Методы цитологических исследований, Биология

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.

Методы цитологических исследований, Биология 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.

Методы цитологических исследований, Биология Один из первых световых микроскопов Методы цитологических исследований, Биология Световой микроскоп Методы цитологических исследований, Биология 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.

Методы цитологических исследований, Биология Растровый электронный микроскоп Методы цитологических исследований, Биология 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.

Методы цитологических исследований, Биология

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.

Методы цитологических исследований, Биология Теодор Шванн Методы цитологических исследований, Биология Маттиас Шлейден

Клеточная теория включает в себя следующие положения:

  1. 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.

  Задание EB0221 Рассмотрите таблицу «Биология как наука». Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный в таблице вопросительным знаком

Разделы биологии Области исследования
Этология Закономерности поведения животных в естественных условиях
? Строение клеток организмов разных царств

Цитоло́гия (от греч. κύτος — «клетка» и λόγος — «учение», «наука») — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органеллы, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Ответ: цитология

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB11108 Докажите, что клетка является открытой системой.

  1. Клетка участвует в постоянном обмене веществ и энергии с окружающей средой.
  2. Клетка отвечает на сигналы внешней среды и возвращается к исходному состоянию. Ее реакции обратимы.
  3. Клетка способна к регуляции своего химического состава.

Ответ: см. решение

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB10942 Докажите, что клетка является саморегулирующейся системой.

  1. Клетка является системой, т.  к. состоит из множества взаимосвязанных и взаимодействующих частей — органоидов и др. структур.
  2. Система является открытой, т.  к. в нее поступают из окружающей среды вещества и энергия, в ней осуществляется обмен веществ.
  3. В клетке поддерживается относительно постоянный состав благодаря саморегуляции, осуществляемой на генетическом уровне. Клетка способна реагировать на раздражители.

Ответ: см. решение

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Читайте также:  Закон гомологических рядов изменчивости - биология

Задание EB10404 Расставьте перечисленные события в хронологическом порядке

  1. Изобретения электронного микроскопа
  2. Открытие рибосом
  3. Изобретение светового микроскопа
  4. Утверждение Р. Вирхова о появлении «каждой клетки от клетки»
  5. Появление клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена
  6. Первое употребление термина «клетка» Р. Гуком
  • Сначала был изобретен световой микроскоп.
  • Затем была открыта клетка и введен такой термин.
  • Далее была написана клеточная теория, которую в дальнейшем дополнил Вирхов.
  • Рибосомы настолько крошечные, что их не видно в световой микроскоп, поэтому они были открыты лишь после изобретения электронного микроскопа.

Ответ: 365412

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Цитологические исследования – методы и результаты

Различные клиники используют методы цитологического анализа, наилучшим образом отвечающие потребностям конкретного лечебного учреждения, с учетом его профиля, материальных возможностей и иных факторов. К основным способам проведения исследований относятся:

Световая микроскопия

Основным инструментом является классический оптический микроскоп. Данный способ подходит для изучения прозрачных или полупрозрачных образцов, способных пропускать через себя световой пучок.

Возможности современных микроскопов позволяют исследовать частицы размером от 200 нанометров при максимальном увеличении до 3 000 раз.

При этом удается рассмотреть как общий план клетки, так и процессы ее жизнедеятельности: перемещение, деление, подвижность цитоплазмы и другие.

Методы цитологических исследований, Биология Оптический микроскоп Метод световой микроскопии, в свою очередь, делится на ультрафиолетовую, люминесцентную, светлого и темного полей и т.д. Использование оптического микроскопа дает возможность выявлять измененные или опухолевые клетки, изучать различные штаммы вирусов. Точность результатов данного метода стремится к 100%. К числу недостатков относится ограниченное разрешение – частицы меньше 200 нанометров исследовать не получится.

Электронная микроскопия

Методы цитологических исследований, Биология Электронный микроскоп Электронный микроскоп позволяет получить изображение, увеличенное в 500 000 и даже 1 000 000 раз, однако это относится к неорганическим средам. Для биологических образцов разрешающая способность ниже, что связано со слабой контрастностью исследуемого материала. Одним из способов устранения данного недостатка является обработка анализируемой среды солями тяжелых металлов, после которой отдельные клеточные структуры приобретают способность в различной степени поглощать электроны. Благодаря этому они более четко отображаются на экране или пленке.

Метод электронной микроскопии позволяет выявлять вирусы, их форму и размер, изучить строение клеточной мембраны, определить рибосомы, а также увидеть процесс и результат взаимодействия антигена и антител. Данный способ исследований сегодня широко применяется в вирусологии и онкологии.

Метод центрифугирования

Методы цитологических исследований, Биология Цитоцентрифуга PrO-CytLCD Этот способ получил широкое распространение при исследовании детального химического состава клеточных органелл. Метод предусматривает наличие подготовительного этапа, во время которого образец дробится и пропускается через гомогенизатор, для получения однородной среды. Затем полученное вещество помещается в цитологическую центрифугу, при вращении ротора которой, под воздействием центробежной силы, происходит разделение органелл на слои и их осаждение на дно пробирки.
Методы цитологических исследований, Биология Центрифуга PrO-PRP S Полученные фракции изучаются под микроскопом. Данный метод применяется при проведении одного из наиболее распространенных цитологических анализов – ПАП-теста (теста Папаниколау), при этом специфичность исследования максимально приближена к 100%. Однако здесь важно правильно подобрать оборудование. Например, центрифуга, используемая для плазмолифтинга, не подойдет для обработки образцов, поскольку в ней не поддерживается работа с цитороторами.

Авторадиография (метод меченых атомов)

Благодаря данному способу удается наблюдать за процессами, проходящими внутри отдельных клеток. Метод предусматривает подмену содержащихся в клетках атомов углерода, кислорода и других элементов на радиоактивные изотопы. Затем высокоточная аппаратура фиксирует месторасположение, перемещение, подвижность и другие характеристики изотопов.

Метод рентгеноструктурного анализа

Позволяет определять расположение в пространстве, а также свойства РНК, ДНК и белковых цепей, содержащихся в клеточных структурах.

Метод клеточных структур

Способ основан на выращивании колоний клеток в питательной среде и дальнейшего изучения свойств и характеристик полученного материала.

Микрохирургический метод

Данный способ предусматривает модификацию клеточных структур путем имплантации или удаления отдельных органелл, сторонних молекул и т.д. с дальнейшим изучением полученных образцов.

Результаты исследования

В современной медицине цитологические исследования являются наиболее точной группой анализов. Средняя чувствительность всех методов составляет порядка 94%. Данный показатель отвечает за способность того или иного способа исследований не выдавать ложноотрицательных результатов.

Другая важная характеристика – специфичность, обозначающая вероятность отсутствия ложноположительного результата, в цитологических анализах не опускается ниже 99%. Т.е.

данная группа методов крайне редко может выдать данные о наличии заболевания у людей, которые на самом деле не имеют тех или иных проблем со здоровьем.

Продолжительность проведения анализов зависит от нескольких факторов, включающих загруженность и оснащенность лаборатории, квалификацию персонала и т.д. В обычном случае время ожидания результатов достигает двух-трех дней. Если лечащему врачу информацию требуется безотлагательно, то исследования могут быть выполнены в течение часа.

При наличии в образцах измененных клеток, возбудителей болезней, следов воспалительных процессов и других аномалий, лаборант указывает наличие дефектов в бланке. Злокачественность клеток указывается степенями – первая – отсутствие аномалий, пятая – присутствие раковых клеток. Окончательная расшифровка результатов должна производиться врачом, заказавшим исследование.

Вернуться к списку

«АГ Аналитэксперт» представляет современные настольные центрифуги производства компании «Centurion Scientific» специального и общелабораторного назначения.

Широкий модельный ряд включает как специализированные устройства, так и универсальные лабораторные центрифуги, совместимые с большим количеством сменных роторов различного объема.

Если у Вас возникла потребность купить надежную центрифугу европейского качества, свяжитесь с нами, мы будем рады Вам помочь!

Методы изучения клетки: какие методы используются в цитологии

Методы изучения клетки: какие методы используются в цитологии добавить в закладки Цитология — подраздел биологии и медицины, предметом которого является изучение клетки и процессов на клеточном уровне. Применяемые методы изучения клетки включают в себя исследования мембраны, ядра, различных органелл, клеточного деления, движения веществ в цитоплазме, а также связи между клетками. Предлагаемая таблица поможет ученикам 5–11 классов ответить на вопрос: «Какие методы изучения клетки вы знаете?». Методы цитологических исследований, Биология

Название Краткое описание методов изучения клетки
Световая микроскопия В световом микроскопе объект освещается видимым светом. Можно рассмотреть внешнее и внутреннее строение клетки, мембрану, клеточную стенку, ядро, органеллы и включения размером более 200 нм.
Электронная микроскопия Метод получил развитие в начале 30-х г. XX в. после изобретения электронного микроскопа. Возможно изучение объектов размером 1 нм, освещенных пучком электронов.
Центрифугирование Метод избирательного изучения органоидов клетки. Образец вращают при помощи специальной центрифуги для разделения содержимого клетки на слои. Ультрацентрифугирование — метод выделения биохимических структур и молекул, входящих в состав клетки.
Авторадиография Заменяют атомы углерода или других элементов на радиоактивные изотопы. Метод меченых атомов помогает наблюдать за процессами перемещения органелл и веществ внутри клеток.
Клеточные культуры Выращивание колоний клеток на питательных средах для последующего изучения.

Информацию в таблице «Методы цитологии» рекомендуется дополнить рассказом о световом и электронном микроскопах. Начало изучения микромира связано с изобретением первого светового микроскопа в 1590 году (братьями Янсен). Первые исследования клеточного строения живых организмов с помощью микроскопа выполнили Р. Гук (1665 г.) и А. Левенгук (1696 г.).

Методы цитологических исследований, Биология

Исторически первый метод исследования в цитологии не растерял своего значения до наших дней. Современные методы изучения клетки — фазово-контрастная и интерференционная микроскопия. Разновидности световых микроскопов позволяют различать тонкие детали в живой клетке без ее фиксации и окрашивания.

Читайте также:  Образование растениями кислорода в процессе фотосинтеза, биология

Особенности метода электронной микроскопии:

  1. Внутри электронного микроскопа создают вакуум для того, чтобы пучок электронов не рассеивался.
  2. Для исследования необходимы предварительная фиксация и обезвоживание препаратов.
  3. После этого объекты заливают в плотную среду для выполнения тончайших срезов при помощи ультратонкого ножа — микротома.
  4. Изображение объекта фиксируется с помощью детектора электронов.

Какие методы используются в цитологии, во многих случаях зависит от особенностей объектов. Флуоресцентная микроскопия предназначена для изучения образцов с собственной флуоресценцией, таких как хлорофилл, который в синем свете флуоресцирует красным. Можно исследовать и другие объекты, предварительно окрасив их определенными флуоресцентными красителями.

Флуоресцентный и конфокальный микроскопы позволяют получать изображения некоторых объектов с максимальным разрешением. Трансмиссионный микроскоп дает изображение среза «на просвет». Сканирующий электронный микроскоп дает объемные изображения объектов.

В настоящее время жизнь клетки исследуют на уровне органелл, молекул и атомов. В цитологии используют методы молекулярной биологии, гистологии, микробиологии, биохимии, физиологии. Смежные науки развиваются в тесном контакте друг с другом. Подразделы биологии используют сходные методы исследования, а открытия в одной области оказывают влияние на развитие других дисциплин.

Смотри также: Что изучает цитология: цитология как наука, предмет изучения

Клеточный уровень. Методы цитологических исследований • биология-в.рф

Клеточный уровень. Методы цитологических исследованийМетоды цитологических исследований, Биология

Метод световой микроскопии

Методы исследований по использованию светового (оптического) микроскопа называют световой микроскопией. Базируются на том, что сквозь прозрачный или полупрозрачный объект исследований проходят лучи света. Дает возможность изучать общий план строения клетки и отдельных ее органелл, размеры которых не меньше 200 нм.

Современные световые микроскопы имеют кратность увеличения объекта в 2-3 тыс. раз. Существуют разные виды световой микроскопии: поляризационная, флуоресцентная, ультрафиолетовая, фазово-контрастная и т. п. Под световым микроскопом можно наблюдать общее строение клеток или определенные процессы их жизнедеятельности – движение клетки, деление, перемещение цитоплазмы и т. п.

Возможно прижизненное изучение клетки.

Метод электронной микроскопии

Исследование клетки с помощью электронного микроскопа называется электронной микроскопией. Способна увеличивать изображение объектов до 500 000 раз и больше. Позволяет изучать мелкие объекты, органеллы маленьких размеров (рибосомы и т. п.

), строение плазматических мембран. Для электронной микроскопии препараты определенным образом обрабатывают (преимущественно тяжелыми металлами).

После этого органеллы и прочие клеточные структуры приобретают разную степень поглощения электронов и потому выделяются на экране или фотопленке.

Электронный микроскоп подобен по принципу конструкции световому. В магнитном поле вместо потока света движется поток электронов от катода к аноду, который ускоряется высоким различием потенциалов между полюсами. Электромагниты выполняют роль линз.

Они могут изменять направление движения электронов, собирать (фокусировать) их в пучок и направлять его на объект исследования. Часть электронов может рассеиваться, отражаться, поглощаться, взаимодействовать с объектом или проходить через него без изменений.

Электроны попадают на люминесцентный экран (возбуждают его свечение), или на особую фотопленку (можно фотографировать изображение объекта).

Метод трансмиссионной электронной микроскопии

Метод трансмиссионной электронной микроскопии – при рассеивании пучка электронов объектом создается изображения на флуоресцентном экране микроскопа. Чем больше способность рассеивать поток электронов тем или иным участком, тем более темными они выглядят на экране.

Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии

Метод растровой (сканирующей) электронной микроскопии позволяет изучить трехмерное изображение поверхности клетки вследствие пробегания пучка электронов по поверхности объекта.

Метод меченых атомов

Метод меченых атомов: для изучения места хода тех или других биохимических процессов в клетку вводят вещество, в котором один из атомов определенного элемента замещен его радиоактивным изотопом (кислорода, углерода, азота, фосфора). С помощью особых приборов, способных фиксировать эти изотопы, определяют локализацию и характер биохимических процессов, можно проследить за миграцией изотопов в клетке.

Метод фиксирования живых объектов

Метод фиксирования живых объектов используют, применяя определенные вещества (формалин, спирты и т. п.), или быстрым замораживанием, или высушиванием.

Особыми красителями окрашивают отдельные структуры фиксированных клеток. Эти красители окрашивают только определенные структуры клетки, что позволяет получить их контрастную окраску.

Метод центрифугирования

Метод центрифугирования применяют для изучения отдельных клеточных структур. Измельченные объекты размещают в центрифуге. При очень быстрых оборотах эти объекты будут оседать слоями, так как разные клеточные структуры имеют неодинаковую плотность.

Более плотные органеллы будут оседать на дне. Слои разделяют и изучают в отдельности.

Клеточный уровеньУровни организации живого

Урок 4: Цитология

  • План урока:
  • Развитие знаний о клетке
  • Современная клеточная теория
  • Методы цитологии

Развитие знаний о клетке

Развитие знаний о клетке начинается с семнадцатого века.

Предпосылкой ее открытия стало изобретение микроскопа и использование его для исследования биологических объектов. В 1665 году англичанин Роберт Гук изучал под микроскопом срез пробки и обнаружил, что она состоит из ячеек. Внешне они напоминали пчелиные соты, и учёный дал им название клетки. Такое же строение Гук отметил в сердцевине бузины, камыша и некоторых других растений.

Во второй половине 17 века клеточное строение растений было подтверждено М.Мальпиги (1675) и Н.Грю (1682). Значительный вклад в изучение клеток внес голландский ученый А.Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы – бактерии. Он же впервые увидел клетки животного – эритроциты.

Первая половина 19 века ознаменовалась открытием яйцеклетки млекопитающих Карлом Бэром. Он доказал, что все организмы развиваются из одной клетки. Ученым были сформулированы основные закономерности эмбриологии, которые получили название закон Бэра.

Соответственно, в 19 веке происходило активное развитие знаний о клетке, что стало предпосылками для разработки клеточной теории. К этому времени сложилось представление о клетке как элементарной микроскопической структуре всех живых существ.

Важнейшим толчком для разработки положений клеточной теории явилось доказательство наличия ядра в растительной клетке,сделанное Маттиасом Шлейденом.

В 1838г выходит в свет труд «Материалы к филогенезу», в котором Шлейден излагает свою теорию происхождения клеток. Он утверждал, что любая клеточная структура происходит от материнской клетки. Однако ученый не предполагал, что животные также состоят из клеток.

Намного дальше продвинулся ученый Теодор Шванн, который и сформулировал теорию клеточного строения, основываясь на выводах Шлейдона.

В 1839г он опубликовал книгу, в которой обобщил накопленные знания о клетке. Этот труд отражал главную идею теории Шванна: жизнь сосредоточена в клеточных структурах.

Выделим основные положения первой клеточной теории созданной Шванном и Шлейденом.

Теория была существенно дополнена Рудольфом Вирховым. В 1858г вышел в свет основной труд немецкого ученого «Целлюлярная (клеточная) патология».

Эта книга положила начало новой науке – патологии, но помимо этого, была описана роль частей клетки в организме.

Также Вирхов разработал еще одно положение клеточной теории: «Клетка способна возникнуть преимущественно из предыдущей клетки вследствие ее деления».

Открытия Вирхова легли в основу современной клеточной теории, пополнявшейся с помощью новых методов исследования.

К 20 веку сформировалась самостоятельная ветвь биологии, изучающая клетки – цитология.

Остановимся подробнее на методах цитологии, с помощью которых клеточная теория в наше время дополняется новыми положениями.

Читайте также:  Особенности внутреннего строения и жизнедеятельности птиц - биология

Методы цитологии

Точные представления о химическом составе, строении и функциях всех основных структур клетки были получены с помощью основных методов цитологии. Познакомимся с ними на схеме.

Остановимся подробнее на каждом методе.

  1. Самым древним методом изучения клеток в цитологии является световая микроскопия. Изобретение первого простейшего микроскопа датируется 1608 годом и принадлежит очковому мастеру Захарию Янсену.

Микроскоп Янсена был больше всего похож на увеличительную трубку и для изучения клеточного строения не был использован. Первым, кто использовал микроскоп для изучения живых организмов, считается Роберт Гук. Его увеличительный прибор был более совершенным, позволявшим увеличивать объекты в 50 раз.

  1. Непосредственно с данного момента начинается использование метода световой микроскопии для изучения клеток.
  2. Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскоп таким образом, что живые объекты можно было рассматривать в 300-кратном увеличении.

На иллюстрации изображен простейший увеличительный прибор 17 века. Что же представляет его конструкция? Обычная пластина, в центре которой находится линза, а напротив нее игла для крепления объекта.

Наблюдатель должен был смотреть через линзу на объект, обязательно при этом направлять отверстие на горящую свечу или яркий солнечный свет.

Вот такой простой прибор давал многократное увеличение, что явилось еще одним шагом для создания современных приборов в световой микроскопии.

С течением времени изменялся внешний вид микроскопов и их возможности для изучения клеток. Как же выглядит современный световой микроскоп? Познакомимся на рисунке.

Впервые со световым микроскопом вы познакомились на уроках биологии в 5 классе. Для повторения материала по устройству микроскопа и определению его увеличительной способности можно обратиться к уроку Клеточное строение растений.

В этих микроскопах используется световая волна, и рассматривать объекты меньше длины такой волны невозможно. Поэтому на смену световым микроскопам пришли электронные, использующие пучки электронов.

Однако световые микроскопы используются до сих пор. Преимуществом световой микроскопии является простота в использовании, возможность рассматривать живые объекты и следить за процессами, протекающими в них.

  1. Одним из основных методов цитологии в современном мире является электронная микроскопия. Первый электронный микроскоп был создан Райнхольдом Руденбергом.

Возможности электронного микроскопа значительно шире светового – можно рассматривать объекты величиной около 1 нм. Познакомимся на рисунке со сравнительными размерами некоторых объектов, которые можно увидеть невооруженным взглядом, рассмотреть в световой или электронный микроскоп.

Проанализировав рисунок, можно явно увидеть преимущества электронного микроскопа при изучении клетки. Однако недостатком считается невозможность таким способом изучать живые объекты.

Любая клетка перед исследованием подвергается обработке, при которой она погибает. Приготовленный препарат исследуют под микроскопом и результатом становится черно-белое увеличенное изображение объекта.

Так, к примеру, впервые было получено изображение многих вирусов и изучено их строение.

Изображение коронавируса с помощью электронного микроскопа

Суть действия электронного микроскопа основана на проникновении пучка электронов через линзы на объект. Часть электронов рассеиваются на препарате, и воссоздается изображение, отображаемое на экране.Познакомимся на рисунке со строением электронного микроскопа.

У данного метода есть и недостатки. Оборудование достаточно дорогое и сложное в применении. При этом такие микроскопы должны быть размещены в устойчивых зданиях, без наличия других электромагнитных полей.

Широко используется такой метод исследования в науке, а также во многих областях промышленности. Особенно следует отметить такую отрасль как нанотехнология, которая развивается только благодаря созданию электронного микроскопа.

  1. Изучение отдельных органоидов клетки осуществляется методом ультрацентрифугирования. Для этого используют специальные приборы, именуемые центрифугами.

Центрифуга лабораторная

Для начала клетки проходят подготовительный этап – их дробят, разрушая клеточные оболочки. Затем их помещают в центрифугу в пробирках и вращают с очень большой скоростью. Принцип действия метода ультрацентрифугирования основывается на различной плотности, массе и размерах составных частей клетки. При вращении они осаждаются с разной скоростью и расслаиваются, к примеру, как на рисунке.

Аналитическое центрифугирование широко используется при лабораторных исследованиях в медицине. К примеру, для анализа содержания в крови иммуноглобулинов применяют ультрацентрифугирование белков. Такой анализ необходим для выявления проблем с иммунной системой.

Анализ крови методом центрифугирования

Современная клеточная теория

Со времени основания клеточной теории осуществлялось развитие учения о клетке как элементарной микроскопической структуре организма.

К первой половине 20 века стало ясно первоочередное значение клеточных структур в передаче наследственной информации. Благодаря успехам микроскопической техники обнаружено сложное строение клетки, описаны ее части и их функции.

Описан способ образования новых клеток путем деления материнской клеточной структуры.

  • Все открытия в цитологии были учтены при разработке положений современной клеточной теории.
  • Рассмотрим сложившиеся к настоящему времени основные положения клеточной теории.

Первое положение клеточной теории изложено еще Теодором Шванном и лишь немного претерпело изменения. Ученый утверждал, что растительный и животный организм состоит из клеточных структур. Со временем науке стали известны и другие царства живых организмов. Поэтому данное положение было сформулировано по-иному.

В чем же суть первого положения современной клеточной теории? Всем известно,что организмы обладают клеточным строением, помимо этой структуры жизнь не существует. Сейчас известны только одни неклеточные существа – вирусы, однако к жизнедеятельности они способны только при проникновении внутрь клетки.

Причем согласно клеточной теории клетка считается функциональной единицей, то есть она способна жить, питаться, осуществлять обмен веществ. В этом она сравнима с целым организмом. 

Второе утверждение клеточной теории говорит о том, что клетки обладают единым планом строения, то есть у всех клеточных структур есть оболочка, ядро, цитоплазма, а также другие части. Им характерен одинаковый состав,представленный такими веществами как белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Соответственно, при таком сходстве сохраняется и единый принцип жизнедеятельности.

Третий постулат современной клеточной теории сформулирован еще Рудольфом Вирховым. Именно он утверждал, что клетки могут появляться только из других таких же структур. В дальнейшем это подтвердилось наукой и до настоящего времени иных способов образования клеток не выявлено.

Согласно клеточной теории клетка – это основная единица организмов, хотя она способна и к самостоятельной жизнедеятельности. Действительно, мы знаем, что существуют одноклеточные существа, где клетка исполняет роль целого организма.

На клеточном уровне обнаруживаются все свойства живого: способность к саморегуляции, размножение, рост и развитие, обмен веществ. Однако в многоклеточном организме, каждая группа клеток совершает какие-то специфические функции.

Такое разделение функций в организме способствовало появлению значительных возможностей для адаптации к среде обитания.

В чем же значение теории клеточного строения организмов для человечества?

Очень хорошо оценил ее роль Ф.Энгельс, обозначив клеточную теорию как одно из главнейших достижений человечества наряду с законом сохранения энергии и эволюционной теорией. В своих трудах он писал, что данное открытие позволило понять единство развития всех живых существ. Однако, клетки способны видоизменяться и это явилось толчком эволюции организмов.

Клеточная теория имела большое значение для становления материалистических представлений в биологии и медицине. Благодаря полученным знаниям развиваются новые области науки – биотехнология, нанотехнология, клеточная инженерия, селекция микроорганизмов.

Ссылка на основную публикацию