Какие свойства объединяют все клетки живых организмов биология 9 класс



Вопрос 1. Подготовьте сообщение или презентацию «История открытия клетки».

Цитология – наука, занимающаяся изучением клетки (от греч. citos – клетка). Клетка – основная форма организации живой материи, ее элементарная единица. По мнению ученых, первые клетки появились на Земле приблизительно 3,5 млрд. лет назад в результате спонтанного объединения молекул белков, нуклеиновых кислот и некоторых других веществ, формирования вокруг этих молекул оболочки. Вне клетки нет жизни. Все организмы, обитающие на Земле, за исключением вирусов, имеют клеточное строение. Но и вирусы проявляют свойства живого, только проникнув в живую клетку. Впервые увидел и описал клетку английский ученый – физик Р. Гук (1665 г.). Это были клетки коры пробкового дерева. Он же ввел в биологию термин «клетка». Его описания послужили толчком для появления систематических исследований анатомии растений (М. Мальпиги, 1671 г.; Н. Грю, 1671 г.), которые подтвердили наблюдения Роберта Гука и показали, что разнообразные части растений состоят из тесно расположенных «пузырьков», или «мешочков». Позднее А. Левенгук (1680 г.) открыл мир одноклеточных организмов и впервые увидел клетки животных (эритроциты). Позднее клетки животных были описаны Ф. Фонтана (1781 г.); но эти и другие многочисленные исследования не привели в то время к пониманию универсальности клеточного строения, к четким представлениям о том, что же являет собой клетка. Прогресс в изучении микроанатомии и клетки связан с развитие микроскопирования в XIX в. К этому времени изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма (Я. Пуркине, 1830 г.). В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки – ядро (Браун, 1833 г.). Однако обобщение основных представлений о клеточном строении живых организмов, известное как клеточная теория, было сформулировано лишь в 1838-1839 гг. ботаником М. Шлейденом и зоологом Т. Шванном . «Заслуга Т. Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он научил исследователей понимать их значение» (Вальдейер, 1909 г. ). Дальнейшее развитие эти представления получили в работах Р. Вирхова (1858 г.). Появлению и формулированию отдельных положений клеточной теории предшествовал довольно длительный (более трехсот лет) период накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Этот период был связан с развитием применения и усовершенствования различных оптических методов исследований. Создание клеточной теории М. Шлейденом и Т. Шванном (1838-1839 гг.) стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, для объяснения родственной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

Клетка – структурная и функциональная единица живой материи, способная к саморегуляции, к самостоятельному воспроизведению (независимо от других живых структур).

Вопрос 2. Изложите основные положения современной клеточной теории.

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов. Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории: Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т. п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими» генами.

Основные положения современной клеточной теории:

• все живые организмы (за исключением вирусов) состоят из клеток и продуктов их жизнедеятельности;

• все клетки в основном сходны по химическому составу, строению, обмену веществ; •

• новые клетки образуются путем деления существовавших ранее клеток;

• активность организма как целого слагается из активности и взаимодействия отдельных клеток.

Вопрос 3. Согласны ли вы с утверждением, что клеточная теория не могла быть создана одним человеком, её появление — результат труда многих поколений учёных? Объясните свою точку зрения.

Я согласен с этим выражением, так как над созданием современной клеточной теории трудилось большое количество ученых.

Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р. Гуку, который в 1665 г. в сконструированном им микроскопе впервые рассматривал тонкий срез пробки. На срезе четко просматривалась структура, похожая на пчелиные соты, построенные из ячеек. Элементы тонкого слоя пробки Р. Гук назвал латинскими словом, что означает ячейка, или клетка. Значительный вклад в изучение клетки внес А. Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы, в том числе бактерии. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун обнаружил в клетках ядро. Это открытие послужило важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных.

В 1838-1839 гг. немецкие ученые ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн обобщили имевшиеся знания о клетке в единую теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах немецкого ученого Р. Вирхова, внесшего в 1858 г. существенное дополнение: клетка может возникнут только из предшествующей клетки в результате ее деления. Кроме того, русский ученый К. Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки. Это открытие показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Идея о том, что все организмы построены из клеток стала одним из наиболее важных теоретических достижений в истории биологии, поскольку создала единую основу для изучения всех живых существ. На клеточном уровне даже наиболее отдаленные виды весьма схожи по строению и биохимическим свойствам, что указывает на общность их происхождения и эволюционного развития.

Дальнейшие успехи науки о клетке связаны с усовершенствованием приборов и развитием физических и химических методов исследования. Комплексное использование электронного микроскопирования и микрохимических методов анализа позволило в мельчайших деталях изучить строение и химический состав всех структурных компонентов клетки ядра, митохондрий, хлоропластов, рибосом и др. Кроме того, это дало возможность доказать неразрывную связь между структурой клетки и ее функцией.

С самого начала развития представлений о клеточном строении возникал вопрос о соотношении клетки и целого организма. С одной стороны, предполагалось, что жизнедеятельность организма представляет собой сумму функционирующих клеток, с другой утверждалось, что их существование является качественно отличным и обусловлено жизненной силой. Благодаря открытию митотического деления и молекулярной биологии сформировали современные представления о структуре и функциях клетки, о клеточном уровне в иерархии живой природы.

Вопрос 4. Почему существование неклеточной формы жизни — вирусов — не противоречит основным положениям клеточной теории?

Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т. п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими» генами.

Вопрос 5. Почему создание клеточной теории зависело от развития и совершенствования техники?

Прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопирования в XIX в. К этому времени изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое – протоплазма. В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки – ядро.

Глава 2. Клеточный уровень

Клетка – элементарная единица жизни на Земле. Все живые существа на Земле, за исключением вирусов, построены из клеток и могут быть одноклеточными (бактерии, некоторые водоросли, простейшие) или многоклеточными. Клетка обладает всеми признаками живого организма: растёт, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители.

Из этой главы вы узнаете

• как устроена клетка;
• каковы функции органоидов клетки;
• как клетка получает энергию;
• как клетка синтезирует вещества, необходимые ей для жизнедеятельности;
• как клетка делится.

Клеточный уровень

Клеточный уровень организации живого является предметом изучения отдельной биологической науки – цитологии. Она исследует строение и функционирование клеток, закономерности их специализации в ходе развития организмов, механизмы деления клеток, особенности протекающих в них химических процессов.

Химический состав клетки

Несмотря на различия в строении и выполняемых функциях все клетки состоят практически из одних и тех же химических элементов. Сходство элементарного химического состава клеток разных организмов указывает на единство живой природы. Примерно 98 % от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75 %), углерод (15 %), водород (8 %) и азот (3 %). На остальные более 70 элементов, которые могут входить в состав клетки, проходится 2 % от её массы.

Со строением и функциями белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических соединений, входящих в состав клетки, вы познакомились, изучая молекулярный уровень организации живых систем.

Кроме органических, в клетке присутствуют и неорганические вещества – вода и минеральные соли.

Вода в клетке в количественном отношении занимает первое место среди всех других химических соединений. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, растворение различных веществ, большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах.

Минеральные вещества в клетке могут находиться в виде растворённых солей либо в твёрдом состоянии. Например, в цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения, состоящие из слаборастворимых солей.

Ионы солей входят в состав цитоплазмы клеток, определяют её кислотно-щелочной баланс, активизируют многие ферменты.

Соединения азота, фосфора, кальция и других неорганических веществ используются для синтеза молекул органических веществ.

Соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костей, ногтей, зубов. Катионы кальция принимают участие в регуляции сердечных сокращений и свёртываемости крови.

Методы изучения клетки

Исторически первым таким методом изучения клетки стала световая микроскопия. Первые микроскопы были изобретены в начале XVII в. и увеличивали в 20-35 раз. Современные световые микроскопы увеличивают изучаемый объект в 2000-2500 раз. В 30-х гг. XX в. появилась электронная микроскопия. Именно в это время был изобретён электронный микроскоп, который позволяет достигать увеличения до 1 000 000 раз (рис. 21).

Для выделения митохондрий, рибосом, пластид и других органоидов клетки используют метод центрифугирования. Для этого разрушенные клетки помещают в пробирки и вращают с очень большой скоростью в специальных приборах – центрифугах.

В настоящее время учёные используют и другие физические и химические методы, позволяющие выделять и исследовать различные виды молекул, входящих в состав клетки.

Основные положения клеточной теории

Клетки различных органов животных, растений, грибов внешне не очень похожи друг на друга. Ну что общего, казалось бы, между нейроном нашего мозга, стрекательной клеткой гидры, инфузорией туфелькой и клеткой листа берёзы? И тем не менее между этими, да и всеми другими клетками, гораздо больше сходства, чем различий. И хотя многие учёные пользовались микроскопами для изучения живых существ, техника XVII-XVIII вв. была ещё очень несовершенной. Лишь в начале XIX в. Р. Броун смог увидеть внутри клеток листа плотное образование, которое он назвал ядром. К середине XIX в. немецкие учёные Т. Шванн и М. Шлейден, обобщив сведения, полученные многими исследователями, сформулировали клеточную теорию, одну из основных в современной биологии.

1. Все живые существа, от одноклеточных до крупных растительных и животных организмов, состоят из клеток.

2. Все клетки сходны по строению, химическому составу и жизненным функциям.

3. Несмотря на то что в многоклеточных организмах отдельные клетки специализируются на выполнении какой-то определённой «работы», они способны к самостоятельной жизнедеятельности, т. е. могут питаться, расти, размножаться.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки могут самопроизвольно зарождаться в жидкостях или во множестве рождаться внутри старых клеток. Однако немецкий биолог и врач Р Вирхов доказал, что клетки способны делиться, и предложил следующее дополнение к клеточной теории.

4. Все клетки образуются из клетки.

Таким образом, клетка – элементарная единица живого, лежащая в основе строения, развития и размножения всех живых организмов.

Новые понятия

Клетка. Методы изучения клетки: световая микроскопия и электронная микроскопия, центрифугирование. Клеточная теория

Ответьте на вопросы

1. Какие вопросы рассматриваются на клеточном уровне?
2. Что характерно для химического состава клетки?
3. Какие методы используются при изучении клетки?
4. Кто разработал клеточную теорию?
5. Почему клетку назвали клеткой?
6. Какие свойства объединяют все клетки живых организмов?

Выполните задание

Используя знания, полученные на уроках физики, объясните, почему электронные микроскопы дают большее увеличение, чем световые.