Войти
Человеческие раковые клетки с ядрами (в частности, ДНК), окрашенными в синий цвет. Центральная и самая правая клетки находятся в интерфазе, поэтому помечены все ядра. Клетка слева проходит митоз, и ее ДНК конденсируется. В биологии, теория клетки является исторической научной теорией, теперь общепризнано, что живые организмы состоят из клеток, что они являются основной структурной / организационной единицей всех организмов, и что все клетки происходят из уже существующих клеток. Клетки - основная единица строения всех организмов, а также основная единица воспроизводства.
Три принципа клеточной теории описаны ниже:
Не существует общепринятого определения жизни. Некоторые биологи считают неклеточными образованиями, такими как вирусы живыми организмами, и поэтому обоснованно не согласны с первым принципом.
С постоянным улучшением микроскопов с течением времени, технология увеличения достаточно развиты, чтобы обнаружить клетки в 17 веке. Это открытие в значительной степени приписывается Роберту Гуку, и он положил начало научному исследованию клеток, известному как клеточная биология. Спустя более века среди ученых возникло множество споров о клетках. Большинство этих дебатов касалось природы клеточной регенерации и идеи клеток как фундаментальной единицы жизни. В конечном итоге клеточная теория была сформулирована в 1839 году. Обычно это приписывают Маттиасу Шлейдену и Теодору Шванну. Однако многие другие ученые, такие как Рудольф Вирхов, внесли свой вклад в эту теорию. Это был важный шаг на пути от спонтанного зарождения.
Репродукция микроскопа Антона ван Левенгука 17 века с увеличением 300x. 
Микроскоп Роберта Гука Открытие клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа. В первом веке до нашей эры римляне смогли делать стекло, обнаружив, что под стеклом предметы кажутся больше. В Италии в XII веке Сальвино Д'Армате сделал кусок стекла поверх одного глаза, чтобы увеличить этот глаз. Расширенное использование линз в очках в 13 веке, вероятно, привело к более широкому использованию простых микроскопов (увеличительных стекол ) с ограниченным увеличением. Соединение Микроскопы, в которых линза объектива сочетается с окуляром для просмотра реального изображения с гораздо большим увеличением, впервые появились в Европе около 1620 года. В 1665 году Роберт Гук использовал микроскоп длиной около шести дюймов с двумя выпуклыми линзами внутри и исследовал образцы в отраженном свете для наблюдений в своей книге Micrographia. Гук также использовал более простой микроскоп с одной линзой для исследования образцов в прямом проходящем свете, поскольку это позволяло получить более четкое изображение.
Обширное микроскопическое исследование было проведено Антоном ван Левенгук, торговцем тканями. который проявил интерес к микроскопам после того, как увидел их во время обучения в Амстердаме в 1648 году. В какой-то момент своей жизни до 1668 года он смог научиться шлифовать линзы. В конечном итоге это привело к тому, что Левенгук создал свой собственный уникальный микроскоп. Это был простой микроскоп с одной линзой, а не составной микроскоп . Это произошло потому, что он смог использовать одну линзу, которая представляла собой небольшую стеклянную сферу, но допускала увеличение в 270 раз. Это был большой прогресс, поскольку до этого максимальное увеличение составляло всего 50x. После Левенгука не было большого прогресса в микроскопической технике до 1850-х годов, двести лет спустя. Карл Цейсс, немецкий инженер, производивший микроскопы, начал вносить изменения в используемые линзы. Но качество оптики не улучшалось до 1880-х годов, когда он нанял Отто Шотта и, в конечном итоге, Эрнста Аббе.
Оптические микроскопы могут фокусироваться на объектах размером с длиной волны или больше., что по-прежнему ограничивает прогресс в открытиях с объектами, меньшими, чем длины волн видимого света. Разработка электронного микроскопа в 1920-х годах позволила наблюдать объекты, размер которых меньше оптической длины волны, что снова открыло новые возможности в науке.
Рисование структуры пробки от Роберта Гука, которая появилась на Micrographia.Клетка была впервые обнаружена Робертом Гуком в 1665 году, что может быть описано в его книге Micrographia. В этой книге он дал 60 подробных «наблюдений» за различными объектами под грубым сложным микроскопом. Одно наблюдение было сделано на очень тонких кусочках пробки от бутылок. Гук обнаружил множество крошечных пор, которые он назвал «клетками». Это произошло от латинского слова Cella, означающего «маленькая комната», в которой жили монахи, а также от Cellulae, что означало шестигранную ячейку соты. Однако Гук не знал их реальной структуры или функции. То, что Гук считал клетками, на самом деле было пустыми клеточными стенками растительных тканей. В то время как микроскопы имели малое увеличение, Гук не мог увидеть, что в наблюдаемых им клетках были другие внутренние компоненты. Следовательно, он не думал, что «целлюлы» живы. Его клеточные наблюдения не дали никаких указаний на ядро и другие органеллы, обнаруженные в большинстве живых клеток. В Micrographia Гук также обнаружил плесень голубоватого цвета на коже. Изучив его под микроскопом, он не смог увидеть «семена», которые указали бы, как размножается плесень. Это привело к тому, что Гук предположил, что причиной было спонтанное зарождение от естественного или искусственного тепла. Поскольку это была старая аристотелевская теория, которая все еще принималась в то время, другие не отвергали ее и не опровергали, пока Левенгук позже не обнаружил, что поколение было достигнуто иначе.
Антон ван Левенгук - еще один ученый, который видел эти клетки вскоре после того, как это сделал Гук. Он использовал микроскоп с улучшенными линзами, которые могли увеличивать объекты почти в 300 раз, или в 270 раз. Под этими микроскопами Левенгук обнаружил подвижные объекты. В письме Королевскому обществу от 9 октября 1676 г. он заявляет, что подвижность - это качество жизни, следовательно, это были живые организмы. Со временем он написал еще много работ, в которых описал многие специфические формы микроорганизмов. Левенгук назвал эти «анималкулы», которые включают простейшие и другие одноклеточные организмы, такие как бактерии. Хотя у него не было большого формального образования, он смог идентифицировать первое точное описание красных кровяных телец и обнаружил бактерии после того, как заинтересовался чувством вкуса, в результате чего Левенгук наблюдал за языком быка, а затем привел его к изучению «перцовую воду» в 1676 году. Он также впервые обнаружил сперматозоиды животных и людей. Обнаружив эти типы клеток, Левенгук увидел, что для процесса оплодотворения требуется, чтобы сперматозоид попал в яйцеклетку. Это положило конец предыдущей теории самозарождения. Прочитав письма Левенгука, Гук первым подтвердил свои наблюдения, которые, как считали другие современники, маловероятны.
Клетки в тканях животных наблюдались после того, как растения были, потому что ткани были такие хрупкие и подверженные разрыву, такие тонкие срезы было трудно приготовить для изучения. Биологи считали, что в жизни есть фундаментальная единица, но не знали, что это такое. Только спустя более ста лет эта фундаментальная единица была связана с клеточной структурой и существованием клеток у животных или растений. Этот вывод не был сделан до Анри Дютроше. Помимо утверждения «клетка является фундаментальным элементом организации», Датроше также утверждал, что клетки были не только структурной единицей, но и физиологической единицей.
В 1804 году Карл Рудольфи и Дж.Х.Ф. Link были награждены премией за «решение проблемы природы клеток», что означает, что они первыми доказали, что клетки имеют независимые клеточные стенки от Königliche Societät der Wissenschaft (Королевское научное общество), Геттинген. Раньше считалось, что клетки имеют общие стенки, и таким образом между ними проходит жидкость.
Маттиас Якоб Шлейден (1804–1881) 
Теодор Шванн (1810–1882) Авторы теории клетки обычно приписывают двум ученым: Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден. Хотя Рудольф Вирхов внес свой вклад в теорию, он не получил должного признания за его приписывание к ней. В 1839 году Шлейден предположил, что каждая структурная часть растения состоит из клеток или является результатом клеток. Он также предположил, что клетки были созданы в процессе кристаллизации внутри других клеток или извне. Однако это была не оригинальная идея Шлейдена. Он утверждал эту теорию как свою собственную, хотя Бартелеми Дюмортье высказал ее за много лет до него. Этот процесс кристаллизации больше не принят современной теорией ячеек. В 1839 г. Теодор Шванн утверждает, что животные, наряду с растениями, состоят из клеток или продуктов клеток в их структурах. Это было большим достижением в области биологии, поскольку до этого момента о строении животных было мало что известно по сравнению с растениями. На основании этих выводов о растениях и животных были постулированы два из трех принципов клеточной теории.
1. Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток
2. Клетка - самая основная единица жизни
Теория Шлейдена о свободном образовании клеток посредством кристаллизации была опровергнута в 1850-х годах Робертом Ремаком, Рудольфом Вирховым и Альберт Колликер. В 1855 году Рудольф Вирхов добавил к теории клетки третий принцип. На латыни этот принцип гласит: Omnis cellula e cellula. Это переведено на:
3. Все ячейки возникают только из уже существующих ячеек
Однако идея, что все ячейки происходят из уже существующих ячеек, фактически уже была предложена Робертом Ремаком; высказывались предположения, что Вирхов сплагиатил Ремака и не верил ему. Ремак опубликовал в 1852 году наблюдения за делением клеток, утверждая, что Шлейден и Шонн ошибались в отношении схем генерации. Вместо этого он сказал, что бинарное деление, впервые введенное Дюмортье, было способом воспроизводства новых клеток животных. Как только этот принцип был добавлен, классическая клеточная теория была завершена.
Общепринятые части современной клеточной теории включают:
Современная версия клеточной теории включает в себя следующие идеи:
Клетка была впервые обнаружена Робертом Гук в 1665 году с помощью микроскопа. Первая клеточная теория связана с работами Теодора Шванна и Матиаса Якоба Шлейдена в 1830-х годах. В этой теории внутреннее содержимое клеток называлось протоплазмой и описывалось как желеобразное вещество, иногда называемое живым желе. Примерно в то же время коллоидная химия начала свое развитие, и возникли концепции связанной воды. коллоид представляет собой нечто среднее между раствором и суспензией, где броуновское движение достаточно для предотвращения седиментации. Идея полупроницаемой мембраны, барьера, проницаемого для растворителя, но непроницаемого для растворенных веществ молекул, была разработана примерно в то же время. Термин осмос возник в 1827 году, и его важность для физиологических явлений осозналась, но только в 1877 году, когда ботаник Пфеффер предложил мембранную теорию физиологии клетки. С этой точки зрения клетка была окружена тонкой поверхностью, плазматической мембраной, а вода и растворенные вещества клетки, такие как ион калия, существовали в физическое состояние, подобное состоянию разбавленного раствора. В 1889 году Гамбург использовал гемолиз эритроцитов для определения проницаемости различных растворенных веществ. Путем измерения времени, необходимого клеткам для набухания за предел их упругости, скорость, с которой растворенные вещества проникают в клетки, можно оценить по соответствующему изменению объема клетки. Он также обнаружил, что в красных кровяных тельцах был очевидный объем нерастворителя около 50%, а позже показал, что он включает воду гидратации в дополнение к белку и другим нерастворителям компонентов клеток.
Две противоположные концепции, разработанные в контексте исследований осмоса, проницаемости и электрических свойств клеток. Первая считала, что все эти свойства принадлежат плазматической мембране, тогда как другая преобладающая точка зрения заключалась в том, что за эти свойства ответственна протоплазма. мембранная теория развивалась как последовательность специальных дополнений и изменений в теории, направленных на преодоление экспериментальных препятствий. Овертон (дальний родственник Чарльза Дарвина ) впервые предложил концепцию липидной (масляной) плазматической мембраны в 1899 году. Основным недостатком липидной мембраны было отсутствие объяснения высокая проницаемость для воды, поэтому Натансон (1904) предложил теорию мозаики. С этой точки зрения мембрана представляет собой не чистый липидный слой, а мозаику участков с липидом и участков с полупроницаемым гелем. Руланд усовершенствовал теорию мозаики, включив в нее поры, позволяющие дополнительное прохождение небольших молекул. Поскольку мембраны обычно менее проницаемы для анионов, Леонор Михаэлис пришел к выводу, что ионы адсорбируются на стенках пор, изменяя проницаемость превращение пор в ионы с помощью электростатического отталкивания. Михаэлис продемонстрировал мембранный потенциал (1926) и предположил, что он связан с распределением ионов по мембране. Харви и Даниелли (1939) предложили мембрану из двух слоев липидов ,, покрытую с каждой стороны слоем белка для измерения поверхностного натяжения. В 1941 году Boyle Conway показали, что мембрана мышц лягушки проницаема как для K., так и для Cl., но, по-видимому, не для Na., поэтому идея электрических зарядов в порах была ненужной, поскольку один критический Размер пор объясняет проницаемость для K., H. и Cl., а также непроницаемость для Na., Ca. и Mg.. В тот же период было показано (Procter Wilson, 1916), что гели, не имеющие полупроницаемой мембраны, набухают в разбавленных растворах. Loeb (1920) также широко изучал желатин с мембраной и без нее, показывая, что больше свойств, приписываемых плазматической мембране, можно воспроизвести в гелях без мембрана. В частности, он обнаружил, что может возникать разность электрических потенциалов между желатином и внешней средой на основе концентрации H.. Некоторая критика мембранной теории, разработанная в 1930-х годах, основана на таких наблюдениях, как способность некоторых клеток набухать и увеличивать свою площадь поверхности в 1000 раз. барьерные свойства. Такая критика стимулировала продолжение исследований протоплазмы как основного агента, определяющего свойства проницаемости клеток. В 1938 году Фишер и Суэр предположили, что вода в протоплазме не свободна, а находится в химически комбинированной форме - протоплазма представляет собой комбинацию белка, соли и воды - и продемонстрировал основное сходство между набуханием в живых тканях и набуханием гелей желатина и фибрина. Дмитрий Насонов (1944) рассматривал белки как центральные компоненты, ответственные за многие свойства клетки, включая электрические свойства К 1940-м годам теории объемной фазы не были так хорошо развиты, как теории мембран. В 1941 году Brooks Brooks опубликовали монографию ph, «Проницаемость живых клеток», которая отвергает теории объемной фазы.
С разработкой радиоактивных индикаторов было показано, что клетки непроницаемы для Na.. Это было трудно объяснить с помощью теории мембранного барьера, поэтому был предложен натриевый насос для непрерывного удаления Na. по мере его проникновения в клетки. Это привело к мысли, что клетки находятся в состоянии динамического равновесия, постоянно используя энергию для поддержания ионных градиентов. В 1935 году Карл Ломанн открыл АТФ и его роль в качестве источника энергии для клеток, поэтому была предложена концепция натриевого насоса с метаболическим управлением. Огромный успех Ходжкина, Хаксли и Каца в развитии мембранной теории потенциалов клеточных мембран с дифференциальными уравнениями, которые правильно моделировали явления, при условии, что еще больше поддержки гипотезы мембранного насоса.
Современные представления о плазматической мембране представляют собой жидкий липидный бислой, в который встроены белковые компоненты. Структура мембраны теперь известна очень подробно, включая трехмерные модели многих из сотен различных белков, которые связаны с мембраной. Эти важные достижения в клеточной физиологии поставили мембранную теорию на первое место и стимулировали воображение большинства физиологов, которые теперь, очевидно, принимают теорию как факт - однако есть несколько несогласных.
В 1956 году Афанасий Сергеевич Трошин опубликовал книгу «Проблемы проницаемости клеток» на русском языке (1958 г. на немецком языке, 1961 г. на китайском, 1966 г. на английском языке), в которой он обнаружил, что проницаемость второстепенное значение в определении закономерностей равновесия между клеткой и ее окружением. Трошин показал, что клеточная вода уменьшается в растворах галактозы или мочевины, хотя эти соединения действительно медленно проникают в клетки. Поскольку мембранная теория требует непостоянного растворенного вещества для поддержания сжатия клеток, эти эксперименты ставят под сомнение теорию. Другие сомневались, достаточно ли у клетки энергии для поддержания натриево-калиевого насоса. Такие вопросы стали еще более актуальными, когда были добавлены десятки новых метаболических насосов по мере открытия новых химических градиентов.
В 1962 году Гилберт Линг стал поборником теорий объемной фазы и предложил свою гипотезу ассоциации-индукции живых клеток.
Прокариотная клетка. 
Эукариотическая клетка. Клетки можно подразделить на следующие подкатегории:
Животные развили большее разнообразие типов клеток в многоклеточном теле (100–150 различных типов клеток) по сравнению с 10–20 у растений, грибки и протоктисты.
Портал биологии 