Цитология (греч. cytos — клетка + logos — наука) — наука о строении и жизнедеятельности клетки. На данный момент нам кажется очевидным, что растения, грибы и животные состоят из клеток, однако раньше об этом и не догадывались.
Цитология начала свой путь развития относительно недавно, в этой статье мы обсудим клеточную теорию и методы, которые используются в цитологии для изучения клеток (методологию).
Клеточная теория
Создание и развитие клеточной теории стало возможным после изобретения микроскопа в 1590 году голландским мастером по изготовлению очков — Захарием Янсеном. Первый микроскоп мог увеличивать изучаемый объект до 3-9 раз.
В 1665 году Роберт Гук, используя микроскоп собственного изобретения, смог различить ячеистые структуры пробки ветки бузины. Эти ячеистые структуры напомнили Роберту Гуку монашеские кельи, он ввел термин клетка (от лат. сеllа — комната, келья).
На самом деле Роберт Гук увидел не живые клетки, как он предполагал, а оставшиеся от них плотные клеточные стенки, которые и представляли собой ячеистую структуру.
В 70-х годах XVII века нидерландский натуралист Антони ван Левенгук открыл целый мир, невидимый невооруженным глазом. Он увидел в микроскопе простейшие организмы: инфузорий, сперматозоидов, а также дрожжи, бактерии, эпидермис кожи.
В течение 50 лет он отсылал результаты своих наблюдений в Лондонское королевское общество. Поначалу они были встречены со скептицизмом, но когда комиссия ученых лично во всем убедилась и подтвердила подлинность его исследований, Антони ван Левенгук был избран действительным членом Лондонского королевского общества.
В последующее время было много описаний самых разных клеток, однако обобщить накопленный материал оказалось не легкой задачей. С ней в 1839-1840 годах справились немецкий ботаник Маттиас Шлейден и немецкий зоолог Теодор Шванн.
Изучая строение растений и животных, Шлейден и Шванн независимо друг от друга пришли к одному и тому же выводу: все организмы, как растительные, так и животные, состоят из клеток, сходных по строению. Они постулировали, что все живое состоит из клеток. В 1839-1840 годах возникла клеточная теория Шлейдена и Шванна, основные положения которой:
- Все организмы состоят из клеток
- Клетка — мельчайшая структурная единица жизни
- Образование новых клеток — основополагающий способ роста и развития растений и животных
- Организм представляет собой сумму образующих его клеток
Допустили ли Шлейден и Шванн ошибки? Да, они были. Ошибочно предположение о том, что клетка может образоваться из неклеточного вещества.
Важное дополнение в 1855 в клеточную теорию внес Рудольф Вирхов, который утверждал, что любая клетка может образоваться только путем деления материнской клетки.
Какие же положения включает в себя современная клеточная теория? Приступим к их изучению:
- Клетка является структурной, функциональной и генетической единицей живого
- Клетки растений и животных сходны между собой по строению и химическому составу
- Клетка образуется только путем деления материнской клетки
- Клетки у всех организмов окружены мембраной (имеют мембранное строение)
- Ядро клетки — ее главный регуляторный органоид
- Клеточное строение растений, животных и грибов свидетельствует о едином происхождении всего живого
- В многоклеточном организме клетки подразделяются (дифференцируются) по строению и функции. Они объединяются в ткани, органы и системы органов.
- Клетка — элементарная, открытая и живая система, способная к самообновлению, воспроизведению и саморегуляции
Читайте также: Мебельная ткань которую можно стирать в машинке
XX век несомненно стал веком биологических наук: цитологии, генетики. Это произошло во многом благодаря клеточной теории.
Я хочу поделиться с вами моим искренним восхищением новой жизни. Вдумайтесь — мы ведь когда-то с вами были всего одной единственной клеткой, зиготой! Как в одной клетке природе удалось уместить столько всего: кожу, мышцы, нервную систему, пищеварительный тракт? Мы приоткроем завесу этой тайну в статьях по генетике и эмбриологии, и, тем не менее, мое восхищение этим безгранично.
Наши клетки рождаются и умирают: эпителий кишечника обновляется каждые 5 дней полностью, при удалении 70% печени оставшиеся клетки способны восстановить всю структуру этого органа, каждые 30 дней мы получаем новую кожу. При этом наше сознание и память остаются с нами. Мы — чудо, настоящее чудо природы, созданное из одной единственной клетки.
Микроскопия
Микроскопия — важнейший метод цитологии, в ходе которого объекты рассматриваются при помощи микроскопа. Его оптическая система состоит из двух основных элементов: объектива и окуляра, закрепленных в тубусе. Микропрепарат (срез тканей) располагается на предметном столике, расстояние от которого до объектива регулируется с помощью винта (винтов).
Чтобы посчитать увеличительную способность микроскопа следует умножить увеличение окуляра на увеличение объектива. К примеру, если окуляр увеличивает объект в 20 раз, а объектив — в 10, то суммарное увеличение будет в 200 раз.
Некоторое внимание уделим направлениям в биологии, которые необходимо знать на современном этапе технического прогресса.
Биоинженерия
Биоинженерия — направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине. В рамках биоинженерии происходят попытки (и довольно успешные) выращивания тканей и создание искусственных органов, протезов.
То есть биоинженерия занимается преимущественно технической частью. Медицинское направление в биоинженерии ищет замену органам и тканям человека, которые утратили свою функциональную активность и требуют «замены».
Биотехнология
Биотехнология — направление биологии, изучающее возможность применения живых организмов или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач. В биотехнологии путем генной инженерии создают организмы с заданным набором свойств.
В рамках биотехнологии происходит получение антибиотиков — продуктов жизнедеятельности бактерий, очищение водоемов с помощью моллюсков, увеличение плодородия почвы с помощью дождевых червей, клонирование организмов.
Это разительно отличается от задач биоинженерии, хотя безусловно, эти дисциплины смежные. Все-таки в биотехнологии происходит большее вторжение в живой мир, по сути человек выступает эксплуататором, достигая с помощью животных, растений и грибов своих целей. Человек проводит искусственный отбор, отделяя особей, которые продолжат род, от других, «менее перспективных».
В рамках биотехнологии выделяются следующие направления:
Представляет собой совокупность методов и технологий, которые приводят к получению рекомбинантных РНК и ДНК, выделению генов из клеток и внедрения их в другие организмы.
Изменив молекулу ДНК или РНК, человек добивается своей цели: клетка начинает синтезировать с нее белок. Он то и нужен человеку, такие продукты жизнедеятельности активно используются в медицине, к примеру, при изготовлении антибиотиков.
В ходе генной инженерии был получены:
- Сорт кукурузы, устойчивый к действию насекомых-вредителей
- Бактерии, продуктом жизнедеятельности которых является человеческий инсулин, используемый в дальнейшем как лекарство
- Культура клеток, вырабатывающих гормон человека — эритропоэтин, также используемый в лечебных целях
Читайте также: Как убрать жвачку с ткани быстро
Представляет собой совокупность методов и технологий, используемых для конструирования новых клеток. В основе лежит идея культивирования клеток тканей вне организма.
С помощью клеточной инженерии возможно бесполое размножение ценных форм растений. Часто получаются, так называемые, гибридные клетки, которые сочетают свойства, к примеру, раковых клеток и лимфоцитов, в результате становится возможно быстрое получение антител.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Клеточная теория по биологии
Корпорация «Российский учебник» вместе с профессором МИОО Георгием Лернером продолжает разбирать клеточную теорию по биологии. На этот раз рассмотрим основные положения, этапы изучения, примеры заданий.
Общие методические рекомендации
- Объедините в один блок все темы, в которых отражен клеточный уровень жизни.
- Проверяйте знания ученика разными типами заданий, модифицируйте задания.
- Используйте контроль знаний и умений как доминирующую форму работы при подготовке к экзаменам.
- Разъясните школьнику как он должен работать: как изучать текст, рисунки, как пользоваться справочными материалами, какие задавать вопросы, как контролировать свой учебный процесс. Приемы работы должны стать навыками ученика.
- Делегируйте учебную деятельность абитуриенту.
- Не забывайте о необходимости психологической подготовки выпускника к экзамену.
- Обсудите простые задания, которые все же требуют сосредоточенности, и в которых из-за невнимательности даже «сильные» ученики допускают ошибки (например, задания на работу с таблицами или на выбор неверных утверждений).
- Используйте только качественные, проверенные учебники и пособия.
Как изучать клеточную теорию
Согласно общим требованиям и кодификатору ЕГЭ, выпускник должен знать основные положения клеточной теории, а также названия, особенности строения и функций органоидов клетки. Кроме того, экзамен проверяет предметные и метапредметные умения ученика:
- Доказывать, что клетка — это открытая система.
- Сравнивать клетки разных царств.
- Устанавливать взаимосвязь между строением и функциями клеток и тканей разных типов.
- Описывать и сравнивать этапы клеточного цикла в митозе и мейозе.
- Применять полученные знания при решении цитологических и генетических задач.
Примерный план изучения клеточной теории
- История открытия клетки и создания клеточной теории. Имена создателей и их роль в становлении теории;
- Методы цитологии (как повторение);
- Про и эукариотические клетки в сравнении. Строение клеток разных царств. Химический состав клеток;
- Функции клеточных структур, их взаимосвязь. Обмен веществ;
- Наследственный аппарат клетки;
- Жизненный цикл клетки;
- Сравнение митоза и мейоза;
- Спорогенез, гаметогенез;
- Эмбриогенез;
- Культура клеток и тканей.
Полезно обратить внимание ученика на интегрирующую роль клеточной теории, повторяя таким образом направления развития биологической науки. Потому что:
- Клеточная теория лежит в основе понимания биологических процессов в биосистемах.
- Клетка основа индивидуального развития многоклеточных структур.
- Клетка и ее жизненный цикл лежит в основе эволюционных процессов.
- С клеткой, ее наследственным материалом связана передача наследственной информации.
- Клеточный уровень жизни является исходным для формирования более высоких уровней жизни.
- Клеточная теория предсказывает различные направления ее развития: таксономическое (про и эукариоты), морфологическое (ткани, органы), физиологическое (процессы), генетическое (ген, геном, кариотип и т.д.), эволюционное (от одноклеточности к многоклеточности).
Читайте также: Бело голубой цветок из ткани
Принципы работы с текстом на примере изучения темы «Митоз и мейоз»
Существует ряд вопросов, призванных помочь ученику понять текст с новой сложной информацией: О чем говорится в тексте? Что говорится в тексте об этом? Что это значит? В чем это заключается? Что далее говорится об этом? Как это доказывается? О чем это говорит? Какая мысль этим раскрывается? Рассмотрим на примере темы «Митоз и мейоз» как, ставя правильные вопросы и находя на них ответы, ученик может усвоить факты.
Текст
Митоз — непрямое деление эукариотической клетки, в результате которого сохраняется генетическая информация материнской клетки. Митозом могут делиться как диплоидные, так и гаплоидные клетки. Митоз обеспечивает вегетативное размножение организмов, рост, регенерацию тканей, эмбриональное развитие многоклеточных организмов и т.д.
Мейоз — это редукционное деление, при котором хромосомный набор образующихся гамет уменьшается вдвое. Мейоз состоит из двух последовательных процессов — первого деления мейоза и второго деления мейоза. Стадии мейоза: Мейозу предшествует интерфаза. Каждая хромосома перед началом деления состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские хроматиды, сцепленные центромерами. В это время клетка имеет диплоидный набор хромосом, а каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, поэтому в клетке находится 4с молекул ДНК. Таким образом, перед началом деления в клетке набор хромосом и ДНК 2n4c. Половые клетки животных и споры растений формируются в результате мейоза.
Вопросы к тексту
- Чем отличается деление эукариот от деления прокариот?
- Какой набор и каких хромосом имеют клетки, появившиеся в результате митоза?
- Что означает термин «редукционное деление»?
- Какой формулой выражается число хромосом перед началом первого деления мейоза?
- Если в соматической клетке содержится 42 хромосомы и 42 молекулы ДНК, то сколько хромосом и ДНК будет содержаться в клетке после первого деления? А после второго деления?
- Увеличивается ли число хромосом в интерфазе? А число хроматид?
- Чем интерфазная хромосома отличается от хроматиды?
- Сколько хромосом будет в гаметах волка, если в его соматических клетках содержится 78 хромосом?
Что достигается данными вопросами?
- Знание определения понятий «митоз» и «мейоз», понимание различий между ними и биологическими смыслами этих процессов.
- Понимание различий между интерфазой и делением.
- Понимание процесса изменений, происходящих в интерфазе и на протяжении деления клетки еще до изучения всех его стадий.
- Провоцируется постановка проблемы: А каким образом возникает гаплоидный набор хромосом в гаметах после мейоза?
- Понимание того, что гаметы и споры гаплоидны.
- Профилактическая подготовка к решению задач № 27 в экзаменационной работе.
Примеры заданий по клеточной теории
Задание 1
Проанализируйте таблицу «Строение и функции нуклеиновых кислот». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и словосочетания, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности