Световая микроскопия
Самым первым и привычным методом, с которым знакомят еще на школьных уроках биологии является электронная микроскопия. Создание первого электронного микроскопа датируется началом 17 века. Первый человек, применивший световой микроскоп в целях изучения живых клеток – Роберт Гук в 1665 году.
Однако, Гук лишь увидел клетку, а вот Антони ван Левенгук изучил и описал строение эритроцитов, сперматозоидов и микроорганизмов. Именно Левенгука считают основоположником использования световой микроскопии.
-
- Роберт Гук
-
- Антони ван Левенгук
Для того, чтобы не путать ученых с такими созвучными фамилиями, то нужно просто выстроить у себя логическую картинку: вначале человек должен был обнаружить факт наличия живых клеток, а потом уже изучать строение настолько, насколько это возможно. Притом, описание, естественно дает куда больше информации, чем просто факт того, что ткань состоит из живых клеток, поэтому основоположником применения микроскопа в цитологии, да и вообще в биологии, — человек, описавший клетки. Если воссоздать эту цепочку и ассоциировать Гука и Левенгука с цифрами, то вначале будет тот, у кого фамилия короче, т.е Гук, а потом уже – Левенгук. Таким образом, вначале идет Гук, затем – Левенгук. Гук первый увидел клетки, но Левенгук из описал, поэтому он и есть основатель.
На уроках биологии школьники сталкиваются с такой проблемой как «поимка» света для того, чтобы увидеть хоть что-нибудь в световой микроскоп. Нюансом использования этого прибора является то, что в световой микроскоп можно разглядеть предметы размером в диапазоне 400-800 нм, т.к если предмет будет меньше, то световой поток просто обогнет его, а не отразится. Следовательно, ученый ничего не увидит.
Электронная микроскопия
В связи с этим, изобретатели предположили, что можно использовать не естественный солнечный свет, а пучок электронов, то есть, лампочку. Так в 1930-х годах был создан электронный микроскоп, который дал возможность изучать более мелкие предметы.
-
- Один из первых световых микроскопов
-
- Световой микроскоп
-
- Электронный микроскоп
Растровая электронная микроскопия
Далее был изобретен растровый электронный микроскоп. Суть его в том, что предмет (клетка) подвергается бомбежке электронами. Они отражаются от поверхности предмета и в зависимости от интенсивности электрического сигнала в результате отражения электронов поверхностью, формируется черно-белый снимок, по которому можно узнать о рельефе изучаемого объекта. Живые клетки или организмы погибают в результате изучения под растровым электронным микроскопом.
-
- Растровый электронный микроскоп
-
- Снимок, полученный с помощью растрового электронного микроскопа
Биологическая маркировка
Кроме методов микроскопии существуют и другие методы изучения клеток. Например, для того чтобы проследить за чем-либо внутри живой клетки, можно поставить метку. Так делают, когда необходимо изучить какой-нибудь белок. Подбирается специфический маркер, чаще всего тот, который способен флуоресцировать. Так делаю не только при изучении белков, но и колоний клеток, в том числе – нейронов. Что касается радиоактивных меток, то наиболее распространены изотопы углерода, водорода и фосфора.
Клеточный цитокенез. Фото с использованием флюоресценции
Центрифугирование
Если требуется извлечь для изучения органоиды, то ученые прибегают к центрифугированию. В результате механического повреждения цитоплазматическая мембрана разрушается, что дает выход всем органоидам. Если же клетка растительная, то до центрифугирования используются дополнительные лизирующие (расщепляющие) целлюлозу вещества. Далее на большой скорости в закрытой пробирке в буферном растворе вращаются клетки. За счёт того, что разные клеточные структуры имеют разную плотность и массу, они оказываются на разных уровнях в пробирке. Так можно получить не все органеллы, но это приемлемый метод для митохондрий и рибосом.
На сегодняшний день существует множество методов, как химического расщепления клетки, так и механического разделения, однако вышеперечисленные методы являются наиболее консервативными и их должен знать абитуриент.
Положения клеточной теории
Теодор Шванн и Маттиас Шлейден создали клеточную теорию в 1835 году.
-
- Теодор Шванн
-
- Маттиас Шлейден
Клеточная теория включает в себя следующие положения:
- Все живые существа состоят из клеток.
Этот пункт достаточно очевиден. Проще всего подумать о сложном организме. Например, о человеке. Он состоят из органов и тканей. А ткани и органы из живых клеток. Для одноклеточного организма все еще проще, он и есть живая клетка, что ясно из названия.
Исключением являются вирусы, ведь они – внеклеточная форма жизни. Во времена Шлейдена и Шванна про вирусы еще ничего не знали, поэтому положение считалось истинным. Теперь оно требует небольшой правки. Вирусы были открыты в конце 19 века русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановым. Он обнаружил вирус табачной мозаики в пораженных листьях табака, что объясняет название
-
- Иванов Д.И
-
- Лист, пораженный вирусом табачной мозаики
-
- Структура вируса табачной мозаики
2. Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.
Все растительные клетки подобны друг другу, все животные клетки подобны друг другу. И даже растительные клетки и животные клетки подобны друг другу, хоть и имеют отличия. Макроэлементы едины для всех живых организмов. Микроэлементы и ультрамикроэлементы могут отличаться в разных клетках и организмах. У всех организмов и клеток есть признаки живого. Они едины для всех.
3. Каждая клетка самостоятельна: деятельность организма является суммой жизнедеятельности составляющих его клеток.
Исходя из положения о жизнедеятельности клеток, становится ясно, что в случае одноклеточных организмов клетка выполняет всю работы для собственного существования целиком и полностью самостоятельно. В более сложных организмах клетки специализированы, но они работают сопряженно, опираясь на те же принципы организации жизнедеятельности.
Позднее, в 1855 году наш отечественный ученый Рудольф Вирхов внес важное дополнение: «Всякая клетка происходит от клетки».
Деление клеток было открыто еще в 1841 Робертом Ремаком, однако данное открытие не было внесено в положения клеточной теории, что, собственно, и исправил Р. Вирхов.