ПРО БУДОВУ Й ФУНКЦІЇ КЛІТИН
ЦИТОЛОГІЯ - НАУКА
КЛІТИНА ЯК ОСНОВНА СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОДИНИЦЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ
Вивчаючи цей розділ, ви довідаєтеся:
- про особливості клітинного рівня організації живої матерії;
- про основні методи вивчення клітин;
- про відмінності між клітинами эукариот і прокаріот;
- про будову й функції клітинних структур;
- про життєвий цикл клітин (клітинному циклі).
Згадаєте! Що загального й відмінного між одноклітинними, колоніальними й багатоклітинними організмами?
Клітина - основна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система. Виключення становлять тільки віруси - неклітинні форми життя. На клітинному рівні організації живої матерії повністю проявляються всі основні властивості живого: обмін речовин і перетворення енергії, здатність до росту й розмноження, рух, збереження й передача спадкоємної інформації й ін. властивості.
Ви вже знаєте, що існують одноклітинні, колоніальні й багатоклітинні організми. Одноклітинні організми одночасно є й самостійними цілісними організмами, у яких здійснюються всі основні життєві функції, властиві й багатоклітинним (мал. 8). Колоніальні організми складаються з певної кількості клітин одного або декількох типів (мал. 8). Однак, на відміну від багатоклітинних, клітини колоніальних організмів, як правило, функціонують незалежно друг від друга (харчування, розмноження й т.д.). У багатоклітинних організмів клітини відрізняються по будові й виконуваних функціях і, образуя тканини, органи й системи органів, тісно взаємодіють між собою. Таким чином, мно-
гоклеточный організм діє як єдине ціле, а клітини є його елементарними складовими частинами (компонентами). Історія вивчення клітини. Будова й життєдіяльність клітини вивчає наука цитологія (від греч. китос - клітина). Зародження й становлення цієї науки пов'язане з винаходом мікроскопа.
На жаль, точно невідомо, хто ж винайшов мікроскоп: одні дослідники приписують це відкриття батькові й синові Янсенсам (конецXVI ст.), інші - Галилео Галилею (початок XVII ст.).
Англійський дослідник Роберт Гук в 1665 році, вивчаючи за допомогою вдосконаленого їм мікроскопа зріз пробки, відкрив клітинну будову рослинних тканин і запропонував сам термін «клітина». Але слід зазначити, що він бачив під мікроскопом не живі клітини, а тільки оболонки мертвих клітин.
Сучасник Р. Гука, голландець Антони ван Левенгук {мал. 1) також за допомогою мікроскопів власної конструкції (мал. 9) відкрив і описав одноклітинних тварин (зокрема, інфузорій), бактерії, а також еритроцити й сперматозоїди хребетних тварин.
В 1839 році німецький зоолог Теодор Шванн (мал. 1), ґрунтуючись також на роботі іншого німецького вченого - ботаніка Мат-тиаса Шлейдена, сформулював основні положення клітинної теорії: всі організми складаються із клітин; клітини тварин і рослин подібні по будові.
Крім Т. Шванна й М. Шлейдена, співавторами клітинної теорії вважають німецького вченого Рудольфа Вирхова й естонського - Карла Бера (мал. 7). Так, Р.Вирхов довів, що клітини утворяться не з безструктурної міжклітинної речовини, як уважали раніше, а розмножуються розподілом. К. Бер відкрив яйцеклітину птахів, ссавців тварин і людини й показав, що ці багатоклітинні організми розвиваються з однієї клітини - заплідненої яйцеклітини (зиготи). Таким чином, клітина є не тільки одиницею будови, але й одиницею розвитку багатоклітинних організмів.
На сучасному етапі розвитку цитології клітинна теорія включає наступні положення:
- клітина - елементарна одиниця будови й розвитку всіх живих організмів;
- клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні по походженню, будові, хімічному складу, основним процесам життєдіяльності;
- кожна нова клітина утвориться винятково в результаті розмноження материнської клітини шляхом розподілу;
- у багатоклітинних організмів, що розвиваються з однієї клітини (суперечки, зиготи й ін.), різні типи клітин формуються шляхом їхньої спеціалізації протягом індивідуального розвитку особини й утворять тканини;
- із тканин формуються органи, які тісно зв'язані між собою й підкоряються нейрогуморальної й імунної регуляції.
Me- *• -! i итллг. г1"ггск?'^ HfPipчовяний. Як ви вже знаєте, першим приладом, за допомогою якого вивчалися клітини, був світловою (оптичний) мікроскоп (від греч. мікроз - малий і ско-пео - дивлюся) (мал. 9). Методи досліджень за допомогою цього приладу називають світловою мікроскопією. Із застосуванням цих методів можна вивчати загальний план будови клітини й окремих її органелл, розміри яких становлять не менш 200 нм.
Світлова мікроскопія ґрунтується на тім, що через прозорий або напівпрозорий об'єкт досліджень проходять промені світла, що попадають потім на систему лінз об'єктива й окуляра {мал. 9). Ці лінзи збільшують об'єкт досліджень. Кратність збільшення можна визначити як добуток збільшень об'єктива й окуляра. Наприклад, якщо лінзи окуляра забезпечують збільшення в 10 разів, а об'єктива - в 40, те загальне збільшення об'єкта досліджень буде становити 400. Сучасні світлові мікроскопи забезпечують збільшення досліджуваних об'єктів в 2-3 тис. раз.
Метод електронної мікроскопії. Деякі структури невеликих розмірів (напр., рибосоми, клітинні мембрани) були відкриті й вивчені за допомогою електронного мікроскопа (мал. 9), винайденого в першій половині XX ст.
За принципом конструкції електронний мікроскоп подібний світловому, але замість потоку променів світла в магнітному полі від катода до анода рухається потік електронів, що прискорюється високою різницею потенціалів між полюсами. Роль лінз світлового мікроскопа в ньому виконують електромагніти, здатні змінювати напрямок руху електронів, збирати їх у пучок (фокусировать) і направляти на об'єкт дослідження. Частина електронів, проходячи через об'єкт, може відхилятися, розсіюватися, поглинатися, взаємодіяти з об'єктом або проходити через нього без змін. Пройшовши через об'єкт досліджень, електрони попадають на люмінесцентний екран, викликаючи його світіння, або на особливий фотоматеріал, за допомогою якого зображення можна фотографувати.
Електронний мікроскоп здатний збільшувати зображення об'єктів дослідження в сотні тисяч разів (до 500 000 і більше).
Метод растрової (сканирующей) електронної мікроскопіїдозволяє вивчати структури поверхні клітин, окремих органелл і ін. структури; при цьому потік електронів не проходить через об'єкт дослідження, а відбивається від його поверхні.
Живі клітини досліджують методом прижиттєвого вивчення.Під світловим мікроскопом спостерігають загальний план будови клітин або певні процеси їхньої життєдіяльності (напр., рух цитоплазми, розподіл і ін.).
Для того, щоб з'ясувати місце або хід тих або інших біохімічних процесів у клітині, застосовують метод мічених атів:у клітину вводять речовина, у якому один з атомів певного хімічного елемента заміщений його радіоактивним ізотопом (найчастіше використають ізотопи вуглецю, фосфору, азоту, кисню). За допомогою спеціальних приладів, здатних фіксувати дані ізотопи, можна простежити за міграцією цих речовин у клітині і їхніх перетвореннях.
Для вивчення тонкої структури клітин їх попередньо фіксують за допомогою певних речовин (спирту, формаліну й гр.), швидкого заморожування або висушування. Окремі груктуры фіксованих клітин офарблюють спеціальними расителями. При цьому різні барвники офарблюють тільки певні структури, що дозволяє виділити їх на загальному тлі.
Для вивчення окремих клітинних структур використають метод центрифугирования (від лат. центрум - центр і фуга - втеча). Клітини попередньо подрібнюють і в спеціальних пробірках поміщають у центрифугу (прилад, здатний розвивати швидкі обороти). Оскільки клітинні структури мають неоднакову щільність, то при центрифугировании вони будуть осідати шарами: більше щільні - швидше й тому виявляться знизу, а менш щільні - повільніше й тому виявляться зверху. шари, Що Утворилися, розділяють і вивчають окремо.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:
1. Що таке клітина? 2. Чим відрізняються між собою одноклітинні, багатоклітинні й колоніальні організми? 3. Що вивчає цитологія? Коли вона виникла? 4. Які ви знаєте методи вивчення клітини? 5. Які основні положення клітинної теорії?
Подумайте! Як довести, що клітина - основна структурно-функціональна одиниця організму?