Шлейден і Шван, узагальнивши наявні знання про клітину, довели, що клітина є основною одиницею будь-якого організму. Клітини тварин, рослин та бактерії мають схожу будову. Пізніше ці висновки стали основою доказу єдності походження організмів. Т. Шванн і М. Шлейден ввели в науку основне уявлення про клітину: поза клітинами немає життя.
У 1665 році англійський фізик Роберт Гук у роботі «Мікрографія» описує будову пробки, на тонких зрізах якої знайшов правильно розташовані порожнечі. Ці порожнечі Гук назвав «порами, чи клітинами». Наявність подібної структури була відома йому і в деяких інших частинах рослин. У 1670-і роки італійський медик і натураліст М. Мальпіги та англійський натураліст Н. Грю описали в різних органах рослин «мішечки, або бульбашки» і показали широке поширення рослин клітинної будови. Клітини зображував на малюнках голландський мікроскопіст А. Левенгук. Він першим відкрив світ одноклітинних організмів — описав бактерій і протистів (інфузорій). Дослідники XVII століття, які показали поширеність «клітинної будови» рослин, не оцінили значення відкриття клітини.Вони представляли клітини як порожнечі в безперервній масі рослинних тканин. Грю розглядав стінки клітин як волокна, тому ввів термін «тканина», за аналогією з текстильною тканиною. Дослідження мікроскопічної будови органів тварин носили випадковий характер і не дали будь-яких знань про їхню клітинну будову.
У XVIII столітті здійснюються перші спроби зіставлення мікроструктури клітин рослин та тварин. До. Ф. Вольф у роботі «Теорії зародження» (1759) намагається порівняти розвиток мікроскопічної будови рослин та тварин. За Вольфом, зародок як у рослин, так і у тварин розвивається з безструктурної речовини, в якій рухи створюють канали (судини) та порожнечі (клітини). Фактичні дані, що наводилися Вольфом, були помилково витлумачені ним і не додали нових знань до того, що було відомо мікроскопістам XVII століття. Однак його теоретичні уявлення значною мірою передбачили ідеї майбутньої клітинної теорії.
Ймовірно, першим ученим, який спостерігав поділ клітини (у одноклітинних водоростей), був Авраам Трамблі.
У першу чверть XIX століття відбувається значне поглиблення уявлень про клітинну будову рослин, що пов'язане із суттєвими покращеннями в конструкції мікроскопа (зокрема, із створенням ахроматичних лінз).
Лінк і Молднхоуер встановлюють наявність у рослинних клітин самостійних стінок. З'ясовується, що клітина є певною морфологічно відокремленою структурою. У 1831 році Моль доводить, що навіть такі, начебто, неклітинні структури рослин, як водоносні трубки, розвиваються з клітин.
Мейен у «Фітотомії» (1830) описує рослинні клітини, які «бувають або одиночними, так що кожна клітина є особливим індивідом, як це зустрічається у водоростей і грибів, або ж, утворюючи більш високо організовані рослини, вони з'єднуються в більш і менше значні маси». Мейєн підкреслює самостійність обміну речовин кожної клітини.
В 1831 Роберт Броун описує ядро і висловлює припущення, що воно є постійною складовою рослинної клітини.
Школа Пуркіньє
У 1801 році Вігіа ввів поняття про тканини тварин, проте він виділяв тканини на підставі анатомічного препарування і не застосовував мікроскопа. Розвиток уявлень про мікроскопічну будову тканин тварин пов'язане насамперед із дослідженнями Яна Пуркіньє, який заснував у Бреславлі свою школу.
Пуркіньє та його учні (особливо слід виділити Г. Валентина) виявили в першому та найзагальнішому вигляді мікроскопічну будову тканин та органів ссавців (у тому числі й людини). Пуркіньє та Валентин порівнювали окремі клітини рослин із приватними мікроскопічними тканинними структурами тварин, які Пуркіньє найчастіше називав «зернятками» (для деяких тварин структур у його школі застосовувався термін «клітина»).
У 1837 р. Пуркіньє виступив у Празі із серією доповідей. Вони повідомив про свої спостереження над будовою шлункових залоз, нервової системи тощо. буд. У таблиці, доданій до його доповіді, було дано ясні зображення деяких клітин тварин тканин. Проте встановити гомологію клітин рослин та клітин тварин Пуркіньє не зміг:
Зіставлення клітин рослин і «зернят» тварин Пуркіньє вів у плані аналогії, а не гомології цих структур (розуміючи терміни «аналогія» та «гомологія» в сучасному розумінні).
Школа Мюллера та робота Шванна
Другою школою, де вивчали мікроскопічну будову тваринних тканин, була лабораторія Йоганнеса Мюллера в Берліні. Мюллер вивчав мікроскопічну будову спинної струни (хорди); його учень Генле опублікував дослідження про кишковому епітелії, в якому дав опис різних його видів та їх клітинної будови. Теодор Шванн сформулював принципи клітинної теорії
Тут було виконано класичні дослідження Теодора Шванна, заклали основу клітинної теорії. На роботу Шванна сильно вплинула школа Пуркіньє і Генле. Шван знайшов правильний принцип порівняння клітин рослин та елементарних мікроскопічних структур тварин. Шванн зміг встановити гомологію та довести відповідність у будові та зростанні елементарних мікроскопічних структур рослин та тварин. На значення ядра в клітці Шванна наштовхнули дослідження Матіаса Шлейдена, у якого в 1838 вийшла робота «Матеріали з фітогенезу». Тому Шлейден часто називають співавтором клітинної теорії. Основна ідея клітинної теорії — відповідність клітин рослин та елементарних структур тварин — була далека від Шлейдена. Він сформулював теорію новоутворення клітин з безструктурної речовини, згідно з якою спочатку з найдрібнішої зернистості конденсується ядерце, навколо нього утворюється ядро, що є утворювачем клітини (цитобласт). Проте це теорія спиралася на невірні факти. У 1838 році Шванн публікує 3 попередні повідомлення, а в 1839 році з'являється його класичний твір «Мікроскопічні дослідження про відповідність у структурі та зростанні тварин і рослин», в самому назві якого виражена основна ідея клітинної теорії: Саме дослідження Шванна оформили клітинну теорію та довели (на рівні знань того часу) єдність елементарної структури тварин та рослин. Головною помилкою Шванна була висловлена їм слідом за Шлейденом думка про можливість виникнення клітин із безструктурної неклітинної речовини. Розвиток клітинної теорії у другій половині ХІХ століття
З 1840-х століття вчення про клітину опиняється в центрі уваги всієї біології і бурхливо розвивається, перетворившись на самостійну галузь науки - цитологію. Для подальшого розвитку клітинної теорії істотне значення мало її поширення на протистів (найпростіших), які були визнані клітинами, що вільно живуть (Сібольд, 1848). Саме тоді змінюється уявлення склад клітини. З'ясовується другорядне значення клітинної оболонки, яка раніше визнавалася найсуттєвішою частиною клітини, і висувається на перший план значення протоплазми (цитоплазми) і ядра клітин (Моль, Кон, Л.С.Ценковський, Лейдіг, Гекслі), що знайшло своє вираження у визначенні клітини, даному М.М. Шульце в 1861 р.: «Клітка — це грудочка протоплазми з ядром, що міститься всередині». В 1861 Брюкко висуває теорію про складну будову клітини, яку він визначає як «елементарний організм», з'ясовує далі розвинену Шлейденом і Шваном теорію клітиноутворення з безструктурної речовини (цитобластеми). Виявлено, що способом утворення нових клітин є клітинний поділ, який вперше був вивчений Молем на ниткових водоростях. У спростуванні теорії цитобластеми на ботанічному матеріалі велику роль відіграли дослідження Негелі та Н.Н. І. Желе.
Розподіл тканинних клітин у тварин було відкрито 1841 р. Ремаком. З'ясувалося, що дроблення бластомерів є серією послідовних поділів (Біштюф, Н. А. Келлікер). Ідея про загальне поширення клітинного поділу як способу утворення нових клітин закріплюється Р. Вірховом у вигляді афоризму: Вже у Шванна трапляється спроба розглядати організм як суму клітин. Ця тенденція набуває особливого розвитку в «Целюлярної патології» Вірхова (1858).
Роботи Вірхова неоднозначно вплинули на розвиток клітинного вчення:
У другій половині XIX століття були відкриті та вивчені основні механізми поділу клітин еукаріотів – мітоз і мейоз, описані хромосоми. Погляди Вірхова були розвинені в «Целюлярної фізіології» Ферворна, який розглядав будь-який фізіологічний процес, що протікає в організмі як просту суму фізіологічних проявів окремих клітин. На завершення цієї лінії розвитку клітинної теорії з'явилася механістична теорія «клітинної держави», як прихильник якої виступав у тому числі й Геккель. Відповідно до цієї теорії організм порівнюється з державою, яке клітини — з громадянами. Така теорія суперечила принципу цілісності організму.
Механістичне напрям у розвитку клітинної теорії зазнало гострої критики. У 1860 році з критикою уявлення Вірхова про клітину виступив І.В. М. Сєченов. Пізніше клітинна теорія зазнала критичних оцінок з боку інших авторів. Найбільш серйозні та важливі заперечення були зроблені Гертвігом, А.А. р. Гурвіч (1904), М. Гейденгайном (1907), Добеллом (1911). З великою критикою клітинного вчення виступив чеський гістолог Студничка (1929, 1934).
У 1950-ті радянський біолог О. Б. Лепешинська, виходячи з даних своїх досліджень, висунула «нову клітинну теорію» на противагу «вирховианству».У її основу було покладено уявлення, що у онтогенезі клітини можуть розвиватися з якогось неклітинного живої речовини. Критична перевірка фактів, покладених О. Б. Лепешинської та її прихильниками в основу теорії, що висувається нею, не підтвердила даних про розвиток клітинних ядер з без'ядерної «живої речовини». У XX столітті було вивчено основні процеси клітинного метаболізму, а також встановлено природу спадкової передачі ознак при розмноженні клітин — структуру та механізм подвоєння ДНК. XX століття вніс до клітинної теорії ряд коректив. По-перше, було остаточно доведено неклітинну природу вірусів — особливих форм життя. По-друге, набула розвитку теорія симбіогенезу, що внесла корективи уявлення про гомологію клітин (див.нижче). Проте загалом клітинна теорія було підтверджено всім перебігом розвитку біології, та її основні тези (особливо положення про подібність хімічного складу та процесів життєдіяльності всіх клітин) були повно доведені. Сучасна клітинна теорія включає такі основні положення:
Клітина – елементарна одиниця живого
1. Клітина - елементарна одиниця живого, основна одиниця будови, функціонування, розмноження та розвитку всіх живих організмів.
Всі клітини подібні до будови та хімічного складу
2. Клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів мають загальне походження та подібні за своєю будовою та хімічним складом, основним проявам життєдіяльності та обміну речовин.
Клітини розмножуються лише розподілом
3. Розмноження клітин відбувається шляхом їхнього поділу. Нові клітини завжди виникають із попередніх клітин.
Клітина – елементарна одиниця живого. Як ми вже обговорювали, частини клітини (макромолекули. органели) не є живими, тому що не мають усього набору властивостей живого. Здебільшого вони не можуть розмножуватися. Можуть розмножуватися мітохондрії і хлоропласти — але це пов'язано з тим, що вони — колишні клітини бактерій (див. Теорія симбіогенезу: походження мітохондрій та хлоропластів). Крім того, можуть розмножуватися молекули ДНК; але вони (як і віруси) здатні робити це тільки всередині клітин, у присутності вироблених на клітинних рибосомах ферментів. До того ж ні молекули ДНК, ні віруси не мають інших властивостей живого (наприклад, у них немає власного обміну речовин). Тому лише там, де є клітини, можуть бути присутніми і реалізовувати свої властивості інші рівні організації живого — особини, популяції та екосистеми. Клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів мають загальне походження та подібні за своєю будовою та хімічним складом, основним проявам життєдіяльності та обміну речовин. Іноді кажуть, що всі клітини гомологічні одна одній. У XX столітті з'ясувалося, що клітини прокаріотів та еукаріотів — системи різного рівня організації (див.нижче).Гомологія всіх клітин звелася до наявності в них замкнутої зовнішньої мембрани з подвійного шару фосфоліпідів (та й то в архебактерій вона має інший хімічний склад, ніж у інших груп організмів), хромосом - спадкового матеріалу у вигляді молекул ДНК, що утворюють комплекс з білками - і рибосом . Це, звичайно, не скасовує загального походження всіх клітин, що підтверджується спільністю їхнього хімічного складу. У чому полягає схожість хімічного складу всіх клітин? Часто з цього приводу пишуть, що у всіх клітинах є білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти. Але ж вони (особливо білки, РНК та ДНК) якраз у всіх клітинах різні! Насправді подібність хімічного складу полягає в тому, що всі білки всіх живих організмів побудовані з одних і тих же мономерів - двадцяти амінокислот (хоча мислимих амінокислот існує багато сотень), а ДНК всіх організмів складається з одних і тих же чотирьох нуклеотидів. Крім того, процеси функціонування (і деякі білки, які за них відповідають) у різних клітинах настільки схожі, що з генів людини, вбудованих у клітину бактерії, нормально зчитується записана в них генетична інформація та синтезуються людські білки! Клітини розмножуються лише шляхом розподілу. Розмножуватись інакше клітини не можуть тому, що в основі розмноження клітин лежить подвоєння ДНК. А умови для цього процесу нині існують лише всередині клітин (щоправда, штучно їх можна створити й у пробірці).Звідси випливає безперервність життя з виникнення клітини; якщо життя виникло один раз (а це, швидше за все, так [1]), то всі живі організми на Землі мають спільних предків [2] - звідси дивовижна схожість будови та хімічного складу клітин. З неможливості самоскладання клітин у сучасних умовах випливає неможливість самозародження. З'являтися з попередніх клітин нові клітини можуть або шляхом поділу, або шляхом злиття (так утворюються, наприклад, зиготи або клітини поперечносмугастих м'язів з міобластів).
Для приведення клітинної теорії більш повне відповідність із даними сучасної клітинної біології список її положень часто доповнюють і розширюють. Багато джерелах ці додаткові положення різняться, їх набір досить довільний. Деякі положення клітинної теорії зазнали уточнення, деталізації чи зміни.
Доповнена новими даними клітинна теорія залишається однією з найважливіших біологічних узагальнень. Клітини – це структурні одиниці організмів. Вперше цей термін ужив Роберт Гук у 1665 році. До XIX століття зусиллями багатьох вчених (особливо Маттіаса Шлейдена та Теодора Шванна) склалася клітинна теорія. Її основними положеннями були такі твердження: Майже всі тканини багатоклітинних організмів складаються з клітин. З іншого боку, слизові речовини складаються з нерозділеної перегородками клітинної маси з безліччю ядер. Подібним чином влаштований і серцевий м'яз тварин. Ряд структур організму (раковини, перлини, мінеральна основа кісток) утворені не клітинами, а продуктами їхньої секреції. Дрібні організми можуть складатися лише з сотень клітин. Організм людини включає 10 14 клітин.Найменша з відомих зараз клітин має розмір 0,2 мкм, найбільша – незапліднене яйце епіорнісу – важить близько 3,5 кг. Типові розміри рослинних і тваринних клітин становлять від 5 до 20 мкм. залежності зазвичай немає. 70-80% маси клітини – це вода. Для того щоб підтримувати в собі необхідну концентрацію речовин, клітина повинна бути фізично відокремлена від свого оточення. Водночас життєдіяльність організму передбачає інтенсивний обмін речовин між клітинами. Внутрішня будова клітини довгий час була загадкою для вчених; органоїди, і генетичний матеріал у вигляді ДНК, зібраний, в основному, ядрі (у еукаріотів). Будова клітини є одним з важливих принципів класифікації організмів. Вивченням клітин займається цитологія. Клітинна теорія є наукове узагальнення, висновок, висновок, якого дійшли вчені ХІХ столітті У ній можна назвати два ключових становища: Ці висновки були зроблені різними вченими в різний час. Перше - Т. Шван в 1839 році, друге - Р. Вірховим у 1855 р. Крім них на становлення клітинної теорії вплинули інші дослідники. У XVII столітті було винайдено мікроскоп. Р. Гук уперше побачив клітини рослин. Протягом півтора-двох століть вчені спостерігали клітини різних організмів, зокрема найпростіших. Поступово приходило розуміння важливої ролі внутрішнього вмісту клітин, а чи не їх стінок. Було відкрито клітинне ядро. Клітини, якими побачив їх Р. Гук У 30-х роках XIX ст. Шлейден виклав низку особливостей клітинної будови рослин. Користуючись цими даними, і навіть своїми дослідженнями тварин клітин, Т. Шван сформулював клітинну теорію, узагальнивши особливості клітинної будови попри всі живі організми: При цьому Шлейден і Шван помилялися з приводу способу виникнення нових клітин. Вони вважали, що клітина з'являється з неклітинної слизової речовини, яка спочатку формує ядро, а потім навколо нього утворюється цитоплазма та мембрана. Трохи пізніше дослідження інших вчених показали, що клітини з'являються шляхом розподілу, і в 50-х роках ХІХ століття Вірхов доповнив клітинну теорію становищем, що кожна клітина може статися лише з іншої клітини. Сучасна клітинна теорія доповнює та конкретизує узагальнення XIX. Згідно з нею життя в її структурному, функціональному та генетичному прояві забезпечується лише клітиною. Клітина - це біологічна одиниця, яка здатна здійснювати обмін речовин, перетворювати та використовувати енергію, зберігати та реалізовувати біологічну інформацію. Клітина розглядається як елементарна система, що лежить в основі будови, життєдіяльності, розмноження, зростання та розвитку всіх живих організмів. Клітини всіх організмів виникають шляхом поділу попередніх клітин. Процеси мітозу і мейозу всіх еукаріотів практично однакові, що говорить про єдність їх походження. Всі клітини однаково редуплікують ДНК, у них подібні механізми біосинтезу білка, регуляції обміну речовин, збереження, перенесення та використання енергії. Сучасна клітинна теорія розглядає багатоклітинний організм не як механічну сукупність клітин (що було притаманно XIX століття), а як цілісну систему, Що володіє новими якостями за рахунок взаємодії складових його клітин У цьому клітини багатоклітинних організмів залишаються їх структурно-функциональными одиницями, хоча окремо існувати що неспроможні (крім гамет, спор).Біологія клітини/Частина 1. Клітина як вона є/1/1
Клітинна теорія - основна для загальної біології теорія, сформульована в середині XIX століття. Вона надала основу розуміння будови та розвитку організмів й у розвитку еволюційного вчення. Маттіас Шлейден та Теодор Шванн сформулювали клітинну теорію, ґрунтуючись на безлічі досліджень про клітину (1838-1839). Рудольф Вірхов пізніше (1858) доповнив її найважливішим становищем (будь-яка клітина з клітини).Історія
Клітинна теорія включає три основні положення
Суть та значення основних положень клітинної теорії
Клітина - найпростіша біологічна система, що має повний набір властивостей живого
Усі клітини мають загальне походження та загальні риси будови: замкнуту зовнішню мембрану, рибосоми та спадковий матеріал у вигляді молекул ДНК
Всі клітини будують свої білки та ДНК з універсального набору мономерів – амінокислот та нуклеотидів.
Клітини не можуть виникати шляхом самоскладання
Додаткові положення клітинної теорії
Сучасний стан клітинної теорії
Як звучить клітинна теорія?
Клітинна теорія
Сучасна клітинна теорія