Краткая история изучения клетки

Современные представления о строении и жизнедеятельности клетки являются результатом длительных исследований, которые продолжаются уже более 300 лет. Однако на протяжении этого времени изучение клетки шло неравномерно, периоды интенсивных исследований сменялись периодами длительного спада. Так, после замечательных открытий второй половины XVII в. в науке о клетках наступает относительный застой, характерный почти для всего XVIII в., когда новые сведения накапливались крайне медленно. В начале XIX в. пробуждается интерес к изучению микроскопического строения организмов, и это приводит к ряду выдающихся открытий XIX-XX вв.

Развитие науки о клетке и клеточном строении растений и животных тесно связано с достижениями физики в области конструирования и усовершенствования оптических приборов. Микроскоп был изобретен Г. Галилеем в самом начале XVII в., а первым исследователем, увидевшим клетки, стал английский физик Роберт Гук (1635-1703). Рассматривая тонкий срез пробки в усовершенствованный им микроскоп, Р. Гук обнаружил множество мелких полостей, похожих на пчелиные соты, которые он назвал клетками, и это название, как известно, сохранилось в науке до наших дней. Результаты своих наблюдений Р. Гук изложил в книге "Микрография", вышедшей* в 1665 г., и поместил в ней первое изображение клеток (рис. 2). Наблюдения Р. Гука были продолжены и расширены его современниками - итальянским ученым М. Мальпиги (1628-1694) и английским ученым Н. Грю (1641-1712), впервые описавшими клеточное строение различных органов растений - корней, листьев, стеблей, плодов и семян. Работами М. Мальпиги и Н. Грю было положено начало особому разделу ботаники - анатомии растений. Голландский микроскопист А. Лёвенгук (1632-1723) впервые увидел отдельные свободноживущие клетки, открыв, таким образом, мир простейших одноклеточных организмов. В некоторых клетках он обнаружил зелёные тельца, названные впоследствии пластидами, и кристаллы. В своей книге "Тайны природы" (1695) А. Лёвенгук приводит также рисунки клеточного строения тела растений.

Однако, несмотря на довольно многочисленные описания самых разнообразных клеток, как растительных, так и животных, в науке почти 200 лет господствовало ошибочное представление, что главной составной частью клетки является её оболочка. Это объясняется тем, что клетки пробки, впервые увиденные Р. Гуком, были мёртвыми и не имели внутреннего содержимого. Другие исследователи, рассматривавшие живые клетки, считали их мешочками или пузырьками, заполненными слизистым содержимым, которому не придавали серьезного значения и по-прежнему главное внимание уделяли изучению клеточных стенок. Большинство ботаников представляло клетки как пустоты, имеющие общие стенки, пронизанные отверстиями. Это заблуждение было опровергнуто лишь к середине XIX в., когда с помощью более совершенных микроскопов ученые обнаружили основные компоненты клетки - ядро, цитоплазму, пластиды и др. Работами Г. Моля (1848) и Р. Вирхова (1853) было окончательно доказано, что главная роль в жизнедеятельности клетки принадлежит не оболочке, а внутреннему содержимому.

Описательный период в истории изучения клетки, длившийся более полутора веков, позволил накопить к концу 30-х годов XIX в. обширный фактический материал, на основе которого стало возможным создание клеточной теории. Становилось ясно, что клетка является структурной единицей тела всех живых организмов. Подобные соображения высказывались многими учёными, и они по праву считаются предшественниками авторов клеточной теории. К ним относятся Ж.-Б. Ламарк (1809), Г. Дютроше (1824), Г. Моль (1831), русские ботаники П. Ф. Горянинов (1834), И. О. Шиховский (1838) и ряд других. В окончательном виде клеточная теория была сформулирована в работах немецких учёных - ботаника М. Шлейдена (1804-1881) и зоолога Т. Шванна (1810-1882).

Опираясь на исследования М. Шлейдена (1838), Я. Пуркине и других естествоиспытателей, Т. Шванн в своей книге "Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте животных и растений", вышедшей в 1839 г., убедительно показал, что клеточное строение характерно для всех живых организмов и является общей структурной особенностью их тела.

Клеточная теория объяснила разнообразие структур, наблюдаемых у различных животных и растений, и в то же время дала несомненные доказательства единого происхождения и строения всего органического мира. В клеточной теории содержалось 3 главных обобщения: теория образования клеток, в основу которой был положен универсальный принцип развития, доказательство клеточного строения всех органов и частей организма и распространение этих двух принципов на мир животных и мир растений.

Ф. Энгельс высоко оценил клеточную теорию строения организмов, назвав её одним из трёх величайших открытий XIX в. в области естествознания наряду с законом сохранения и превращения энергии и эволюционным учением Ч. Дарвина.

Клеточная теория сравнительно быстро завоевала всеобщее признание, но отсутствие необходимой оптики ещё долго не позволяло получить подлинное представление о структуре клетки и о роли её отдельных составных частей. Дальнейшее развитие учения о клетке шло параллельно с усовершенствованием микроскопической техники и разработкой новейших методов исследования.

Со второй половины XIX в. начинается современный период в изучении клетки, причём предметом исследований является теперь не только её строение, но также и протекающие в ней биохимические и физиологические процессы. В конце XIX в. оформляется самостоятельная наука о клетке - цитология. К середине XX в. в клетке было в основном изучено всё, что доступно изучению с помощью светового микроскопа, дающего максимальное увеличение около 2500 раз.

Новый подъём в развитии учения о клетке, начавшийся в 50-е годы, связан с применением электронного микроскопа, сконструированного в 30-х годах текущего столетия. Вместо лучей света в нём используется поток электронов, и может быть получено увеличение, приближающееся к 1 млн. Стало возможным изучение ультраструктуры составных частей клетки, а также рассмотрение её новых компонентов, ранее совершенно неизвестных. Начались исследования на молекулярном уровне.

Помимо электронного микроскопа, для изучения некоторых деталей строения живой клетки применяют фазово-контрастный микроскоп, устройство которого основано на использовании разницы в коэффициенте преломления света у различных клеточных структур.

Из современных методов исследования, используемых в цитологии, наибольшее значение имеют: центрифугирование, микроскопическая хирургия, цитохимический метод и др. Благодаря новейшей методике стало возможным выявление роли различных веществ в жизнедеятельности клетки, разделение содержимого клетки на отдельные компоненты, прижизненное извлечение из неё ядра, пластид и т. п. XX в. в области цитологии ознаменовался выдающимися достижениями советских и зарубежных ученых: изучена ультраструктура клетки, открыты её новые составные части, установлен механизм передачи наследственных свойств, детально изучен биосинтез белка и многие другие процессы. Из цитологии выделились самостоятельные науки, тесно связанные с другими областями биологии, - цитогенетика, цитоэмбриология, кариосистематика и др.

Особая роль в изучении ультраструктуры, химии и жизнедеятельности клетки принадлежит одному из самых новых направлений науки - молекулярной биологии.