«Клеточная теория строения организмов. История и современное состояние»

МКОУ «СОШ г.Нариманов»

Индивидуальный проект

Тема:

«Клеточная теория строения организмов.

История и современное состояние»

Автор проекта:

Мусагалиева Рамина Изимовна

Руководитель проекта:

Бисенова А.М.

Учитель биологии

АСТРАХАНЬ-2018

Оглавление:

ВВЕДЕНИЕ .

Актуальность темы .

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

1. Понятие клеточной теории .

2. Открытия основоположников клеточной теории.

3. Современное состояние клеточной теории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ГЛОСАРИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Паспорт проекта:

Название проекта: «Клеточная теория строения организмов .История и современное состояние».

Цель проекта: изучить  историю становления  клеточной  теории и его современное состояние. 

Тип проекта : исследовательский .

Образовательная область: естественно-научная .

Учебная дисциплина: биология .

Методы исследования:

- Поисковые ( обзор литературы, анализ.)

Форма представления проекта : реферат, презентация .

Образовательные учреждения, на базе которых выполнялся проект : МКОУ «СОШ г.Нариманов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Человечество всегда стремилось узнать, что такое жизнь, живое. Одним из шагов человечества в познании тайн живого стало изучение клетки, образующей живой организм. Начало этого процесса положено сравнительно недавно, конечно, по историческим меркам. Оно стало возможным только с развитием методов исследования, прежде всего с развитием микроскопии.

Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1663 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, 1632—1723) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы. 
     Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением  растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые  позже получили название одноклеточных.

Однако клеточная теория строения организмов сформировалась лишь к середине XIX века, после того как появились более мощные микроскопы и были разработаны методы фиксации и окраски клеток. Её основоположником был Рудольф Вирхов, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.

Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента растительных и животных организмов.
     Клеточная теория — основополагающая для общей  биологии теория, сформулированная в  середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиа Шлейден, Теодор Шванн и Рудольф Вирхов сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838).
     Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

Клетка — элементарная единица живого, основная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.
Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов имеют общее происхождение и сходны по своему строению и химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
Размножение клеток происходит путем их деления.

Новые клетки всегда возникают из предшествующих клеток.
Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу.
В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации - молекул нуклеиновых кислот ("каждая молекула из молекулы").  

   Положения эти могут формулироваться по-разному в разных источниках, но смысл их одинаков — тайна жизни заключена в клетках.

Цель  работы – изучить  историю становления  клеточной  теории и его современное состояние. 

Задачи: 

1. сформулировать понятие клеточной теории;

2. изучить открытие основоположников   клеточной теории;

3. изучить современное состояние клеточной теории.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 ПОНЯТИЕ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ

Клеточная теория  одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единствопринципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточнымстроением, в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента живых организмов.

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицейлюбого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключениястали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в наукуосновополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Клеточная теория дополнялась иредактировалась с каждым разом

Основные положения современной клеточной теории

1. Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2. Клетка  единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3. Клетки всех организмов гомологичны.

4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых иинтегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны.

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна

1. Все животные и растения состоят из клеток.

2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток

2.Открытия основоположников клеточной теории

Предпосылками создания клеточной теории были изобретение и усовершенствование микроскопа и открытие клеток. Клеточное строение впервые наблюдал Р.Гук (1665 г.) у растений, при изучении среза коры пробкового дерева, бузины и др. Открытие клетки Робертом Гуком стало следствием изучения физических свойств такого материала, как пробка. В частности, Гука интересовала причина высокой плавучести пробки. В попытках выяснить это было произведено множество наблюдений, в которых делались тонкие срезы пробки с дальнейшим их изучением под микроскопом. В результате ученый обнаружил, что пробка состоит из множества очень маленьких ячеек, напоминавших ему монашеские кельи в монастырях. (Приложение 1)

Работы известных микроскопистов: М. Мальпиги, Н. Грю, А. Ван Левенгука – позволили увидеть клетки растительных организмов. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». Анотолий ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы (инфузории, амёбы, бактерии). Также Левенгук впервые наблюдал животные клетки — эритроциты и сперматозоиды. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных.

В 1802—1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками . ( Приложение 3)

Р. Броун описал ядро растительной клетки в 1831 году ,а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения..(Приложение 2)

Я. Э. Пуркине ввел понятие протоплазмы – жидкого студенистого клеточного содержимого.(Приложение 4 )

Основная заслуга оформления клеточной теории принадлежит Т.Шванну (1839 г.), который использовал собственные данные и результаты Шлейдена, Я.Пуркине и других ученых. Сопоставив тканевые структуры животных и растений, он указал на общий для них принцип клеточ­ного строения и роста. Однако Шванн, как и Шлейден, считал, что, главная роль в клетке принадлежит оболочке и ядру. Они создали так называемую клеточную теорию. Сущность ее заключалась в окончательном признании того факта, что все организмы, как растительные, так и живот­ные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизо­ванными, состоят из клеток.(Приложение 5)

Основателем клеточной теории считается немецкий биолог Т. Шванн (совместно с М. Шлейденом), который в 1839 г. опубликовал труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений»(Приложение 6).

Его положения:

1) клетка – главная структурная единица всех живых организмов (как животных, так и растительных);

2) если в каком-либо образовании, видимом под микроскопом, есть ядро, то его можно считать клеткой;

3) процесс образования новых клеток обусловливает рост, развитие, дифференцировку растительных и животных клеток.

Дополнения в клеточную теорию внес немецкий ученый Р. Вирхов, который в 1858 г. опубликовал свой труд «Целлюлярная патология».(Приложение 6 ) Он доказал, что дочерние клетки образуются путем деления материнских клеток: каждая клетка из клетки. Он сформулировал (1859 г.) одно из важнейших положений клеточной теории: «Всякая клетка происходит из другой клетки... Там, где возникает клетка, ей должна предшест­вовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение — только от растения».

В конце XIX в. были обнаружены митохондрии, комплекс Гольджи, пластиды в растительных клетках. После окрашивания делящихся клеток специальными красителями были обнаружены хромосомы.

Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка — это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Однако надо помнить, что жизнь простейшего одноклеточного организма богаче и разнообразнее самой сложной и относительно самостоятельной клетки много­клеточного организма.

3.Современное состояние клеточной теории.

Активность организма зависит от клетки, в клетке хранится, перерабатывается наследственная информация. Клетка – основная единица, через которую проходит, запасается и перерабатывается энергия, вещество. Клетка простейшего практически бессмертна. При половом размножении вечны гаметы. В клетке клеточные структуры связаны между собой, все биохимические процессы происходят в соответствующей структуре.

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.

Выяснилось, что существует два типа клеток - прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Гомология всех клеток, таким образом, свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом - наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками. Это, конечно, не отменяет общего происхождения всех клеток, которое подтверждается общностью их химического состава.

Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.

Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений - это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур - элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.

Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии, симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных - продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество - продукт их секреции, т.е. образуется оно в результате метаболизма клеток.

Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма — клетки или «элементарные организмы».

Целостность организма есть результат естественных, материальных взаимосвязей, вполне доступных исследованию и раскрытию. Клетки многоклеточного организма не являются индивидуумами, способными существовать самостоятельно (так называемые культуры клеток вне организма представляют собой искусственно создаваемые биологические системы). К самостоятельному существованию способны, как правило, лишь те клетки многоклеточных, которые дают начало новым особям (гаметы, зиготы или споры) и могут рассматриваться как отдельные организмы. Клетка не может быть оторвана от окружающей среды (как, впрочем, и любые живые системы). Сосредоточение всего внимания на отдельных клетках неизбежно приводит к унификации и механистическому пониманию организма как суммы частей.

Очищенная от механицизма и дополненная новыми данными клеточная теория остается одним из важнейших биологических обобщений.

Достижения Современной Цитологии.

Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, появившиеся после 1940-х годов, позволили достичь огромных успехов в изучении строения клетки. В разработке единой концепции физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы, основанные на фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют практическое значение.

Цитологические методы используются в селекции растений для определения хромосомного состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов. Аналогичный цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы хромосом. Такой анализ в сочетании с биохимическими тестами используют, например, при амниоцентезе для диагностики наследственных дефектов плода.

Самое важное применение цитологических методов в медицине – это диагностика злокачественных новообразований. В раковых клетках, особенно в их ядрах, возникают специфические изменения, распознаваемые опытными патоморфологами. Современные средства исследования позволили биологам установить, что по строению все живые существа следует делить на организмы "безъядерные" – прокариоты и ядерные - эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи), а в группу эукариот – грибы, растения и животные. В настоящее время выделяют два уровня клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Прокариотические организмы очень просто устроены. Они не имеют типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану. Генетический материал представлен единственной нитью ДНК. Она не приобрела сложного строения и называется генофором. Деление только амитотическое. В клетке отсутствуют митохондрии, центриоли, пластиды. Эукариоты - ядерные организмы, имеющие ядро, окруженное ядерной мембраной. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, имеющих сложное строение и состоящих из нитей ДНК и белковых молекул. Эукариотические клетки делятся митотически(Приложение 8). В них имеются центриоли, митохондрии, пластиды. Среди эукариотов существуют как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.

Таким образом, согласно клеточной теории, все клетки гомологичны по своему строению и их основными структурными компонентами являются мембрана, цитоплазма и ядро.

Заключение

Клеточная теория, будучи важнейшим достижением естествознания, обосновав единство клеточной организации и общность происхождения растений и животных, сыграла огромную роль в развитии всех разделов биологии, особенно гистологии, эмбриологии, физиологии клетки, эволюционного учения, генетики. На ее основе сложилось и развивалось учение о болезненных процессах у животных, растений и человека. Открытие клетки и создание клеточной теории помогло объяснить основные закономерности живой природы.

Значение клеточной теории в развитии науки состоит в том, что благодаря ей стало понятно, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный компонент в морфологическом отношении; клетка является эмбриональной основой многоклеточного организма, т.к. развитие организма начинается с одной клетки - зиготы; клетка – основа физиологических и биохимических процессов в организме, т.к. на клеточном уровне происходят в конечном счете все физиологические и биохимические процессы. Электронная микроскопия раскрыла перед нами новый мир кристаллических систем внутри живой клетки, исследования которой имеют большое значение для разгадки множества заболеваний. Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие к возникновению заболеваний. Злокачественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей, возникают также на уровне клеток. Изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также и в медицине и ветеринарии. Основные закономерности молекулярной биологии и цитологии, лежащие в основе механизмов эволюционного процесса, позволяют дать понятие о явлениях наследственности и изменчивости. Единство строения и жизнедеятельность клеток различных организмов - одна из важнейших общебиологических закономерностей, указывающих на общность происхождения органического мира, и поэтому изучение структуры и функции клетки - важнейшая задача общей биологии. Клеточная теория позволила придти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и ещё раз подтвердила единство всего органического мир.

На основании изученных материалов, я могу сделать вывод о том, что поставленная мной цель достигнута: я изучила историю становления клеточной теории и его современное состояние.

ГЛОССАРИЙ

1. Архебактерии – это одноклеточные организмы, изначально не имеющие ядра. По одной из теорий возникновения жизни считается, что первыми появились именно эти существа, а уже затем от них произошли бактерии, вирусы и другие организмы.

2. Белки́ — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот.

3. Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

4. Клетка — основная структурно функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система.

5. 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 общего структурного элемента живых организмов.

6. Рибосо́ма — важнейший немембранный органоид живой клетки, служащий для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК.

7. Рибонуклеи́новая кислота́ (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов и играют важную роль в кодировании, прочтении, регуляции и выражении генов.

8. Прокариоты — организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл.

9. Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.

10. Ядро — окружённый двумя мембранами компартмент эукариотической клетки.

Список использованной литературы

1. «Биология для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей » -В. М. Константинов .

2. «Гены & Клетки научно-практический журнал»

3. «Краткий словарь биологических терминов»- А. Н. Северцова

4. Цитология: учебник для вузов / Под ред. Э.Г.Улумбекова, Ю.А.Челышева - 3-е изд.

5. http://genescells.ru/

6. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/31309

7. http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431606

8. https://econet.ru/articles/132305-interesnye-fakty-o-kletkah

9. https://studfiles.net/preview/2804450/

10. http://www.scienceforum.ru/2017/2665/32771

11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Рибонуклеиновая_кислота

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Рисунок 1 – Р. Гук .

Приложение 2

Рисунок 2 -Р. Броун .

Приложение 3

Рисунок 3 -Шарль-Франсуа Мирбель

Приложение 4

Рисунок 4– Я.Э. Пуркинье .

Приложение 5

Рисунок 5- М.Я. Шлейден .

Приложение 6

Рисунок 6 – Т. Шванн .

Приложение 7

Рисунок 7 – Р. Вирхов .

Приложение 8

Рисунок 8- ДНК .