Клеточная теория строения живых организмов и ее значение для биологии

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕДЖЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

 

 

 

 

ФАКУЛЬТЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

на тему: «Клеточная теория строения живых организмов и ее значение для биологии»

 

 

 

 

 

 

 

 

          Исполнитель: слушатель 

ф.и.о., подпись 

                                                 группы                     

 

       Работу проверил:

 «___»__________________________г.

Оценка________________________

Подпись_______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

Введение

Человечество всегда стремилось узнать, что такое жизнь, живое. Одним из шагов человечества в познании тайн живого стало изучение клетки, образующей живой организм. Начало этого процесса положено сравнительно недавно, конечно, по историческим меркам. Оно стало возможным только с развитием методов исследования, прежде всего с развитием микроскопии. Первый простой микроскоп появился в Голландии в конце ХVI в. Состоял он из трубы, прикрепленной к подставке, и имел два увеличительных стекла. Считают, что изобрели его в 1590-1610 гг. Ганс и Захариус Янсены – голландские мастера оптики. Прибор этот больше считали игрушкой. Тогда еще никто не мог предположить, что он сулит величайшие открытия.

1. Исследования при помощи микроскопа

Первым, кто понял и  по достоинству оценил огромное значение микроскопа, был английский физик, ботаник  Роберт Гук. Он впервые применил микроскоп  для исследования строения растений и животных. Роберт Гук (1635-1703), рассматривая в 1665 г. под усовершенствованным трехлинзовым микроскопом в сорокакратном увеличении тончайший срез пробки, открыл мельчайшие ячейки, похожие на такие же ячейки в меде, и дал им впервые название «клетки». Конечно, он не мог тогда предположить, что его открытие превратится позже в основы биологии, будет иметь значение и в нашем, XXI в.

В 1665 г. Роберт Гук впервые  сообщил о существовании клеток. Он писал: «Взяв кусочек чистой светлой  пробки, я отрезал от него... острым как бритва перочинным ножом... очень тонкую пластину. Когда затем я поместил этот срез на черное предметное стекло... и стал разглядывать его под микроскопом, направив на него свет с помощью плоско-выпуклого зеркала, я очень ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами... эти поры, или ячейки, были не слишком глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из одной длинной непрерывной поры особыми перегородками... Такое строение свойственно не одной только пробке. Я рассматривал при помощи своего микроскопа сердцевину бузины и различных деревьев, а также внутреннюю мякоть полого стебля тростника, некоторых овощей и других растений: фенхеля, амброзии, моркови, лопуха, ворсянки, папоротника... и т. п. И обнаружил у всех у них тот же план строения, что и у пробки».

В пробке Р. Гук наблюдал лишь пустые, лишенные клеточного содержимого  мертвые клеточные стенки, похожие  по форме на ячейки пчелиных сот. Он дал им название ячеек, или клеток. Термин «клетка» - от английского «cell» - «клетка», прижился в биологии и существует и поныне.

А тогда все свои наблюдения Р. Гук, английский физик и ботаник, описал в своем труде «Микрография, или некоторые физиологические  описания мельчайших тел, сделанные  посредством увеличительных стекол» (1665 г.).

Огромный вклад в изучение клеток вслед за Р. Гуком вносит голландский исследователь Антони ван Левенгук (1632-1723). Еще в молодости Левенгук научился делать увеличительные стекла, очень увлекался этим и достиг большого мастерства. Его лупы увеличивали от 150 до 270 раз. Такие увеличительные стекла в то время были совершенно неизвестны. Лупы Левенгука были очень маленькими - размером с горошину, пользоваться ими было трудно. Тем не менее Левенгук давал очень точные наблюдения, рисунки.

Левенгук не получил  образования, достиг выдающихся успехов только благодаря своему трудолюбию и таланту. Занимался он торговлей мануфактурой (в основном сукном). Он почти 60 лет присылал в Лондонское королевское общество письма, в которых рассказывал о своих замечательных наблюдениях. Письма печатались в научных журналах. Затем 170 из них были изданы отдельной книгой на латинском языке под названием «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопа» (он свои лупы называл микроскопом).

Тайн, которые раскрыл  А. Левенгук, очень много. Он впервые наблюдал и зарисовал клетки более 200 видов растений и животных. Среди них были, например, эритроциты, мышечная ткань, сперматозоиды, т. е. Левенгук был первым человеком, который увидел животные клетки! Еще одно, не менее потрясающее открытие, - начиная с 1674 г. он наблюдает мир микроорганизмов. По его рисункам можно легко узнать различные формы бактерий, клетки которых относят к прокариотам.

Приблизительно 1683 г. можно  считать годом рождения науки  о микроорганизмах, когда исследователь описывает их наиболее подробно, - это год рождения науки микробиологии. Открытие микроорганизмов - это самое важное открытие Левенгука. С 1680 г. Левенгук становится членом Лондонского королевского общества, наиболее авторитетного научного общества того времени. Хотя он и не был профессиональным ученым, его открытия буквально потрясли научный мир и оказали огромное влияние на развитие науки, в том числе и в России.

С работой Левенгука  познакомился царь Петр I во время своего пребывания в Голландии. Петр I привез в Россию микроскоп Левенгука. Позднее были изготовлены и свои, отечественные микроскопы, позволившие российским ученым внести свой вклад в изучение строения живого. К Левенгуку в Дельф приезжала и английская королева, желая посмотреть через чудесные стеклышки его микроскопов, принесших ему почетное звание «отца научного микровидения». Это не случайно. Даже простое перечисление некоторых его открытий поражает воображение и сейчас, триста с лишним лет спустя: 1674 г. - открытие первых простейших; 1676 г. - открытие бактерий; 1677 г. - сперматозоидов; 1680 г. - дрожжевых грибков; 1680 г. - красных кровяных телец у лягушки; 1681 г. - паразитирующих жгутиковых и т. д., и т. п. Причем все это проделано очень добросовестно, тщательно, систематично, хотя сам Левенгук не отдавал себе отчета в том, каково будет значение его работы для науки.

Вообще же, следует  отметить, что весь процесс создания клеточной теории потребовал огромного  труда большого количества ученых. За любой, самой мелкой деталью строения клетки стоит гигантская работа исследователей. Примерно в то же время, когда делал свои открытия Левенгук, итальянский ученый Марчелло Мальпиги, мечтавший о приобретении такого чудесного инструмента, как микроскоп, получив его, делает целый ряд биологических открытий. Это он рассматривает клетки мозга, языка, селезенки, сетчатки, печени, нервов, кожи, капилляров, кровяные тельца, легкие лягушки, куриного зародыша и растительных тканей. Мальпиги более тридцати лет не расстается с микроскопом - и заслуживает у своих современников почетный титул мастера микроскопной техники.

Вклад М. Мальпиги в область  микроскопической анатомии растений и  животных настолько велик, что его  именем названо одно из семейств двудольных, мельчайшие тельца - клубочки кровеносных  капилляров внутри почечных капсул: мальпигиев слой размножения кожицы, мальпигиевы сосуды - трубчатые выделительные органы насекомых и др. Чуть позже М. Мальпиги голландский натуралист Ян Сваммердам увлекся необыкновенным миром, который он увидел под микроскопом, и полностью посвятил себя изучению строения и жизни насекомых, став одним из создателей энтомологии - науки о насекомых.

Далеко не всегда работы ученых признавались при их жизни. Так случилось с  К. Ф. Вольфом, одним из основателей  современной эмбриологии. До его работ считалось, что в каждой зародышевой клетке находится полностью сформированный миниатюрный, но вполне готовый взрослый организм, который содержит в себе зародыши всех будущих поколений. Предполагалось, что развитие зародыша заключается только лишь в росте уже существующих органов. Была широко распространена «теория вложения», по которой утверждалось, что в яичнике Евы имелись готовые зачатки всех прошедших, настоящих и будущих поколений, т. е. организм представляет собой что-то вроде игрушки матрешки, в которую вложены такие же матрешки, последовательно уменьшающиеся в размерах.  
Вот эту теорию и опроверг Каспар Фридрих Вольф, вызвав резкие возражения современников. Ему даже запретили чтение лекций в университете в Берлине, и в 1766 г. он уезжает в Петербург, в Медицинскую академию, где и проработал 28 лет, создавая науку о тканях. Но его труды не нашли у современников должного понимания, и только лишь несколько десятков лет спустя его взгляды и теории о зародышевых листках - трех слоях клеток - получили широкую известность и принесли Вольфу заслуженную славу - посмертно - как одному из основателей науки эмбриологии - науки о развитии зародышей и гистологии - науки о тканях.  
Дальнейшее усовершенствование микроскопа и разработка методов гистологических исследований (гистология - наука о тканях) дали новый импульс в изучении клетки. Установили, что все растительные организмы образованы тканями, которые, в свою очередь, состоят из клеток. Французский же ученый Ж.-Б. Ламарк распространил идею о клеточном строении живых организмов и на животных.

К началу XIX в. было накоплено огромное количество материала о клетках. Но лишь в XIX в. ученые обратили внимание на внутреннее содержимое клетки. В 1825 г. чешский ученый Ян Пуркинье (1787-1869) открыл ядро в яйцеклетке птиц, а в 1831 г. английский ученый Роберт Броун (1772-1858), известный как выдающийся английский ботаник, специалист в области описательной систематики, в клетках кожицы орхидеи открыл ядро, которое потом нашел в клетках многих других растений. В 1837 г. тот же Ян Пуркинье обратил внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполнявшее клетку, а в 1840 г. предложил назвать клеточное содержимое протоплазмой, убедившись в том, что именно оно, а не клеточные стенки, представляет собой живое вещество (позднее был введен термин «цитоплазма»: цитоплазма + ядро = протоплазма).

2. Основоположники клеточной теории

Таким образом, в 30-х гг. XIX в. были накоплены конкретные представления  о структурной организации клетки. Немецкий зоолог Теодор Шванн (1810-1882) стал первым ученым, который обобщил все эти знания и пришел к выводу, что клетка является тем микроскопическим элементом, из которого состоят все живые организмы. Чтобы убедиться в этом, Т. Шванн пригласил к сотрудничеству своего друга, немецкого ботаника Матиаса Шлейдена (1804-1881). Ознакомившись с трудами М. Шлейдена, Т. Шванн пришел к выводу, что как растения, так и животные построены на одинаковой основе, что принцип строения клеток у них одинаков.

Ученые чрезвычайно долго при  помощи микроскопа проверяли правильность своих предположений. Когда все сомнения были устранены, Т. Шванн в 1839 г. опубликовал труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Труд вызвал переворот в биологии и сделал известными фамилии обоих ученых. Так была разработана одна из самых важных биологических теорий, получившая название клеточной теории. Основную роль в этом крупном открытии XIX столетия сыграл Т. Шванн, но часть заслуг принадлежит также М. Шлейдену. Главная идея этого открытия потрясающе проста: жизнь сосредоточена в клетках. В основе этой теории следующие положения:

- как растениям, так  и животным свойственно единство  строения;  
- в основе структуры всех организмов находится клетка;

- образование все новых  и новых клеток - это принцип  роста и развития растений и животных;

- клетка является элементарной биологической единицей;

- организм в целом  есть сумма образовавших его клеток.

Положения эти могут  формулироваться по-разному в  разных источниках, но смысл их одинаков - тайна жизни заключена в клетках. Кто же эти люди, принесшие человечеству эту знаменитую теорию?  
Матиас Якоб Шлейден, выдающийся немецкий ботаник, родился 5 апреля 1804 г. в Гамбурге. Здесь же он и учился в гимназии. В 1824 г. поступил на юридический факультет Гейдельбергского университета, закончил его с отличием, но адвокатом не стал. Заинтересовался биологией, медициной, философией и изучал их в Геттингенском университете. Больше всего увлекался физиологией и ботаникой - и опубликовал много трудов по этим наукам. Был мрачным, раздражительным человеком, склонным к спорам, но вместе с тем очень трудолюбивым, творческим деятелем. Как человек прогрессивный, опубликовал множество научно-популярных работ. В одной из книг он представил свою теорию возникновения клеток из материнской клетки.

Работа Матиаса Шлейдена послужила толчком для Теодора  Шванна к занятию длительными  и тщательными микроскопическими  исследованиями, которые, в конечном итоге, доказали единство клеточного строения всего органического мира. Основной труд Матиаса Шлейдена «Основы научной ботаники» (Лейпциг, 2 тома) был опубликован в 1842-1843 гг. и оказал огромное влияние на изменение взглядов на морфологию растений с точки зрения их онтогенеза, т. е. индивидуального развития. В конце своей жизни Шлейден увлекся антропологией, желая познать тайны происхождения человека. Как мы видим, деятельность и имя Матиаса Шлейдена неразрывно связаны с именем другого немецкого ученого - Теодора Шванна, с которым он примерно с 1837 г. вел совместные микроскопические исследования.

Теодор Шванн родился 7 декабря 1810 г. в Нейсе. Учился в Боннском университете, затем в Кельне, Вюрцбурге, Берлинском анатомическом институте. Спектр его научных изысканий  очень широк. Например, в 1836 г. он открыл пепсин и установил его ферментативную активность при переваривании белков. Или другая сторона его деятельности: он заинтересовался вопросом о возможности самозарождения жизни - и изучал процессы гниения и брожения, деятельность низших грибков. Проделал огромное количество микроскопических исследований. Установил клеточное строение хорды, мышц, хряща, стенок кровеносных сосудов, описал тонкую оболочку, окружавшую нервные волокна (она получила название шванновской оболочки).

Познакомившись с работами М. Шлейдена о развитии растительных клеток, Шванн, как зоолог, пришел к выводу, что животные клетки развиваются подобным образом и имеют сходное строение. В 1839 г. Шванн, обобщив свои идеи, идеи ботаника М. Шлейдена и других ученых, публикует свою основную работу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой он окончательно доказал клеточную теорию строения организмов, потрясшую ученый мир и ставшую одной из основополагающих теорий XIX в. В дальнейшем Т. Шванн возглавлял кафедру физиологии в Льеже и вел исследования в разных отраслях биологии. Умер Теодор Шванн 14 января 1882 г. в Кельне.

Идея строения организмов из клеток занимает умы многих ученых. Одним из исследователей клеток был К. М. Бэр.

Карл Максимович Бэр (1792-1876) очень заинтересовался проблемой  развития оплодотворенной яйцеклетки в зародыше. Начал он свои поиски с исследования яйцеклеток млекопитающих. В 1827 г. он опубликовал работу об открытии яйцеклетки в яичнике собаки. Затем он эти опыты перенес на самок кроликов, овец, кошек, мышей. Он же первый обнаружил женские яйцеклетки. К. М. Бэр изучил развитие огромного количества зародышей, что позднее дало ему возможность создать основы новой научной отрасли - сравнительной эмбриологии. Он установил, что все живые организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития все живых организмов. Так К. М. Бэр сделал существенное дополнение к основному положению клеточной теории.