§ 4. История открытия и изучения клетки. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живых организмов. Она является основой строения, потому что тело организма состоит из одной или множества клеток. В клетках протекают обмен веществ, получение энергии, рост, размножение и другие процессы жизни.

Клеточная теория — совокупность положений о клеточном строении организмов, сходстве клеток и их происхождении. Она нужна, чтобы объяснить общий принцип организации разных живых существ, от одноклеточных организмов до сложных многоклеточных. Теория показывает не только из чего построены организмы, но и как связаны их жизненные процессы.

Цитология — наука о клетках, их строении, функциях, размножении и развитии. Её возникновение связано с созданием и совершенствованием микроскопов, а дальнейшее развитие — с накоплением наблюдений и появлением более точных методов. Благодаря цитологии клетку изучают не как простую ячейку, а как сложную живую систему.

Как это устроено

Первые оптические приборы давали небольшое увеличение и не позволяли различать тонкие детали. По мере совершенствования линз учёные стали видеть не только крупные части организмов, но и микроскопические структуры. Это изменило сам объект биологических исследований: наблюдения перешли от внешнего описания органов к изучению клеток и их содержимого.

В 1665 году Роберт Гук рассмотрел под микроскопом тонкий срез пробки. Он увидел множество отделённых перегородками полостей, напоминавших маленькие комнаты, и назвал их клетками. Однако пробка состоит из мёртвых клеток, поэтому Гук наблюдал главным образом сохранившиеся клеточные стенки, а не живое содержимое.

Антони ван Левенгук изготовлял более сильные линзы и исследовал капли воды, ткани и другие объекты. Он наблюдал живые клетки, одноклеточные организмы и микроорганизмы, которых назвал малейшими живыми существами. Эти открытия расширили представление о многообразии жизни и показали, что микроскопический мир не сводится к пустым ячейкам растительных тканей.

Маттиас Шлейден, изучая растения, пришёл к выводу, что их ткани построены из клеток. Теодор Шванн сопоставил эти данные с результатами исследований животных и установил общий клеточный план строения организмов. Рудольф Вирхов позднее дополнил теорию принципом «каждая клетка — из клетки»: новые клетки возникают только из предшествующих, обычно при делении. Так сформировались основные положения современной клеточной теории: организмы состоят из клеток, клетки сходны по важнейшим признакам организации и жизненным процессам, а клеточное происхождение сохраняется при размножении клеток.

Основные этапы изучения клетки и становления клеточной теории

Таблица помогает расположить открытия во времени и увидеть, как отдельные наблюдения постепенно объединились в научную теорию. При чтении обращайте внимание не только на имя учёного, но и на то, какое новое доказательство он добавил.

Разбор задач

Задача 1

Исследователь рассмотрел срез пробки и увидел множество отделённых перегородками полостей. Нужно определить, с каким открытием связано наблюдение, и установить, что именно находилось перед микроскопом учёного.

1. Свяжем описание ячеистых полостей с работой Роберта Гука, который первым употребил термин «клетка».
2. Уточним материал: пробка образована тканью, клетки которой к моменту наблюдения были мёртвыми.
3. Следовательно, видимые полости представляли собой пространства, окружённые сохранившимися клеточными стенками, без живого содержимого.

Ответ: наблюдение связано с открытием клеточной структуры и введением термина «клетка» Робертом Гуком. Он видел оболочки мёртвых клеток, а не живые клетки целиком.

Задача 2

Нужно сопоставить выводы Маттиаса Шлейдена и Теодора Шванна и объяснить, почему их работы стали основой клеточной теории. Один учёный изучал растения, другой — животных, поэтому важно сравнить объекты, а не смешивать результаты.

1. Шлейден установил, что растительные ткани состоят из клеток.
2. Шванн обнаружил такой же общий принцип в строении животных тканей.
3. Сопоставление результатов позволило сделать более широкий вывод: клеточное строение характерно для организмов разных царств, а не только для растений.

Ответ: исследования Шлейдена и Шванна объединили данные о растениях и животных и показали общий клеточный план строения живых организмов. Это стало важной основой клеточной теории.

Задача 3

Утверждается, что клетки многоклеточного организма возникают самопроизвольно из межклеточного вещества. Нужно проверить это утверждение с позиции клеточной теории и назвать соответствующий принцип.

1. Сравним утверждение с положением о происхождении клеток, сформулированным Рудольфом Вирховом.
2. Клеточная теория отрицает самопроизвольное появление клетки из неживого материала.
3. Новая клетка образуется из предшествующей клетки, чаще всего в результате её деления.

Ответ: утверждение неверно. Оно противоречит принципу Вирхова: каждая клетка происходит только от другой, ранее существовавшей клетки.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что Гук первым увидел живые клетки. Так думают из-за его названия наблюдаемых ячеек клетками, но пробка содержала мёртвые ткани. Проверка: вспомните, видел ли учёный клеточную стенку или живое содержимое.

Ошибка 2. Приписывать клеточную теорию одному учёному. Её положения складывались постепенно благодаря работам Гука, Левенгука, Шлейдена, Шванна и Вирхова. Проверка: назовите вклад хотя бы двух исследователей и свяжите его с конкретным положением.

Ошибка 3. Сводить теорию только к утверждению, что организмы состоят из клеток. При этом теряются идеи сходства клеток и их происхождения. Проверка: перечислите три ключевых признака теории, включая источник новых клеток.

Ошибка 4. Считать положения теории неизменными и исчерпывающими. Научные представления уточнялись вместе с развитием микроскопии и методов исследования. Проверка: отделяйте основные принципы теории от конкретных исторических представлений о строении клетки.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о признаках живого и отличиях живых организмов от неживой природы. Это помогает объяснить, почему клетку считают не просто мельчайшей частицей, а единицей жизнедеятельности.

Тема опирается на представления о строении растений и животных, а затем помогает изучать органоиды, деление клеток, размножение и наследственность. Клеточная теория служит основой для объяснения того, как устроен и развивается организм.

Что запомнить

• Термин «клетка» ввёл Роберт Гук после наблюдения среза пробки.
• Антони ван Левенгук наблюдал живые клетки и микроорганизмы.
• Шлейден и Шванн обосновали клеточное строение растений и животных.
• Клеточная теория объединяет общие принципы строения и жизнедеятельности организмов.
• Клетки организмов сходны по основным признакам организации и жизненным процессам.
• Новые клетки возникают из предшествующих клеток.