Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас. Повні уроки>>Біологія: Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень. Повні уроки

Тема

• Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень.

Мета уроку

• познайомитися з історією вивичення клітини і методами цитологічних досліджень.

Задачі уроку

• Вивчити історію вивчення клітини.
• Проаналізувати методи цитологічних досліджень.

Хід уроку

Історія вивчення клітини

Люди дізналися про існування клітини лише в XVII ст. Незадовго до цього, в 1590 р., голландський шліфувальщик стекол Захар Янсен, з'єднавши разом дві лінзи, уперше винайшов примітивний мікроскоп. Саме завдяки цьому винаходу учені змогли розкрити таємницю клітинної будови.

Першим, хто оцінив значення збільшувального приладу і застосував його для дослідження зрізів рослинних і тваринних тканин, був англійський фізик і ботанік Роберт Гук. У 1665 р., вивчаючи зріз пробки, він виявив структури, схожі по будові на бджолині стільники, і назвав їх осередками, або клітинами. Відтоді цей термін міцно затвердився в біології. Правда, потрібно відмітити, що Р. Гук вважав, що клітини порожні, а жива речовина - це клітинні стінки. Діти, подивіться на малюнок 1, щоб зрозуміти, як виглядала ця видатна людина.

Мал. 1 Роберт Гук

Приблизно в цей же час, в другій половині XVII ст., відомий голландський дослідник Антоні ван Левенгук удосконалив мікроскоп і зміг спостерігати живі клітини із збільшенням більш ніж в 200 разів. Саме він уперше в 1683 р. описав бактерії. Учні, подивіться на малюнок 2, щоб мати уявлення про вигляд бактерій.

Мал. 2 Бактерії

Ще до відкриття клітини, в середині XVII ст., відомий англійський лікар Уільям Гарвей припустив, що всі живі організми розвиваються з яйця. Це припущення блискуче довів російський вчений Карл Бер, який в 1827 р. виявив яйцеклітину ссавців. Це відкриття дозволило йому зробити висновок, що кожен організм розвивається з однієї клітини. У 1831-1833 рр. Роберт Броун виявив в рослинних клітинах сферичну структуру, яку назвав ядром.

Мал. 3 Клітина та клітинні органелли

Створення клітинної теорії

Для розуміння ролі клітини в живих організмах величезне значення мали праці ботаніка Матваса Шлейдена і зоолога Теодора Шванна. Шванн проаналізувавши усі існуючі на той момент знання про клітинну будову живої природи, сформулював першу версію клітинної теорії. Вона стверджувала, що всі організми складаються з простих частин - клітин. Причому кожна клітина в певному значенні - деяке індивідуальне самостійне ціле. Але в одному організмі всі клітини діють спільно, формуючи гармонійну єдність. Друзі, подивіться на малюнок 3, щоб зрозуміти будову клітини та її складові.

Правда, Шлейден і Шванн помилялися, вважаючи, що нові клітини можуть виникати з неклітинної речовини. Ця помилка була спростована німецьким вченим Рудольфом Вірховим, який показав, що всі клітини утворюються з інших клітин шляхом клітинного ділення. У 1858 р. Р. Вірхов написав: "Всяка клітина походить з іншої клітини. Там, де виникає клітина, їй повинна передувати клітина, подібно до того, як тварина походить тільки від тварини, рослина - тільки від рослини".

Клітинна теорія зробила величезний вплив на розвиток біології і на формування сучасної природничонаукової картини світу. За визначенням Ф. Енгельса, клітинна теорія, закон перетворення енергії і еволюційна теорія Ч. Дарвіна є трьома найбільшими відкриттями природознавства XIX ст.
На основі клітинної теорії в середині XIX ст. виникла цитологія (від греч. цитос - вмістище, клітина) - наука, що вивчає структуру і функції клітини. До кінця XIX ст., завдяки вдосконаленню мікроскопічної техніки, були відкриті основні структурні компоненти клітини і вивчений процес її ділення. Німецький дослідник природи Вейсман остаточно встановив, що зберігання і передача спадкових ознак в клітині здійснюється за допомогою ядра. Винайдений в 30-і рр. XX ст. електронний мікроскоп дав можливість досліджувати ультраструктуру клітини. Було виявлено дивну схожість в тонкій будові клітин різних організмів. Учні, подивіться на малюнок 4. Так виглядає сучасний мікроскоп.

Мал. 4 Сучасний вигляд мікроскопа

Кожна клітина покрита плазматичною мембраною і має внутрішній вміст - цитоплазму. Будь-яка клітина має генетичний матеріал, що містить спадкову інформацію про будову і функціонування самої клітини і усього організму в цілому. Залежно від розташування цього генетичного матеріалу усі клітини діляться на прокаріотичні (доядерні), спадковий матеріал яких знаходиться безпосередньо в цитоплазмі, і эукаріотичні (ядерні), чий генетичний матеріал відокремлений від цитоплазми ядерною оболонкою, тобто. знаходиться в ядрі. Діти, подивіться на малюнок 5. Які клітини ви бачите? Що ці клітини мають спільного?

Мал. 5 Порівняння будови животної та рослинної клітин

Любі друзі, давайте уважно переглянемо наступні відео, щоб зрозуміти, як виглядає та функціонує рослинна клітина

Відео 1 «Рослинна клітина»

і животна клітина відео 2 «Животна клітина»

Клітина функціонує як єдине ціле, відповідаючи на дії зовнішнього середовища, взаємодіючи з іншими клітинами, входячи до складу багатоклітинних організмів. Вона забезпечує зв'язок між поколіннями, будучи носієм спадкової інформації. Клітина може представляти цілий самостійний організм, як, наприклад, амеба, і в цьому випадку її діяльність набагато різноманітніша, ніж робота спеціалізованої клітини багатоклітинного організма.

Незважаючи на принципову схожість у внутрішній будові, клітини можуть істотно відрізнятися за розміром і формою. Наприклад, людський організм складається з сотні видів клітин. Найбільшою серед них є яйцеклітина (до 200 мкм), а одними з найдрібніших - деякі клітини в нервовій тканині (близько 5 мкм). Еритроцити людини мають форму двоввігнутого диска, клітини гладкої м'язової тканини схожі на довге вузьке веретено, клітини епітелію можуть бути кубічними, плоскими, циліндричними, а лейкоцити взагалі не мають постійної форми. Великі остеоцити з численними відростками входять до складу кісткової тканини, а різноманітні нервові клітини зірчастої, веретеновидної, пірамідальної і іншої форми мають складні відростки, довжина яких може досягати 1 м і більше.

При всій цій різноманітності клітинам властиві загальні ознаки. Всі клітини є відкритими системами, які обмінюються речовиною і енергією з довкіллям. Ріст і розвиток, розмноження і подразливість - ці властивості, необхідні для підтримки життя, характерні для усіх клітин.

Основні положення клітинної теорії

Клітина - елементарна одиниця живого. Клітина є найменшою структурно-функціональною одиницею живого і представляє собою відкриту, саморегульовану систему, яка здатна самовідтворюватися. Поза клітиною життя немає.

Контролюючий блок№1

1)    Кого називають засновниками клітинної теорії?
2)    Яка наука виникла на основі клітинної теорії?
3)    Які основні положення клітинної теорії ви знаєте?

Цитологічні методи дослідження

Сучасна цитологія має в своєму розпорядженні численні і різноманітні методи дослідження, без яких було б неможливе накопичення і вдосконалення знань про будову і функції клітин.

Світлова мікроскопія

Сучасний світловий мікроскоп є дуже сучасним приладом, який досі має первинне значення у вивченні клітин і їх органоїдів. За допомогою світлового мікроскопа досягається збільшення в 2000-2500 разів. Нині створено багато різноманітних моделей світлових мікроскопів. Вони забезпечують можливість багатостороннього дослідження клітинних структур і їх функцій. Діти, давайте подивимося наступне відео про мікроскопи.

Відео 3 «Історичний ряд мікроскопів»

Електронна мікроскопія

З винаходом електронного мікроскопа в 1933 р. почалася нова епоха у вивченні будови клітини. За допомогою сучасного електронного мікроскопа вдалося розглянути багато нових важливих органоїдів клітини, які при вивченні у світловому мікроскопі здавалися просто безструктурними ділянками. Основна відмінність електронного мікроскопа від світлового в тому, що в йому замість світла використовується швидкий потік електронів, а скляні лінзи замінені електромагнітними полями. Джерелом електронів, тобто катодом, служить вольфрамовий волосок, що нагрівається електричним струмом до розжареного стану. Пучок електронів, що вилітають з розжареного вольфрамового волоска, спрямовується до анода.

Мал. 6 Цитологічне дослідження живого матеріалу

Методи дослідження живих клітин

Мікроскопічне дослідження живих клітин широко застосовується в цитології для самих різних цілей, наприклад, для вивчення змін, що відбуваються в клітинах при різноманітних зовнішніх діях, для з'ясування закономірностей обміну речовин в клітинах, для вивчення клітинних структур, струмів цитоплазми, клітинної проникності і т. д. Учні, подивіться на малюнок 6. Що ви можете сказати про зображене?

Спостереження над живими клітинами вимагають, приготування спеціальних препаратів. Дрібні організми, такі, як одноклітинні водорості, прості, бактерії та інші переносяться разом з краплею середовища, в якій вони культивуються, на предметне скло. Препарат накривається покривним склом, і його можна досліджувати під мікроскопом. Друзі, давайте уважно подивимося відео про клітини під мікроскопом.

Відео 4 «Живі клітини в листі під мікроскопом»

Методи прижиттєвого забарвлення

Прижиттєві барвники - це органічні сполуки ароматичного ряду, що мають відносно невелику токсичність для живих клітин.

Розрізняються основні і кислі барвники. Проникаючи в клітину, вони з'єднуються головним чином з білками, і спочатку уся цитоплазма придбаває дифузну забарвлення, після чого деякі барвники відкладаються в цитоплазмі у виді гранул.Забарвлення живих клітин дає можливість виявляти зміни, що відбуваються у клітинах і тканинах при різних зовнішніх діях. Діти, подивіться на малюнок 7. Так зображений метод забарвлення.

Мал. 7 Цитологічні метод забарвлення

Методи мікрургії (мікрохірургія)

Експериментальні методи, і різноманітні операції на клітинах (мікрооперації), стали застосовуватися цитологами вже в другій половині минулого століття. Перші мікрооперації проводилися на порівняно великих об'єктах, наприклад, на клітинах різних тварин, без використання яких-небудь спеціальних пристосувань і при невеликих збільшеннях лупи або препаровального мікроскопа. Мікрооперації на великих клітинах і досі проводяться вручну без яких-небудь складних приладів. Діти, подивіться на малюнок 8. Що ви можете сказати про зображене?

Мал.8 Цитологічний метод мікрохірургії

Мікрооперації на окремих клітинах дрібних розмірів стали проводити тільки на початку XX ст., коли був сконструйований прилад мікроманіпулятор. Мікроманіпулятори дозволяють проводити дуже тонкі
операції над клітиною та її органоїдами. Для цих операцій потрібно велике збільшення мікроскопа і спеціальні мікроінструменти, які найчастіше виготовляються самим експериментатором з тонких скляних ниток або паличок.

Методи мікрохімічного і ультрамікрохімічного вивчання клітини

До мікрохімічних відносяться ті методи, за допомогою яких робиться визначення від 10 до 0,01 міліграма речовини. Ці методи широко використовуються в цитології для визначення змісту в клітинах білків, фосфору, амінокислот, нуклеїнових кислот, цукрів і т. д. Але для цілого ряду цитологічних досліджень абсолютно необхідно визначення дуже малих кількостей речовин в окремих клітинах або в окремих частинах клітини.

Метод рентгеносруктурного аналізу

Метод рентгеносруктурного аналізу заснований на явищі дифракції рентгенівських променів. Він застосовується для вивчення будови молекул білків, нуклеїнових кислот і інших речовин, що входять до складу цитоплазми і ядра клітин. Метод дає можливість визначити просторове розташування молекул, точно виміряти відстань між ними і вивчити внутрішньомолекулярну структуру.

Метод мічених атомів (авторадіографія)

Мічені атоми широко застосовуються в цитології для вивчення різноманітних хімічних процесів, що протікають в клітині, наприклад для вивчення синтезу білків і нуклеїнових кислот, проникності клітинної оболонки, локалізації речовин в клітині і т. д. Для цих цілей застосовуються з'єднання, в які введені радіоактивна мітка.

Цитологічні методи дослідження застосовуються:

1) в онкології для розпізнавання злоякісних і доброякісних пухлин; при масових профілактичних оглядах з метою виявлення ранніх стадій пухлинного процесу і передракових захворювань; при спостереженні за ходом протипухлинного лікування;

2) в гематології для діагностики захворювань і оцінки ефективності їх лікування;

3) в гінекології - як з метою діагностики онкологічних захворювань, так і для визначення вагітності, гормональних порушень і так далі;

4) для розпізнавання багатьох захворювань органів дихання, травлення, сечовиділення, нервової системи і так далі і оцінки результатів їх лікування.

Контролюючий блок№2

1)    Які сучасні цитологічні методи ви можете назвати?
2)    Де і для чого застосовуються цитологічні дослідження?

Список використаної літератури

1) Урок на тему «Клітина – основа життя» Рибак В.І., вчителя біології, м. Луганськ, сш №3.
2)Урок на тему «Клітинна теорія» Байков О.Л., вчителя біології,  м. Мелітопіль, сш №1.
3) Урок на тему «Сучасні цитологічні дослідження»  Сьомкіна О.Д., вчителя біології,  м. Київ, сш №2.
4) Боген Г. Современная биология. М.: Мир, 2008.
5) Покровская М.П., Макаров М.С., Цитологія організмів, М., 2008.

Відредаговано та вислано Чепець Т.П.

Над уроком працювали

Чепець Т.П.

Рибак В.І.

Байков О.Л.

Сьомкіна О.Д.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, но и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.