внимания и надолго преданные забвению. Цитологи, хотя и продолжали заниматься изучением физиологии клетки и такими ее органеллами, как центросома, митохондрии и аппарат Гольджи, основное внимание сосредоточили на строении хромосом и их поведении. Проводившиеся в это же время эксперименты по скрещиванию быстро увеличивали объем знаний о способах наследования, что привело к становлению современной генетики как науки. В результате возник "гибридный" раздел генетики - цитогенетика.
ДОСТИЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ЦИТОЛОГИИ
Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, появившиеся после 1940-х годов, позволили достичь огромных успехов в изучении строения клетки. В разработке единой концепции физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы, основанные на фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют практическое значение. Цитологические методы используются, в частности, в селекции растений для определения хромосомного состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов. Аналогичный цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы хромосом. Такой анализ в сочетании с биохимическими тестами используют, например, при амниоцентезе для диагностики наследственных дефектов плода.
См. также
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ;
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ. Однако самое важное применение цитологических методов в медицине - это диагностика злокачественных новообразований. В раковых клетках, особенно в их ядрах, возникают специфические изменения, распознаваемые опытными патоморфологами.
См. также РАК.
ЛИТЕРАТУРА
Ченцов Ю.С. Общая цитология, 3-е изд. М., 1995 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 1. М., 1996

- cytology - .Hаука о структуре и функциях клеток ; основы Ц. были заложены в конце ХVII в. с изобретением микроскопа...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- учение о строении и жизни клеток раст., жив. и чел. ц. делится на общую и частную...
Сельскохозяйственный словарь-справочник
- наука о строении, функции и развитии клеток. Основы Ц. были заложены в клеточной теории, сформулированной Т. Шванном в 1838-39...
Ветеринарный энциклопедический словарь
- отрасль науки, изучающая структуру, функцию и эволюцию клеток...
Словарь ботанических терминов
- наука, изучающая строение, химический состав, функции, индивидуальное развитие и эволюцию клеток...
Начала современного Естествознания
- наука о клетках - структурных и функциональных единицах почти всех живых организмов. В многоклеточном организме все сложные проявления жизни возникают в результате координированной активности составляющих его...

Клеточная биология (биология клетки, цитология) - наука о клетке.

Клеточная биология — раздел биологии, предметом которого является клетка, элементарная единица живого. Клетка рассматривается как система, включающая в себя отдельные клеточные структуры, их участие в общеклеточных физиологических процессах, пути регуляции этих процессов. Рассматривается воспроизведение клеток и их компонентов, приспособление клеток к условиям среды, реакции на действие различных факторов, патологические изменения клеток. и механизмы их гибели.

Цитология и клеточная биология

Термин «Клеточная биология» или «Биология клетки» во второй половине XX века вытеснил исходный первоначальный термин «Цитология», который определял науку о клетке. Цитология принадлежит к ряду «счастливых» биологических дисциплин, таких как биохимия , биофизика , и генетика , развитие которых за последние 60 лет было особенно бурным («биологическая революция») и произвело в биологии кардинальные изменения в понимании организации и сути жизненных явлений. Классическая цитология, которая в начале была, главным образом. описательной морфологической наукой, впитав в себя идеи, факты и методы биохимии, биофизики и молекулярной биологии, стала общебиологической дисциплиной, изучающей не только строение, морфологию, но и функциональные и молекулярные аспекты поведения клеток, как элементарных единиц живой природы.

Хотя первые описания и представления о клетке появились более 300 лет тому назад, детальное изучение клеток было связано с развитием микроскопии в XIX веке. В это время были сделаны главные описания внутриклеточной организации и была сформулирована т.н. клеточная теория (Т. Шванн . Р. Вирхов), главными постулатами которой являются: клетка - элементарная единица живого; вне клетки нет жизни (по Р. Вирхову «жизнь есть деятельность клетки, особенности первой есть особенности и последней»); клетки сходны (гомологичны) по своему строению и по своим основным свойствам; клетки увеличиваются в числе, размножаются только путем деления исходных клеток. Клеточная теория не только оказала значительное влияние на развитие таких общебиологических дисциплин, как гистология , эмбриология и физиология, но и произвела настоящий переворот в медицине, показав, что в основе любых заболеваний организма лежит клеточная патология, т.е. изменение функционирования отдельных групп клеток в составе органов и тканей.

Большую роль в становлении и развитии отечественной биологии и в дальнейшем - клеточной биологии сыграли научные школы таких исследователей, как И.И. Мечников , Н.К. Кольцов , Д.Н. Насонов и другие.

К концу XIX века были описаны многие внутриклеточные компоненты (ядро, хромосомы , митохондрии и др.), был охарактеризован митоз как единственный способ размножения клеток, была создана хромосомная теория наследственности (цитогенетика). В это же время и в начале XX века интересы цитологии были направлены на выяснение функционального значения внутриклеточных компонентов (цитофизиология). Решению этих задач помогло развитие таких направлений как цитохимия, культивирование клеток, связанных с внедрением новых методических приемов (флуоресцентная микроскопия, количественная цитохимия, авторадиография, дифференциальное центрифугирование и др.).

Качественным переломом в анализе клеточных компонентов и их функционального значения было внедрение в 50-ых годах XX века электронной микроскопии, что позволило исследовать клетки на субмикроскопическом уровне. Совокупность электронно-микроскопических и молекулярно-биологических методов дала возможность тесно связать изучение морфологии компонентов клеток с выявлением их биохимических особенностей и установить их функциональное значение. Именно в середине XX века стал употребляться термин «клеточная биология» как определение науки, которая изучает не только строение клеток, но и функционально-биохимические характеристики их структур и отдельных этапов жизни клеток вообще. В это же время был открыт клеточный цикл (молекулярная последовательность событий при размножении клеток), его регуляция на молекулярном уровне, дана функционально-биохимическая характеристика многих старых и вновь обнаруженных внутриклеточных структур.

Учение о клетке

В настоящее время с позиций современной молекулярной биологии можно сделать следующее определение, что такое клетка: клетка - это ограниченная активной липопротеидной мембраной упорядоченная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, липидов) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических (обменных) и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Внутриклеточные структурные элементы представляют собой функциональные подсистемы, или системы второго порядка. Так, клеточное ядро является системой хранения, воспроизведения и реализации генетической информации, заключенной в ДНК хромосом; гиалоплазма (основная плазма) - система основного промежуточного обмена и синтеза мономеров, а также синтеза белков на рибосомах; цитоскелет - опорно-двигательная система клетки; вакуолярная система - система синтеза, модификации и транспорта некоторых белковых полимеров и образования многих клеточных липопротеидных мембран; митохондрии - органеллы энергообеспечения всех функций клетки за счет синтеза АТФ; пластиды растительных клеток - система фотосинтеза АТФ и синтеза углеводов; плазматическая мембрана - барьерно-рецепторно-транспортная система клетки.

Важно подчеркнуть, что все эти подсистемы клетки образуют некое сопряженное единство, находящееся во взаимной зависимости. Так, нарушение функции ядра сразу сказывается на синтезе белков, нарушение структуры и функции митохондрий прекращает все синтетические и обменные процессы, нарушение элементов цитоскелета останавливает внутриклеточный транспорт и т.д.

Современная биохимия и молекулярная биология, изучающие химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности клеток, не могут обходиться без информации о структурах, на которых эти процессы происходят; так же как и в клеточной биологии при изучении структур и их функционального значения невозможно обходиться без знания молекулярных процессов, происходящих на этих структурах. Поэтому все чаще в названиях различных руководств и учебников применяется термин «молекулярная биология клетки».

Изучение биологии клетки имеет огромное практическое значение: это изучение физиологии организмов, использование клеток в биотехнологических разработках, использование данных клеточной биологии в практической медицине. Так, например, сведения из области клеточной биологии необходимы при изучении злокачественного роста клеток, для цитодиагностики заболевания, для применения стволовых клеток и т.д. Более того, любые заболевания человека нельзя понять без привлечения данных из клеточной биологии.

Выдающиеся отечественные ученые-цитологи

И.И.Мечников (1845-1916) - знаменитый русский биолог и патолог, один из основоположников экспериментальной цитологии и иммунологии, создатель научной школы, почетный член Петербургской АН, один из основателей Пастеровского института в Париже. В 1883 году И.И.Мечников открыл явление фагоцитоза, выдвинул фагоцитарную теорию иммунитета (1901); за работы по изучению иммунитета совместно с П.Эрлихом был удостоен Нобелевской премии в 1908 году.

Огромное влияние на развитие биологии, генетики и цитологии в нашей стране оказала научная школа Н.К.Кольцова (1872-1940). Это был исследователь, идеи которого на десятилетия опередили многие открытия, ставшие основами современных представлений в генетике и биологии клетки. Н.К.Кольцовым в 1903 году была обнаружена внутренняя фибриллярная система, которая была им определена как скелетная цитоплазматическая структура, определяющая форму и движение клеток. В настоящее время эта система получила название цитоскелет, в его состав входят белковые полимеры, из которых образуются микротрубочки и нитчатые структуры (микрофиламенты, промежуточные филаменты). Другим важнейшим достижением Н.К.Кольцова было предвидение матричного принципа удвоения наследственных структур. По его представлениям, малые молекулы ядра собираются на уже существующем шаблоне, а затем «сливаются» в полимерную молекулу, в копию шаблона. В то время (1927) еще не было известно о макромолекулах ДНК, но идея о том, что постоянная консервативная наследственная матрица не уничтожается и не возникает заново, но переходит от родителей к потомкам, было великим предсказанием. Можно считать, что это утверждение Н.К.Кольцова и явилось началом развития молекулярной биологии. Многолетние исследования о форме и поведении клеток (цитоскелет) и матричная гипотеза - величайшая заслуга Н.К.Кольцова как «пророка в своем отечестве» в развитии биологии. Огромная заслуга Н.К.Кольцова, кроме того, состоит в том, что он воспитал целую плеяду своих учеников-последователей: генетиков, физиологов, эмбриологов и цитологов. К ним относятся В.В. Сахаров, Б.Л.Астауров, С.С. Четвериков , Д.П. , А.С. Серебровский, Г.И. Роскин и другие. Теперь принято говорить о биологической российской школе Н.К.Кольцова. Его имя теперь носит институт биологии развития РАН.

Большую роль в создании отечественной цитологии сыграл Д.Н. Насонов (1895-1957). Работы Дмитрия Николаевича, посвященные изучению аппарата Гольджи, были высоко оценены специалистами и стали классическими. При изучении работы аппарата Гольджи Д.Н. Насонов выдвинул гипотезу о ведущей роли этого органоида в клеточном секреторном процессе. Намного позднее с помощью электронномикроскопической авторадиографии эта гипотеза получила полное подтверждение (Леблон, 1966) и стала аксиомой функционального значения этой структуры. В 1956 году по инициативе Дмитрия Николаевича был организован Институт цитологии АН СССР.

Одним из учеников Н.К.Кольцова был Г.И.Роскин (1882-1964), работавший с ним с 1912 года. Он исследовал скелетные и сократимые структуры в различных клетках, начиная с одноклеточных и кончая гладкими и поперечно-полосатыми мышцами многоклеточных организмов. Им было сделано заключение, что сократимые и опорные элементы образуют весьма сложные системы, обеспечивающие двигательные и опорные функции - эти системы были названы статокинетическими. Этот цикл работ является продолжением исследований цитоскелета, начатых Н.К.Кольцовым.

С 1930 по 1964 г. Г.И.Роскин заведовал кафедрой гистологии при Московском государственном университете. Продолжая изучать сократимые элементы клетки, Г.И. Роскин уделял большое внимание изучению цитологии раковых клеток, что привело к открытию противоракового препарата круцина, некоторое время использовавшегося в клинике. Особое внимание Г.И. Роскин уделял внедрению в гистологию и цитологию методов цитохимии, позволяющих локализовать в клетках те или иные полимеры или отдельные аминокислоты. В это время кафедра гистологии стала пропагандистом цитохимических методов, которые нашли широкое применение не только в биологических исследованиях, но и в медицине. Позднее В.Я. Бродский, ученик Г.И. Роскина, стал развивать количественные гистохимические исследования, используя специальную цитофотометрическую аппаратуру. Это привело к появлению новых биохимических и биофизических методов, которые широко используются в клеточной биологии.

Большой вклад в изучение строения и поведения опухолевых клеток внесен работами Ю.М. Васильева (р.1928) и его учеников. В течение многих лет его школа изучает механизмы движения нормальных и опухолевых клеток. Им впервые выявлена роль системы микротрубочек и других элементов цитоскелета в определении направления миграции как нормальных, так и опухолевых клеток. Он руководит лабораторией механизмов канцерогенеза Онкологического научного центра РАМН.

Ю.С. Ченцов (1930г.р.) заведовал кафедрой клеточной биологии и гистологии с 1970 по 2010. Он является одним из основателей московской школы электронных микроскопистов. Им и его учениками впервые создана трехмерная реконструкция центриоли и описано ее поведение в клеточном цикле. Ю.С.Ченцов - один из авторов открытия ядерного белкового остова (матрикса), он показал, что ядерный матрикс представляет собой неотъемлемую часть интерфазных и митотических хромосом. Ю.С.Ченцов сыграл большую роль в изучении ультраструктуры клеточного ядра и митотической хромосомы. В работах по изучению митохондрий в мышечной ткани, Ю.С.Ченцов стал одним из авторов открытия митохондриального ретикулума и особой структуры - межмитохондриальных контактов. (Daniel Mazia, 1912-1996), американский цитолог, сыгравший большую роль в изучении процессов деления и воспроизводства клеток, в исследовании структуры митотического веретена и репродукции центросом. Считал клетку супрамолекулярной системой, состоящей из множества взаимосвязанных молекулярных систем.

Кейт Портер (Keith Robert Porter, 1912-1997) - канадский биолог, один из основателей электронно-микроскопического подхода в биологии. Разработал методы изготовления ультратонких срезов, методы использования сеток с покрытием в электронной микроскопии, а также предложил использовать тетраокись осмия для работы с электронно-микроскопическими препаратами. К. Портеру принадлежит открытие цитоскелетных микротрубочек и эндоплазматического ретикулума, аутолизосом и окаймленных вакуолей. Благодаря ему был основан первый ведущий журнал по клеточной биологии, который носит сейчас название “Journal of Cell Biology”.

Джордж Паладе (George Emil Palade, 1912-2008) - американский биолог румынского происхождения. Обнаружил на поверхности цистерн эндоплазматического ретикулума рибонуклеиновые частицы, названные гранулы Паладе. Впоследствии выяснилось, что гранулы Паладе представляют собой ассоциированные с эндоплазматическим ретикулумом рибосомы. Паладе много работал над исследованием вакуолярной системы и везикулярного транспорта в клетке. В 1974 году ему была присуждена Нобелевская премия.

Кристиан Рене де Дюв (Christian Rene de Duve, 1917-2002) - бельгийский цитолог и биохимик, открывший существование в клетке пищеварительных органелл - лизосом. Лауреат Нобелевской премии (1974).

Альбер Клод (Albert Claude, 1899-1983) - бельгийский биохимик, благодаря которому цитология из науки описательной стала наукой функциональной. Показал непосредственную связь между внутриклеточными структурами и происходящими в клетке биохимическими процессами, участвовал во внедрении в цитологию биохимических и физических методов. А.Клод писал, что клетка - “самостоятельная и самообеспечивающаяся единица живой материи, способная накапливать, преобразовать и использовать энергию”. Лауреат Нобелевской премии (1974).

Цитология изучает. Цитология

Цитология и клеточная биология

Учение о клетке

Выдающиеся отечественные ученые-цитологи

Рекомендуемая литература