Министерство образования Саратовской области

Муниципальное общеобразовательное

учреждение «Лицей № 37»

Фрунзенского района г. Саратова

Тема. «Клетка. Жизнь под микроскопом»

Творческая работа

учащегося 4 «Б» класса

                                                                                Чеснокова Евгения

руководитель

учитель начальных классов

МОУ «Лицей № 37»

Пузина Елена Валерьевна

Саратов, 2011 г.

Содержание

Введение        

Выдающиеся микроскописты        

Основоположники клеточной теории        

Современные положения клеточной теории и её значение        

Методы изучения клеток        

Строение клетки        

Жизненный цикл клетки        

Практическая часть        

Заключение         

Литература        

ВВЕДЕНИЕ

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. Первый простой микроскоп появился в Голландии в конце ХVI в. Состоял он из трубы, прикрепленной к подставке, и имел два увеличительных стекла. Считают, что изобрели его в 1590—1610 гг. Ганс и Захариус Янсены — голландские мастера оптики. Прибор этот больше считали игрушкой. Кто же мог тогда предположить, что он сулит величайшие открытия!

ВЫДАЮЩИЕСЯ МИКРОСКОПИСТЫ

Первым, кто понял и по достоинству оценил огромное значение микроскопа, был английский физик, ботаник Роберт Гук. Он впервые применил микроскоп для исследования строения растений и животных. Роберт Гук (1635—1703), рассматривая в 1665 г. под усовершенствованным трехлинзовым микроскопом в сорокакратном увеличении тончайший срез пробки, открыл мельчайшие ячейки, похожие на такие же ячейки в меде, и дал им впервые название «клетки». Термин «клетка» — от английского «cell» — «клетка», прижился в биологии и существует и поныне. А тогда все свои наблюдения Р. Гук, английский физик и ботаник, описал в своем труде «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стекол» (1665г.).Конечно, он не мог тогда предположить, что его открытие превратится позже в основы биологии, будет иметь значение и в нашем, XXI в.

Огромный вклад в изучение клеток вслед за Р. Гуком вносит голландский исследователь Антони ван Левенгук (1632—1723). Еще в молодости Левенгук научился делать увеличительные стекла, очень увлекался этим и достиг большого мастерства. Его лупы увеличивали от 150 до 270 раз. Такие увеличительные стекла в то время были совершенно неизвестны. Лупы Левенгука были очень маленькими — размером с горошину, пользоваться ими было трудно. Тем не менее Левенгук давал очень точные наблюдения, рисунки. Он почти 60 лет присылал в Лондонское королевское общество письма, в которых рассказывал о своих замечательных наблюдениях. Письма печатались в научных журналах. Затем 170 из них были изданы отдельной книгой на латинском языке под названием «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопа» (он свои лупы называл микроскопом). Тайн, которые раскрыл А. Левенгук, очень много. Он впервые наблюдал и зарисовал клетки более 200 видов растений и животных. Среди них были, например, эритроциты, мышечная ткань, т. е. Левенгук был первым человеком, который увидел животные клетки! Приблизительно 1683 г. можно считать годом рождения науки о микроорганизмах, когда исследователь описывает их наиболее подробно, — это год рождения науки микробиологии. Открытие микроорганизмов — это самое важное открытие Левенгука. С 1680 г. Левенгук становится членом Лондонского королевского общества, наиболее авторитетного научного общества того времени. Хотя он и не был профессиональным ученым, его открытия буквально потрясли научный мир и оказали огромное влияние на развитие науки, в том числе и в России.
С работой Левенгука познакомился царь Петр I во время своего пребывания в Голландии. Петр I привез в Россию микроскоп Левенгука. Позднее были изготовлены и свои, отечественные микроскопы, позволившие российским ученым внести свой вклад в изучение строения живого.

Вообще же, следует отметить, что весь процесс создания клеточной теории потребовал огромного труда большого количества ученых. За любой, самой мелкой деталью строения клетки стоит гигантская работа исследователей.  

Примерно в то же время, когда делал свои открытия Левенгук, итальянский ученый Марчелло Мальпиги, мечтавший о приобретении такого чудесного инструмента, как микроскоп, получив его, делает целый ряд биологических открытий. Это он рассматривает клетки мозга, языка, печени, нервов, кожи, кровяные тельца, растительных тканей. Мальпиги более тридцати лет не расстается с микроскопом — и заслуживает у своих современников почетный титул мастера микроскопной техники.

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и разработка методов гистологических исследований (гистология — наука о тканях) дали новый импульс в изучении клетки. Установили, что все растительные организмы образованы тканями, которые, в свою очередь, состоят из клеток.

К началу XIX в. было накоплено огромное количество материала о клетках. Но лишь в XIX в. ученые обратили внимание на внутреннее содержимое клетки. В 1825 г. чешский ученый Ян Пуркинье (1787—1869) открыл ядро в яйцеклетке птиц, а в 1831 г. английский ученый Роберт Броун (1772—1858), известный как выдающийся ботаник, в клетках кожицы орхидеи открыл ядро, которое потом нашел в клетках многих других растений. В 1837 г. тот же Ян Пуркинье обратил внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполнявшее клетку, а в 1840 г. предложил назвать клеточное содержимое протоплазмой, убедившись в том, что именно оно, а не клеточные стенки, представляет собой живое вещество (позднее был введен термин «цитоплазма»: цитоплазма + ядро = протоплазма).

ОСНОВОПОЛОЖНИКИ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ

К 30-м гг. XIX в. были накоплены конкретные представления о структурной организации клетки. Немецкий зоолог Теодор Шванн (1810—1882) стал первым ученым, который обобщил все эти знания и пришел к выводу, что клетка является тем микроскопическим элементом, из которого состоят все живые организмы. Чтобы убедиться в этом, Т. Шванн пригласил к сотрудничеству своего друга, немецкого ботаника Матиаса Шлейдена (1804—1881). Ознакомившись с трудами М. Шлейдена, Т. Шванн пришел к выводу, что как растения, так и животные построены на одинаковой основе, что принцип строения клеток у них одинаков.

Ученые чрезвычайно долго при помощи микроскопа проверяли правильность своих предположений. Когда все сомнения были устранены, Т. Шванн в 1839 г. опубликовал труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Труд вызвал переворот в биологии и сделал известными фамилии обоих ученых. Так была разработана одна из самых важных биологических теорий, получившая название клеточной теории. Главная идея этого открытия потрясающе проста: жизнь сосредоточена в клетках.  В основе этой теории следующие положения:

1. как растениям, так и животным свойственно единство строения;
2. в основе структуры всех организмов находится клетка;
3. образование все новых и новых клеток — это принцип роста и развития растений и животных;
4. клетка является элементарной биологической единицей;
5. организм в целом есть сумма образовавших его клеток.

СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ

Кропотливая работа цитологов (Цитоло́гия (греч. κύτος — «вместилище», здесь: «клетка» и λόγος — «учение», «наука») — раздел биологии, изучающий живые клетки, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти) XX в. дала возможность сформулировать основные положения клеточной теории на современном уровне развития биологии следующим образом:

1. Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития. Вне клетки жизни нет.
2. Новые клетки возникают только путем деления ранее существующих клеток.
3. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу, происхождению.
4. Рост и развитие многоклеточного организма — следствие роста и размножения одной или нескольких клеток.
5. Клеточное строение организмов — свидетельство того, что все живое имеет единое происхождение.

Клеточная тория внесла огромный вклад в понимание научной картины окружающего нас мира. Стало ясно, что все организмы, начиная с низших и заканчивая самыми высокоразвитыми, состоят из отдельных компонентов — клеток. Идея о том, что все организмы построены из клеток, стала одним из наиболее важных теоретических достижений в истории биологии.

Изучая клетку, человек познает природу самой жизни. Клетка — это же самая мелкая единица организма, граница его делимости, наделенная жизнью и всеми основными признаками живого организма. На уровне клетки проявляются такие свойства живого, как обмен веществ и превращение энергии, авторегуляция, размножение, рост и развитие, реагирование на раздражение и т. п. В меньших единицах материи эти свойства не проявляются. Если выделить из клетки митохондрии, рибосомы, ядро, хлоропласты, то они будут способны некоторое время выполнять свои функции, но эти функции сами по себе не составляют жизнь. Только целостная клетка способна поддерживать жизнь во всех ее проявлениях.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТОК

Состояние дел в изучении клеток всегда очень зависело от состояния науки вообще на данный отрезок времени. Поэтому, по мере развития науки, число методов изучения клетки постепенно возрастало. На сегодняшний день методов изучения клеток очень много. Вот некоторые из них.

 Метод дифференциального центрифугирования. Он основан на том, что различные клеточные органоиды и включения имеют различную плотность. Поэтому при очень быстром вращении в специальном приборе — ультрацентрифуге — органоиды тонко измельченных клеток выпадают в осадок из раствора послойно, располагаясь по слоям в соответствии со своей плотностью. Более плотные компоненты осаждаются при более низких скоростях центрифугирования, а менее плотные — при более высоких скоростях. Затем слои разделяют и изучают отдельно.

Электронная микроскопия. Этот метод помог решить проблему изучения самых мелких клеточных структур. Преимущество этого метода заключается в том, что детали строения поверхности видны с большой глубиной резкости, что создает эффект трехмерности. При этом получают трехмерное изображение структур при высоком разрешении, что облегчает изучение объекта.

Методы аналитической химии — для изучения химического состава клеток.

Совокупность многих методов изучения клеток  в настоящее время позволила установить, что все клетки по своему строению разделяются на две группы. Одну группу, более просто устроенную, составляют бактерии и сине-зеленые, клетки которых не имеют оформленного ядра и некоторых других структур. Их называют доядерными, или прокариотическими (от греч. «карион» — ядро). Другую группу клеток составляют все остальные организмы, имеющие сложно устроенные клетки, содержащие ядро — эукариотические клетки. Это клетки растений, животных, грибов и, наконец, самого человека. Иными словами, живой мир, окружающий нас, един, имеет общее происхождение.

СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самовоспроизведению и развитию.

Клетки являются микроскопическими образованиями, размер которых в среднем составляет 10—50 мкм. Имеются и значительно более мелкие, и более крупные клетки — до нескольких сантиметров (яйцеклетки птиц). Однако чаще всего клетки нельзя увидеть невооруженным глазом. Для этого необходим микроскоп с увеличением в десятки и сотни раз. Тонкие же детали строения клетки можно рассмотреть только с помощью электронного микроскопа при увеличении в десятки и сотни тысяч раз. Клетка состоит из различных компонентов, выполняющих специфические функции в процессе своей жизнедеятельности. Во внутреннем содержимом клеток — клеточной цитоплазме расположены структурно обособленные частицы: органеллы (второе название — органоиды) и различные включения. К органеллам клетки животных относят ядро, митохондрии, эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, микротрубочки и др. В клетках растений имеются дополнительные органеллы, так называемые пластиды (наиболее важные среди них — хлоропласты зеленых растений), вакуоли и пр. Внутриклеточные включения — это скопления продуктов жизнедеятельности клеток, которые либо являются запасными и могут долгое время не включаться в активный метаболизм клеток (капельки жира, зерна крахмала, гликогена, кристаллы белков или солей органических кислот и др.), либо предназначены для выброса из клеток (отходы, секреторные гранулы). Цитоплазма содержит значительное количество воды, до 20% белка. В ней находится много ферментов. Цитоплазму называют также основной плазмой. Ядро является важнейшей органеллой, содержащей микроструктуры, несущие наследственную информацию клетки. Большинство клеток содержит одно ядро, однако встречаются двух- и многоядерные клетки. Форма и размеры ядра зависят от типа клетки.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ

 Жизнь клетки начинается с момента ее образования в результате деления родительской клетки и заканчивается ее делением или естественным старением и смертью. Жизненный цикл клеток, сохраняющих способность к делению — митозу, складывается из собственно митоза и интерфазы — периода между двумя митозами. Интерфаза клеток, способных к делению, занимает около 90% всего времени жизни клетки. В этот период происходят разнообразные внутриклеточные процессы. Одни из них связаны с подготовкой к митозу, другие обеспечивают рост и функционирование клетки.

Нарушения нормального функционирования клеток (патология клеток) определяются множеством разнородных факторов (физической, химической и биологической природы) и характеризуются общим или местным нарушением функциональной организации органелл клетки.

Неблагоприятными для клетки факторами могут быть различного рода световые, радиоактивные излучения, низкие и высокие температуры, активные химические соединения, вирусные, бактериальные и грибковые инфекции, недостаток в пище соединений, снабжающих клетку либо химических энергией, либо специфичными строительными материалами (незаменимые аминокислоты и жирные кислоты, витамины и микроэлементы), недостаток кислорода и пр.

Широко распространенной причиной патологичного развития клетки является проникновение и размножение в ней вирусов, бактерий. При этом весь метаболизм клетки извращается — патогенный вирус «заставляет ее работать исключительно на себя». После массового выхода новообразованных вирусных частиц из клетки последняя погибает. Среди патогенных вирусов имеются и такие, которые, не убивая клетку, вызывают ее перерождение.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для проведения опытов я использовал оптический микроскоп «Микромед с13», способный увеличивать от 40 до 800 раз.

В ходе выполнения практической части работы я поставил перед собой следующие задачи:

1. Получение навыков работы с оптическим микроскопом;
2. Подготовка образцов и их наблюдение;
3. Анализ результатов наблюдений.

Первый мой образец для наблюдения я получил из кожицы репчатого лука. У этого растения очень крупные клетки, и они отчетливо видны при сравнительно небольшом увеличении. Я разрезал красно-фиолетовую луковицу на несколько частей и отделил один сочный слой. Потом отрезал от него небольшой кусочек, а затем с вогнутой стороны кусочка пинцетом отделил тонкую плёночку. На предметное стекло я капнул чистой воды, положил в нее плёночку, расправил иглой и накрыл сверху покровным стеклом. Полученный образец я рассматривал при различном (40-800 крат) увеличении. Под микроскопом я увидел не только клетку, но и рассмотрел ее строение. При большом увеличении хорошо видна клеточная стенка, ядро, вакуоль.

Также я рассматривал тонкий срез листа комнатного растения – фикуса. Я смог увидеть внутри клеток особые включения зеленого цвета – пластиды. Именно они придают листьям  зеленый цвет.

Представляет большой интерес наблюдение с помощью микроскопа за животными клетками, например, за одноклеточными инфузориями-туфельками.  

Я вырастил инфузории-туфельки следующим способом: положил  в банку с водой небольшой кусочек моркови и поставил банку в тёмное место. Через несколько дней вокруг кусочка моркови появилась белесоватая взвесь, которая представляет собой скопление инфузорий-туфелек, хаотично плавающих в толще воды. Я поместил капельку воды между предметным и покровным стеклом. Живые инфузории под микроскопом, уже при 80-тикратном увеличении, представляют собой не перестающее двигаться скопище клеток. Поэтому строение животной клетки под микроскопом можно изучить лишь на погибающем от высыхания простейшем. Подсыхающие инфузории практически не двигаются. Меняя объектив можно различить внутреннее строение простейших. При восьмисоткратном увеличении можно увидеть основные элементы строения животной клетки. Под микроскопом различимы ядро, цитоплазма и другие форменные элементы животной клетки.

Таким образом, посредством сравнения клетки лука и животной клетки под микроскопом, я убедился  в справедливости одного из основных положений  клеточной теории о единстве происхождения органического мира. И растительная клетка, и животная клетка, под микроскопом, имеют сходное строение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе мной рассмотрены основные этапы в истории наблюдений клетки и в развитии клеточной теории. Описаны некоторые методы изучения клеток, рассмотрены строение и жизненный цикл клетки.

Мною проведены наблюдения растительных и животных клеток, результаты которых подтверждают положения клеточной теории.

Знания, накопленные с использованием клеточной теории, широко используются в различных отраслях человеческой деятельности. Исследования клетки имеют большое значение для профилактики и лечения заболеваний человека, растений, животных. Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие к заболеваниям. Злокачественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей, возникают тоже на уровне клетки. Поэтому у медиков часто возникает потребность в очень подробном изучении клеток больного человека, их строения, формы, химического состава, обмена веществ. Представления о строении и развитии клетки широко используются в генетике - науке о наследственности и изменчивости организмов. Иногда знания клеточной теории помогают криминалистам обнаружить преступника, установить отцовство, и выявить еще многое другое — волнующее, таинственное, неизвестное, о применении которого сейчас говорят только фантасты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новая энциклопедия школьника. М.: Махаон, 2008

2. Материалы сайта http://edu.altami.ru

3. Материалы сайта http://www.bio-log.info

4. Материалы сайта http://portaleco.ru

5. Материалы сайта http://www.o-med.ru