Решебник по биологии 7 класс Суматохин. Углубленный §1

Отдельная наука, изучающая клетку, называется цитология.

Первооткрывателем клетки считают английского естествоиспытателя Роберта Гука.

Основные идеи клеточной теории были сформулированы немецким ботаником Маттиасом Шлейденом (1838 г.) и немецким зоологом Теодором Шванном (1839 г.).

Цитология (или биология клетки) изучает строение, функции и процессы жизнедеятельности клетки, как основной структурной и функциональной единицы живых организмов.

В цитологии используют следующие методы:

• Световая и электронная микроскопия (конфокальная, сканирующая, лазерная).

• Методы структурного анализа (например, фиксация и окрашивание).

• Методы культивирования клеток и их исследование.

• Молекулярно-генетические и биохимические методы.

Основное отличие прокариотической и эукариотической клеток заключается в наличии или отсутствии ядра и мембранных органелл. Эукариотические клетки имеют оформленное ядро и мембранные органеллы, тогда как прокариотические клетки не имеют ядра и их наследственный материал расположен непосредственно в цитоплазме, также у них отсутствуют мембранные органеллы.

К механической части микроскопа относят штатив, основание, предметный столик, тубус и винты (макро- и микровинты). К оптической части микроскопа относят объективы, окуляр и осветительную систему (зеркало или лампу, конденсор, диафрагму).

Основные положения клеточной теории заключаются в том, что:

1. Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов.

2. Все живые существа состоят из клеток.

3. Клетки имеют сходное строение и состав.

4. Клетки размножаются путём деления исходной клетки.

5. Клетки могут существовать самостоятельно (одноклеточные) или в составе многоклеточного организма.

Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов, потому что:

• Структурная единица: все живые организмы, от бактерий до человека, либо состоят из одной клетки (одноклеточные), либо из множества клеток, объединённых в ткани и органы (многоклеточные). Не существует живых организмов, не имеющих клеточного строения.

• Функциональная единица: в клетке происходят все основные жизненные процессы (питание, дыхание, выделение, обмен веществ, рост, размножение, передача наследственной информации). Клетка может существовать как самостоятельный организм, выполняя все жизненно важные функции. В многоклеточном организме каждая клетка выполняет свою специфическую функцию, обеспечивая жизнедеятельность всей системы. Таким образом, жизнь на уровне целого организма невозможна без жизнедеятельности его отдельных клеток.

Проанализировав Рисунок 2 ("Связь цитологии с другими биологическими науками"), можно увидеть, что биология клетки (цитология) имеет связи со множеством медицинских и биологических дисциплин, таких как Генетика, Иммунология, Молекулярная медицина, Бактериология, Микробиология и Онкология.

Учёные считают, что биология клетки является основой современной медицины, потому что:

1. Многие болезни (например, рак, диабет, аутоиммунные заболевания) являются результатом нарушений в работе клеток или их взаимодействия.

2. Изучение механизмов на уровне клетки позволяет разрабатывать новые методы лечения и диагностики. Например, понимание генетических нарушений в клетках лежит в основе генной терапии, а знание о работе иммунных клеток необходимо для создания вакцин и лечения аллергий.

3. Развитие таких направлений, как молекулярная медицина и онкология, напрямую зависит от прогресса в цитологии, так как они изучают процессы на уровне молекул и клеток.

Изменению представлений о строении и функционировании клеток, которые ранее считались просто "мешочками с соком", способствовали следующие открытия:

1. Изобретение и усовершенствование микроскопа в XVII веке (Роберт Гук, Антони ван Левенгук), что позволило увидеть и начать изучать клеточное строение.

2. Открытие ядра в растительных клетках Робертом Броуном в 1831 году, которое показало, что клетка имеет более сложное строение, чем предполагалось.

3. Работы Маттиаса Шлейдена (1838) и Теодора Шванна (1839), которые привели к формулированию первых положений клеточной теории. Они установили, что ядро является важной частью клетки, и что ткани состоят из клеток, которые имеют общий план строения и сходные процессы жизнедеятельности.

Значение клеточной теории для развития учения о клетке заключается в том, что она:

1. Систематизировала разрозненные знания о клетке и обобщила данные, полученные при изучении разных организмов (растений и животных), доказав их единство происхождения.

2. Утвердила клетку в качестве фундаментальной единицы всего живого.

3. Послужила теоретической основой для дальнейшего развития цитологии и всей биологии, стимулируя изучение внутриклеточных процессов и строения органелл, что привело к созданию современной молекулярной биологии и генетики.

Тот факт, что клетки различных организмов (растений, животных, грибов) имеют общий план строения (наличие плазматической мембраны, цитоплазмы, ядра и органелл у эукариот) и сходный химический состав, свидетельствует о едином происхождении всего живого на Земле. Это является одним из фундаментальных доказательств теории эволюции.

Эукариотические организмы имеют ряд преимуществ в сравнении с прокариотами благодаря наличию мембранных органелл и ядра:

1. Компартментализация: Ядро отделяет генетический материал и процессы его реализации (транскрипцию) от цитоплазмы, а мембранные органеллы (митохондрии, ЭПС, хлоропласты) разделяют клетку на отсеки (компартменты), где могут протекать одновременно и независимо различные, в том числе противоположные, биохимические реакции, что значительно повышает эффективность обмена веществ.

2. Бо́льшая сложность и размеры: Эукариотические клетки, как правило, крупнее и сложнее прокариотических (до 100 мкм и более против 0,5-10 мкм), что позволяет им образовывать многоклеточные организмы и достигать высокой степени дифференциации клеток для выполнения специализированных функций.

Да, все живые существа, имеющие клеточное строение, подчиняются положениям клеточной теории. Клеточная теория является одним из фундаментальных законов биологии, который описывает базовые принципы организации жизни.

Обоснование:

1. Все организмы (кроме вирусов, которых часто считают неклеточной формой жизни) состоят из клеток, что соответствует первому и второму положениям.

2. Все клетки образуются только путём деления предшествующей клетки (положение Вирхова).

3. Даже при различиях в деталях (например, растительная и животная клетка) общий план строения (мембрана, цитоплазма, наследственный материал) и основные жизненные процессы (метаболизм, размножение) сходны, что отражает третье и четвёртое положения.

Единственные объекты, вызывающие споры, — это вирусы, так как они не имеют клеточного строения и проявляют свойства живого только внутри клетки-хозяина. Однако для организмов, построенных из клеток, теория верна.

Клеточную теорию было невозможно сформулировать значительно раньше, чем это произошло в 1838-1839 годах.

Доказательство:

1. Открытие клетки (Р. Гук, 1665 г.) стало возможным благодаря изобретению микроскопа. Однако первые микроскопы были несовершенны, позволяли увидеть лишь общие контуры (например, "ячейки" в пробке), но не давали возможности рассмотреть тонкое внутреннее строение и динамику процессов в клетке. 2. Для формулирования теории требовалось накопление достаточного объёма данных о различных типах клеток (растений, животных), чтобы увидеть сходство в их строении. Это стало возможным только после усовершенствования микроскопов в начале XIX века.

2. Ключевым стало открытие ядра Р. Броуном в 1831 году. До этого клетка рассматривалась как простая «камера». Только после осознания важности ядра стало возможным понимание клетки как единицы со сложной внутренней организацией.

Таким образом, прогресс в оптике и технике микроскопирования был необходимым условием для сбора доказательств, которые позволили обобщить данные и сформулировать клеточную теорию.