Версия 08:34, 4 ноября 2009

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

ПРИГАДАЙТЕ
Що спільного та відмінного між одноклітинними, колоніальними та багатоклітинними організмами? Що таке корок? Які будова світлового мікроскопа і правила роботи з ним?

Як ви пам'ятаєте, всі живі істоти складаються з клітин. Виняток становлять лише віруси - неклітинні форми життя. Детальніше про них ви дізнаєтесь пізніше.
Що собою становить клітина? Клітина - основна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система. Це означає, що на клітинному рівні організації живої матерії повністю проявляються всі основні властивості живого: обмін речовин і перетворення енергії, здатність до росту і розмноження, руху, збереження і передача спадкової інформації тощо.
Ви вже знаєте, що існують організми одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні. Одноклітинні організми (мал.23) є цілісним самостійним організмом, якому властиві всі життєві функції, притаманні багатоклітинним організмам. Колоніальні організми складаються з певної кількості клітин одного чи декількох типів (мал. 24). Проте, на відміну від багатоклітинних організмів, клітини колоніальних звичайно функціонують незалежно одна від одної. У багатоклітинних організмів клітини відрізняються за особливостями будови та виконуваними функціями; утворюють тканини, органи та їхні системи. Отже, багатоклітинний організм функціонує як цілісна система, а клітини є його елементарними складовими частинами.

Мал. 23. Хламідомонада

Мал. 24. Вольвокс

Яка наука вивчає клітини? Будову і процеси життєдіяльності клітини вивчає цитологія (від грец. китос - клітина). Безумовно, вивчати клітини без застосування оптичних приладів неможливо, тому зародження і становлення цитології тісно пов'язане з винаходом мікроскопа (від грец. мікрос - маленький та скопео - дивлюся).
На жаль, точно невідомо, хто саме винайшов перший мікроскоп. Одні дослідники вважають, що цей винахід належить батьку і сину Янсенсам (кінець XVI століття), інші - відомому вченому Ґалілео Ґалілею (початок XVII століття).
Термін «клітина» запропонував 1665 року англійський дослідник Роберт Гук. Вивчаючи за допомогою сконструйованого ним мікроскопа зріз корка, він відкрив клітинну будову рослинних тканин. Однак, у даному випадку він мав справу не з живими клітинами, а лише з їхніми стінками.
Сучасник Р. Гука, голландець Антоні ван Левенгук також за допомогою мікроскопів власної конструкції (мал. 25) відкрив і описав одноклітинних тварин (зокрема, інфузорій), бактерій, а також еритроцити і сперматозоїди хребетних тварин.

Мал. 25. Мікроскоп, сконструйований А. ван Левенгуком

У 1825 році чеський дослідник Ян Пуркіне вперше спостерігав ядро в яйцеклітині курки, а в 1831—1833 роках англійський ботанік Роберт Броун описав ядра в клітинах рослин, згодом-у 1838-1839 роках, німецький зоолог Теодор Шванн описав ядра і в клітинах тварин. Так було доведено, що ядро є обов'язковим компонентом клітин рослин і тварин. Ці відкриття, а також накопичена на початок XIX століття інформація про будову клітин різних типів сприяли створенню клітинної теорії, яка істотно вплинула на подальший розвиток не лише цитології, а й усієї біології.

У 1839 році Т. Шванн, спираючись на результати досліджень іншого німецького вченого — ботаніка Матіаса Шлейдена, сформулював основні положення клітинної теорії:
- всі організми складаються з клітин;
- клітини тварин і рослин подібні за будовою.

КрімТ. Шваннаі М. Шлейдена, співавторами клітинної теорії вважають німецького вченого Рудольфа Вірхова й естонського вченого Карла Бера. Зокрема, Р. Вірхов довів, що клітини утворюються не з безструктурної міжклітинної речовини, як тоді вважалося, а розмножуються поділом. А К. Бер відкрив яйцеклітину птахів і ссавців і довів, що ці тварини розвиваються з однієї клітини - заплідненої яйцеклітини. Отже, було з'ясовано, що клітина є не лише одиницею будови, а й одиницею розвитку багатоклітинних організмів.

Які положення обґрунтовує клітинна теорія на сучасному етапі розвитку цитології? На сучасному етапі розвитку цитології клітинна теорія включає такі положення:
- клітина - елементарна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів;
- клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням, будовою, хімічним складом, основними процесами життєдіяльності;
- кожна нова клітина утворюється тільки в результаті розмноження материнської клітини;
- у багатоклітинних організмів, які розвиваються з однієї клітини (спори, зиготи тощо), різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації протягом індивідуального розвитку особини і утворюють тканини;
- із тканин формуються органи, які тісно пов'язані між собою.

Як досліджують клітини? Як вам уже відомо, першим приладом, за допомогою якого вивчають клітини, був світловий (оптичний) мікроскоп (мал.26). Раніше ви вже мали змогу ознайомитися з будовою і правилами роботи з цим приладом.

Методи досліджень за допомогою цього мікроскопа називають світловою мікроскопією. Так можна вивчати загальний план будови клітин та їхні окремі органели, розміром не менше ніж 200 нм.

Пригадаймо: світлова мікроскопія ґрунтується на тому, що через прозорий чи напівпрозорий об'єкт дослідження проходять промені світла, які згодом потрапляють на систему лінз об'єктива та окуляра (мал. 27). Лінзи зорово збільшують об'єкт дослідження. Кратність збільшення можна визначити як добуток збільшень об'єктива і окуляра. Наприклад, якщо лінзи окуляра забезпечують збільшення в 10 разів, а об'єктива - в 40, то загальне збільшення об'єкта досліджень становитиме 400 разів. Сучасні світлові мікроскопи можуть забезпечувати збільшення об'єктів у 2-3 тис. разів.

Мал. 26. Світловий мікроскоп

Файл:Мал.27.jpg
Мал. 27. Схема проходження світла у світловому мікроскопі:
1 - джерело світла;
2 - конденсор;
3 - об'єкт;
4 - об'єктив;
5 - окуляр

Клітинні структури дрібніших розмірів (наприклад, клітинні мембрани) відкрито й досліджено за допомогою електронного мікроскопа (мал. 28), винайденого у першій половині XX століття.

Мал. 28. Електронний мікроскоп

За конструкцією електронний мікроскоп нагадує світловий, але замість потоку променів світла в ньому застосовують потік електронів, які рухаються в магнітному полі (мал. 29). Цей потік прискорюється високою різницею потенціалів, що створюється між різними полюсами (катодом і анодом). Роль лінз виконують електромагніти, здатні змінювати напрямок руху електронів, збирати їх у пучок (фокусувати) і спрямовувати його на об'єкт дослідження. Частина електронів, проходячи через об'єкт, може відхилятись, розсіюватись, поглинатись, взаємодіяти з об'єктом дослідження або проходить крізь нього без змін. Пройшовши через досліджуваний об'єкт, електрони потрапляють на люмінісцен-тний екран, спричиняючи його свічення, або на особливий фотоматеріал, за допомогою якого зображення можна фотографувати.

Файл:Мал.29.jpg
Мал. 29. Схема проходження пучка електронів у електронному мікроскопі:
1 - джерело електронів;
2 - конденсор; З-об'єкт;
4 - об'єктив;
5 - проектор

Електронний мікроскоп здатний збільшувати зображення об'єктів дослідження в сотні тисяч разів (до 500 000 і більше).
Живі клітини досліджують як за допомогою методу прижиттєвого вивчення, так і в зафіксованому стані. У першому випадку можна вивчати певні процеси життєдіяльності клітини (рух цитоплазми, процес поділу тощо).

Щоб з'ясувати місце або перебіг тих чи інших біохімічних процесів у клітині, застосовують метод мічених атомів: у клітину вводять речовину, в якій один з атомів певного хімічного елемента заміщений його радіоактивним ізотопом. За допомогою спеціальних приладів, здатних фіксувати ці ізотопи, можна простежити за міграцією цих речовин у клітині та їхнім перетворенням.

Вивчаючи тонку структуру клітин, їх потрібно попередньо зафіксувати, застосовуючи особливі речовини (спирт, формалін тощо), швидке заморожування або висушування. Деякі структури фіксованих клітин зафарбовують спеціальними барвниками.

Для вивчення окремих клітинних структур застосовують метод центрифугування (від лат. центрум - центр та фуга - втеча). При цьому клітини попередньо подрібнюють і в особливих пробірках уміщують у центрифугу - прилад, здатний розвивати швидкі колові оберти. Оскільки різні клітинні структури мають неоднакову щільність, вони під час роботи центрифуги осідатимуть неодночасно й утворюватимуть шари: щільніші - швидше, і тому опиняться знизу, а менш щільні - повільніше, вони розташуються зверху. Шари, що утворилися, розділяють і досліджують окремо.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Чому клітину вважають елементарною структурно-функціональною одиницею всіх організмів?
2. Що спільного і відмінного між одноклітинними, колоніальними та багатоклітинними організмами?
3. Яка наука вивчає будову та процеси життєдіяльності клітин? Коли вона виникла? 4. За допомогою яких методів вивчають клітини? 5. Які положення входять до клітинної теорії? Які вчені зробили внесок у її розвиток?

ПОМІРКУЙТЕ
На чому ґрунтується положення клітинної теорії про те, що клітини всіх організмів подібні за походженням, будовою, хімічним складом, основними процесами життєдіяльності?

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

_{Бібліотека з підручниками та книгами на скачку безкоштовно, календарно-тематичне планування з біології 10 клас, уроки біології онлайн}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.