Клеточная теория - КЛЕТКА КАК СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ОРГАНИЗМА

В этой главевы научитесь

объяснятьстроение и жизнедеятельность всего организма на основе изучения строения и функционирования клеток.

Для этого вы должны уметь:

- характеризовать основные положения клеточной теории;

- перечислять основные органеллы клетки, характеризовать их функции и роль в жизнедеятельности целого организма, объяснять особенности строения клеток разных царств живых организмов;

- характеризовать обмен веществ в клетке: важнейшие особенности фотосинтеза, энергетического обмена и биосинтеза белка;

- характеризовать материальные основы наследственности и способы деления клеток;

- уметь пользоваться микроскопом, готовить и рассматривать простейшие микропрепараты.

Проверьте себя!

• В чём главная суть клеточной теории?

§ 5. Клеточная теория

Постановка проблемы урока

Обыватель:Что общего между китом и кораллом? Я уже не говорю о животных, растениях и бактериях - они же совершенно разные!

Биолог:Есть множество фактов, доказывающих общность устройства и происхождения всего живого на Земле, и один из главных можно увидеть с помощью простого микроскопа!

• Что имеет в виду биолог? Что микроскоп позволил учёным увидеть и изучить?

• На какой вопрос мы будем искать ответ? Предложите свой и сравните с вариантом авторов на с. 396.

Необходимые базовые знания

• Вспомните строение клетки.

• Что общего и какие различия у клеток прокариот и эукариот?

• Что общего и какие различия в строении клеток растений и животных?

Решение проблемы

Цитология - наука о клетке

• Что изучает цитология?

Все живые существа на Земле состоят из клеток — микроскопических объёмных образований, отделённых от внешней среды полупроницаемой мембраной и заполненных вязким раствором органических и неорганических веществ. Тело простейших существ состоит из одной клетки. В многоклеточном организме каждая группа специализированных клеток выполняет особую функцию.

Наука о клетке —цитология(от греческих “цитос” — ячейка, клетка и “логос” — учение). Цитология изучает строение клеток как живых систем, функции отдельных компонентов клетки, процессы деления, приспособления к меняющимся условиям среды.

То и дело мы слышим в рекламе, что такоето средство “обеспечит оздоровление организма на клеточном уровне”. Зачастую это обман, но почему производители так хотят, чтобы им верили? Потому что все основные процессы обмена веществ действительно идут в клетках, и умение правильно влиять на них — залог управления здоровьем, продолжительностью жизни, свойствами живых существ. Учёные исследуют молекулярное строение клеток; проходящие в них химические реакции; закономерности взаимодействия клеток для того, чтобы понять, каким образом из этих маленьких живых “кирпичиков” складываются очень сложные по устройству, но надёжные в работе организмы растений, животных и человека.

Становление клеточной теории

• Какими путями наука постигала единство клеточного строения всех организмов?

В 1663 году английский учёный Роберт Гук (1635—1703), пытаясь найти ответ на вопрос, почему кора пробкового дуба так хорошо держится на поверхности воды и не тонет, рассмотрел тонкие срезы этой ткани с помощью сделанного им микроскопа (рис. 5.1). Гук впервые употребил слово “клетка” для обозначения мелких, правильно расположенных пустот, на которые поделена пробка. Такое строение он счёл присущим только пробке.

5.1. Клетки коры дуба. Рисунок Р. Гука

В 70-х годах XVII в. итальянский натуралист Марчелло Мальпиги и английский исследователь Неемия Грю описали “мешочки”, или “пузырьки”, в различных органах многих растений. Примерно в это же время голландский исследователь Антони ван Левенгук обнаружил клетки в тканях животных, описал сперматозоиды и одноклеточные организмы — инфузории и бактерии.

Микроскоп постепенно совершенствовался, и данные о клеточном строении живых организмов накапливались. В 1826 году российский исследователь Карл Бэр (1792—1876) описал яйцеклетку животных и показал, что все многоклеточные организмы развиваются из единственной клетки — зиготы, т.е. клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов. В 1831 году Роберт Браун описал клеточное ядро.

В 1838 году Маттиас Шлейден (1804-1881) предположил, что все растения состоят из клеток. А на следующий год Теодор Шванн (1810—1882) опубликовал труд, в котором показал сходство строения клеток животных и растений. Это была основа клеточной теории, ставшей фундаментом биологии.

Работы Рудольфа Вирхова (1821-1902), открывшего способ образования новых клеток путём деления, завершают формирование одной из важнейших теорий в биологии. Вирхов заключил, что “всякая клетка - из другой клетки”, и определил основные функции клеточного ядра и цитоплазмы.

Современная клеточная теория

• Пользуясь текстом, сформулируйте основные положения клеточной теории.

1. Клетка -элементарная единица всего живого: основа строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

2. Клетки всех организмовсходны между собойв принципиальных чертах строения, использования и реализации генетического материала и передачи его в ряду поколений, по набору ключевых биополимеров и химическому составу, по способам хранения и использования энергии и основным проявлениям жизнедеятельности.

3. Новые клеткиобразуются только из клеток, путём их деления.

4.Взаимодействиедифференцированных клеток обеспечивает целостность многоклеточного организма.

5. Клеточное строение свидетельствует оединстве законовпроисхождения и развития всего живого.

Многоклеточный организм — это сложная система функционирующих и взаимодействующих клеток. Связь их друг с другом сообщает целому организму новые свойства, не сводимые к сумме свойств составляющих его клеток. Все основные типы макромолекул и другие органические вещества клеток универсальны для всех живых организмов. Учёные предположили, что все они произошли от первобытной клетки, которая могла возникнуть около четырёх миллиардов лет назад. Этому гипотетическому одноклеточному организму даже дали имя — ЛУКА (от английской аббревиатурыLUCA,LastUniversalCommonAncestor, что означает “последний универсальный общий предок”).

Методы цитологии

• Что можно разглядеть в световой микроскоп? Какие способы используют для изученияФункцийотдельных органелл?

Диаметр клетки животных в среднем не превышает 10 — 20 мкм. Это примерно в пять раз меньше мельчайшей видимой частицы. Поэтому изучение клеток долгое время напрямую зависело от развития оптики. Вначале использовались микроскопы с одной линзой, т.е. просто лупы. Затем были созданы более сложные двухлинзовые приборы с окуляром и объективом. К первой половине XIX в. усовершенствования микроскопов позволили увеличивать изображение до 1000 раз. К этому времени цитология уже сложилась как новая отрасль биологии.

5.2. Микроскоп Р. Гука

В 40-х годах прошлого столетия были разработаны мощныеэлектронные микроскопы. Принцип действия электронного микроскопа тот же, что и светового, но вместо светового излучения в нём используется пучок электронов. Электронный микроскоп даёт возможность получить увеличение до 106 раз.

5.3. Конструкция светового микроскопа со временем видоизменилась

Метод радиоактивного меченияоснован на введении в клетку радиоизотопов, излучение которых улавливают приборы или фотоэмульсия. Чтобы проследить в клетке за каким-либо веществом, можно включить в состав его предшественников радиоактивный изотоп, который по химическим свойствам не отличается от других изотопов того же элемента. По радиоактивному излучению можно установить местонахождение радиоактивного изотопа, что позволяет следить за помеченными им клеточными структурами.

Компоненты клетки разделяют методомцентрифугирования.Мембраны клеток разрушают, полученную смесь помещают в специальную прочную пробирку и очень быстро вращают в специальном приборе — центрифуге. При этом более тяжёлые, или плотные, компоненты перемещаются ко дну пробирки быстрее, чем лёгкие. Разделяя слои после центрифугирования, учёные получают отдельные органоиды и детально изучают их.

Некоторые типы клеток, в том числе опухолевые, можновыращивать в культуре- в жидкой или полужидкой питательной среде, что существенно облегчает их изучение.

Обобщение новых знаний

Цитологияизучает строение и функции клеток и их частей. Клеточная теория определяет клетку как элементарную единицу всего живого. Тем самым она предполагает единство происхождения организмов и лежит в основе биологических знаний. Исследования клетки углублялись по мере совершенствования микроскопии и других методов цитологии.

Цитология. Клеточная теория

Применение знаний

1. Почему о клеточной теории можно сказать, что она лежит в основе биологических знаний?

2. Расскажите историю создания клеточной теории.

3. Назовите пять основных положений современной клеточной теории.

4. Как исследование клеточного строения живых организмов связано с развитием техники микроскопии?

5. Приведите примеры влияния усовершенствования техники исследований на развитие науки.

6. Какова связь клеточной теории с современной теорией эволюции?

Мои биологические исследования

Приготовление и описание микропрепаратов клеток растений

Положите в каплю воды на предметном стекле небольшой кусочек кожицы лука, снятой с внутренней поверхности сочной чешуи. Сверху накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом. Зарисуйте живые клетки. Найдите ядро.

При наличии цифрового микроскопа сделайте снимки результатов своей работы. Создайте презентацию в РоwerPoint, на которой отразите свои наблюдения.