§ 10. История открытия клетки. Создание клеточной теории

Определения и обозначения

Клетка — основная структурная и функциональная единица живых организмов. Организм может состоять из одной клетки или из множества клеток, взаимодействующих друг с другом. Изучение клеточного строения помогает понять, как устроены живые существа и как происходят процессы жизнедеятельности.

Клеточная теория — научное обобщение о клеточном строении организмов, сходстве клеток и их происхождении. Она возникла не сразу: учёные сравнивали результаты наблюдений, сделанных на разных объектах. Теория позволяет объяснять общие свойства живого на основе устройства клеток.

Микроскоп — прибор, с помощью которого рассматривают объекты, неразличимые невооружённым глазом. Без него учёные не смогли бы увидеть клетки и микроорганизмы. Чем лучше становилась оптика микроскопов, тем подробнее можно было изучать клеточные структуры.

Протоплазма — историческое название живого содержимого клетки. Наблюдения за этим содержимым помогали перейти от описания одних лишь клеточных оболочек к представлению о клетке как о живой системе. Термин относится к ранним этапам изучения клеточного строения.

Как это устроено

Микроскоп открыл учёным путь к изучению объектов, которые слишком малы для обычного зрения. Увеличение изображения позволяло различать детали, однако первые приборы давали не всегда чёткую картину. Поэтому развитие клеточной биологии зависело от улучшения линз и качества наблюдений: новые возможности оптики помогали уточнять прежние выводы и замечать то, что раньше оставалось скрытым.

В 1665 году Роберт Гук рассматривал под микроскопом тонкий срез пробки и заметил множество ячеек. Он назвал их клетками, потому что они напоминали небольшие комнаты. Пробка состоит из тканей растения, клетки которой к моменту наблюдения уже отмерли: Гук видел главным образом их пустые оболочки. Поэтому его открытие показало ячеистое строение ткани, но не раскрыло, как выглядит живая клетка изнутри.

Антони ван Левенгук усовершенствовал простые микроскопы и наблюдал объекты, содержащие живые клетки и микроорганизмы. В отличие от Гука, он видел не только пустые оболочки пробки, но и живые микроскопические формы. Эти работы дополнили первоначальные наблюдения и показали, что невидимый без прибора мир населён живыми организмами. Вместе результаты двух исследователей дали более полное представление о разнообразии клеточных объектов.

В XIX веке исследования растений и животных позволили сравнить их строение на клеточном уровне. Матиас Шлейден обобщил сведения о растениях, а Теодор Шванн сопоставил их с данными о животных. Учёные пришли к выводу, что организмы состоят из клеток и что клетки имеют общие основные признаки. Так наблюдения за отдельными объектами превратились в общую теорию о строении живого.

В ранних представлениях оставался вопрос: откуда берутся новые клетки? Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию положением о том, что всякая новая клетка возникает при делении уже существующей. Это объяснение связало появление клеток с непрерывностью клеточной жизни, а не с их самопроизвольным возникновением. Поэтому развитие организмов стали объяснять, в частности, размножением и ростом клеток.

Основные этапы изучения клетки и формирования клеточной теории

Таблица показывает последовательность: от описания отдельных микроскопических объектов учёные перешли к общим выводам о строении организмов. Сравнивайте не только даты, но и то, какой вопрос помог решить каждый исследователь. Так становится понятно, почему клеточная теория складывалась постепенно.

Разбор задач

Задача 1. Ученик рассматривает пробку и видит множество мелких ячеек. Определите, кто первым описал такую структуру и почему эти ячейки не являлись живыми клетками.

1. Сопоставьте объект с историческим наблюдением: ячеистую структуру среза пробки описал Роберт Гук. Его работа связана с введением слова «клетка».
2. Затем учтите, что пробка — ткань растения, клетки которой к моменту наблюдения отмерли. Под микроскопом были видны их оболочки, а не живое содержимое.
3. Следовательно, наблюдаемые ячейки не были живыми клетками в момент исследования. Здесь важно отличать оболочку клетки от самой живой системы.

Ответ: структуру первым описал Роберт Гук; ячейки пробки были оболочками отмерших клеток.

Задача 2. Распределите утверждения между открытиями Гука и Левенгука: описание ячеек в пробке; наблюдение живых микроорганизмов.

1. Сначала выделите, что именно наблюдал учёный: оболочки в срезе пробки или живые микроскопические объекты. Это позволяет не путать сходные по теме, но разные открытия.
2. Описание ячеек пробки относится к работе Гука. Он ввёл слово «клетка», рассматривая эти структуры.
3. Наблюдение живых микроорганизмов относится к Левенгуку. Его результаты показали, что микроскопические объекты могут быть живыми организмами.

Ответ: Гук — ячейки в пробке; Левенгук — живые микроорганизмы.

Задача 3. По описанию этапов развития клеточной теории восстановите последовательность: вывод о клеточном строении растений и животных; положение о возникновении клеток из существующих клеток; наблюдения Гука.

1. Начните с наиболее раннего этапа. Наблюдения Гука за пробкой относятся к XVII веку и предшествуют формулировке клеточной теории.
2. Далее поставьте обобщение о клеточном строении растений и животных. Его сделали Шлейден и Шванн в XIX веке, опираясь на накопленные сведения.
3. Затем расположите положение о происхождении новых клеток от уже существующих. Его внёс Вирхов, дополнив теорию после её первоначального формирования.

Ответ: наблюдения Гука → вывод Шлейдена и Шванна о клеточном строении растений и животных → положение Вирхова о возникновении клеток путём деления.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что Гук наблюдал живые клетки. Такое впечатление возникает потому, что в названии его открытия есть слово «клетка», но в пробке он видел оболочки отмерших клеток. Чтобы проверить себя, уточните, какой именно объект рассматривался и что было видно в микроскоп.

• Ошибка — приписывать Левенгуку введение термина «клетка». Его наблюдения действительно связаны с клеточным миром, поэтому вклады учёных легко спутать. Проверьте себя по различию: слово связано с описанием Гука, а живые клетки и микроорганизмы наблюдал Левенгук.

• Ошибка — считать клеточную теорию открытием одного учёного. Краткая формулировка иногда скрывает, что учёные последовательно собирали и обобщали данные. Проверка проста: назовите отдельно вклад Гука, Левенгука, Шлейдена, Шванна и Вирхова.

• Ошибка — утверждать, что клетка возникает самопроизвольно. Такое представление не учитывает вывод Вирхова о делении уже существующих клеток. Проверьте себя вопросом: из чего появляется новая клетка согласно этому положению? Ответ — из другой клетки при её делении.

Связь с другими темами

Для понимания истории клеточной теории нужно знать, что живые организмы имеют клеточное строение, и различать наблюдение и вывод: учёный видит объект, а затем объясняет полученные данные. Тема связана с развитием микроскопии, поскольку новые приборы открывали доступ к более подробным наблюдениям. Она также служит основой для изучения строения клетки, её деления и связи клеточного уровня с организмом в целом.

Что запомнить

• Гук ввёл в употребление слово «клетка», описав ячейки пробки.
• Левенгук наблюдал живые клетки и микроорганизмы.
• Клеточная теория формировалась на основе наблюдений разных исследователей.
• Шлейден и Шванн обобщили данные о клеточном строении растений и животных.
• Вирхов дополнил теорию положением о происхождении клеток от уже существующих клеток.
• Совершенствование микроскопа расширяло возможности изучения клетки.