Клеточная теория была сформулирована в середине XIX века немецкими учёными — ботаником Маттиасом Шлейденом и зоологом Теодором Шванном. Они независимо друг от друга пришли к выводу: все организмы (растения и животные) состоят из клеток, сходных по строению.
Шлейден и Шванн обобщили имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка — основная единица любого организма, и ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.
Теодор Шванн
Сформулировал основные положения клеточной теории в 1839 году в работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений». Некоторые положения:
· Клетка — основная элементарная единица строения, развития и функционирования всех живых организмов.
· Клетки всех организмов гомологичны — похожи по своему химическому строению, основным проявлениям жизненных процессов и обмену веществ.
· Размножаются клетки путём деления — новая клетка образуется в результате деления изначальной (материнской) клетки.
· У сложных многоклеточных организмов клетки специализируются по функциям, которые они выполняют, и образуют ткани.
Ошибка Шванна — высказанное им вслед за Шлейденом мнение о возможности возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.
Маттиас Шлейден
В 1838 году Шлейден, изучая растительные ткани под микроскопом, обнаружил, что все растения состоят из клеток. Однако основная идея клеточной теории — соответствие клеток растений и элементарных структур животных — была чужда Шлейдену. Учёный сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.
Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории — на значение ядра в клетке Шванна натолкнули исследования Шлейдена, у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу».
Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии как науки. Некоторые аспекты этого влияния:
· Доказательство единства живой природы. Клеточная теория показала, что все организмы имеют клеточное строение, и это стало одним из решающих доказательств единства всей живой природы.
· Стимулирование развития других дисциплин. Клеточная теория послужила фундаментом для таких наук, как эмбриология, физиология и гистология. Объяснение родственных взаимосвязей организмов. С помощью клеточной теории удалось объяснить механизм индивидуального развития.
· Понимание жизни на разных уровнях. Клеточная теория даёт ключ к пониманию жизни на структурном, функциональном, эволюционном и патологическом уровнях.
· Возможность изучать болезни. Клеточная теория позволила учёным понимать, какие изменения происходят в клетках при различных заболеваниях, и разрабатывать новые методы диагностики и лечения.
· Создание новых технологий. Клеточная теория позволила учёным изучать эволюцию и даже создавать новые технологии, такие как клонирование.
Таким образом, клеточная теория не только описывает строение организмов, но и раскрывает взаимосвязи в биосистемах, что значительно повлияло на развитие биологии и формирование современной естественно-научной картины мира. Клеточная теория предоставила базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения.
Некоторые аспекты влияния клеточной теории на эволюционную теорию:
· Доказательство универсальности клеточного строения всех животных и растений. Из этого следует вывод об их эволюционном родстве.
· Возможность доказать происхождение многоклеточных от одноклеточных. Положение о том, что новые клетки образуются путём деления существующих, было использовано эволюционистами для обоснования этого утверждения.
· Понимание общего происхождения жизни. Сходство клеток у разных видов подтверждает общее происхождение жизни. Например, рибосомы человека и бактерии работают по одному механизму.
· Определение единицы жизни. Клеточная теория дала определение единице жизни, а так как универсального, общепринятого определения жизни нет до сих пор, то это было грандиозным событием своего времени.
Маттиас Якоб Шлейден (1804–1881) — немецкий ботаник и общественный деятель.
Некоторые факты из биографии:
· В 1827 году окончил Гейдельбергский университет.
· Изучал медицину и ботанику в университетах Гёттингена и Берлина.
· В 1839–1862 годах — профессор ботаники Йенского университета, с 1850 года — директор ботанического сада в этом университете.
· В 1863–1864 годах — профессор антропологии Дерптского университета.
· В 1842–1843 годах в труде «Основы научной ботаники» Шлейден, используя индуктивный метод, подверг критике натурфилософские и узкосистематические аспекты в работах современников.
· Основные труды Шлейдена — по эмбриологии и анатомии растений.
· Шлейден считался одним из предшественников и сторонников дарвинизма.
· Был автором научно-популярных книг (некоторые из них были переведены на русский язык) и сборников стихов.
Теодор Шванн (1810–1882) — немецкий цитолог, гистолог и физиолог, автор клеточной теории.
Некоторые факты из биографии:
· В 1833 году окончил медицинский факультет Боннского университета.
· В 1834–1839 годах работал у Иоганна Мюллера в анатомическом музее Берлинского университета.
· С 1839 года — профессор Лувенского университета (Бельгия).
· В 1848–1880 годах — профессор Льежского университета (Бельгия).
· Труды Шванна относятся к различным областям биологии, например, к физиологии пищеварения, гистологии, анатомии нервной системы.
· Шванн открыл пепсин (пищеварительный фермент) в 1836 году.
· Изучал клеточное строение хряща и хорды под микроскопом на личинках земноводных.
· Был иностранным членом Лондонского королевского общества (1879), членом-корреспондентом Парижской академии наук (1879), членом Академии наук в Брюсселе (1841).
Некоторые значимые научные достижения Маттиаса Якоба Шлейдена:
· Формулировка клеточной теории. В 1838 году Шлейден опубликовал статью, в которой утверждал, что все растения состоят из отдельных клеток, каждая из которых имеет свою структуру и функцию. Эта теория была сформулирована совместно с Теодором Шванном и стала основой современной клеточной биологии.
· Признание важности клеточного ядра. Шлейден отметил, что ядро — важная органелла внутри клеток растений. Он обнаружил, что оно содержит плотную зернистую структуру, которую назвал ядрышком.
· Установление клетки как основной единицы жизни. Шлейден предположил, что все растения состоят из клеток, которые являются основной единицей жизни. Он признал, что эти клетки отвечают за рост, развитие и функционирование растений.
· Классификация растений на основе структуры клеток. Наблюдения за разными типами клеток растений позволили Шлейдену отнести их к различным группам. Он понял, что структуру и расположение клеток можно использовать для классификации растений в зависимости от их сложности. Принятие теории эволюции Чарльза Дарвина. Шлейден был одним из первых немецких биологов, принявших эту теорию.
Идеи Маттиаса Шлейдена лежат в основе многих современных биологических исследований. Некоторые из них:
· Изучение процесса развития организма на всех этапах. Современная клеточная теория позволяет исследовать развитие организма, предотвращать болезни и развивать знания об иммунной системе человека.
· Развитие биотехнологий. Методы работы с клетками лежат в основе генной инженерии, клонирования и терапии стволовыми клетками.
· Изучение болезней. Болезни, от рака до инфекций, начинаются с нарушений в клетках.
· Понимание сложных процессов, таких как дыхание или фотосинтез. Даже эти процессы происходят на клеточном уровне: митохондрии в клетках вырабатывают энергию, а хлоропласты улавливают свет.
Кроме того, современные методы цитологии позволяют рассматривать срез ресничек простейших, следить за процессами, происходящими в клетке, создавать модели органелл и молекул.
Кроме Шлейдена и Шванна, в развитие клеточной теории внесли вклад, например, следующие учёные:
· Роберт Гук. В 1665 году описал строение пробки, на тонких срезах которой нашёл правильно расположенные пустоты, которые назвал «порами, или клетками».
· Марчелло Мальпиги и Неемия Грю. В 1670-е годы описали найденные в растениях «мешочки или пузырьки».
· Антони ван Левенгук. Проектировал и усовершенствовал микроскопы, начиная с 1673 года, публиковал зарисовки простейших, бактерий, сперматозоидов, эритроцитов.
· Рудольф Вирхов. В 1855 году определил, что клетки делятся.
· Брюкко. Проводил эксперименты, согласно которым клетка была элементарным организмом. Это утверждение стало основой знаний об одноклеточных организмах.
Для изучения молекулярной биологии клетки используются различные методы, среди них:
· Микроскопия. Применяют световой и электронный микроскопы.
· Центрифугирование. Метод используют для выделения клеточных фракций. Для биохимического изучения клеточных компонентов клетку разрушают механически, химически или ультразвуком.
· Хроматография. Метод заключается в том, что через неподвижную среду пропускают растворитель. Каждый из компонентов смеси движется с оригинальной скоростью, и при этом смесь существенно разделяется.
· Радиоавтография. Метод возник при активном развитии ядерной физики. Один из способов обнаружения радиоактивности изотопов основан на их способности действовать на фотоплёнку подобно свету.
· Методы биохимии. С их помощью удаётся связать процессы жизнедеятельности клетки с определёнными клеточными структурами.
· Физиологические исследования. Позволили выяснить значение поверхностной клеточной мембраны как генератора электрических потенциалов и её роль в транспорте различных веществ в клетку и из неё.