§15. Клеточный уровень: общая характеристика. Клеточная теория

§15. Вспомните.

Задание №1

Что такое научная картина мира? Что влияет на её изменение?

Ответ:

Научная картина мира — множество научных теорий в совокупности описывающих известный человеку мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Влияют на ее изменение факторы природно−географические, климатические, цивилизационные, этнические, религиозно−конфессиональные, историко−культурные, уровень развития экономики, бытовая культура, обычаи, культура высокая, роль и место страны в мировой истории.

Задание №2

Какие одноклеточные организмы среди представителей различных групп (царств) живых существ вы можете вспомнить?

Ответ:

К одноклеточным царства животных относятся амёба, инфузория−туфелька, радиолярия.
К одноклеточным царства растений относится хламидомонада, хлорелла.
В царстве бактерий − стрептококки, стафиллококки, холерный вибрион.
К одноклеточным царства грибов относятся дрожжи.

Задание №3

Какие клетки в организме человека имеют длинные отростки и для чего они нужны?

Ответ:

Такие отростки имеют нейроны. Длинные отростки (аксоны) нервных клеток пронизывают организм и обеспечивают связь головного и спинного мозга с любым участком тела.

Подумайте.

Задание №1

Могут ли существовать в природе настолько маленькие клетки, что их невозможно различить в современные микроскопы?

Ответ:

Есть вероятность того, что есть еще более микроскопические клетки, но мы не можем точно этого знать, так как современные микроскопы не могут их разглядеть.

Тренируемся.

Задание №1

Можно ли в оптический микроскоп увидеть вирус? Почему?

Ответ:

Вирусы настолько малы, что в обычный микроскоп их увидеть невозможно. Размеры вирусов составляют от 20 до 300 нанометров. Для их рассмотрения используют только электронные микроскопы.

Задание №2

Можно ли в электронный микроскоп увидеть бактерию?

Ответ:

Да, можно. Бактерии — это крошечные организмы, изучать которые можно только с помощью увеличительной техники. Увидеть бактерии можно и в световой микроскоп, а вот рассмотреть мельчайшие структуры бактериальных клеток позволяют только электронные микроскопы.

Задание №3

От чего зависят размеры и особенности строения клетки? Чьи клетки крупнее: кашалота или дельфина?

Ответ:

Размер и особенности строения клетки связаны главным образом с функцией, выполняемой ею. Соответственно, в крови функция эритроцитов − переносить кислород, лейкоцитов − борьба с инородными клетками; лейкоциты больше в размерах. Клетки кашалота и дельфина одинаковы в размерах, отличаются они только между своими же тканями.

Задание №4

Какие методы изучения клетки вы знаете?

Ответ:

Основными методами изучения клетки являются:
• микроскопия
• центрифугирование (ультрацентрифугирование)
• культивирование клеток
• метод рекомбинантных ДНК
• метод меченных атомов
• хроматография
• электрофорез

Задание №5

Что такое клеточная теория и каковы её современные положения?

Ответ:

Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.
Основные положения современной клеточной теории:
1. Клетка — основная структурная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, способная к самовоспроизведению и саморегуляции.
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным процессам жизнедеятельности и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям.
5. Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого.

Совершенствуемся.

Задание №1

Докажите, что клетка является системой.

Ответ:

Клетка является системой, так как в ее состав входят различные органоиды: ядро, митохондрии, цитоплазма, мембарана, рибосомы и др. Также клетка способна к обмену веществ, поддержанию гомеостаза, росту и развитию.

Задание №2

Используя доступные источники информации и статью учебника «Основные этапы развития цитологии», подготовьте презентацию о развитии представлений о клеточном строении живых организмов.

Ответ:

Клетка — это элементарная единица строения любого организма, способная к самостоятельному обмену веществ, росту, развитию и воспроизведению. Основные части клетки – ядро, цитоплазма с органоидами и клеточная мембрана.
Клеточная мембрана ограничивает живое содержимое клеток от окружающей среды. Важнейшим свойством плазматической мембраны является ее избирательная проницаемость, т. е. через нее в клетку свободно могут попадать лишь некоторые вещества. За счет этого свойства мембрана регулирует поступление веществ в клетку и обмен с внешней средой.
Цитоплазма – это жидкое содержимое клетки с находящими в ней органоидами. Основное вещество цитоплазмы – вода. Цитоплазма живых клеток находится в постоянном движении, что обеспечивает взаимосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ.
К органоидам клетки относят эндоплазматическую сеть – систему многочисленных канальцев и цистерн, которые пронизывают всю цитоплазму. Эндоплазматическая сеть разделяет клетку на отсеки, обеспечивает сообщение между частями клетки и транспорт веществ. На эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Это очень маленькие органоиды, но их функция очень важна для клетки – в рибосомах синтезируются белки.
Митохондрии – это достаточно крупные органоиды, которые можно увидеть даже в световой микроскоп. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделившаяся в этом процессе энергия запасется в образующихся молекулах АТФ, которые способны при распаде отдавать свою энергию туда, где она нужна.
Регуляторным центром клетки служит ядро. Оно отделено от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся хромосомы. Хромосомы содержат гены, определяющие наследственность организма. В ядре так же можно увидеть одно или несколько ядрышек. В них происходит формирование рибосом. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу и хранение наследственной информации.

Задание №3

От чего зависит выбор методов в процессе проведения исследования?

Ответ:

Выбор методов в процессе проведения исследования зависит от строения и функций предмета исследования, то есть в зависимости от того, что вы хотите узнать об объекте. Например, хроматография используется для разделения компонентов экстракта растений.

Задание №4

Прочитайте статью «Основные этапы развития цитологии». Подготовьте презентацию с использованием указанных в ней сведений.

Ответ:

Основные этапы развития цитологии
В 1930−х гг. советский биолог Ольга Борисовна Лепешинская, основываясь на данных своих исследований, выдвинула «новую клеточную теорию», согласно которой клетки можно воссоздать из неклеточного вещества. В своих исследованиях она якобы получала жизнеспособные размножающиеся клетки из растёртых и тем самым умерщвлённых клеток. Однако, как показала проверка, дело было в том, что далеко не все клетки разрушались при растирании, а уцелевшие неповреждённые клетки, делясь, образовывали новые.
О том, что живые организмы в основном состоят из тех же химических элементов, что и неживые объекты, учёные догадывались, очевидно, ещё со времён алхимии. Но то, что живая материя организована особым образом и построена из особых «кирпичиков жизни», выяснилось только в 1665 г., когда один из первых микроскопистов, англичанин Роберт Гук, стал разглядывать в свой ещё очень несовершенный микроскоп кору дуба и увидел, что она имеет вид каких−то ячеек, т. е. клеток. Название «клетка» по сути своей случайное, но оно прижилось и стало одним из основных понятий биологии. А ведь Роберт Гук мог выбрать для наблюдений совсем иной биологический объект, и тогда клетки получили бы какое−то другое название: шариков, дисков, цепочек или кубиков, так как форма и размеры клеток, входящих даже в один многоклеточный организм, могут очень сильно меняться.
Только через 8 лет голландец Энтони Ван Левенгук при помощи гораздо более совершенного оптического микроскопа смог описать разные клетки самых различных живых организмов: эритроциты человека, клетки бактерий и листьев растений. Но и на этом совершенствование микроскопической техники не закончилось.
В 1781 г. Феличе Фонтана зарисовал клетки животных и их ядра, а в 1825 г. Ян Пуркинье описал клеточное ядро и ввёл термин «протоплазма» (от греч. protos — первый и plasma — оформленное). В 1838 г. вышла книга немецкого ботаника М. Шлейдена «Материалы к филогенезу», в которой он высказал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений, и ставил вопрос о возникновении новых клеток в организме.

Основываясь на работах М. Шлейдена, немецкий физиолог Т. Шванн всего через год опубликовал книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой и была изложена первая версия клеточной теории. Очень важным дополнением к ней стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка — из клетки» (1858). Позже, в 1875 г., Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга пришли к выводу о том, что информация о наследственных признаках клетки заключена в ядре, и описали его деление, а в 1882 г. Вальтер Флеминг ввёл термин «митоз» (термин «мейоз» предложил несколько раньше первооткрыватель митоза Э. Страсбургер).
Наконец, в 1892 г. Илья Ильич Мечников открыл явление фагоцитоза. Так благодаря работам многих исследователей была создана современная клеточная теория, основой которой является клеточная теория Шлейдена— Шванна—Вирхова. Современная её версия 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 живой природы.

Обсуждаем.

Задание №1

Обсудите с одноклассниками, почему с момента первого описания клеток до создания клеточной теории прошло так много лет.

Ответ:

Первое описание клеток происходило при примитивных формах световых микроскопов. Соответственно, ученым потребовалось намного больше времени, чтобы проанализировать весь скопившийся материал (до создания микроскопов), также современные виды микроскопов появились относительно недавно (в начале 19 века), тогда М. Шлейден и Т. Шванн и создали клеточную теорию.

Задание №2

Обсудите такое утверждение: все клетки одного организма генетически идентичны. Аргументируйте свою позицию.

Ответ:

Все клетки одного организма генетически идентичны, так как имеют одинаковый набор хромосом, который определяет реализацию генетической информации клетки. Соответственно если мы поменяем ядра клеток между собой (организм один и тот же), они будут функционировать как обычно (опыты Дж. Гердона по пересадке ядер). Это происходит за счет того, что молекула ДНК одного организма имеет идентичную информацию.

Проводим исследование.

Задание №1

Выполните лабораторную работу «Сравнение строения клеток растений, животных, грибов и бактерий под микроскопом на готовых микропрепаратах и их описание» на с. 203.
Цель: на основе изучения клеток разных организмов выявить основные черты сходства и различия в их строении.
Оборудование: микроскоп, готовые микропрепараты клеток растений, животных, грибов и бактерий.
Ход работы:
1. Настройте микроскоп на малое увеличение и рассмотрите готовые микропрепараты.
2. Зарисуйте увиденное.
3. Переведите настройки микроскопа на большое увеличение и снова рассмотрите клетки организмов. Сделайте соответствующие рисунки.
4. Сделайте вывод на основе проведённого исследования.

Ответ:

Вывод: при малом увеличении мы можем увидеть только основные структуры клетки (ядро, плазматическая мембрана и цитоплазма), но не мембранные органоиды. В случае большего увеличения мы можем наблюдать ЭПС, аппарат Гольджи, митохондрии и другие органоиды клетки.