какое значение для биологической науки имеет клеточная теория
Какое значение для биологической науки имеет клеточная теория
«Биология отрицает законы математики: при делении происходит умножение» Валерий Красовский
Клеточная теория
Клетка — структурно-функциональная единица живого организма. Это элементарную, открытую живую систему, способную к саморегуляции, самообновлению и воспроизведению
История изучения клетки
1665
Обнаружена клеточная структура пробковой ткани, введено понятие «клетка»
Антуан ван Левенгук
открыл одноклеточные организмы
Открыто клеточное ядро. Описано ядро растительной клетки
1838-1839
Сформулированы основы клеточной теории: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению
Сформулировано положение «каждая клетка — из клетки»
Значение клеточной теории
Значение клеточной теории: сходство строения, химического состава, жизнедеятельности, клеточного строения организмов — доказательства родства организмов всех царств живой природы, общности их происхождения, единства органического мира.
Клеточная теория позволила понять, как зарождается, развивается и функционирует живой организм, то есть создала основу эволюционной теории развития жизни, а в медицине – понимания процессов жизнедеятельности и развития болезней на клеточном уровне – что открыло немыслимые ранее новые возможности диагностики, лечение заболеваний.
История, основные положения и значение клеточной теории
Клеточная теория
История клеточной теории
Изобретение микроскопа и усовершенствование методов микроскопических исследований позволили открыть и изучить клетку.
Первым увидел клетку английский ученый Р. Гук. В 1665 году при помощи увеличительных линз он стал свидетелем деления тканей коры пробкового дуба на ячейки — клетки. Но, как позже стало известно, он стал первооткрывателем не клетки в прямо значении этого слова, а внешних оболочек растительных клеток.
Открытие мира одноклеточных организмов связано с А. Левенгуком — он первым увидел животные клетки, а именно эритроциты. Дальнейшее описание животных клеток принадлежит Ф. Фонтане. Поскольку четкого представления о том, что такое клетка, не было, исследования ученого не привели к понятию универсальности клеточного строения.
Первоначально Р. Гук считал, что клетки представляют собой пустоты или поры между волокнами растений. Это мнение нашло подтверждение в ходе исследований, проведенных М. Мальпиги, Н. Грю, Ф. Фонтана, которые наблюдали за растительными объектами под микроскопом. Они назвали клетки «пузырьками».
Наибольший вклад в развитие микроскопических исследований организмов растений и животных принадлежит А. Левенгуку. Результаты своих исследований он оформил в книгу «Тайны природы».
По иллюстрациям, представленным в этой книге, понятны клеточные структуры растительных и животных организмов, хотя самим ученым эти описанные структуры не понимались как клеточные образования. Все потому, что исследования ученого были, скорее, случайные, чем систематические.
В начале 19 века такие ученые как Г. Линк, Г. Травенариус и К. Рудольф в своих исследованиях продемонстрировали, что клетки не являются пустотами — это самостоятельные образования, ограниченные стенками. Было доказано, что у клеток есть содержимое, названное Я. Пуркинье протоплазмой. Р. Броун выделил ядро в качестве постоянной части клеток.
Далее Т. Шванн занимался анализом данных литературы о клеточном строении растений и животных. Он сопоставил имеющиеся данные с собственными исследованиями, результатом чего стала его собственный труд. Ученый продемонстрировал, что клетки — элементарные живые структурные единицы растительных и животных организмов. И. Шванн пояснил, что у них есть общий план строения и образуются они одинаковым способом. Все это стало основой клеточной теории. Поэтому Т. Швана можно считать тем, кто стоял у истоков создания клеточной теории.
Перед тем как сформулировать основные положения клеточной теории, на протежении долгого периода времени ученые накапливали наблюдения за строением одноклеточных и многоклеточных организмов. Одновременно с этим совершенствовались и различные оптические методы в исследованиях.
Все клетки бывают двух типов: ядерные (эукариотические) и безъядерные (прокариотические). Организмы животных строятся на экукариотические клетках. Нет ядер только у красных клеток крови млекопитающих — эритроциты, которые теряют свои ядра в процессе развития.
В ходе изучения строения и функций клеток менялось и определение клетки.
Сегодня под клеткой понимают структурно упорядоченную систему биополимеров, ограниченную активной оболочкой. Биополимеры образуют ядро и цитоплазму, принимают участие в единой совокупности процессов метаболизма и обеспечивают поддержку и воспроизведение самой системы.
Клеточная теория — это обобщенное представление о строении клетки, являющейся единицей живого, ее размножении и роли в процессе формирования многоклеточных организмов.
Открытия в 19 веке, связанные с клеткой, были связаны с развитием микроскопии. В это же время происходит изменение представления о клетке. Теперь основой клетки стала считаться не клеточная оболочка, а ее содержимое — протоплазма. Также происходит открытие ядра как постоянного элемента клетки.
Благодаря тому, что появилась четкая информация о строении и развитии клетки, стало возможным ее обобщить. В 1839 году такое обобщение сделал Т. Шванн, который и сформулировал клеточную теорию. Автор клеточной теории считал, что между клетками животных и растений нет принципиальной разницы. В этом, в общем, и заключается сущность клеточной теории.
Развитием этой теории позже занимался немецкий патолог Р. Вирхов. Он является автором идеи, что возникновение клетки происходит исключительно из другой клетки при помощи размножения.
Положения клеточной теории
Положения клеточной теории, которые постепенно уточнялись и дополнялись, были опубликованы в труде под названием «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений» (1839 г). Эта работа принадлежит Т. Шванну.
Вот основные положения клеточной теории:
Активное развитие в 19 и 20 веках такой науки как цитология способствовало подтверждению основных положений клеточной теории. Она же предоставила новые данные о строении и функциях клетки.
Кроме того, отдельные тезисы клеточной теории, предложенные Т. Шванном, были исключены из теории. К примеру, он считал, что отдельная клетка многоклеточного организма способна самостоятельно функционировать, что многоклеточный организм — простая совокупность клеток, что неклеточная «бластема» — основа развития клетки.
После усовершенствования, остались следующие положения клеточной теории:
Клеточная теория на современном этапе развития биологии во многом отличается от теории и взглядов на клетку, существовавших не только в 19 веке, в период формулировки Т. Шванном первой клеточной теории, но и в середине 20 века.
Сегодня клеточная теория — это система научных взглядов, представленная в виде теорий, законов и принципов.
Главные положения клеточной теории актуальны и сегодня, несмотря на то, что за 150 лет о структуре, развитии и жизнедеятельности клеток были получены новые сведения.
Значение клеточной теории
Клеточная теория в науке открыла и укрепила представление о клетке как важнейшей составляющей всех организмов и главным их строительным элементом. Клетка является эмбриональной основой многоклеточных организмов, поскольку любой организм развивается с зиготы.
Благодаря клеточной теории можно говорить о единстве живой природы. Открытие этой теории — едва ли не самое важное событие в области биологии.
Клеточная теория стимулировала развитие таких наук как эмбриология, физиология и гистология. На ее основе возникло материалистическое понимание жизни, стало возможным объяснение эволюционной взаимосвязи между организмами, формулировка сущности онтогенеза.
Несмотря на то, что сведения о строении, развитии и функционировании клетки постоянно пополняются, основные положения клеточной теории, сформулированные более 100 лет назад, остаются актуальными.
Клетка — основа всех биохимических и физиологических процессов в организме, ведь все эти процессы происходят непосредственно на клеточном уровне. Клеточная теория позволила сделать вывод о схожести химического состава всех клеток и подтвердить единство органического мира.
Клеточная теория является одни из биологических обобщений, свидетельствующих о клеточном строении всех организмов.
Наряду с законом превращения энергии и эволюционной теорией Дарвина, это одно из наиболее значимых открытий в области естествознания 19 века.
Клеточная теория оказала заметное влияние на развитие биологии как науки. Она указала на единство живой природы и выделила структурную единицу этого единства — клетку.
Помимо огромного влияния на биологию как науку, теория стала фундаментом для развития других дисциплин: эмбриологии, гистологии, физиологии. С ее помощью удалось объяснить родственные взаимосвязи организмов, механизм индивидуального развития.
Теория является важным обобщением современной биологии, системой положений и принципов, раскрывающими механизмы роста, развития и размножения организмов.
Клеточная теория и ее значение для биологии.
Клеточная теория – это один самых важных и основополагающих разделов биологии. Эта теория была сформулирована в 1893 году немецким ботаником Матиасом Шлейденом и зоологом из той же страны – Теодором Шванном.
До того, как эти ученые официально сформулировали клеточную теорию, знания о клетке и строении живых существ накапливались в течение долгого периода времени. Огромный прорыв в этом направлении совершил Галилео Галилей, который изобрел микроскоп в XVII веке.
Впервые название «клетка» появилось в 1667 году, когда английский ученый Р.Гук написал книгу «Микрография», в которой детально описывал структуру растительной ткани. В том же XVII веке Антон ван Левенгук, голландский ученый-самоучка, изучил и описал инфузории (одноклеточные организмы) и эритроциты и сперматозоиды человека.
После этого изучение клетки приобрело, можно сказать, массовый характер. Один за другим, ученые начинают открывать компоненты клетки: ядро, хромосомы, протоплазмы, аппарат Гольжи и митохондрии. После изобретения электронного микроскопа стали изучаться более мелкие части клетки – как их внешний вид, так и выполняемые функции.
Итак, возвращаемся к клеточной теории М. Шлейдена и Т.Шванна. Они показали и доказали, что растительные и животные клетки имеют главное сходство. Именно это стало главным доказательством единства живой природы. С тех пор современная наука только подтверждает положения клеточной теории немецких ученых. Сегодня именно клетка является структурной единицей живой материи. Кроме того, благодаря функциям, выполняемым клеткой, она является также главной функциональной единицей живой природы.
1. Дайте определения понятий.
Клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.
Органоид – постоянная специализированная структура в клетках живых организмов, осуществляющая определенные функции.
Цитология – раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.
2. Распределите фамилии ученых из приведенного перечня (список избыточен) по соответствующим столбцам таблицы.
Р. Броун, К. Бэр, Р. Вирхов, К. Гален, К. Гольджи, Р. Гук, Ч. Дарвин, А. Левенгук, К. Линней, Г. Мендель, Т. Шванн, М. Шлейден.
Ученые, внесшие вклад в развитие знаний о клетке
3. Заполните левый столбец таблицы.
ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТКИ
4. Укажите признаки, общие для всех клеток. Объясните, благодаря каким свойствам живой материи все клетки имеют общие признаки.
Все клетки окружены мембраной, их генетическая информация хранится в генах, белки являются их основным структурным материалом и биокатализаторами, они синтезируются на рибосомах, в качестве источника энергии клетки используют АТФ. Все клетки – открытые системы. Для них характерны рост и развитие, размножение и раздражимость.
5. Какое значение для биологической науки имеет клеточная теория?
Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира. Современная цитология, вобрав в себя достижения генетики, молекулярной биологии, биохимии, превратилась в клеточную биологию.
6. Докажите, что существование в природе вирусов не противоречит утверждениям клеточной теории.
Существование в природе вирусов не противоречит утверждениям клеточной теории, потому что размножаться вирусы могут только внутри живых клеток. Являясь паразитами на генетическом уровне, вирусы не способны к самовоспроизведению и метаболизму вне живой клетки.
7. Впишите пропущенные термины.
Форму двояковогнутого диска имеют эритроциты человека.
В состав костной ткани входят крупные остеоциты с многочисленными отростками. Лейкоциты крови не имеют постоянной формы. Очень разнообразны клетки нервной ткани, обладающие способностью к возбудимости и проводимости.
8. Познавательная задача.
Первое описание клетки было опубликовано в 1665 г. В 1675 г. стали известны одноклеточные организмы. Клеточная теория была сформулирована в 1839 г. Почему дата зарождения цитологии совпадает со временем формулирования клеточной теории, а не со временем открытия клетки?
Цитология – раздел биологии, изучающий органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти в клетке. На момент открытия клетки была описана клеточная стенка. Далее были открыты первые клетки, но сама структура и функции их известны не были. Знаний было недостаточно, они были проанализированы Т. Т. Шванном, М. Шлейденом, и ими была создана клеточная теория.
9. Выберите правильный ответ.
Тест 1.
Клеточное строение имеет:
1) айсберг;
2) лепесток тюльпана;
3) белок гемоглобин;
Тест 2.
Авторами клеточной теории являются:
1) Р. Гук и А. Левенгук;
2) М. Шлейден и Т. Шванн;
3) Л. Пастер и И. И. Мечников;
4) Ч. Дарвин и А. Уоллес.
Тест 3.
Какое положение клеточной теории принадлежит Р. Вирхову?
1) Клетка — элементарная единица живого;
2) всякая клетка происходит из другой клетки;
3) все клетки сходны по своему химическому составу;
4) сходное клеточное строение организмов — свидетельство общности происхождения всего живого.
10. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.
Современная клеточная теория, ее основные положения
Содержание:
Авторами первой клеточной теории являются зарубежные ученые Шванн Т. и Шлейден М. (1838 г.–1839 г.). В 1855 г. данная теория была дополнена работами Р. Вирхова.
5 положений современной клеточной теории
Основные положения современной клеточной теории:
Создание клеточной теории привело к определению клетки, как элементарной структуре живых систем с сопутствующими признакам и свойствами. С возникновением клеточной теории стали появляться гипотезы о происхождении живых тел.
Развитие знаний о клетке
С появление микроскопа ученые получили возможность для пристального изучения живых клеток. Так, в 1665 г. Р. Гуком на срезе пробки было обнаружены маленькие ячейки, названные им клетками. Позднее такие образования внутри растений обнаружили Н. Грю и М. Мальпиги.
Позднее не имевшим специального образования голландским торговцем А. Левенгуком был создан самодельный микроскоп с увеличением в 270 раз. Ему удалось разглядеть:
Увиденное в микроскоп А. Левенгук всегда описывал и аккуратно зарисовывал, без приведения соответствующих объяснений. Так, ему удалось разглядеть бактериальные клетки и одноклеточные организмы.
Львиная доля открытий компонентов клетки выпала на первую половину XIX в.:
Исследования русского ученого-эмбриолога Карла Бэра (1827 г.) приводят к обнаружению яйцеклеток у млекопитающих животных и человека. Данное открытие «сломало» господствующее тогда утверждение о развитии организмов только из гамет мужского типа. Работы Карла Бэра доказали процесс формирования многоклеточных тел из оплодотворенных яйцеклеток. Сравнение им зародышей разных организмов на ранних этапах развития доказало сходство их организации и дало толчок к мысли о единстве появления всего живого на Земле.
К 1850-у году в биологической науке было сформировано большое количество открытий, связанных с клеткой. Привести их в систему помогли работы немецкого зоолога Шванна Т. и М. Шлейдена. Они создали первую клеточную теорию, объясняющую многие процессы внутри живых тел.
Исследования патологоанатома и врача из Германии – Рудольфа Вирхова дополнили созданную ранее Шванном Т. и М. Шлейденом клеточную теорию. Вирхов Р. указал на возникновения новых клеток путем деления исходных (материнских) структур. Таким образом, он доказал возникновение «клетки от клетки» и «живого от живого».
После создания основных положений теории о структурно-функциональной единице живого (клетке) были сделаны и другие открытия, касающиеся происходящих в ней процессов. Так, усовершенствование к концу XIX в. микроскопа дало толчок для уточнения состава клетки с проведением описания имеющихся органоидов. Органоидами стали именовать клеточные компоненты постоянного строения, которые выполняют разные функции.
Позднее был изучен процесс деления, происходящий в процессе митоза либо мейоза. Данные процессы стали основой способов воспроизведения клеточных структур и получили статус «передатчиков» наследственной информации. С использованием современных физико-химических методик детальнее были изучены процессы передачи и хранения наследственных признаков. Также тщательнее были обследованы тончайшие детали всех клеточных компонентов постоянного и переменного состава. Таким образом, было выделено особое биологическое направление — «цитология», занимающееся изучением структуры и жизнедеятельности клеток живых организмов.
К. Бэр открыл яйцеклетки птиц и животных.
Р. Вихров дополнил теорию: «Клетка — единица структуры и функции живых организмов».
Клеточное строение организмов
Клеточное строение организмов — основа единства органического мира, доказательство родства живой природы
Как уже было отмечено ранее, бактериям, грибам, растениям и животным свойственно наличие клеток разной формы и специализации. Вирусные частицы также не могут жить без живых клеток, так как там происходят процессы их размножения, хотя сами они являются неклеточными формами жизни.
В полноценной живой клетке постоянно происходят следующие процессы:
Наличие совокупности данных признаков отличает живые организмы от неживых тел. Кроме этого, внутри живых клеточных структур хранятся, а при размножении передаются наследственные признаки, заключенные в генах. При половом размножении наследственные признаки комбинируются, что приводит к формированию новых генетических наборов и появляются новые признаки у организмов. Таким образом происходит жизнедеятельность живых организмов.
В природе существует великое множество живых клеток, которые различаются строением, формами и специализацией, но для всех их характерно наличие:
Возникновению современных клеточных структур сопутствовал длительный эволюционный процесс, происходящий в биосфере. Он делился на:
Образование многоклеточных форм жизни не является банальным суммированием клеток, а выступает результатом сложных эволюционных преобразований, происходящих с сохранением присущих живому признаков. Таким образом организмы приобретали новые свойства и функции. В результате менялось их строение и образ жизни. Происходящие эволюционные преобразования привели к появлению новых видов и указали на общность происхождения всего живого — единого предка.
Полноценное существование живых организмов возможно лишь тогда, когда входящие в его состав клетки будут выполнять присущие им функции. Простое сложение клеток друг с другом не приведет к созданию целостного организма, так как полноценно функционировать он не сможет. Так, было открыто единство целостного и дискретного составляющего.
Увеличение скорости метаболизма достигается ростом количества маленьких клеток у многоклеточных тел. При нарушении функций одной клетки (ее гибель) происходит восстановление ее деятельности вследствие воспроизведения клеточных структур. Без клеток гены существовать не могут, а значит. невозможно хранить и передавать наследственную информацию. Аналогично и с энергией, которая также не сможет аккумулироваться от Солнца, если не будет растительных клеток с хлоропластами.
Благодаря разделению клеточных функций в многоклеточных телах (организмах) живые системы смогли приспосабливаться к разным условиям существования и средам обитания. В результате возникали новые систематические категории – виды, роды, классы. Таким образом, шло длительное усложнение их организационного строения.
После установления единого плана строения клеточных структур у всего живого возникли предпосылки единого происхождения живых организмов на Земле. Данные предпосылки были доказаны многочисленными открытиями в области палеонтологии, эмбриологии и других областях биологии. Так, возникло представление не только о едином плане строения живых организмов, но и доказательство единства происхождения органического мира.