Клеточная теория история создания современные положения. История создания клеточной теории

С момента обнаружения клеток, до того как было сформулировано современное положение клеточной теории, прошло почти 400 лет. Впервые клетку исследовал в 1665 г. естествоиспытатель из Англии Заметив на тонком срезе пробки ячеистые структуры, он дал им название клеток.

В свой примитивный микроскоп Гук еще не мог рассмотреть все особенности, но по мере совершенствования оптических приборов, появления методик окрашивания препаратов ученые все больше погружались в мир тонких цитологических структур.

Как появилась клеточная теория

Знаковое открытие, повлиявшее на дальнейший курс исследований и на современное положение клеточной теории, сделано в 30-х годах XIX века. Шотландец Р. Броун, изучая лист растения при помощи светового микроскопа, обнаружил в растительных клетках сходные округлые уплотнения, которые впоследствии назвал ядрами.

С этого момента появился важный признак для сопоставления между собой структурных единиц различных организмов, что стало основой выводов о единстве происхождения живого. Не зря даже современное положение клеточной теории содержит ссылку на данный вывод.

Вопрос о происхождении клеток был поставлен в 1838 году немецким ботаником Матиасом Шлейденом. Массово исследуя растительный материал, он отметил, что во всех живых растительных тканях присутствие ядер обязательно.

Его соотечественник зоолог Теодор Шванн сделал такие же выводы относительно тканей животных. Изучив работы Шлейдена и сопоставив множество растительных и животных клеток, он сделал заключение: несмотря на многообразие, все они имеют общий признак - оформленное ядро.

Клеточная теория Шванна и Шлейдена

Собрав воедино имеющиеся факты о клетке, Т. Шванн и М. Шлейден выдвинули главный постулат Он состоял в том, что все организмы (растения и животные) состоят из клеток, близких по строению.

В 1858 году было внесено еще одно дополнение в клеточную теорию. доказал, что организм растет за счет увеличения количества клеток путем деления исходных материнских. Нам это кажется очевидным, но для тех времен его открытие было весьма продвинутым и современным.

На тот момент современное положение клеточной теории Шванна в учебниках формулируется следующим образом:

1. Все ткани живых организмов имеют клеточное строение.
2. Клетки животных и растений образуются одним и тем же способом (делением клетки) и имеют сходное строение.
3. Организм состоит из групп клеток, каждая из них способна к самостоятельной жизнедеятельности.

Став одним из важнейших открытий XIX века, клеточная теория заложила основу представления о единстве происхождения и общности эволюционного развития живых организмов.

Дальнейшее развитие цитологических знаний

Совершенствование исследовательских методов и оборудования позволило ученым значительно углубить знания о строении и жизнедеятельности клеток:

• доказана связь структуры и функции как отдельных органелл, так и клеток в целом (специализация цитоструктур);
• каждая клетка в отдельности демонстрирует все свойства, присущие живым организмам (растет, размножается, обменивается веществом и энергией с окружающей средой, подвижна в той или иной степени, адаптируется к изменениям и др.);
• органеллы не могут по отдельности демонстрировать подобные свойства;
• у животных, грибов, растений обнаруживаются одинаковые по строению и функциям органеллы;
• все клетки в организме взаимосвязаны и работают слаженно, выполняя комплексные задачи.

Благодаря новым открытиям, положения теории Шванна и Шлейдена были уточнены и дополнены. Современный научный мир пользуется расширенными постулатами основополагающей теории в биологии.

В литературе можно встретить различное количество постулатов современной клеточной теории, наиболее полный вариант содержит пять пунктов:

1. Клетка является наименьшей (элементарной) живой системой, основой строения, размножения, развития и жизнедеятельности организмов. Неклеточные структуры не могут называться живыми.
2. Клетки появляются исключительно путем деления уже существующих.
3. Химический состав и строение структурных единиц всех живых организмов сходны.
4. Многоклеточный организм развивается и растет за счет деления одной/нескольких первоначальных клеток.
5. Сходное клеточное строение организмов, населяющих Землю, свидетельствует о едином источнике их происхождения.

Первоначальные и современные положения клеточной теории во многом перекликаются. Углубленные и расширенные постулаты отражают современный уровень знаний по вопросу строения, жизни и взаимодействия клеток.

Открытие и изучение клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа и усовершенствованию методов микроскопических исследований.

Англичанин Роберт Гук первым в 1665 г.с помощью увеличительных линз наблюдал деление тканей коры пробкового дуба на ячейки (клетки). Хотя выснилось, что открыл он не клетки (в собственном понятии термина), а лишь внешние оболочки растительных клеток. Позже мир одноклеточных организмов был открыт А. Левенгуком. Он первый увидел животные клетки (эритроциты). Позже клетки животных описал Ф. Фонтана,но эти исследования в то время не привели к понятию универсальности клеточного строения, потому что не было чётких представлений о том, что же такое клетка.

Р. Гук считал, что клетки – это пустоты или поры между волокнами растений. Позже М. Мальпиги, Н. Грю и Ф. Фонтана, наблюдая растительные объекты под микроскопом, подтвердили данные Р. Гука, назвав клетки «пузырьками». Значительный вклад в развитие микроскопических исследований растительных и животных организмов сделал А. Левенгук. Данные своих наблюдений он опубликовал в книге «Тайны природы».

Иллюстрации к этой книге чётко демонстрируют клеточные структуры растительных и животных организмов. Однако А.Левенгук не представлял описанные морфологические структуры как клеточные образования. Его исследования имели случайный, не систематизированный характер. Г.Линк, Г. Травенариус и К. Рудольф в начале $XIX$ столетия своими исследованиями показали, что клетки – это не пустоты, а самостоятельные ограниченные стенками образования. Было установлено, что клетки имеют содержимое, которое Я Пуркинье назвал протоплазмой. Р. Броун описал ядро, как постоянную часть клеток.

Т. Шванн проанализировал данные литературы о клеточном строении растений и животных, сопоставив их с собственными исследованиями и опубликовал результаты в своей работе. В ней Т. Шванн показал, что клетки являются элементарными живыми структурными единицами растительных и животных организмов. Они имеют общий план строения и образуются единым путём. Эти тезисы и стали основой клеточной теории.

Исследователи длительное время занимались накоплением наблюдений за строением одноклеточных и многоклеточных организмов, прежде, чем сформулировать положения КТ. Именно в этот период были более развиты и усовершенствования различные оптические методы исследования.

Клетки делят на ядерные (эукариотические) и безъядерные (прокариотические). Животные организмы построены из эукариотических клеток. Лишь красные клетки крови млекопитающих (эритроциты) не имеют ядер. Они теряют их в процессе своего развития.

Определение клетки изменялось в зависимости от познания их строения и функции.

Определение 1

По современным данным, клетка – это ограниченная активной оболочкой, структурно упорядоченная система биополимеров, которые образуют ядро и цитоплазму, участвуют в единой совокупности процессов метаболизма и обеспечивают поддержание и воспроизведение системы в целом.

Клеточная теория является обобщённым представлением о строении клетки как единицы живого, о размножении клеток и их роли в формировании многоклеточных организмов.

Прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопии в $XIX$ веке. В то время представление о строении клетки изменилось: за основу клетки принималась не клеточная оболочка, а её содержимое – протоплазма. Тогда же открыли ядро как постоянный элемент клетки.

Сведения о тонком строении и развитии тканей и клеток давали возможность сделать обобщение. Такое обобщение сделал в 1839 г. немецкий биолог Т. Шванн в виде сформулированной им клеточной теории. Он утверждал, что клетки и животных, и растений принципиально похожи. Развил и обобщил эти представления немецкий патолог Р. Вирхов. Он выдвинул важное положение, которое состояло в том, что клетки возникают только из клеток путём размножения.

Основные положения клеточной теории

Т. Шванн в 1839 г. в своей работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений» сформулировал основные положения клеточной теории (позже они не раз уточнялись и дополнялись.

Клеточная теория содержит такие положения:

• клетка – основная элементарная единица строения, развития и функционирования всех живых организмов, мельчайшая единица живого;
• клетки всех организмов гомологичны (подобные) (гомологичны)по своему химическому строению, основным проявлениям жизненных процессов и обмену веществ;
• размножаются клетки путём деления - новая клетка образуется в результате деления изначальной (материнской) клетки;
• у сложных многоклеточных организмов клетки специализируются по функциям, которые они выполняют, и образуют ткани; из тканей построены органы, тесно взаимосвязанные межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Интенсивное развитие цитологии в $XIX$ и $XX$ столетиях подтвердило основные положения КТ и обогатило её новыми данными о строении и функциях клетки. В этот период было отброшено отдельные неправильные тезисы клеточной теории Т. Шванна, а именно, что отдельная клетка многоклеточного организма может функционировать самостоятельно, что многоклеточный организм является простой совокупностью клеток, а развитие клетки происходит из неклеточной «бластемы».

В современном виде клеточная теория включает такие основные положения:

1. Клетка – это наименьшая единица живого, которой присущи все свойства, которые отвечают определению «живого». Это обмен веществ и энергии, движение, рост, раздражительность, адаптация, изменчивость, репродукция, старение и смерть.
2. Клетки различных организмов имеют общий план строения, который обусловлен подобностью общих функций, направленных на поддержание жизни собственно клеток и их размножение. Разнообразие форм клеток является результатом специфичности выполняемых ими функцуий.
3. Размножаются клетки в результате деления исходной клетки с предыдущим воспроизведением её генетического материала.
4. Клетки являются частями целостного организма, их развитие, особенности строения и функции зависят от всего организма, что является последствием взаимодействия в функциональных системах тканей, органов, аппаратов и систем органов.

Замечание 1

Клеточная теория, которая соответствует современному уровню знаний в биологии, по многим положениям кардинально отличается от представлений о клетке не только начала ХІХ века, когда Т. Шванн сформулировал её впервые, но даже средины ХХ века. В наше время это – система научных взглядов, которая приобрела вид теорий, законов и принципов.

Основные положения КТ сохранили своё значение и до сегодняшнего дня, хотя более чем за 150 лет было получено новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.

Значение клеточной теории

Значение клеточной теории в развитии науки состоит в том, что благодаря ей стало понятно, что клетка является важнейшей составляющей частью всех организмов, их главным «строительным» компонентом. Так как развитие каждого организма начинается с одной клетки (зиготы), то клетка является и эмбриональной основой многоклеточных организмов.

Создание клеточной теории стало, одним из решающих доказательств единства всей живой природы, важнейшим событием биологической науки.

Клеточная теория способствовала развитию эмбриологии, гистологии и физиологии. Она дала основу для материалистического понятия жизни, для объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, для понятия сущности онтогенеза.

Основные положения КТ актуальны и сегодня, хотя за период более чем 100 лет естествоиспытатели получили новые сведения о строении, развитии и жизнедеятельности клетки.

Клетка является основой всех процессов в организме: и биохимических, и физиологических, поскольку именно на клеточном уровне происходят все эти процессы. Благодаря клеточной теории возможным стало прийти к заключению о подобности в химическом составе всех клеток и ещё раз убедиться в единстве всего органического мира.

Клеточная теория – одно и важнейших биологических обобщений, согласно которому все организмы имеют клеточное строение.

Замечание 2

Клеточная теория совместно с законом превращения энергии и эволюционной теорией Ч. Дарвина является одним из трёх величайших открытий естествознания $XIX$ века.

Клеточная теория кардинально повлияла на развитие биологии. Она доказала единство живой природы и показала структурную единицу этого единства, которой является клетка.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория имела значительное и решающее влияние на развитие биологии, служила главным фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основание для объяснения родственных взаимосвязей организмов, для понятия механизма индивидуального развития.

Клеточная теория, возможно, является важнейшим обобщением современной биологии и представляет собой систему принципов и положений. Она является научной подоплекой для многих биологических дисциплин, которые изучают вопросы строения и жизнедеятельности живых существ. Клеточная теория раскрывает механизмы роста, развития и размножения организмов.

В середине XIX века была сформирована клеточная теория Шванна и Шлейдена. Немецкие биологи доказали, что клетка является основой живого организма, а вне клетки жизнь существовать не может.

История

Открытие клетки в 1665 году Робертом Гуком положило начало изучению микромира. В 1670-е годы натуралисты Марчелло Мальпиги и Неемия Грю описали найденные в растениях «мешочки или пузырьки».

Нидерландский натуралист Антони ван Левенгук проектировал и усовершенствовал микроскопы и, начиная с 1673 года, публиковал зарисовки простейших, бактерий, сперматозоидов, эритроцитов.

Микроскопы XVII-XVIII веков могли дать только общее представление о клетке. Однако этого было достаточно, чтобы заложить основу новой науки - цитологии.

Дальнейшая история изучения клетки связана с развитием не только биологических наук, но и новых технологий, помогавших подробно изучать строение и поведение клетки. Настоящее признание цитологии произошло в начале XIX века.
Несколько значимых дат на пути формирования клеточной теории:

• 1825 год - физиолог Ян Пуркине обнаруживает ядро в курином яйце;
• 1828 год - биолог Карл Бэр открыл и описал яйцеклетку человека как источник развития новой жизни;
• 1830 год - ботаник Франц Мейен описывает клетку как обособленную структуру, в которой протекает обмен веществ;
• 1831 год - ботаник Роберт Броун подробно описал ядро и установил, что оно является обязательной частью любой клетки;
• 1838 год - ботаник Маттиас Шлейден выявил, что все растительные ткани состоят из клеток;
• 1839 год - биолог Теодор Шванн установил, что организмы состоят из клеток, которые схожи по строению;
• 1855 год - врач Рудольф Вирхов определил, что клетки делятся.

Автором клеточной теории считается Шванн. Под влиянием работ Шлейдена (поэтому он считается соавтором) сформулировал основные положения клеточной теории, которые справедливы до сих пор. К концу XIX века были открыты митоз и мейоз, а клеточная теория, получившая научное признание, была дополнена.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 1. Теодор Шванн.

Несмотря на то, что Шлейден - вдохновитель Шванна, он выдвинул ошибочную теорию о том, что новая клетка появляется из ядра. Также Шлейден не признавал соответствия растительных и животных клеток.

Положения

Главное положение клеточной теории - все живые существа состоят из похожих клеток. С развитием науки положения Шванна дополнились, и сформировалась современная клеточная теория:

• клетки - морфологическая и функциональная единица строения организмов (исключение - вирусы);
• все клетки сходны (гомологичны) по строению и химическому составу;
• клетки способны к метаболизму и саморегуляции за счёт работы органоидов;
• клетки делятся исключительно делением;
• клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым функциям и объединены в ткани и органы.

Рис. 2. Клетки растений, бактерий, животных.

Вирусы относятся к неклеточной форме жизни. Однако свойства живых организмов проявляются после проникновения в клетку.

Значение

Положения клеточной теории имеют большое значение для эволюционного учения. Клетка, как структурная единица всего живого, объединяет биосферу и подтверждает единое происхождение живых существ.

Значение создания клеточной теории важно для развития медицины, селекции, генетики и образования новых наук:

• биохимии;
• молекулярной биологии;
• биофизики;
• биоэтики;
• биоинформатики.

Современные методы цитологии позволяют рассматривать срез ресничек простейших, следить за процессами, происходящими в клетке, создавать модели органелл и молекул.

Рис. 3. Современные методы цитологии.

Что мы узнали?

Кратко о клеточной теории, её истории и положениях. Основная сущность теории: все организмы состоят из структурных единиц - клеток. Создателями теории признаются немецкие биологи Шванн и Шлейден. Выдвинутая теория отразилась на дальнейшем развитии цитологии и играла важную роль в развитии генетики, молекулярной биологии, селекции.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 300.

1. Кому принадлежит открытие клетки? Кто является автором и основоположником клеточной теории? Кто дополнил клеточную теорию принципом: «Каждая клетка – от клетки»?

Р. Вирхов, Р. Броун, Р. Гук, Т. Шванн, А. ван Левенгук.

Открытие клетки принадлежит Р. Гуку.

Принципом «Каждая клетка – от клетки» дополнил клеточную теорию Р. Вирхов.

2. Какие учёные внесли значительный вклад в развитие представлений о клетке? Назовите заслуги каждого из них.

● Р. Гук – открытие клетки.

● А. ван Левенгук – открытие одноклеточных организмов, эритроцитов, сперматозоидов.

● Я. Пуркине – открытие ядра в животной клетке.

● Р. Броун – открытие ядра в клетках растений, вывод о том, что ядро является обязательным компонентом растительной клетки.

● М. Шлейден – доказательства того, что клетка является основной структурной единицей растений.

● Т. Шванн – вывод о том, что все живые существа состоят из клеток, создание клеточной теории.

● Р. Вирхов – дополнение клеточной теории принципом "Каждая клетка – от клетки".

3. Сформулируйте основные положения клеточной теории. Какой вклад внесла клеточная теория в развитие естественнонаучной картины мира?

1. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живых организмов, обладающая всеми признаками и свойствами живого.

2. Клетки всех организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.

3. Клетки образуются путём деления исходной материнской клетки.

4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани. Из тканей построены органы и системы органов.

Клеточная теория оказала существенное влияние на развитие биологии и послужила фундаментом для дальнейшего развития многих биологических дисциплин – эмбриологии, гистологии, физиологии и др. Основные положения клеточной теории сохранили своё значение и по сей день.

4. Используя знания, полученные при изучении биологии в 6-9-м классах, на примерах докажите справедливость четвёртого положения клеточной теории.

Например, в состав внутренней (слизистой) оболочки тонкого кишечника человека входят клетки покровного эпителия, которые обеспечивают всасывание питательных веществ и выполняют защитную функцию. Клетки железистого эпителия секретируют пищеварительные ферменты и другие биологически активные вещества. Средняя (мышечная) оболочка образована гладкой мышечной тканью, клетки которой выполняют двигательную функцию, обусловливая перемешивание пищевых масс и их перемещение в сторону толстого кишечника. Наружная оболочка образована соединительной тканью, выполняющей защитную функцию и обеспечивающей прикрепление тонкого кишечника к задней стенке живота. Таким образом, тонкий кишечник образован различными тканями, клетки которых специализированы на выполнении тех или иных функций. В свою очередь, тонкий кишечник вместе с другими органами (пищеводом, желудком и т.д.) образует пищеварительную систему человека.

Покровные клетки кожицы листа выполняют защитную функцию. Замыкающие и побочные клетки образуют устьичные аппараты, обеспечивающие транспирацию и газообмен. Клетки хлорофиллоносной паренхимы осуществляют фотосинтез. В состав жилок листа входят волокна, придающие механическую прочность, и проводящие ткани, элементы которых обеспечивают транспорт растворов. Следовательно, лист (орган растения) образован разными тканями, клетки которых выполняют определённые функции.

5. До 1830-х гг. было распространено мнение о том, что клетки - это «мешочки» с питательным соком, при этом главной частью клетки считалась её оболочка. Чем могло быть обусловлено такое представление о клетках? Какие открытия способствовали изменению представлений о строении и функционировании клеток?

Увеличительная способность микроскопов того времени не позволяла детально изучить внутреннее содержимое клеток, однако их оболочки были хорошо различимы. Поэтому учёные обращали внимание прежде всего на форму клеток и строение их оболочек, а внутреннее содержимое считали "питательным соком".

Изменению сложившихся представлений о строении и функционировании клеток в первую очередь способствовали работы Я. Пуркине (обнаружил ядро в яйцеклетке птиц, ввёл понятие "протоплазма") и Р. Броуна (описал ядро в клетках растений, пришёл к выводу, что оно является обязательной частью растительной клетки).

6. Докажите, что именно клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живых организмов.

Клетка является обособленной, наименьшей по размерам структурой, обладающей всеми основными признаками живого: обменом веществ и энергии, саморегуляцией, раздражимостью, способностью расти, развиваться и размножаться, хранить наследственную информацию и передавать её дочерним клеткам при делении. У отдельных компонентов клетки все эти свойства в совокупности не проявляются. Из клеток состоят все живые организмы, вне клетки нет жизни. Поэтому клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живых организмов.

7*. Размеры большинства растительных и животных клеток составляют 20-100 мкм, т. е. клетки являются довольно мелкими структурами. Чем обусловлены микроскопические размеры клеток? Объясните, почему растения и животные состоят не из одной (или нескольких) огромных клеток, а из множества мелких.

Для поддержания жизнедеятельности клетка должна постоянно обмениваться веществами с окружающей её средой. Потребности клетки в поступлении питательных веществ, кислорода, в выведении конечных продуктов обмена определяются её объёмом, а интенсивность транспорта веществ зависит от площади поверхности. Таким образом, с увеличением размеров клеток, их потребности растут пропорционально кубу (х 3) линейного размера (х), а транспорт веществ "отстаёт", т.к. увеличивается пропорционально квадрату (х 2). Как следствие в клетках тормозится скорость протекания процессов жизнедеятельности. Поэтому большинство клеток имеет микроскопические размеры.

Растения и животные состоят из множества мелких клеток, а не из одной (или нескольких) огромных потому что:

● Клеткам "выгодно" иметь мелкие размеры (причина этого освещена в предыдущем абзаце).

● Одной или нескольких клеток было бы недостаточно для выполнения всех специфических функций, лежащих в основе жизнедеятельности таких высокоорганизованных организмов, как растения и животные. Чем выше уровень организации живого организма, тем больше типов клеток входит в его состав и тем сильнее выражена клеточная специализация.

● В многоклеточном организме постоянно происходит обновление клеточного состава – клетки погибают и заменяются другими. Гибель одной (или нескольких) огромных клеток приводила бы к смерти всего организма.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.