Что изучает наука цитология

Цитология

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

Также используются термины клеточная биология, биология клетки (англ. Cell Biology ).

Содержание

Возникновение и развитие цитологии

Термин «клетка» впервые употребил Роберт Гук в 1665 году, при описании своих «исследований строения пробки с помощью увеличительных линз». В 1674 году Антони ван Левенгук установил, что вещество, находящееся внутри клетки, определенным образом организовано. Он первым обнаружил клеточные ядра. На этом уровне представление о клетке просуществовало еще более 100 лет.

Изучение клетки ускорилось в 1830-х годах, когда появились усовершенствованные микроскопы. В 1838—1839 ботаник Маттиас Шлейден и анатом Теодор Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения организма. Т. Шванн предложил термин «клеточная теория» и представил эту теорию научному сообществу. Возникновение цитологии тесно связано с созданием клеточной теории — самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Согласно клеточной теории, все растения и животные состоят из сходных единиц — клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого.

Важнейшим дополнением клеточной теории явилось утверждение знаменитого немецкого натуралиста Рудольфа Вирхова, что каждая клетка образуется в результате деления другой клетки.

В 1870-х годах были открыты два способа деления клетки эукариот, впоследствии названные митоз и мейоз. Уже через 10 лет после этого удалось установить главные для генетики особенности этих типов деления. Было установлено, что перед митозом происходит удвоение хромосом и их равномерное распределение между дочерними клетками, так что в дочерних клетках сохраняется прежнее число хромосом. Перед мейозом число хромосом также удваивается, но в первом (редукционном) делении к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы, так что формируются клетки с гаплоидным набором, число хромосом в них в два раза меньше, чем в материнской клетке. Было установлено, что число, форма и размеры хромосом — кариотип — одинаково во всех соматических клетках животных данного вида, а число хромосом в гаметах в два раза меньше. Впоследствии эти цитолоогические открытия легли в основу хромосомной теории наследственности.

Клиническая цитология

Клиническая цитология является разделом лабораторной диагностики и носит описательный характер. В частности, важным разделом клинической цитологии является онкоцитология, перед которой ставится задача диагностики новообразований.

Источник

Что изучает цитология: цитология как наука, предмет изучения

Содержание:

Что изучает цитология — понятно из названия этого подраздела общей биологии. Слово «цитос» в переводе с греческого означает «клетка», «логос» — «учение», «смысл». Цитология — это наука о клетке. Основные вехи развития, положения клеточной теории изучают в курсе биологии в 9–11 классах, средних и высших учебных заведениях.

Цитология — это в биологии наука о клетке

Предметом изучения является элементарная единица строения живых организмов. Таким образом, цитология — это наука, изучающая строение и процессы жизнедеятельности клеток. Они способны расти, обмениваться веществами с окружающей средой, размножаться. Выяснение особенностей, условий протекания этих процессов, их роли в жизнедеятельности — таковы основные задачи цитологии.

Большое значение для первых цитологических открытий имело создание оптических приборов. Итальянский врач Дж. Фракасторо в 1538 году впервые предложил скомбинировать линзы для лучшего рассмотрения предметов. В 1590–1610 годах появились сведения о световых микроскопах.

Основные вехи зарождения и развития цитологии:

Какая наука изучает строение и функции клеток

Что такое цитология в биологии? Это раздел, изучающий строение отдельных органелл и всей клетки, процессы ее функционирования, деления, старения и смерти. Другое название науки о клетке — это «клеточная биология».

Знания о клетке как универсальном строительном блоке живой природы сформировались между 1830 и 1855 годами. С начала XX века новые разработки различных технологий помогли изучить тонкие структуры, химические и физические процессы жизнеобеспечения внутри клетки. Совершенствовался терминологический аппарат (система терминов) молодой науки.

К способам изучения клетки, известным ранее, добавились новые методы исследования:

Различные открытия, изобретения, теории в области строения клетки, взаимосвязь с биохимией и генетикой позволили цитологии стать одной из динамично развивающихся биологических наук.

Источник

Определение и предмет изучения цитологии: общая и частная, основные направления цитологии

Определение и предмет изучения цитологии

Неотъемлемым компонентом любых живых организмов — как одноклеточных, так и многоклеточных — является клетка (одна или несколько соответственно).

Что изучает цитология?

Цитология — это наука о строении, химическом составе, размножении и процессах жизнедеятельности клеток.

Поэтому логично, что предмет цитологии — клетка многоклеточных грибов, растений, животных и одноклеточных организмов вроде одноклеточных грибов, бактерий, простейших и водорослей. То есть, цитология — наука, изучающая клетку.

В задачи цитологии входит изучить:

Исходя из этого можно сказать, что цитология, изучающая строение и функции клетки, является комплексной наукой, поскольку решение этих задач невозможно без связи с другими биологическими науками: ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции и др.

Общая и частная цитология

Общая цитология — это наука, которая изучает общие почти для всех клеток элементы, такие как строение и функции клеток, структура, процессы метаболизма, реакции на повреждения и патологические изменения, адаптация к условиям окружающей среды.

Частная цитология — это наука, изучающая особенности каждого типа клеток с учетом их специализации (характерно для многоклеточных организмов), эволюционной адаптации к внешней среде (характерно для бактерий).

Сегодня практически нет границ между цитологией как наукой о клетки и другими биологическими науками: биохимией, биологией развития, молекулярной биофизикой и биологией. Это стало возможным благодаря:

Цитология как наука экспериментальная

Что изучает наука цитология сегодня?

Из суто морфологической дисциплины цитология сегодня превратилась в дисциплину экспериментальную. Поскольку это наука, изучающая строение и функции клеток, то есть, основные принципы деятельности клетки, то, таким образом, изучает основы жизни организмов в целом.

Огромное значение цитологические исследования имеют в случаях диагностики заболеваний человека и животных.

Изучение закономерностей реактивации генов, определение местонахождения многих генов в хромосомах человека стало возможным, когда различные ученые представили свои разработки: Б. Гердон — метод пересадки ядер в клетки, Х. Харрис, Дж. Барски и Б. Эфрусси — метод соматической гибридизации клеток.

Появилась возможность стать ближе в решении различных практических задач в области медицины и народного хозяйства, в частности, вопрос создания новых сельскохозяйственных культур.

С помощью метода гибридизации клеток была создана технология получения стационарных антител гибридных клеток, которые вырабатывают специфические антитела (их еще называют моноклональными). Такие антитела используют для определения ряда теоретических вопросов в области микробиологии, иммунологии и вирусологии.

Такие клоны антител используются с целью усовершенствовать диагностику и лечение заболеваний человека.

В диагностировании отдельных наследственных заболеваний (пигментная ксеродерма, гликогеноз) и изучении их происхождения важен цитологический анализ клеток больных, особенно в результате их культивирования вне организма.

Цитологические достижения в будущем могут применяться в лечении генетических заболеваний человека, профилактике наследственной патологии, создании новых штаммов бактерий с высокой продуктивностью, повышении урожайности различных растений.

Основные направления цитологии

Для большинства ответ на вопрос какая наука изучает строение и функции клеток ясен. Но в силу того, что проблемы исследования клетки многогранны, а также специфики и разнообразия методов изучения клетки, в цитологии выделилось целых шесть направлений.

Вот эти направления:

Кроме традиционных направлений цитологии, кратко обозначенных выше, сегодня можно выделить и новые, такие как цитопатология вирусов, цитофармокология, ультраструктурная патология клеток, онкологическая цитология и др.

Как самостоятельный раздел цитология присутствует в курсах гистологии и биологии медицинских и прочих высших учебных заведений.

Как развивалось учение о клетке

Цитология — молодая биологическая наука (примерно 100 лет). Самому же термину «клетка» уже более 300 лет.

История изучения клетки связана с именами как минимум 4 ученых:

Клеточной теорией активно занимались ученые 2-ой половины 19 века. В этот период произошло открытие деления клетки, сформулировано положение об образовании каждой новой клетки от такой же начальной клетки в результате ее деления (это сделал Р. Вирхов в 1858 году).

Академику Российской Академии наук Карлу Беру принадлежит открытие яйцеклетки млекопитающих. Он же сделал вывод о том, что различные организмы начинают развиваться из одной клетки, которой является зигота. Благодаря этому открытию стало понятно, что клетка является не только единицей строения, но и единицей развития всех живых организмов.

Благодаря Р. Гуку, микроскоп прочно вошел в исследовательскую среду и научные исследования в области биологии.

Развитие цитологии напрямую связано с разработкой микроскопа, его усовершенствованием, а также с развитием гистологических методов исследования.

Все, чем занимался Р. Гук, было подтверждено и развито в 17 веке такими учеными как М. Мальпиги, Н. Грю, А. Левенгуком.

Середина 20 века с ее научно-технической революцией стала точкой бурного развития цитологии — в это время многие положения науки были пересмотрены.

Благодаря электронной микроскопии и ученым, теперь эта наука изучает строение и функции органоидов клетки, ранее известных. В связи с этим важно упомянуть некоторых ученых — К. Портера, Х. Риса, К. де Дюва, Дж. Пелейда, В. Бернхарда и др.

Изучение ультраструктуры клетки позволило поделить весь органический мир на две категории: прокариоты и эукариоты. Исследования в области молекулярной биологии показали, что у всех организмов (вирусов, в том числе) один и тот же механизм синтеза белка и генетического кода.

В ходе изучения химической организации клетки выяснилось, что ее жизнь основана на химических процессах, что у всех организмов клетки схожи своим химическим составом, что у всех клеток — однотипные основные процессы обмена веществ. Единство всего органического мира подкрепились данными о том, что химический состав клеток один и тот же.

Ответ на вопрос, какая наука изучает клетки, теперь очевиден.

Источник

ЦИТОЛОГИЯ

ЦИТОЛОГИЯ, наука о клетках – структурных и функциональных единицах почти всех живых организмов. В многоклеточном организме все сложные проявления жизни возникают в результате координированной активности составляющих его клеток. Задача цитолога – установить, как построена живая клетка и как она выполняет свои нормальные функции. Изучением клеток занимаются также патоморфологи, но их интересуют изменения, происходящие в клетках во время болезни или после смерти. Несмотря на то что учеными давно уже было накоплено немало данных о развитии и строении животных и растений, только в 1839 были сформулированы основные концепции клеточной теории и началось развитие современной цитологии.

Между бактериальными клетками и клетками всех других организмов существует одно важное различие: ядра и органеллы («маленькие органы») бактериальных клеток не окружены мембранами, и поэтому эти клетки называют прокариотическими («доядерными»); все другие клетки называют эукариотическими (с «настоящими ядрами»): их ядра и органеллы заключены в мембраны. В этой статье рассматриваются только эукариотические клетки.

Открытие клетки.

Изучение мельчайших структур живых организмов стало возможным лишь после изобретения микроскопа, т.е. после 1600. Первое описание и изображения клеток дал в 1665 английский ботаник Р.Гук: рассматривая тонкие срезы высушенной пробки, он обнаружил, что они «состоят из множества коробочек». Каждую из этих коробочек Гук назвал клеткой («камерой»). Итальянский исследователь М.Мальпиги (1674), голландский ученый А. ван Лёвенгук, а также англичанин Н.Грю (1682) вскоре привели множество данных, демонстрирующих клеточное строение растений. Однако ни один из этих наблюдателей не понял, что действительно важным веществом был наполнявший клетки студенистый материал (впоследствии названный протоплазмой), а казавшиеся им столь важными «клетки» были просто безжизненными целлюлозными коробочками, в которых содержалось это вещество. До середины 19 в. в трудах ряда ученых уже просматривались зачатки некой «клеточной теории» как общего структурного принципа. В 1831 Р.Броун установил существование в клетке ядра, но не сумел оценить всю важность своего открытия. Вскоре после открытия Броуна несколько ученых убедились в том, что ядро погружено в полужидкую протоплазму, заполняющую клетку. Первоначально основной единицей биологической структуры считали волокно. Однако уже в начале 19 в. почти все стали признавать непременным элементом растительных и животных тканей структуру, которую называли пузырьком, глобулой или клеткой.

Создание клеточной теории.

Количество прямых сведений о клетке и ее содержимом чрезвычайно возросло после 1830, когда появились усовершенствованные микроскопы. Затем в 1838–1839 произошло то, что называют «завершающим мазком мастера». Ботаник М.Шлейден и анатом Т.Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения. Шванн предложил термин «клеточная теория» и представил эту теорию научному сообществу. Согласно клеточной теории, все растения и животные состоят из сходных единиц – клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого. Эта теория стала краеугольным камнем всего современного биологического мышления.

Открытие протоплазмы.

Сначала незаслуженно большое внимание уделяли стенкам клетки. Однако еще Ф.Дюжарден (1835) описал живой студень у одноклеточных организмов и червей, назвав его «саркодой» (т.е. «похожим на мясо»). Эта вязкая субстанция была, по его мнению, наделена всеми свойствами живого. Шлейден тоже обнаружил в растительных клетках мелкозернистое вещество и назвал его «растительной слизью» (1838). Спустя 8 лет Г.фон Моль воспользовался термином «протоплазма» (примененным в 1840 Я.Пуркинье для обозначения субстанции, из которой формируются зародыши животных на ранних стадиях развития) и заменил им термин «растительная слизь». В 1861 М.Шультце обнаружил, что саркода содержится также в тканях высших животных и что это вещество идентично как структурно, так и функционально т.н. протоплазме растений. Для этой «физической основы жизни», как определил ее впоследствии Т.Гексли, был принят общий термин «протоплазма». Концепция протоплазмы в свое время сыграла важную роль; однако уже давно стало ясно, что протоплазма не однородна ни по своему химическому составу, ни по структуре, и этот термин постепенно вышел из употребления. В настоящее время главными компонентами клетки обычно считают ядро, цитоплазму и клеточные органеллы. Сочетание цитоплазмы и органелл практически соответствует тому, что имели в виду первые цитологи, говоря о протоплазме.

Основные свойства живых клеток.

Изучение живых клеток пролило свет на их жизненно важные функции. Было установлено, что последние можно разбить на четыре категории: подвижность, раздражимость, метаболизм и размножение.

Подвижность проявляется в различных формах: 1) внутриклеточная циркуляция содержимого клетки; 2) перетекание, обеспечивающее перемещение клеток (например, клеток крови); 3) биение крошечных протоплазматических выростов – ресничек и жгутиков; 4) сократимость, наиболее развитая у мышечных клеток.

Раздражимость выражается в способности клеток воспринимать стимул и реагировать на него импульсом, или волной возбуждения. Эта активность выражена в наивысшей степени у нервных клеток.

Метаболизм включает все превращения вещества и энергии, протекающие в клетках.

Размножение обеспечивается способностью клетки к делению и образованию дочерних клеток. Именно способность воспроизводить самих себя и позволяет считать клетки мельчайшими единицами живого. Однако многие высокодифференцированные клетки эту способность утратили.

ЦИТОЛОГИЯ КАК НАУКА

В конце 19 в. главное внимание цитологов было направлено на подробное изучение строения клеток, процесса их деления и выяснение их роли как важнейших единиц, обеспечивающих физическую основу наследственности и процесса развития.

Развитие новых методов.

Вначале при изучении деталей строения клеток приходилось полагаться главным образом на визуальное исследование мертвого, а не живого материала. Необходимы были методы, которые позволяли бы сохранять протоплазму, не повреждая ее, изготавливать достаточно тонкие срезы ткани, проходящие и через клеточные компоненты, а также окрашивать срезы, чтобы выявлять детали клеточного строения. Такие методы создавались и совершенствовались в течение всей второй половины 19 в. Совершенствовался и сам микроскоп. К числу важных достижений в его устройстве следует отнести: осветитель, расположенный под столиком, для фокусировки пучка света; апохроматический объектив для корректировки недостатков окрашивания, искажающих изображение; иммерсионный объектив, дающий более четкое изображение и увеличение в 1000 раз и более.

Было также обнаружено, что основные красители, например гематоксилин, обладают сродством к содержимому ядра, а кислотные красители, например эозин, окрашивают цитоплазму; это наблюдение послужило основой для создания разнообразных методов контрастного или дифференциального окрашивания. Благодаря этим методам и усовершенствованным микроскопам постепенно накапливались важнейшие сведения о строении клетки, ее специализированных «органах» и различных неживых включениях, которые клетка либо сама синтезирует, либо поглощает извне и накапливает.

Закон генетической непрерывности.

Фундаментальное значение для дальнейшего развития клеточной теории имела концепция генетической непрерывности клеток. В свое время Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода кристаллизации из клеточной жидкости, а Шванн в этом ошибочном направлении пошел еще дальше: по его мнению, клетки возникали из некой «бластемной» жидкости, находящейся вне клеток.

Сначала ботаники, а затем и зоологи (после того как разъяснились противоречия в данных, полученных при изучении некоторых патологических процессов) признали, что клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. В 1858 Р.Вирхов сформулировал закон генетической непрерывности в афоризме «Omnis cellula e cellula» («Каждая клетка из клетки»). Когда была установлена роль ядра в клеточном делении, В.Флемминг (1882) перефразировал этот афоризм, провозгласив: «Omnis nucleus e nucleo» («Каждое ядро из ядра»). Одним из первых важных открытий в изучении ядра было обнаружение в нем интенсивно окрашивающихся нитей, названных хроматином. Последующие исследования показали, что при делении клетки эти нити собираются в дискретные тельца – хромосомы, что число хромосом постоянно для каждого вида, а в процессе клеточного деления, или митоза, каждая хромосома расщепляется на две, так что каждая клетка получает типичное для данного вида число хромосом. Следовательно, афоризм Вирхова можно распространить и на хромосомы (носители наследственных признаков), поскольку каждая из них происходит от предсуществующей.

В 1865 было установлено, что мужская половая клетка (сперматозоид, или спермий) представляет собой полноценную, хотя и высокоспециализированную клетку, а спустя 10 лет О.Гертвиг проследил путь сперматозоида в процессе оплодотворения яйцеклетки. И наконец, в 1884 Э. ван Бенеден показал, что в процессе образования как сперматозоида, так и яйцеклетки происходит модифицированное клеточное деление (мейоз), в результате которого они получают по одному набору хромосом вместо двух. Таким образом, каждый зрелый сперматозоид и каждая зрелая яйцеклетка содержат лишь половинное число хромосом по сравнению с остальными клетками данного организма, и при оплодотворении происходит просто восстановление нормального числа хромосом. В итоге оплодотворенная яйцеклетка содержит по одному набору хромосом от каждого из родителей, что является основой для наследования признаков и по отцовской, и по материнской линии. Кроме того, оплодотворение стимулирует начало дробления яйцеклетки и развитие нового индивида.

Представление о том, что хромосомы сохраняют свою идентичность и поддерживают генетическую непрерывность от одного поколения клеток к другому, окончательно сформировалось в 1885 (Рабль). Вскоре было установлено, что хромосомы качественно отличаются друг от друга по своему влиянию на развитие (Т.Бовери, 1888). Начали появляться также экспериментальные данные в пользу высказанной ранее гипотезы В.Ру (1883), согласно которой даже отдельные части хромосом влияют на развитие, структуру и функционирование организма.

Таким образом, еще до конца 19 в. было сделано два важных заключения. Одно состояло в том, что наследственность есть результат генетической непрерывности клеток, обеспечиваемой клеточным делением. Другое – что существует механизм передачи наследственных признаков, который находится в ядре, а точнее – в хромосомах. Было установлено, что благодаря строгому продольному расщеплению хромосом дочерние клетки получают совершенно такую же (как качественно, так и количественно) генетическую конституцию, как исходная клетка, от которой они произошли.

Законы наследственности.

Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900–1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы наследственности, сформулированные Г.Менделем в 1865, но не привлекшие к себе внимания и надолго преданные забвению. Цитологи, хотя и продолжали заниматься изучением физиологии клетки и такими ее органеллами, как центросома, митохондрии и аппарат Гольджи, основное внимание сосредоточили на строении хромосом и их поведении. Проводившиеся в это же время эксперименты по скрещиванию быстро увеличивали объем знаний о способах наследования, что привело к становлению современной генетики как науки. В результате возник «гибридный» раздел генетики – цитогенетика.

ДОСТИЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ЦИТОЛОГИИ

Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, появившиеся после 1940-х годов, позволили достичь огромных успехов в изучении строения клетки. В разработке единой концепции физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы, основанные на фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют практическое значение.

Цитологические методы используются, в частности, в селекции растений для определения хромосомного состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов. Аналогичный цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы хромосом. Такой анализ в сочетании с биохимическими тестами используют, например, при амниоцентезе для диагностики наследственных дефектов плода. См. также ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ; НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ.

Однако самое важное применение цитологических методов в медицине – это диагностика злокачественных новообразований. В раковых клетках, особенно в их ядрах, возникают специфические изменения, распознаваемые опытными патоморфологами. См. также РАК.

Источник