МІКРОСКОП ТА ДОСЛІДЖЕННЯ КЛІТИНИ: ЕКСКУРС В ІСТОРІЮ
Тема 1. КЛІТИНА
Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся:
✓ з яких найменших живих “цеглинок” складаються організми, як вони побудовані та як працюють;
✓ про сутність процесів живлення, травлення, фотосинтезу, дихання та виділення;
✓ як правильно працювати з мікроскопом
§ 5.МІКРОСКОП ТА ДОСЛІДЖЕННЯ КЛІТИНИ: ЕКСКУРС В ІСТОРІЮ
– Ви дізнаєтесь, як завдяки винаходу та вдосконаленню мікроскопа було знайдено найменші живі цеглинки, з яких побудовані всі живі істоти – клітини.
– З чого складаються
Питання “З чого складаються живі тіла?” тривалий час залишалося без відповіді, оскільки структури, спільні для всього живого, мають дуже малі розміри і не помітні без збільшувальних приладів. Відповідь було знайдено лише з винаходом мікроскопа. Його попередником є найпростіший оптичний прилад – лупа, або збільшувальне скло (мал. 1).
Мікроскоп, який став прототипом сучасного (мал. 2), був винайдений наприкінці XVI ст. Із XVII ст. мікроскоп став одним з основних інструментів біологів.
Одні
Оптика – розділ фізики, який вивчає світло та пов’язані з ним явища. Прилади, робота яких грунтується на використанні властивостей світла, називають оптичними.
1665
Р. Гук вперше увів термін “клітина”
1673 – 1683
А. ван Левенгук відкрив світ мікроскопічних організмів, включаючи бактерії, одноклітинні тварини, водорості та гриби
1838 – 1839
М. Шлейден та Т. Шванн сформулювали клітинну теорію, згідно з якою живі організми складаються з клітин; клітина є найменшою одиницею життя за допомогою мікроскопа були виконані в середині XVII ст. англійським фізиком та натуралістом Робертом Гуком (1635- 1703 рр.). Зокрема, на зрізі корка Р, Гук побачив та замалював численні порожнисті камери, які нагадали йому бджолині соти. Він назвав їх “клітинами” (мал. З).
Мал. 3. Мікроскоп Р. Гука, зріз через корок
У 1665 р. у книзі “Мікрографія” він опублікував цей малюнок разом з низкою інших зображень мікроскопічних структур каменів, різноманітних матеріалів, рослин та тварин. Структури, які Р. Гук назвав “клітинами”, у дійсності були лише їхніми порожніми оболонками. Проте цей термін згодом прижився.
Книга Р. Гука справила велике враження на голландського натураліста Антоні ван Левенгука. За допомогою мікроскопа він відкрив цілий світ мікроскопічних організмів, які назвав “анімалькулями”. Серед знаменитих Левенгуківськіх 4 анімалькуль” (мал. 4) – мікроскопічні водорості та тварини, одноклітинні мікроскопічні гриби – дріжджі. Левенгук також відкрив клітини крові, описав мертві клітини шкіри та будову м’язів людини, деталі ока комах та клітинну будову коренів водної рослини ряски.
1858
Р. Вірхов обгрунтував принцип: “Кожна клітина походить від іншої існуючої клітини”
1931
Е. Руека розробив прототип електронного мікроскопа. Нагороджений у 1986 р. Нобелівською премією
1950 – 1963
Д. Е. Паладе, А. Клод, К. де Дюв створили структурно-функціональну модель клітини. Нагороджені у 1974 р. Нобелівською премією
На межі XVІІІ та XIX ст. було винайдено спосіб виготовлення дуже якісних об’єктивів, які за великого збільшення не спотворювали зображення. За допомогою такого удосконаленого об’єктива англійський ботанік Роберт Броун у 1831 р. відкрив у рослинних клітинах нову структуру – ядро. Тогочасні біологи також звернули увагу на те, що ядро знаходиться у в’язкій рідині, якою заповнена клітина. Ця рідина, що утворює внутрішнє середовище клітини, отримала назву цитоплазма (від грецького “цитос” – клітина та “плазма” – вміст).
У 1838-1839 pp. ботанік Мяттіас Шлейден та зоолог Теодор Шванн дійшли висновку, що основним і обов’язковим елементом будь-якого живого організму є клітина. Вони сформулювали чотири положення, які склали основу запропонованої ними клітинної теорії:
1. Всі рослини та тварини складаються з клітин.
2. Рослини та тварини ростуть за рахунок утворення нових клітин.
3. Клітина є найменшою живою одиницею, і поза клітиною життя не існує.
4. Клітини різних організмів загалом подібні за будовою.
Автори клітинної теорії не змогли правильно пояснити, яким чином утворюються нові клітини. На це питання в 1858 р. відповів видатний німецький вчений Рудольф Вірхов (1821-1902 pp.). Він зробив висновок, що нові клітини виникають лише внаслідок поділу вже існуючих клітин. Р. Вірхову належить крилатий вислів, який перекладається з латини так: “Кожна клітина – від клітини”.
Зі створенням клітинної теорії виникла нова наука – цитологія (від грецького “цитос” – клітина, вмістилище, та “логос” – вчення, наука), або наука про клітину.
Мал. 4. Деякі “анімальгулі”, відкриті та замальовані Левенгуком (XVII ст.) та їх мікрофотографії, зроблені на сучасних оптичних мікроскопах (ХМ ст.): а – прісноводна мікроскопічна одноклітинна тварина (Інфузорія колапс); б – прісноводна мікроскопічна багатоклітинна тварина (коловертка); в – прісноводна мікроскопічна зелена водорість (вольвокс); г – різноманітні бактерії
У другій половині XIX ст. цитологія розвивалася стрімко, при цьому оптичні мікроскопи постійно вдосконалювалися” дозволяючи спостерігати структури, розмір яких становив лише 0,2 мкж, що приблизно у 400 разів менше від товщини людської волосини.
У 1931 р. в Німеччині фізиком Ернстом Рускою було створено прототип електронного мікроскопа. Це привело до того, що з’явилася можливість побачити структури у тисячу разів менші від тих, які помітні в оптичний мікроскоп.
Завдяки електронному мікроскопу (мал. 5) в 50-60-х роках XX ст. в біології відбулася справжня революція: було з’ясовано внутрішню будову клітини, виявлено спільні та відмінні риси клітин рослин, тварин, грибів та бактерій.
Ці дослідження дали змогу не лише побачити як побудована клітина, а й зрозуміти, як вона працює.
Мікрометр, або мікрон (мкм), – одиниця виміру довжини, яка дорівнює одній мільйонній частині метра.
Мал. 5. Електронний мікроскоп
ВИСНОВКИ
1. Вдосконалення методів мікроскопії було необхідною умовою розвитку біології.
2. Оптичний мікроскоп дав змогу побачити клітину.
3. Завдяки оптичному мікроскопу було встановлено, що клітина є найменшою одиницею живого й усі живі організми складаються з клітин.
4. Завдяки електронному мікроскопу вдалося встановити внутрішню будову клітини та з’ясувати, як вона працює.
Клітина, цитоплазма, цитологія.
1. Хто першим побачив клітину?
2. Хто відкрив світ мікроскопічних організмів?
3. Ясі положення клітинної теорії сформулювали М. Шлейден та Т. Шванн?
ЗАВДАННЯ
Підготуйте відповіді на запитання школярів, наведені на початку параграфа.
ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ
Перші фотографії клітини під електроннім мікроскопом
Перший електронний мікроскоп для біологічних досліджень був сконструйований фірмою SIEMENS та в 1944 р. встановлений у Рокфелерівському Інституті медичних досліджень у м. Нью-Йорк. Вже через рік, у 1945 p., трьома біологами під керівництвом К. Р. Портере було опубліковано перші фотографії тварин них клітин, виконані за допомогою цього приладу. На цих світлинах були добре помітні загальні обриси клітини, її неоднорідний вміст, у якому розрізнялося ядро та деякі трубкоподібні структури – мітохондрії. У 60-х роках XX ст. групою вчених Рокфелерівського інституту було детально вивчено будову клітин тварин, рослин та грибів, а також деяких мікроскопічних одноклітинних організмів, відкритих ще Левенгуком. У цей же період інша група того самого Інституту дослідила будову найдивовижніших об’єктів, які не були помітні в оптичний мікроскоп – вірусів, встановивши при цьому, що віруси не мають клітинної будови, і, таким чином, знаходяться на межі між живим та неживим.
