T.Schwanna. Zgodnie z tą teorią, Wszystkie organizmy mają strukturę komórkową. Teoria komórki twierdziła jedność świata zwierząt i roślin, obecność jednego elementu ciała żywego organizmu - komórki. Jak każde większe uogólnienie naukowe, teoria komórkowa nie powstała nagle: poprzedziły ją indywidualne odkrycia różnych badaczy.
Odkrycie komórki należy do angielskiego przyrodnika R. Hooke'a, który w 1665 roku jako pierwszy zbadał pod mikroskopem cienki fragment korka. Nacięcie pokazało, że korek miał strukturę komórkową, przypominającą plaster miodu. R. Hooke nazwał te komórki komórkami. Za Hooke'em strukturę komórkową roślin potwierdzili włoski biolog i lekarz M. Malpighi (1675) oraz angielski botanik N. Grew (1682). Ich uwagę przykuł kształt komórek i budowa ich błon. W rezultacie pomysł komórek został przedstawiony jako „worki” lub „bąbelki” wypełnione „sokiem odżywczym”.
Dalsze udoskonalanie mikroskopu i intensywne badania mikroskopowe doprowadziły do ustalenia przez francuskiego naukowca C. Brissota-Mirbe (1802, 1808), że wszystkie organizmy roślinne zbudowane są z tkanek składających się z komórek. Jeszcze dalej w uogólnieniach poszedł J.B. Lamarck (1809), który rozszerzył ideę struktury komórkowej Brissota-Mirbeta na organizmy zwierzęce.
Na początku XIX wieku. Podejmowane są próby zbadania wewnętrznej zawartości komórki. W 1825 r. czeski uczony I. Purkin odkrył jądro w komórce jajowej ptaków. W 1831 r. angielski botanik R. Brown po raz pierwszy opisał jądro w komórkach roślinnych, a w 1833 r. doszedł do wniosku, że jądro jest istotną częścią komórki roślinnej. Tak więc w tym czasie zmieniła się koncepcja struktury komórki: najważniejsze w jej organizacji zaczęto uważać nie ścianę komórkową, ale zawartość.
Osobą najbliższą sformułowaniu teorii komórki był niemiecki botanik M. Schleiden, który ustalił, że organizm roślin składa się z komórek.
Liczne obserwacje dotyczące budowy komórki i uogólnienie zgromadzonych danych pozwoliły T. Schwannowi w 1839 r. na wyciągnięcie szeregu wniosków, które później nazwano teorią komórkową. Naukowiec wykazał, że wszystkie żywe organizmy składają się z komórek, że komórki roślin i zwierząt są zasadniczo do siebie podobne.
Teoria komórki została rozwinięta w pracach niemieckiego naukowca R. Virchowa (1858), który zasugerował, że komórki powstają z poprzednich komórek macierzystych. W 1874 r. rosyjski botanik I.D. Czistyakow, a w 1875 r. polski botanik E. Strassburger odkryli podział komórkowy – mitozę, potwierdzając tym samym założenie R. Virchowa.
Stworzenie teorii komórki stało się najważniejszym wydarzeniem w biologii, jednym z decydujących dowodów jedności przyrody ożywionej. Teoria komórki wywarła znaczący wpływ na rozwój biologii jako nauki i stała się podstawą rozwoju takich dyscyplin, jak embriologia, histologia i fizjologia. Pozwoliło to stworzyć podstawy do zrozumienia życia, indywidualnego rozwoju organizmów i wyjaśnić ewolucyjny związek między nimi. Podstawowe zasady teorii komórki zachowały jednak dziś swoje znaczenie więcej niż w ciągu stu pięćdziesięciu lat uzyskano nowe informacje na temat struktury, aktywności życiowej i rozwoju komórki.
9. Podstawowe założenia teorii komórki Schleidena i Schwanna. Jakie uzupełnienia Virchow dodał do tej teorii? Aktualny stan teorii komórki.
Główne założenia teorii komórki T. Schwanna można sformułować następująco.
Komórka jest podstawową jednostką strukturalną struktury wszystkich żywych istot.
Komórki roślin i zwierząt są niezależne, homologiczne względem siebie pod względem pochodzenia i struktury.
M. Schdeiden i T. Schwann błędnie wierzyli, że główną rolę w komórce pełni błona, a nowe komórki powstają z substancji międzykomórkowej, pozbawionej struktury. Następnie inni naukowcy wprowadzili wyjaśnienia i uzupełnienia do teorii komórki.
W 1855 r. niemiecki lekarz R. Virchow doszedł do wniosku, że komórka może powstać z poprzedniej komórki jedynie w wyniku jej podziału.
Na obecnym poziomie rozwoju biologii główne założenia teorii komórki można przedstawić następująco.
Komórka to elementarny układ żywy, jednostka struktury, aktywności życiowej, rozmnażania i indywidualnego rozwoju organizmów.
Komórki wszystkich żywych organizmów mają podobną strukturę i skład chemiczny.
Nowe komórki powstają jedynie w wyniku podziału istniejących wcześniej komórek.
Struktura komórkowa organizmów jest dowodem jedności pochodzenia wszystkich żywych istot.
10. Skład chemiczny komórki
11. Rodzaje organizacji komórkowych. Struktura komórek pro- i eukariotycznych. Organizacja materiału dziedzicznego u pro- i eukariontów.
Istnieją dwa typy organizacji komórkowej:
1) prokariotyczny, 2) eukariotyczny.
Cechą wspólną obu typów komórek jest to, że komórki są ograniczone przez błonę, a zawartość wewnętrzna jest reprezentowana przez cytoplazmę. Cytoplazma zawiera organelle i inkluzje. Organoidy- stałe, koniecznie obecne elementy komórki, które pełnią określone funkcje. Organelle mogą być ograniczone jedną lub dwiema błonami (organelle błonowe) lub nie być ograniczone błonami (organelle niebłonowe). Inkluzje- nietrwałe składniki komórki, będące złogami substancji czasowo usuniętych z metabolizmu lub jego produktów końcowych.
W tabeli wymieniono główne różnice między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi.
|
Podpisać |
Komórki prokariotyczne |
Komórki eukariotyczne |
|
Strukturalnie uformowany rdzeń |
Nieobecny | |
|
Materiał genetyczny |
Okrągły DNA niezwiązany z białkami |
Liniowy DNA jądrowy związany z białkami i kolisty niezwiązany z białkami DNA mitochondriów i plastydów |
|
Organelle błonowe |
Nic | |
|
Rybosomy |
typ 80-S (w mitochondriach i plastydach - typ 70-S) |
|
|
Nieograniczone membraną |
Ograniczone błoną, wewnątrz mikrotubul: 1 para w środku i 9 par na obwodzie |
|
|
Główny składnik ściany komórkowej |
Rośliny mają celulozę, grzyby mają chitynę. |
12. Podobieństwa i różnice między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi. Organoidy do celów specjalnych i ogólnych.
Struktura komórki roślinnej.
Istnieją plastydy;
Autotroficzny rodzaj odżywiania;
Synteza ATP zachodzi w chloroplastach i mitochondriach;
Istnieje ściana komórkowa celulozy;
Duże wakuole;
Centrum komórkowe występuje tylko u niższych zwierząt.
Struktura komórki zwierzęcej.
Nie ma plastydów;
Heterotroficzny rodzaj odżywiania;
Synteza ATP zachodzi w mitochondriach;
Nie ma celulozowej ściany komórkowej;
Wakuole są małe;
Wszystkie komórki mają centrum komórkowe.
Podobieństwa
Podstawowa jedność struktury (aparat komórkowy na powierzchni, cytoplazma, jądro).
Podobieństwa w przebiegu wielu procesów chemicznych w cytoplazmie i jądrze.
Jedność zasady przekazywania informacji dziedzicznej podczas podziału komórki.
Podobna budowa membrany.
Jedność składu chemicznego.
Oorganella ogólnego przeznaczenia : siateczka śródplazmatyczna: gładka, szorstka; Kompleks Golgiego, mitochondria, rybosomy, lizosomy (pierwotne, wtórne), centrum komórkowe, plastydy (chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty);
Organelle do celów specjalnych: wici, rzęski, miofibryle, neurofibryle; włączenie (nietrwałe składniki komórki): zapasowe, wydzielnicze, specyficzne.
|
Główne organelle |
Struktura |
Funkcje |
|
Cytoplazma |
Wewnętrzny ośrodek półpłynny o drobnoziarnistej strukturze. Zawiera jądro i organelle |
Zapewnia interakcję między jądrem a organellami Reguluje szybkość procesów biochemicznych Pełni funkcję transportową |
|
ER - siateczka śródplazmatyczna |
System błon w cytoplazmie”, który tworzy kanały i większe wnęki; EPS jest dwojakiego rodzaju: ziarnisty (szorstki), na którym znajduje się wiele rybosomów, i gładki |
Przeprowadza reakcje związane z syntezą białek, węglowodanów, tłuszczów Wspomaga transport i krążenie składników odżywczych w komórce Białko syntetyzowane jest na granulowanym EPS, węglowodany i tłuszcze są syntetyzowane na gładkim EPS. |
|
Rybosomy |
Małe ciała o średnicy 15-20 mm |
Przeprowadzić syntezę cząsteczek białek i ich montaż z aminokwasów |
|
Mitochondria |
Mają kształty kuliste, nitkowate, owalne i inne. Wewnątrz mitochondriów znajdują się fałdy (długość od 0,2 do 0,7 µm). Zewnętrzna osłona mitochondriów składa się z 2 błon: zewnętrzna jest gładka, a wewnętrzna tworzy krzyżowe wyrostki, na których zlokalizowane są enzymy oddechowe. |
Zaopatruje komórkę w energię. Energia uwalniana jest w wyniku rozkładu kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP) Synteza ATP odbywa się za pomocą enzymów znajdujących się na błonach mitochondriów |
|
Plastydy są charakterystyczne tylko dla komórek roślinnych i występują w trzech typach: |
Organelle komórkowe z podwójną błoną | |
|
chloroplasty |
Są koloru zielonego, owalnego kształtu i oddzielone od cytoplazmy dwiema trójwarstwowymi błonami. Wewnątrz chloroplastu znajdują się ściany, w których koncentruje się cały chlorofil |
Wykorzystuj energię świetlną ze słońca i twórz substancje organiczne z substancji nieorganicznych |
|
chromoplasty |
Żółty, pomarańczowy, czerwony lub brązowy, powstający w wyniku akumulacji karotenu |
Nadaje różnym częściom roślin kolory czerwony i żółty |
|
leukoplasty |
Bezbarwne plastydy (występują w korzeniach, bulwach, cebulach) |
Przechowują rezerwowe składniki odżywcze |
|
Kompleks Golgiego |
Może mieć różne kształty i składa się z wnęk ograniczonych membranami i wystających z nich rurek zakończonych pęcherzykami |
Gromadzi i usuwa substancje organiczne syntetyzowane w siateczce śródplazmatycznej Tworzy lizosomy |
|
Lizosomy |
Korpusy okrągłe o średnicy około 1 mikrona. Mają na powierzchni błonę (skórkę), wewnątrz której znajduje się kompleks enzymów |
Pełnić funkcję trawienną - trawić cząsteczki jedzenia i usuwać martwe organelle |
|
Organelle ruchu komórkowego |
Wici i rzęski, które są wyrostkami komórkowymi i mają tę samą strukturę u zwierząt i roślin Miofibryle - cienkie włókna o długości ponad 1 cm i średnicy 1 mikrona, umieszczone w wiązkach wzdłuż włókna mięśniowego Pseudopodia |
Pełnić funkcję ruchu Powodują skurcze mięśni Poruszanie się w wyniku skurczu specjalnego białka kurczliwego |
|
Inkluzje komórkowe |
Są to niestabilne składniki komórki – węglowodany, tłuszcze i białka |
Zapasowe składniki odżywcze wykorzystywane podczas życia komórki |
|
Centrum komórek |
Składa się z dwóch małych ciał - centrioli i centrosfery - zwartej części cytoplazmy |
Odgrywa ważną rolę w podziale komórek |
– elementarna jednostka strukturalna i funkcjonalna wszystkich organizmów żywych. Może występować jako odrębny organizm (bakterie, pierwotniaki, glony, grzyby) lub jako część tkanek zwierząt wielokomórkowych, roślin i grzybów.
Historia badań komórek. Teoria komórki.
Aktywność życiową organizmów na poziomie komórkowym bada cytologia lub biologia komórkowa. Pojawienie się cytologii jako nauki jest ściśle związane z powstaniem teorii komórki, najszerszej i najbardziej fundamentalnej ze wszystkich biologicznych uogólnień.
Historia badań komórek jest nierozerwalnie związana z rozwojem metod badawczych, przede wszystkim z rozwojem technologii mikroskopowej. Mikroskop został po raz pierwszy użyty do badania tkanek roślinnych i zwierzęcych przez angielskiego fizyka i botanika Roberta Hooke'a (1665). Badając część zatyczki rdzenia czarnego bzu, odkrył oddzielne wgłębienia – komórki lub komórki.
W 1674 roku słynny holenderski badacz Anthony de Leeuwenhoek ulepszył mikroskop (powiększony 270 razy) i odkrył organizmy jednokomórkowe w kropli wody. Odkrył bakterie w płytce nazębnej, odkrył i opisał czerwone krwinki i plemniki oraz opisał budowę mięśnia sercowego z tkanek zwierzęcych.
- 1827 - jajko odkrył nasz rodak K. Baer.
- 1831 – Angielski botanik Robert Brown opisał jądro komórki roślinnej.
- 1838 – Niemiecki botanik Matthias Schleiden wysunął koncepcję tożsamości komórek roślinnych z punktu widzenia ich rozwoju.
- 1839 – Niemiecki zoolog Theodor Schwann dokonał ostatecznego uogólnienia, że komórki roślinne i zwierzęce mają wspólną strukturę. W swojej pracy „Mikroskopowe badania zależności w strukturze i wzroście zwierząt i roślin” sformułował teorię komórkową, zgodnie z którą komórki stanowią strukturalną i funkcjonalną podstawę organizmów żywych.
- 1858 – Niemiecki patolog Rudolf Virchow zastosował teorię komórkową w patologii i uzupełnił ją o ważne postanowienia:
1) nowa komórka może powstać tylko z poprzedniej komórki;
2) choroby ludzkie opierają się na naruszeniu struktury komórek.
Teoria komórki w jej nowoczesnej formie obejmuje trzy główne postanowienia:
1) komórka - elementarna jednostka strukturalna, funkcjonalna i genetyczna wszystkich żywych istot - pierwotne źródło życia.
2) nowe komórki powstają w wyniku podziału poprzednich; Komórka jest podstawową jednostką rozwoju życia.
3) jednostkami strukturalnymi i funkcjonalnymi organizmów wielokomórkowych są komórki.
Teoria komórki wywarła owocny wpływ na wszystkie obszary badań biologicznych.
, rośliny i bakterie mają podobną strukturę. Później wnioski te stały się podstawą do udowodnienia jedności organizmów. T. Schwann i M. Schleiden wprowadzili do nauki podstawową koncepcję komórki: poza komórkami nie ma życia.
Teoria komórki była kilkakrotnie uzupełniana i redagowana.
Encyklopedyczny YouTube
1 / 5
✪ Metody cytologiczne. Teoria komórki. Lekcja wideo z biologii w klasie 10
✪ Teoria komórki | Biologia 10. klasa #4 | Lekcja informacyjna
✪ Temat 3, część 1. CYTOLOGIA. TEORIA KOMÓRKI. STRUKTURA MEMBRANY.
✪ Teoria komórki | Struktura komórkowa | Biologia (część 2)
✪ 7. Teoria komórki (historia + metody) (kl. 9 lub 10-11) - biologia, przygotowanie do egzaminu Unified State Exam i Unified State Exam 2018
Napisy na filmie obcojęzycznym
Założenia teorii komórek Schleidena-Schwanna
Twórcy teorii sformułowali jej główne założenia w następujący sposób:
- Komórka jest podstawową jednostką strukturalną struktury wszystkich żywych istot.
- Komórki roślin i zwierząt są niezależne, homologiczne względem siebie pod względem pochodzenia i struktury.
Podstawowe założenia współczesnej teorii komórki
Link i Moldnhower ustalili obecność niezależnych ścian w komórkach roślinnych. Okazuje się, że komórka jest pewną morfologicznie odrębną strukturą. W 1831 r. G. Mol udowodnił, że z komórek rozwijają się nawet tak pozornie niekomórkowe struktury roślinne, jak rurki przewodzące wodę.
F. Meyen w „Phytotomy” (1830) opisuje komórki roślinne, które „albo są pojedyncze, tak że każda komórka jest odrębną jednostką, jak to ma miejsce w przypadku alg i grzybów, albo tworząc bardziej zorganizowane rośliny, łączą się w coraz mniej znaczące masy”. Meyen podkreśla niezależność metabolizmu każdej komórki.
W 1831 roku Robert Brown opisał jądro i zasugerował, że jest ono stałą częścią komórki roślinnej.
Szkoła Purkiniego
W 1801 roku Vigia wprowadził pojęcie tkanki zwierzęcej, jednak wyizolował tkankę na podstawie rozbioru anatomicznego i nie użył mikroskopu. Rozwój idei dotyczących mikroskopowej struktury tkanek zwierzęcych wiąże się przede wszystkim z badaniami Purkinjego, który założył swoją szkołę we Wrocławiu.
Purkinje i jego uczniowie (szczególnie należy wyróżnić G. Valentina) odsłonili w pierwszej i najbardziej ogólnej formie mikroskopijną budowę tkanek i narządów ssaków (w tym człowieka). Purkinje i Valentin porównali pojedyncze komórki roślinne z indywidualnymi mikroskopijnymi strukturami tkanek zwierząt, które Purkinje najczęściej nazywał „ziarnami” (dla niektórych struktur zwierzęcych jego szkoła używała określenia „komórka”).
W 1837 r. Purkinje wygłosił w Pradze serię przemówień. Opisał w nich swoje obserwacje dotyczące budowy gruczołów żołądkowych, układu nerwowego itp. Załączona do jego raportu tabela zawierała wyraźne obrazy niektórych komórek tkanek zwierzęcych. Niemniej jednak Purkinje nie był w stanie ustalić homologii komórek roślinnych i komórek zwierzęcych:
- po pierwsze, przez ziarna rozumiał albo komórki, albo jądra komórkowe;
- po drugie, termin „komórka” był wówczas rozumiany dosłownie jako „przestrzeń ograniczona ścianami”.
Purkinje przeprowadził porównanie komórek roślinnych i „ziarna” zwierzęcego pod kątem analogii, a nie homologii tych struktur (rozumiejąc terminy „analogia” i „homologia” w nowoczesnym sensie).
Szkoła Müllera i praca Schwanna
Drugą szkołą, w której badano mikroskopową strukturę tkanek zwierzęcych, było laboratorium Johannesa Müllera w Berlinie. Müller badał mikroskopową strukturę struny grzbietowej (struny grzbietowej); jego uczeń Henle opublikował badanie dotyczące nabłonka jelitowego, w którym opisał jego różne typy i strukturę komórkową.
Przeprowadzono tu klasyczne badania Theodora Schwanna, kładąc podwaliny pod teorię komórkową. Na twórczość Schwanna duży wpływ miała szkoła Purkinjego i Henlego. Schwann znalazł właściwą zasadę porównywania komórek roślinnych i elementarnych struktur mikroskopowych zwierząt. Schwannowi udało się ustalić homologię i udowodnić zgodność w strukturze i wzroście elementarnych struktur mikroskopowych roślin i zwierząt.
Znaczenie jądra komórkowego w komórce Schwanna wynika z badań Matthiasa Schleidena, który w 1838 roku opublikował swoją pracę „Materiały o fitogenezie”. Dlatego Schleiden nazywany jest często współautorem teorii komórki. Podstawowa idea teorii komórkowej - zgodność komórek roślinnych i elementarnych struktur zwierząt - była obca Schleidenowi. Sformułował teorię powstawania nowych komórek z substancji bez struktury, zgodnie z którą najpierw od najmniejszej ziarnistości kondensuje się jąderko, a wokół niego tworzy się jądro, które jest komórką twórcą (cytoblastem). Jednak teoria ta została oparta na błędnych faktach.
W 1838 r. Schwann opublikował 3 raporty wstępne, a w 1839 r. ukazała się jego klasyczna praca „Badania mikroskopowe nad zgodnością w strukturze i wzroście zwierząt i roślin”, której sam tytuł wyraża główną ideę teorii komórkowej:
- W pierwszej części książki bada budowę struny grzbietowej i chrząstki, pokazując, że ich elementarne struktury – komórki – rozwijają się w ten sam sposób. Dalej udowadnia, że mikroskopijne struktury innych tkanek i narządów ciała zwierzęcia są również komórkami, całkiem porównywalnymi z komórkami chrząstki i struny grzbietowej.
- Druga część książki porównuje komórki roślinne i zwierzęce oraz ukazuje ich zgodność.
- W trzeciej części rozwinięte są stanowiska teoretyczne i sformułowane są zasady teorii komórki. To badania Schwanna sformalizowały teorię komórkową i udowodniły (na ówczesnym poziomie wiedzy) jedność elementarnej struktury zwierząt i roślin. Głównym błędem Schwanna była wyrażona za Schleidenem opinia o możliwości wyłonienia się komórek z bezstrukturalnej materii niekomórkowej.
Rozwój teorii komórki w drugiej połowie XIX wieku
Od lat czterdziestych XIX wieku badanie komórki stało się przedmiotem zainteresowania całej biologii i szybko się rozwijało, stając się niezależną gałęzią nauki - cytologią.
Dla dalszego rozwoju teorii komórki istotne było jej rozszerzenie na protisty (pierwotniaki), które uznawano za komórki wolno żyjące (Siebold, 1848).
W tym czasie zmienia się koncepcja składu komórki. Wyjaśniono drugorzędne znaczenie błony komórkowej, która wcześniej była uznawana za najważniejszą część komórki, a na pierwszy plan wysunięto znaczenie protoplazmy (cytoplazmy) i jądra komórkowego (Mol, Cohn, L. S. Tsenkovsky, Leydig , Huxley), co znajduje odzwierciedlenie w definicji komórki podanej przez M. Schulze w 1861 roku:
Komórka to bryła protoplazmy zawierająca jądro.
W 1861 roku Brücko wysunął teorię o złożonej budowie komórki, którą definiuje jako „organizm elementarny”, a także wyjaśnił teorię powstawania komórek z substancji pozbawionej struktury (cytoblastemę), opracowaną przez Schleidena i Schwanna. Odkryto, że metodą powstawania nowych komórek jest podział komórek, który po raz pierwszy badał Mohl na glonach nitkowatych. Badania Negeli i N.I. Zhele odegrały główną rolę w obaleniu teorii cytoblastemi przy użyciu materiału botanicznego.
Podział komórek tkankowych u zwierząt odkrył w 1841 roku Remak. Okazało się, że fragmentacja blastomerów to ciąg kolejnych podziałów (Bishtuf, N.A. Kölliker). Ideę powszechnego rozprzestrzeniania się podziału komórkowego jako sposobu tworzenia nowych komórek zapisuje R. Virchow w formie aforyzmu:
„Omnis cellula ex cellula”.
Każda komórka z komórki.
W rozwoju teorii komórki w XIX wieku gwałtownie pojawiły się sprzeczności, odzwierciedlające dwoistą naturę teorii komórkowej, która rozwinęła się w ramach mechanistycznego spojrzenia na naturę. Już u Schwanna podejmuje się próbę rozważenia organizmu jako sumy komórek. Tendencja ta została szczególnie rozwinięta w „Patologii komórkowej” Virchowa (1858).
Prace Virchowa wywarły kontrowersyjny wpływ na rozwój nauki o komórce:
- Rozszerzył teorię komórkową na dziedzinę patologii, co przyczyniło się do uznania uniwersalności teorii komórkowej. Prace Virchowa ugruntowały odrzucenie teorii cytoblastemi przez Schleidena i Schwanna i zwróciły uwagę na protoplazmę i jądro, uznawane za najważniejsze części komórki.
- Virchow skierował rozwój teorii komórki na ścieżkę czysto mechanistycznej interpretacji organizmu.
- Virchow podniósł komórki do poziomu niezależnego bytu, w efekcie czego organizm traktowano nie jako całość, ale po prostu jako sumę komórek.
XX wiek
Od drugiej połowy XIX wieku teoria komórki nabiera coraz bardziej metafizycznego charakteru, wzmocnionego przez „Fizjologię komórkową” Verworna, która traktowała każdy proces fizjologiczny zachodzący w organizmie jako prostą sumę fizjologicznych przejawów poszczególnych komórek. Na końcu tej linii rozwoju teorii komórki pojawiła się mechanistyczna teoria „stanu komórkowego”, której zwolennikiem był Haeckel. Zgodnie z tą teorią ciało porównywane jest do państwa, a jego komórki do obywateli. Taka teoria była sprzeczna z zasadą integralności organizmu.
Mechanistyczny kierunek rozwoju teorii komórki został poddany ostrej krytyce. W 1860 r. I.M. Sechenov skrytykował koncepcję komórki Virchowa. Później teoria komórkowa została skrytykowana przez innych autorów. Najpoważniejsze i zasadnicze zastrzeżenia zgłosili Hertwig, A. G. Gurvich (1904), M. Heidenhain (1907), Dobell (1911). Czeska histolog Studnicka (1929, 1934) szeroko krytykowała teorię komórkową.
W latach trzydziestych XX wieku radziecka biolog O. B. Lepeshinskaya na podstawie swoich danych badawczych przedstawiła „nową teorię komórkową” przeciwstawioną „wierszowianizmowi”. Opierało się to na założeniu, że w ontogenezie komórki mogą rozwinąć się z jakiejś niekomórkowej żywej substancji. Krytyczna weryfikacja faktów postawionych przez O. B. Lepeshinską i jej zwolenników jako podstawę wysuwanej przez nią teorii nie potwierdziła danych o powstaniu jąder komórkowych z pozbawionej jądra „żywej materii”.
Nowoczesna teoria komórkowa
Współczesna teoria komórkowa wywodzi się z faktu, że struktura komórkowa jest najważniejszą formą istnienia życia, właściwą wszystkim żywym organizmom, z wyjątkiem wirusów. Poprawa struktury komórkowej była głównym kierunkiem rozwoju ewolucyjnego zarówno u roślin, jak i zwierząt, a struktura komórkowa jest mocno zachowana w większości współczesnych organizmów.
Jednocześnie należy dokonać ponownej oceny dogmatycznych i niepoprawnych metodologicznie zapisów teorii komórki:
- Struktura komórkowa jest główną, ale nie jedyną formą istnienia życia. Wirusy można uznać za niekomórkowe formy życia. To prawda, że wykazują oznaki życia (metabolizm, zdolność do rozmnażania się itp.) tylko wewnątrz komórek, na zewnątrz komórek, wirus jest złożoną substancją chemiczną. Według większości naukowców wirusy w swoim pochodzeniu są związane z komórką, stanowią część jej materiału genetycznego, „dzikich” genów.
- Okazało się, że istnieją dwa rodzaje komórek - prokariotyczne (komórki bakterii i archebakterii), które nie mają jądra ograniczonego błonami, oraz eukariotyczne (komórki roślin, zwierząt, grzybów i protistów), które mają jądro otoczone błonami podwójną membranę z porami jądrowymi. Istnieje wiele innych różnic między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi. Większość prokariotów nie ma organelli błony wewnętrznej, a większość eukariontów ma mitochondria i chloroplasty. Zgodnie z teorią symbiogenezy te półautonomiczne organelle są potomkami komórek bakteryjnych. Zatem komórka eukariotyczna jest systemem o wyższym poziomie organizacji i nie można jej uznać za całkowicie homologiczną z komórką bakteryjną (komórka bakteryjna jest homologiczna z jednym mitochondriem komórki ludzkiej). Homologia wszystkich komórek została zatem zredukowana do obecności zamkniętej błony zewnętrznej utworzonej z podwójnej warstwy fosfolipidów (u archebakterii ma inny skład chemiczny niż u pozostałych grup organizmów), rybosomów i chromosomów – materiału dziedzicznego u postać cząsteczek DNA tworzących kompleks z białkami. Nie neguje to oczywiście wspólnego pochodzenia wszystkich komórek, co potwierdza powszechność ich składu chemicznego.
- Teoria komórkowa postrzegała organizm jako sumę komórek i rozpuszczała przejawy życia organizmu w sumie przejawów życia jego komórek składowych. To zignorowało integralność organizmu; prawa całości zostały zastąpione sumą części.
- Uznając komórkę za uniwersalny element strukturalny, teoria komórki uznała komórki tkankowe i gamety, protisty i blastomery za struktury całkowicie homologiczne. Możliwość zastosowania koncepcji komórki do protistów jest kwestią kontrowersyjną w teorii komórkowej w tym sensie, że wiele złożonych wielojądrowych komórek protistów można uznać za struktury ponadkomórkowe. W komórkach tkankowych, komórkach rozrodczych i protistach przejawia się ogólna organizacja komórkowa, wyrażająca się w morfologicznym oddzieleniu karioplazmy w postaci jądra, jednak struktur tych nie można uznać za równoważne jakościowo, wyciągając wszystkie ich specyficzne cechy poza koncepcję "komórka". W szczególności gamety zwierząt lub roślin to nie tylko komórki organizmu wielokomórkowego, ale specjalna haploidalna generacja ich cyklu życiowego, posiadająca cechy genetyczne, morfologiczne, a czasem środowiskowe i podlegająca niezależnemu działaniu doboru naturalnego. Jednocześnie prawie wszystkie komórki eukariotyczne niewątpliwie mają wspólne pochodzenie i zestaw struktur homologicznych - elementy cytoszkieletu, rybosomy typu eukariotycznego itp.
- Dogmatyczna teoria komórkowa ignorowała specyfikę struktur niekomórkowych w organizmie lub nawet uznawała je, podobnie jak Virchow, za nieożywione. Tak naprawdę w organizmie oprócz komórek znajdują się wielojądrowe struktury nadkomórkowe (syncytia, symplasty) oraz wolna od jąder substancja międzykomórkowa, która ma zdolność metabolizowania i dlatego jest żywa. Ustalenie specyfiki ich przejawów życiowych i ich znaczenia dla organizmu jest zadaniem współczesnej cytologii. Jednocześnie zarówno struktury wielojądrowe, jak i substancja zewnątrzkomórkowa pojawiają się tylko z komórek. Syncytia i symplasty organizmów wielokomórkowych są produktem fuzji komórek macierzystych, a substancja zewnątrzkomórkowa jest produktem ich wydzielania, czyli powstaje w wyniku metabolizmu komórkowego.
- Problem części i całości został metafizycznie rozwiązany przez ortodoksyjną teorię komórkową: cała uwaga została przeniesiona na części organizmu - komórki lub „organizmy elementarne”.
Integralność organizmu jest wynikiem naturalnych, materialnych powiązań, które są całkowicie dostępne do badań i odkryć. Komórki organizmu wielokomórkowego nie są osobnikami zdolnymi do samodzielnego istnienia (tzw. hodowle komórkowe poza organizmem to sztucznie stworzone układy biologiczne). Z reguły tylko te komórki wielokomórkowe, z których powstają nowe osobniki (gamety, zygoty lub zarodniki) i które można uznać za odrębne organizmy, są zdolne do niezależnego istnienia. Komórki nie można oddzielić od otoczenia (jak zresztą od wszelkich żywych systemów). Skupienie całej uwagi na poszczególnych komórkach nieuchronnie prowadzi do unifikacji i mechanistycznego rozumienia organizmu jako sumy części.
Oczyszczona z mechanizmu i uzupełniona nowymi danymi teoria komórkowa pozostaje jednym z najważniejszych uogólnień biologicznych.
Po raz pierwszy komórki, a właściwie ściany komórkowe (skorupy) martwych komórek, odkrył w skrawkach korka za pomocą mikroskopu angielski naukowiec Robert Hooke w 1665 roku. To on zaproponował termin „komórka”.
Później Holender A. Van Leeuwenhoek odkrył wiele organizmów jednokomórkowych w kroplach wody i czerwone krwinki (erytrocyty) w ludzkiej krwi.
Fakt, że oprócz błony komórkowej wszystkie żywe komórki mają wewnętrzną zawartość, półpłynną galaretowatą substancję, naukowcy mogli odkryć dopiero na początku XIX wieku. Tę półpłynną galaretowatą substancję nazwano protoplazmą. W 1831 roku odkryto jądro komórkowe i całą żywą zawartość komórki – protoplazmę – zaczęto dzielić na jądro i cytoplazmę.
Później, wraz z udoskonaleniem technik mikroskopowych, w cytoplazmie odkryto liczne organelle (słowo „organoid” ma greckie korzenie i oznacza „organopodobny”), a cytoplazmę zaczęto dzielić na organelle i część płynną – hialoplazmę.
Znani niemieccy naukowcy, botanik Matthias Schleiden i zoolog Theodor Schwann, którzy aktywnie pracowali z komórkami roślinnymi i zwierzęcymi, doszli do wniosku, że wszystkie komórki mają podobną strukturę i składają się z jądra, organelli i hialoplazmy. Później w latach 1838-1839 sformułowali podstawowe zasady teorii komórki. Według tej teorii komórka jest podstawową jednostką strukturalną wszystkich żywych organizmów, zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych, a proces wzrostu organizmów i tkanek zapewnia proces powstawania nowych komórek.
20 lat później niemiecki anatom Rudolf Virchow dokonał kolejnego ważnego uogólnienia: nowa komórka może powstać jedynie z poprzedniej komórki. Kiedy stało się jasne, że plemnik i komórka jajowa to także komórki, które łączą się ze sobą w procesie zapłodnienia, stało się jasne, że życie z pokolenia na pokolenie to ciągła sekwencja komórek. W miarę rozwoju biologii i odkrywania procesów podziału komórek (mitozy i mejozy), teoria komórki była uzupełniana coraz to nowymi zapisami. W nowoczesnej formie główne założenia teorii komórki można sformułować w następujący sposób:
1. Komórka jest podstawową jednostką strukturalną, funkcjonalną i genetyczną wszystkich organizmów żywych oraz najmniejszą jednostką istoty żywej.
Postulat ten w pełni potwierdziła współczesna cytologia. Ponadto komórka jest systemem samoregulującym się i samoreprodukującym, otwartym na wymianę ze środowiskiem zewnętrznym.
Obecnie naukowcy nauczyli się izolować różne składniki komórki (aż do pojedynczych cząsteczek). Wiele z tych komponentów może nawet działać niezależnie, jeśli zapewnione zostaną odpowiednie warunki. Na przykład skurcze kompleksu aktyna-miozyna mogą być spowodowane dodaniem ATP do probówki. Sztuczna synteza białek i kwasów nukleinowych również stała się rzeczywistością w naszych czasach, ale to wszystko to tylko część życia. Do pełnego funkcjonowania wszystkich kompleksów tworzących komórkę potrzebne są dodatkowe substancje, enzymy, energia itp. I tylko komórki są niezależnymi i samoregulującymi się systemami, ponieważ mieć wszystko, co niezbędne do utrzymania pełni życia.
2. Struktura komórek, ich skład chemiczny i główne przejawy procesów życiowych są podobne we wszystkich żywych organizmach (jednokomórkowych i wielokomórkowych).
W przyrodzie występują dwa typy komórek: prokariotyczne i eukariotyczne. Pomimo pewnych różnic, ta zasada jest dla nich prawdziwa.
Ogólna zasada organizacji komórek jest zdeterminowana koniecznością wykonania szeregu obowiązkowych funkcji mających na celu utrzymanie żywotnej aktywności samych komórek. Przykładowo każda komórka posiada błonę, która z jednej strony izoluje jej zawartość od otoczenia, a z drugiej kontroluje przepływ substancji do i z komórki.
Organelle lub organelle to stałe wyspecjalizowane struktury w komórkach organizmów żywych. Organelle różnych organizmów mają wspólny plan strukturalny i działają według wspólnych mechanizmów. Każda organella jest odpowiedzialna za pewne funkcje niezbędne dla komórki. Dzięki organelli, metabolizmowi energetycznemu, w komórkach zachodzi biosynteza białek i pojawia się zdolność do reprodukcji. Organelle zaczęto porównywać z narządami organizmu wielokomórkowego, stąd to określenie.
W organizmach wielokomórkowych wyraźnie widoczne jest znaczne zróżnicowanie komórek, co wiąże się z ich specjalizacją funkcjonalną. Jeśli porównasz na przykład komórki mięśniowe i nabłonkowe, zauważysz, że różnią się one od siebie preferencyjnym rozwojem różnych typów organelli. Komórki nabywają cech specjalizacji funkcjonalnej niezbędnej do pełnienia określonych funkcji w wyniku różnicowania komórkowego w trakcie ontogenezy.
3. Nowa komórka może powstać jedynie w wyniku podziału komórki macierzystej.
Reprodukcja komórek (tj. wzrost ich liczby), zarówno prokariotycznych, jak i eukariotycznych, może nastąpić jedynie poprzez podział istniejących komórek. Podział koniecznie poprzedza proces wstępnego podwojenia materiału genetycznego (replikacja DNA). Początkiem życia organizmu jest zapłodniona komórka jajowa (zygota), tj. komórka powstała w wyniku połączenia komórki jajowej i plemnika. Pozostała część różnorodności komórek w organizmie jest wynikiem niezliczonych podziałów. Można zatem powiedzieć, że wszystkie komórki w organizmie są ze sobą powiązane, rozwijając się w ten sam sposób, z tego samego źródła.
4. Organizmy wielokomórkowe to żywe organizmy składające się z wielu komórek. Większość tych komórek jest zróżnicowana, tj. różnią się budową, funkcjami i tworzą różne tkanki.
Organizmy wielokomórkowe są integralnymi układami wyspecjalizowanych komórek regulowanych przez mechanizmy międzykomórkowe, nerwowe i humoralne. Konieczne jest rozróżnienie między wielokomórkowością a kolonialnością. Organizmy kolonialne nie mają zróżnicowanych komórek, dlatego nie ma podziału organizmu na tkanki. Oprócz komórek organizmy wielokomórkowe zawierają również elementy niekomórkowe, na przykład substancję międzykomórkową tkanki łącznej, macierz kostną i osocze krwi.
W rezultacie możemy powiedzieć, że cała aktywność życiowa organizmów od ich narodzin do śmierci: dziedziczność, wzrost, metabolizm, choroby, starzenie się itp. - wszystko to są różnorodne aspekty działalności różnych komórek organizmu.
Teoria komórki wywarła ogromny wpływ na rozwój nie tylko biologii, ale także nauk przyrodniczych w ogóle, ponieważ ustaliła morfologiczne podstawy jedności wszystkich żywych organizmów i zapewniła ogólne biologiczne wyjaśnienie zjawisk życiowych. Pod względem znaczenia teoria komórkowa nie ustępuje tak wybitnym osiągnięciom nauki, jak prawo przemiany energii czy teoria ewolucji Karola Darwina. Tak więc komórka - podstawa organizacji przedstawicieli królestw roślin, grzybów i zwierząt - powstała i rozwinęła się w procesie ewolucji biologicznej.
