Цитология

Что такое цитология

Объект цитологии — клетка как функциональная и структурная единица жизни.

Предметом изучения цитологии является строение, химический состав, функции клетки и ее компонентов. 

Этапы развития цитологии

Этапы развития:

1. 13 апреля 1663 года Роберт Гук продемонстрировал собранию Лондонского королевского общества по развитию знаний о природе препарат коры пробкового дуба, на которой можно было различить крошечные ячейки, похожие на соты и названные Гуком «клетками». Гук полагал, что эти ячейки пусты внутри.
   В 1670-х годах натуралисты М. Мальпиги и Н. Грю описывали «мешочки и пузырьки», обнаруженные ими в различных частях растений. Грю полагал, что клеточные стенки состоят из волокон, и ввел понятие «ткань» для их описания. Основоположник микроскопии Антони ван Левенгук в тот же период первым зарисовал клетки и их ядра, наблюдая эритроциты лосося.
2. В 1759 году К.Ф. Вольф в своем труде «Теории зарождения» попытался сформулировать идеи, позднее легшие в основу клеточной теории. По его мнению, в процессе развития зародыша движение создает каналы и ячейки в бесструктурном веществе.
3. В первой четверти ХIX века создали ахроматические линзы и внесли другие значительные улучшения в конструкцию микроскопа, что позволило ученым доказать морфологическую обособленность клеток и присутствие их во всех структурных элементах растений.
4. В 1831 году шотландский ботаник Роберт Браун изучал орхидеи под микроскопом и открыл в наружном слое цветка тельца, которые назвал ядрами клеток. 
5. К 1838 году наука накопила достаточно сведений, чтобы Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали главное положение клеточной теории: клетка — базовый элемент структуры и жизнедеятельности всех живых организмов. Шванн и Шлейден думали, что эти элементы вырастают из бесклеточной зародышевой массы.
6. В 1855 году Рудольф Вирхов опроверг это положение, завершив спор о самозарождении жизни.
   Примерно с 1840-х годов клеточные теории стали бурно развиваться и выделились в отдельную научную отрасль — цитологию.
7. В 1848 году простейшие организмы признали свободно живущими клетками.
8. В 1877 году Оскар Гертвиг доказал, что новый организм вырастает из одной оплодотворенной клетки, ядро которой сливается с ядром сперматозоида. Позже возникла гипотеза, что именно ядро передает наследственный материал, которая оказалась верной.
9. В 1930-е годы Иоахим Хеммерлинг провел серию опытов с одноклеточной морской водорослью, ядро которой различимо невооруженным глазом. Эта водоросль вырастает до 4 см в высоту, ядро имеет диаметр 1 мм. Выяснилось, что только та часть водоросли, где сохранялось ядро, была способна восстанавливаться и размножаться. 
10. В 1930-е годы создан электронный микроскоп. В него видно несравнимо больше деталей, чем в световой: предел видимости увеличился еще в две тысячи раз по сравнению со световыми микроскопами. Именно так биологи узнали о существенных отличиях между клетками разных живых организмов. Примером значимости цитологии может служить тот факт, что с научной точки зрения четкая граница между растениями и другими живыми существами проходит на микроскопическом уровне: клетки растений окружены плотной клеточной стенкой, образованной из целлюлозы, у животных клеток такой стенки нет.
11. Примерно с 1950-х годов начинается этап развития, называемый современной цитологией. Было открыто множество микроскопических элементов — органелл. Как организм состоит из отдельных органов, так и клетка состоит из многих частей, и в разных клетках животных, растений, грибов присутствуют одни и те же органоиды, или органеллы. Это значит, что клетки всех живых организмов гомологичны между собой. Именно благодаря субмикроскопическим исследованиям выяснилось, что все живые клетки делятся на две группы: эукариоты, клетки всех многоклеточных организмов, а также одноклеточных животных и растений, и прокариоты, клетки бактерий, сине-зеленых водорослей, актиномицетов и риккетсий.

Исследования в цитологии

Кроме световой и электронной микроскопии, при цитологических исследованиях используют такие методы, как:

• воздействие химических веществ на клетку или ее определенные части;
• дифференциальное центрифугирование;
• рентгеноструктурный анализ;
• авторадиографию.

Метод клеточных культур позволяет выращивать клетки и организмы из них на питательных средах. Клетки, выращенные в лаборатории, имеют большое значение для исследования онкологических заболеваний, вируса иммунодефицита человека, влияния на живые организмы радиации и токсичных веществ.

Первыми «бессмертными» человеческими клетками, не погибающими после нескольких делений, стали клетки из опухоли матки афроамериканки Генриетты Лакс, взятые ученым Джорджем Гейем. Их называют HeLa, по начальным буквам имени донора.

Цитология и другие науки

Клеточные структуры лежат в основе любого живого существа, поэтому цитология занимает особое место среди биологических дисциплин.

С появлением электронной микроскопии стерлись четкие границы между цитологией, цитогенетикой, биохимией, биофизикой и молекулярной биологией. Практическое применение цитологии тесно связано с:

• гистологией;
• патологической анатомией;
• протистологией;
• бактериологией.

Кроме того, цитология тесно связана с химией: молекулярную структуру комплексов макромолекул, которые объединяются в клеточные органеллы, определяют именно химические механизмы.

Обычные ковалентные связи для объединения макромолекул не подходят, ведь атомы, связанные ковалентной связью, становятся частями одной молекулы. Сеть, объединяющая две макромолекулы, образуется потому, что ковалентно связанные атомы способны взаимодействовать с близлежащими атомами в пределах одной и той же либо разных молекул. Эти взаимодействия значительно слабее, чем ковалентные связи, и название у них соответствующее — слабые взаимодействия. В биомолекулах различают три типа слабых взаимодействий:

• водородные связи;
• ионные взаимодействия;
• вандерваальсовы силы.