Клетка

происхождения клетки эукариот.

Названную гипотезу разработала американская исследовательница Л.

Маргулис. Согласно этой гипотезе первичная клетка крупной прокариотической

бактерии, вступив в симбиоз с клетками сине-зеленых, приобрела пластиды.

Симбиоз с гетеротрофными прокариотическими клетками привел к их

преобразованию в митохондрии. Симбиоз со спирохетоподобными бактериями мог

привести к возникновению жгутиков и т. д. Биохимические, генетические,

электронно-микроскопические данные последних лет делают гипотезу Л.

Маргулис все более обоснованной. В любом случае, двойственная природа ДНК

ядра и ДНК цитоплазматических органелл и удивительное сходство последней с

ДНК прокариот свидетельствует о том, что симбиоз сыграл выдающуюся роль в

возникновении клетки эукариот.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕТКИ

Современная цитология располагает многочисленными и разнообразными

методами исследования, без которых было бы невозможно накопление и

совершенствование знаний о строении и функциях клеток.

Световая микроскопия

Современный световой микроскоп представляет собой весьма современный

прибор, который до сих пор имеет первостепенное значение в изучении клеток

и их органоидов. С помощью светового микроскопа достигается увеличение в

2000 – 2500 раз. Увеличение микроскопа зависит от его разрешающей

способности, т. е. наименьшего расстояния между двумя точками, которые

видны раздельно. В настоящее время создано много разнообразных моделей

световых микроскопов. Они обеспечивают возможность многостороннего

исследования клеточных структур и их функций.

Электронная микроскопия

С изобретением электронного микроскопа в 1933 году началась новая

эпоха в изучении строения клетки.

С помощью современного электронного микроскопа удалось рассмотреть

много новых важных органоидов клетки, которые при изучении в световом

микроскопе казались просто бесструктурными участками.

Основное отличие электронного микроскопа от светового в том, что в

нем вместо света используется быстрый поток электронов, а стеклянные линзы

заменены электромагнитными полями. Источником электронов, т. е. катодом,

служит вольфрамовая нить, нагреваемая электрическим током до раскаленного

состояния. Пучок электронов, вылетающих из раскаленной вольфрамовой нити,

направляется к аноду. Движение электронов от катода к аноду осуществляется

под ускоряющим воздействием разности потенциалов. В центре анода имеется

небольшое отверстие. Сквозь него проходят электроны, и пучок их

фокусируется магнитной катушкой, играющей роль линзы, которая направляет

его на объект. Когда пучок электронов уже прошел через объект, изображение

его увеличивается с помощью второй магнитной катушки, которая действует как

линза объектива; затем пучок электронов проходит через третью магнитную

катушку, действующую в качестве окуляра или проекционной линзы и

увеличивающую уже полученное изображение объекта.

Для электронномикроскопического исследования пригодны только

препараты фиксированных клеток, подвергнутых очень сложной предварительной

обработке. Живые клетки с помощью электронного микроскопа пока еще не

исследуются. Причина этого заключается в том, что свободное движение

электронов в микроскопе достигается только в достаточно высоком вакууме, а

живые клетки, содержащие значительное количество воды, сильно повреждаются

при помещении их в вакуум. Кроме того, живые клетки повреждаются и при

облучении интенсивным потоком электронов.

Электронный микроскоп особенно широко стал применяться для

биологических исследований в последние 10 – 15 лет и неизмеримо расширил

возможности изучения тончайших деталей строения клетки.

Методы исследования живых клеток

Микроскопическое исследование живых клеток и тканей широко

применяется в цитологии для самых различных целей, например для изучения

изменений, происходящих в клетках при разнообразных внешних воздействиях,

для выяснения закономерностей обмена веществ в клетках, для изучения

клеточных структур, токов цитоплазмы, клеточной проницаемости и т. д.

Приготовление препаратов живых клеток. Наблюдения над живыми клетками

требуют, прежде всего, приготовления специальных препаратов. Мелкие

организмы, такие, как одноклеточные водоросли, простейшие, бактерии и др.

переносятся вместе с каплей среды, в которой они культивируются, на

предметное стекло. Препарат накрывается покровным стеклом, и его можно

исследовать под микроскопом. Живые клетки из тканей многоклеточных

организмов исследовать труднее, так как для приготовления препаратов эти

клетки нужно отделить от ткани, что связано с нанесением им каких-то

повреждений. Выделение клеток, а также наблюдения над ними необходимо

производить в средах, пригодных для более или менее продолжительного

переживания их и разных для различных организмов. Так, клетки растений

обычно исследуются в воде, а клетки разнообразных холоднокровных и

теплокровных животных – в физиологическом растворе.

Методы прижизненной окраски

Прижизненные красители – это органические соединения ароматического

ряда, обладающие относительно небольшой токсичностью для живых клеток.

Различаются основные и кислые красители. Проникая в клетку, они соединяются

главным образом с белками, и вначале вся цитоплазма приобретает диффузную

окраску, после чего некоторые красители откладываются в цитоплазме в виде

гранул.

Окраска живых клеток дает возможность выявлять изменения, происходящие

в клетках и тканях при разных внешних воздействиях. В последнем случае

чрезвычайно важно то, что количество красителя, поглощенного

неповрежденными или поврежденными путем какого-либо воздействия клетками,

можно точно определить и выразить количественно. Разница в количестве

красителя, поглощенного неповрежденными и поврежденными клетками,

свидетельствует о характере и степени изменений, возникающих под влиянием

различных внешних воздействий.

Методы микрургии (микрохирургия)

Экспериментальные методы, и в первую очередь разнообразные операции

на клетках (микрооперации), стали применяться цитологами уже во второй

половине прошлого столетия. Первые микрооперации проводились на

сравнительно крупных объектах, например на развивающихся клетках различных

животных, без использования каких-либо специальных приспособлений и при

небольших увеличениях лупы или препаровального микроскопа. Микрооперации на

крупных клетках и до сих пор проводятся вручную без каких-либо сложных

приборов.

Микрооперации на отдельных клетках мелких размеров стали проводить

только в начале XX столетия, когда был сконструирован прибор, называемый

микроманипулятором. Микроманипуляторы позволяют проводить очень тонкие

операции над клеткой и ее органоидами. Для этих операций требуются большие

увеличения микроскопа и специальные микроинструменты, которые чаще всего

изготовляются самим экспериментатором из тонких стеклянных нитей или

палочек.

Методы микрургии широко применяются и для выделения тканевых клеток

или одноклеточных органоидов при переносе их в новую культуральную среду

или в организм животного, что особенно важно для получения клонов. Наконец,

к числу сложных микрургических операций, которые начали применяться

сравнительно недавно, относится извлечение и трансплантация ядер, ядрышек и

других органоидов клетки. Для этих операций пригодны главным образом

крупные клетки простейших и других одноклеточных организмов, а также и

крупные клетки некоторых многоклеточных животных, например амфибий. Так

осуществляется перемещение макронуклеуса инфузорий из одной особи в другую.

Операции по пересадке ядер дают возможность изучить роль ядра и

цитоплазмы в жизни клеток, изучить изменения, происходящие в безъядерных

клетках, выяснить участие ядра и цитоплазмы в передаче по наследству тех

или иных признаков.

Методы микрохимического и ультрамикрохимического

изучения клетки

К микрохимическим относятся те методы, с помощью которых производится

определение от 10 до 0,01 мг вещества. Эти методы широко используются в

цитологии для определения содержания в клетках белков, фосфора,

аминокислот, нуклеиновых кислот, сахаров и т. д.

Но для целого ряда цитологических исследований совершенно необходимо

определение очень малых количеств веществ в отдельных клетках или в

отдельных частях клетки. В таких случаях применяются ультрамикрохимические

методы, позволяющие проводить определение химических веществ в очень

маленьком количестве материала, например в кусочках ткани, весящих 100 –

500 мкг, или в очень малых объемах растворов.

Метод рентгеносруктурного анализа

Метод рентгеносруктурного анализа основан на явлении дифракции

рентгеновских лучей. Он применяется для изучения строения молекул белков,

нуклеиновых кислот и других веществ, входящих в состав цитоплазмы и ядра

клеток. Метод дает возможность определить пространственное расположение

молекул, точно измерить расстояние между ними и изучить внутримолекулярную

структуру.

Метод меченых атомов (авторадиография)

Меченые атомы широко применяются в цитологии для изучения

разнообразных химических процессов, протекающих в клетке, например для

изучения синтеза белков и нуклеиновых кислот, проницаемости клеточной

оболочки, локализации веществ в клетке и т. д. Для этих целей применяются

соединения, в которые введены радиоактивная метка. В молекуле меченого

вещества, например аминокислоты или углевода, один из атомов замещен атомом

того же вещества, но обладающим радиоактивностью, т. е. радиоактивным

изотопом. Известно, что изотопы одного и того же элемента не отличаются

друг от друга по своим химическим свойствам, и, попав в организм животного

или растения, они ведут себя во всех процессах так же, как и обычные

вещества. Однако благодаря тому, что эти изотопы обладают радиоактивным

излучением, их можно легко обнаружить, применяя фотографический метод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

. В. Азерников. Тайнопись жизни. Москва, 1973г.

. Н. Н. Воронцов, Л. Н. Сухорукова. Эволюция органического мира. Москва,

1991г.

. Л. Я. Кулинич. Справочник по биологии. Москва, 1986г.

. Б. М. Медников. Аксиомы биологии. Москва, 1985г.

. Э. Рис, М. Стернберг. От клеток к атомам. Москва, 1988г.

А. С. Трошин, А. Д. Браун, Ю. Б. Вахтин, Л. Н. Жинкин,

К. М. Суханова. Цитология. Москва, 1970г.

. С. Штрбанова. Кто мы? Книга о жизни, клетках и ученых. Москва, 1984г.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8