Клеточная теория
Клеточная теория – это фундамент современной биологии. Она исходит из того, что клетки – базовые единицы всех живых организмов, которые могут рождаться только из уже существующих клеток.
Основы клеточной биологии как научной дисциплины заложило развитие микроскопии в XVII в. Все последующие столетия ученые наблюдали клетки растений и животных под все большим увеличением. Биологи довольно рано пришли к согласию в том, что живые организмы состоят из базовых единиц, но никто не связывал клетки, увиденные под микроскопом, и клетки, которые составляли тела животных и растений. Французский физиолог Рене Дютроше в конце концов узрел эту связь: в 1824 г. он признал значение отдельных клеток в функционировании живого организма, заявив, что «клетка – это фундаментальный элемент организации».
Маттиас Шлейден преподавал ботанику в Йенском университете в Германии.
Клеточная теория
Считают, что принципы клеточной теории сформулировали двое ученых. В 1838 г. немецкий ботаник Маттиас Шлейден опубликовал «Данные о фитогенезисе», основанные на исследовании растений под микроскопом. Шлейден предположил, что все части растений состоят из клеток. Он также указал на важность ядра в делении клетки и признал, что новые клетки растений формируются из ядер старых.
ПРИНЦИПЫ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ
1. Все живые организмы состоят из одной или более клеток.
2. Клетка – это базовая единица строения и функционирования организма.
3. Клетки появляются из уже существующих клеток.
В 1830-х гг. немецкий физиолог Теодор Шванн работал с тканями животных, в том числе нервными клетками: он рассматривал их под микроскопом и описывал свойства. Одажды двое ученых встретились, чтобы обсудить свою работу, и Шлейден рассказал о роли ядра в делении клетки. Шванн сразу же вспомнил о похожих структурах в клетках животных и осознал связь между ними. В 1839 г. Шванн опубликовал книгу «Микроскопические исследования», в которой утверждал: «Все живые существа состоят из клеток и продуктов клеток». Двое ученых таким образом выдвинули клеточную теорию и сформулировали два из трех основных ее принципов: 1) все живые организмы состоят из одной или более клеток; 2) клетка – это базовая единица строения и функционирования организма.
Основываясь на работе Шлейдена и Шванна, немецкий ученый Рудольф Вирхов пополнил список принципов клеточной теории, постулировав: клетки происходят из уже существующих клеток. Этот вывод приписывают Вирхову, но он опирался на опыты немецкого биолога Роберта Ремака, который наблюдал деление клетки в оплодотворенных икринках лягушки.
На иллюстрации показана структура типичной клетки растения. В отличие от клеток животных, клетки растений имеют стенки, хлоропласты и вакуоли.
На иллюстрации показано строение типичной клетки животного. Внутри мембраны находится водянистая жидкость – цитоплазма. Ядро в центре клетки состоит из генетического материала в виде ДНК. В числе прочих структур – органеллы: митохондии, производящие энергию, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, производящие и транспортирующие питательные вещества.
Свойства клеток
У клеток животных и растений много общих свойств. И у тех, и у других есть ядро, содержащее генетический материал и контролирующее все процессы. Есть и клеточные мембраны, которые регулируют движение воды и растворенных химических веществ внутрь клетки и из нее. Мембрана удерживает жидкую цитоплазму. По сравнению с клетками животных, клетки растений содержат ряд уникальных структур. В частности, клеточные стенки, сформированные из волокон целлюлозы. Это укрепляет и позволяет держаться вместе как кирпичики в стене. Клетки растений также имеют вакуоли – емкости для для воды. Клетки в зеленых частях растений содержат хлоропласт. Внутри этих образований есть зеленый пигмент хлорофилл, поглощающий энергию солнечного света и производящий питательные вещества в ходе фотосинтеза.
Функции клеток
Клетки имеют общие характеристики, но есть и такие, которые наделены специальными функциями. Хороший пример – это красные кровяные тельца. Свой цвет они приобретают благодаря присутствию гемоглобина – молекулы, которая распространяет по телу кислород. У нервных клеток совершенно другая структура: они напоминают проволоку для передачи электрических сигналов, а клетки костей окружены сетью кристаллов фосфата кальция, которые придают им прочность. Все они рождаются из неспециализированных стволовых клеток, способных трансформироваться или видоизменяться в любой тип клеток, необходимый телу.
Теодор Шванн разработал базовый принцип клеточной теории: все живые существа состоят из клеток. Предложенная им классификация клеток разных видов заложила основы современной гистологии.
Рисунки клеток Вирхова, подготовленные для цикла лекций в 1858 г.
Сердце
Этот мускулистый орган перекачивает кровь по телу. Его приводит в действие сердечная мышца, которая заставляет его биться от зачатия до смерти. Как правило, она сокращается около 100 000 раз каждый день.
В человеческом сердце четыре камеры: два предсердия и два желудочка. В левую сторону сердца поступает насыщенная кислородом кровь из легких, оттуда она перекачивается во все части тела, поскольку кислород используется в клеточном дыхании. Правая сторона получает обедненную кислородом кровь со всего тела и перекачивает в легкие, чтобы снова наполнить кислородом. Две части сердца разделены внутренней перегородкой. Строение сердца и циркуляцию крови по организму изучал английский анатом Уильям Гарвей, а чешский физиолог Ян Эвангелиста Пуркинье открыл волокнистые ткани (сегодня они называются волокнами Пуркинье), проводящие к желудочкам сердца электрические импульсы. Импульсы обеспечивают синхронное сокращение – так становится возможным комплексный сердечный ритм.
Схема 1881 г. показывает основные кровеносные сосуды и камеры сердца.
ЯН ЭВАНГЕЛИСТА ПУРКИНЬЕ
В середине XIX в. Пуркинье был одним из самых известных в мире ученых. Он продемонстрировал роль волокон Пуркинье в сердце, а также открыл крупные нервные клетки (клетки Пуркинье) в коре мозжечка и ввел термины «плазма» – жидкая составляющая крови, – и «протоплазма» – содержимое клетки. Пуркинье также создал первое в мире отделение физиологии – в 1839 г. во Вроцлавском университете в Польше.
