Подробное решение параграф § 18 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Что такое научная картина мира? Что влияет на её изменение?
Научная картина мира — это система представлений человека о свойствах и закономерностях реально существующего мира, построенная в результате обобщения научных знаний и принципов.
В процессе развития науки происходит постоянное обновление знаний, идей и концепций, более ранние представления становятся частными случаями новых теорий. Научная картина мира не догма и не абсолютная истина. Научные представления об окружающем мире основаны на всей совокупности доказанных фактов и установленных причинно — следственных связей, что позволяет с определённой степенью уверенности делать способствующие развитию человеческой цивилизации заключения и прогнозы о свойствах нашего мира. Несоответствие результатов проверки теории, гипотезе, концепции, выявление новых фактов — всё это заставляет пересматривать имеющиеся представления и создавать новые, более соответствующие реальности. Поэтому формирование научной картины мира зависит от конкретного учёного или коллектива научных сотрудников, занимающихся изучением какой — либо научной проблемы.
Вопрос 2. Какие организмы среди представителей различных групп (царств) живых существ являются одноклеточными?
Среди эукариот одноклеточное строение имеют простейшие (царство Животные). Насчитывается около 40 тысяч видов одноклеточных животных (например, амёба, эвглена зеленая, инфузория — туфелька).
Одноклеточные грибы систематизированы в 4 основных классах: дейтеромицеты; хитридиомицеты; зигомицеты; аскомицеты. Ярким примером аскомицетов служат дрожжи. А одноклеточный гриб фитофтора поражает живые листья и клубни картофеля, листья и плоды томатов.
Типичным представителем низших одноклеточных растений, часто встречающихся в природе, являются водоросли: хламидомонада, хлорелла, спирогира, хлорококк, вольвокс.
Вопрос 3. Какие клетки в организме человека имеют длинные отростки и для чего эти отростки нужны?
Клетки нервной ткани — нейроны — имеют длинные отростки (аксоны). По аксону импульсы идут от тела клетки нейрона и могут передаваться на большие расстояния.
Эти отростки нужны для передачи информации различным нейронам, мышцам и железам. Информация, в виде электрического тока, достигнув окончания аксона, который уже входит в структуру синапса, обуславливает выделение медиатора — непосредственного передатчика возбуждения к другому нейрону или исполнительному органу (мышцам, железам).
Вопрос 4. Можно ли в оптический микроскоп увидеть вирус? Почему?
Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10 — 9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии.
Современные световые микроскопы способны увеличить изучаемый объект в 2000—2500 раз. Эти приборы применяются в цитологии очень широко, но не позволяют изучать объекты размером менее длины световой волны (400—800 нм) — ограничено явлением дифракции Фраунгофера на линзе. Дело в том, что световая волна не может быть отражена очень маленьким предметом, из — за того что она просто огибает его.
Поэтому вирусы можно увидеть только в электронный микроскоп увеличение от 5 тыс. раз до 100тыс.
Очень интересная статья для ознакомления: «Вирусы в оптическом микроскопе». Ученые из Манчестера создали самый мощный оптический микроскоп в мире.
Вопрос 5. Можно ли в электронный микроскоп увидеть бактерию?
Конечно, да.
Вопрос 6. От чего зависят размеры и особенности строения клетки? Чьи клетки крупнее: кашалота или дельфина?
Для растений размеры клеток зависят от тургора и от размеров вакуолей в клетке. Для животных связь размер клетки связан главным образом с функцией, выполняемой ею. Скажем, задача эритроцитов проста — переносить кислород, лейкоцитов сложнее — борьба с инородными клетками; лейкоциты больше в размерах.
Особенности строения клеток зависят от функций, которые они выполняют.
Я думаю, что размер клеток кашалота и дельфина одинаковы.
Вопрос 7. Какие методы изучения клетки вы знаете?
1. Метод световой микроскопии. Разновидности световой микроскопии: фазово — контрастный, флеристцентная и поляризационная микроскопия.
2.Метод электронной микроскопии. Методы изучения фиксированных клеток.
3.Гистологические методы. Методы фиксации, приготовления препаратов с последующей их окраской.
4.Цитохимические методы — это избирательное окрашивание различных химических элементов (компонентов) клетки (ДНК, белок…).
5.Морфологические методы — это количественный метод, изучающий параметры основных клеточных структур.
6.Метод меченых изотопов. Используют тяжелые атомы углерода или водорода. Эти меченые атомы включают в предшественники синтеза определенных молекул. Например: при синтезе ДНК используют меченый тимидин Н3 — предшественник тимина.
7.Для обнаружения метки в цитологии используют метод авторадиографии. Изготавливают гистологические препараты и покрывают их фотоэмульсией в темноте, определенное время выдерживают при определенной температуре, затем препараты проявляют с использованием фотореактивов, при этом метка выявляется в виде зерен серебра.
8.Метод фракционирования клеток позволяет изучать внутриклеточные компоненты. Разрушают клетки, помещают их в специальные центрифуги, и разные клеточные компоненты осаждаются при разной скорости цинтрифугирования.
9.Метод рентгеноструктурного анализа используют для изучения кристаллической решетки ядра атома.
Методы изучения живых клеток.
10.Метод клеточных структур позволяет изучать живую клетку.
11.Метод микрохирургии. Например: вживление микроэлектрода.
12.Методы клонирования.
Вопрос 8. Докажите, что клетка является системой.
Клетка является системой потому, что она:
1. Состоит из взаимодействующих и взаимосвязанных между собой элементов — мембраны, ядра, цитоплазмы, различных органелл и других клеточных структур — ресничек, микротрубочек.
2. Клетка обладает свойствами, которыми не обладают ее отдельные части.
3. Способна к метаболизму с окружающей средой, ибо в клетке постоянно происходят процессы синтеза и распада.
4. Клетка способна к саморегуляции — т.е. поддержанию гомеостаза.
5. В клетке происходят контролируемые на генетическом уровне процессы роста, размножения и развития.
Вопрос 9. Используя доступные источники информации, подготовьте презентацию о развитии представлений о клеточном строении живых организмов.
!!!(используйте эту информацию, её можно в краткой форме разбить на слайды, добавить картинок по теме).
Взгляды ученых о клеточном строении клетки неоднократно менялись. Развитие представлений о клеточном строении живых организмов условно можно разделить на 5 этапов.
1. В 1665 году, рассматривая под микроскопом срез пробки, английский физик Р.Гук обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал "клетками". Таким образом, его можно считать первооткрывателем клетки.
1670 — е годы — итальянский медик и натуралист М. Мальпиги и английский натуралист Н. Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения. Клетки изображал на своих рисунках голландский микроскопист А. Левенгук. В его трудах Антони ван Левенгука, особенно в книге "Тайны природы", впервые появилась информация о строении многих биологических объектов (эритроцитов, многих водорослей, бактерий, сперматозоидов, разнообразных микроструктур растительных и животных клеток). Он же первым открыл мир одноклеточных организмов — описал бактерий и протистов (инфузорий).
Трактовка о строении клетки в этом периоде чрезвычайно примитивна: клетки рассматриваются как ячейки, сравнимые с «пеной на кружке пива», стенки которых затвердевают. Ясно, что при таком понимании клетки общепринятым было и представление об общности стенок двух соседних ячеек. Единственное представление о развитии клеток, которое связано с этим этапом, — гипотеза Вольфа о возникновении ячеистости в результате образования жидких капель в студенистой массе живого вещества с последующим затвердением пограничного слоя.
2. Лишь в XIX в. ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клеток, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.
Этот этап развития представлений о микроструктуре организмов связан с именами Линка и Рудольфи (1804), Тревирануса (1807—1821), Мейена (1830), в 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки и др. Этими исследователями, во — первых, было показано, что каждая ячейка — клетка покрыта своей особой оболочкой и потому клетка отделима от других ей подобных; во — вторых, было констатировано наличие клеточного содержимого, обладающего самостоятельной подвижностью. Наряду с клетками как элементарные структуры рассматривали также волоконца и сосуды растений; их клеточное строение, клеточный генез оставались неизвестны.
3. По мере совершенствования инструментальной базы и техники микроскопических исследований клеточного строения организмов, было признано, что наличие клеток представляет собой общую структурную черту биологической организации. Этот период клеточного учения является переломным. Клеточное строение организмов наблюдали многие исследователи. Наиболее обстоятельные описания клеточных структур в XIX в. дали Я. Пуркинье и М. Шлейден. Прежде всего, как обязательный элемент рассматриваются ядро и ядрышко, возникающие путем агломерации элементарных зернышек. В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден доказал, что в любой растительной клетке есть ядро. Немецкий зоолог Т.Шванн в большом разнообразии клеток увидел их общность, их единый план строения. Он создал теорию, утверждающую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории были сформулированы М. Шлейденом и Т. Шванном в 1838 — 1839 году, а затем были дополнены Р. Вирховым в1859 году.
Современная клеточная теория включает в себя 4 основных положения:
1. Клетка — элементарная структурно — функциональная единица всех живых организмов.
2. Клетки растений и животных сходны по своему строению и функциям.
3. Клетки возникают путём деления материнской клетки.
4. Клетки участвуют в формировании многоклеточного организма.
В этом периоде впервые формулируется клеточная теория, основным моментом которой является принцип общности клеткообразования во всех частях живой материи. Способ клеткообразования из сливающихся зернышек признается всеобщим, а отсюда постулируется уже сравнимость всех клеток, как растений, так и животных. Основными элементами всех клеток признаются: оболочка, протоплазма и ядро с ядрышком. Итак, все живые существа, согласно этим воззрениям, состоят из клеток или их производных, но сами клетки возникают из зернышек первично — бесструктурной массы.
4. Четвертый период характеризуется, прежде всего, накоплением обильного нового фактического материала, который очень скоро встал в противоречие с рядом теоретических положений Шлейдена, Шванна и др. Доказывалась лишь относительная ценность оболочки клетки как неотъемлемой части клетки; при этом была окончательно выяснена разница между растительной и животной клетками. Затем (и это основное) была установлена ошибочность теории цитогенезиса, а вместо этого доказывалась преемственность клеточной структуры, что особенно четко было сформулировано Вирховым (1857) в виде закона «omnis cellulae cellulae» — всякая клетка из клетки. В результате ряда замечательных для своего времени работ как ботаников (Кон и др.), так и зоологов (Ремак и др.) Шультце было сформулировано новое определение клетки как «комочка протоплазмы с ядром». Вместе с тем клеточная теория на новой фактической основе получила свое дальнейшее углубление, в особенности с введением представления о клетке как об «элементарном организме» (Брюкке, 1861). Представление об организме как о сумме клеток стало неопровержимым и привело в дальнейшем к теории «клеточного государства» (Вирхов, Фернорн). Этот период может быть характеризован как господство механистических взглядов в учении о клеточном строении организмов.
5. В этом периоде существовало направление, пытавшееся разложить клетку на еще более простые живые элементы, сопоставлявшиеся и даже гомологизировавшиеся с бактериями. Этот взгляд развивался рядом французских ученых (Бешан, 1860—1883 гг. и др.) и затем (казалось, в особенно убедительной форме) Альтманом (1890—1894). Достаточных доказательств эта точка зрения, однако, не получила. Тем не менее, сходные взгляды в той или иной форме всплывают и до самого последнего времени (Иван Валлин, 1926).
6. Шестым этапом в изучении клетки условно можно назвать схему, предложенную Вильсоном (1896—1925) в его известной сводке. Она по существу стремится лишь свести все наши сведения о морфологических структурах клетки, не внося никакой принципиально новой точки зрения.
7. Это схема, которая основана на современных исследованиях о природе протоплазмы, ядра и различных включений клетки, а также их взаимодействия. Основная сущность этой схемы заключается в том, что структуру клетки мы себе представляем исключительно сложной, несмотря на то, что при применении даже наилучших световых микроскопических объективов субстанция протоплазмы (цитоплазма и ядро) представляется нам гомогенной. Современная методика морфологического исследования клетки, в связи с освоением электронной микроскопии, находится на большой высоте; хуже разработаны гистохимические методы.
Итак, современная схема строения клетки в известной мере сходна с представлениями Дюжардена (1835), Гофмейстера (1867) и др., которые также писали о гомогенности протоплазмы. Говоря о схеме строения клетки, мы и теперь должны по существу ограничиваться лишь очень немногим; мы указываем, что клетка состоит из протоплазмы, одетой тонкой мембраной. В протоплазме мы постоянно обнаруживаем хондриосомы, а также постоянное присутствие ядра. Электронная микроскопия обнаружила в протоплазме еще так называемый ретикулум, рибосомы и некоторые другие мембранные структуры. О более тонком строении ядра мы еще ничего не узнали.
Однако современное понимание клетки резко отличается от всех более ранних представлений тем, что мы пришли к «простой» схеме строения, убедившись в такой ее чрезвычайной сложности и своеобразии, которая современными методами не может быть достаточно полно анализирована. Правда, мы знаем многочисленные включения и органоиды клеток, которые изучены довольно тщательно.
Другими словами, клетка лишь внешне представляется нам просто организованной системой, тогда как ее внутренняя, интимная структура лежит за пределами видимости и нашего понимания. К этому убеждению современная цитология пришла в результате исследований целой плеяды ученых на протяжении последних 100 лет. Исследования, проведенные при использовании электронного микроскопа, ныне это подтвердили и внесли много нового, но клетка осталась клеткой, и никаких более простых и мелких полноценных живых структур не найдено.
В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что меньше всего мы знаем о возникновении клеток. Эта проблема практически совпадает с вопросом о возникновении жизни из неживой материи. Впервые данный вопрос был поставлен Геккелем в 1866 г., но он пока остается целиком в области гипотез.
Вопрос 10. От чего зависит выбор методов в процессе проведения исследования?
От размеров клетки, от предмета исследования (ДНК, органоиды…). Т.е. в зависимости от того, что Вы хотите узнать о данной клетке, выбирается подходящий метод исследования или комплекс исследований.
Вопрос 11. Могут ли существовать в природе настолько маленькие клетки, что их невозможно различить в современные микроскопы?
Скорее всего, не существуют. А если и существуют, то мы об этом не знаем, поэтому и не рассматриваем их в микроскопы. Если бы мы знали о таких клеточках, то, в разработанный учеными из Корнеллского Университета микроскоп, мы их точно увидели бы. Этот новый вид электронного микроскопа позволяет увидеть атомы в живых клетках, не повреждая их .