Походження еукариотической клiтки
Ще на початку XX в. росiйськi ботанiки А. С. Фаминцин i К. С.Мережковский висунули гiпотезу про те, що клiтка зелених рослин
(еукариот) одержала пластиди в результатi симбiозу бесхлорофилльной
клiтки iз клiтками синьо-зелених. Ця гiпотеза симбиогенетического
походження клiтки еукариот знову привернула увагу в серединi XX в. Крiм
ядерноï ДНК невелика ïï кiлькiсть виявлена в
мiтохондрiях, пластидах, центриолях, у пiдставi жгутиков.
Електронно-мiкроскопiчне порiвняння будови жгутиков i центриолей
говорить про безсумнiвнiсть ïхнього спорiднення. В основi цих
органелл завжди перебуває одинадцять трубочок, дев'ять iз яких
розташованi по окружностi й двi лежать у центрi. Установлено, що
внеядерная ДНК жгутиков i центриолей здатно самостiйно
редуплицироваться. Виявилося, що ДНК мiтохондрiй, пластид, очевидно, i
жгутиков, а також центриолей має нитчатую структуру, зв'язану в
кiльце, як у типових прокарiот. Всi цi факти дозволили наприкiнцi 60-х
рокiв знову повернутися до гiпотези симбиогенетического походження
клiтки еукариот.
Названу гiпотезу розробила американська дослiдниця Л. Маргулис.
Вiдповiдно до цiєï гiпотези первинна клiтка великоï
прокариотической бактерiï, вступивши в симбiоз iз клiтками синьо-
зелених, придбала пластиди. Симбiоз iз гетеротрофними прокариотическими
клiтками привiв до ïхнього перетворення в мiтохондрiï. Симбiоз
зi спирохетоподобними бактерiями мiг привести до виникнення жгутиков i
т.д. Бiохiмiчнi, генетичнi, електронно-мiкроскопiчнi данi останнього
рокiв роблять гiпотезу Л. Маргулис усе бiльше обґрунтованоï.
У кожному разi, двоïста природа ДНК ядра й ДНК цитоплазматических
органелл i дивна подiбнiсть останньоï iз ДНК прокарiот свiдчить про
те, що симбiоз зiграв видатну роль у виникненнi клiтки еукариот.
Методи дослiдження клiтки
Сучасна цитологiя має у своєму розпорядженнi численнi й
рiзноманiтнi методи дослiдження, без яких було б неможливо нагромадження
й удосконалювання знань про будову й функцiï клiток
Свiтлова мiкроскопiя
Сучасний свiтловий мiкроскоп являє собою досить сучасний прилад,
що дотепер має першорядне значення у вивченнi клiток i ïх
органоидов. За допомогою свiтлового мiкроскопа досягається
збiльшення в 2000 — 2500 разiв. Збiльшення мiкроскопа залежить вiд
його розв'язноï здатностi, тобто найменшоï вiдстанi мiж двома
крапками, якi виднi роздiльно. У цей час створено багато рiзноманiтних
моделей свiтлових мiкроскопiв. Вони забезпечують можливiсть
багатобiчного дослiдження клiтинних структур i ïх функцiй
Електронна мiкроскопiя
З винаходом електронного мiкроскопа в 1933 роцi почалася нова епоха у
вивченнi будови клiтки
За допомогою сучасного електронного мiкроскопа вдалося розглянути багато
нових важливих органоидов клiтки, якi при вивченнi у свiтловому
мiкроскопi здавалися просто безструктурними дiлянками
Основна вiдмiннiсть електронного мiкроскопа вiд свiтлового в тiм, що в
ньому замiсть свiтла використовується швидкий потiк електронiв, а
склянi лiнзи замiненi електромагнiтними полями. Джерелом електронiв,
тобто катодом, служить вольфрамова нитка, що нагрiвається
електричним струмом до розпеченого стану. Пучок електронiв, що вилiтають
iз розпеченоï вольфрамовоï нитки, направляється до
анода. Рух електронiв вiд катода до анода здiйснюється пiд
прискорювальним впливом рiзницi потенцiалiв. У центрi анода є
невеликий отвiр. Крiзь нього проходять електрони, i пучок ïх
фокусируется магнiтною котушкою, що грає роль лiнзи, що
направляє його на об'єкт. Коли пучок електронiв уже пройшов
через об'єкт, зображення його збiльшується за допомогою
другоï магнiтноï котушки, що дiє як лiнза
об'єктива; потiм пучок електронiв проходить через третю магнiтну
котушку, що дiє як окуляр або проекцiйна лiнза й увеличивающую вже
отримане зображення об'єкта Для електронномикроскопического
дослiдження придатнi тiльки препарати фiксованих клiток, пiдданих дуже
складнiй попереднiй обробцi. Живi клiтки за допомогою електронного
мiкроскопа поки ще не дослiджуються. Причина цього полягає в тiм,
що вiльний рух електронiв у мiкроскопi досягається тiльки в досить
високому вакуумi, а живi клiтки, що мiстять значну кiлькiсть води,
сильно ушкоджуються при примiщеннi ïх у вакуум. Крiм того, живi
клiтки ушкоджуються й при опромiненнi iнтенсивним потоком електронiв
Електронний мiкроскоп особливо широко став застосовуватися длябiологiчних дослiджень в останнi 10 — 15 рокiв i незмiрно розширив
можливостi вивчення найтонших деталей будови клiтки
Методи дослiдження живих клiток
Мiкроскопiчне дослiдження живих клiток i тканин широко
застосовується в цитологiï для всiляких цiлей, наприклад для
вивчення змiн, що вiдбуваються в клiтках при рiзноманiтних зовнiшнiх
впливах, для з'ясування закономiрностей обмiну речовин у клiтках, для
вивчення клiтинних структур, струмiв цитоплазми, клiтинноï
проникностi й т. д.
Готування препаратiв живих клiток. Спостереження над живими клiтками
вимагають, насамперед, готування спецiальних препаратiв. Дрiбнi
органiзми, такi, як одноклiтиннi водоростi, найпростiшi, бактерiï й
iн. переносяться разом iз краплею середовища, у якiй вони культивуються,
на предметне скло. Препарат накривається покривним склом, i його
можна дослiджувати пiд мiкроскопом. Живi клiтки iз тканин
багатоклiтинних органiзмiв дослiджувати сутужнiше, тому що для готування
препаратiв цi клiтки потрiбно вiдокремити вiд тканини, що пов'язане з
нанесенням ïм якихось ушкоджень. Видiлення клiток, а також
спостереження над ними необхiдно робити в середовищах, придатних для бiльш-
менш тривалого переживання ïх i рiзних для рiзних органiзмiв. Так,
клiтки рослин звичайно дослiджуються у водi, а клiтки рiзноманiтних
холоднокровних i теплокровних тварин — у фiзiологiчному розчинi
Методи прижиттєвого фарбування
Прижиттєвi барвники — це органiчнi сполуки ароматичного
ряду, що володiють щодо невеликою токсичнiстю для живих клiток.
Розрiзняються основнi й кислi барвники. Проникаючи в клiтку, вони
з'єднуються головним чином з бiлками, i спочатку вся цитоплазма
здобуває дифузiйне фарбування, пiсля чого деякi барвники
вiдкладаються в цитоплазмi у виглядi гранул
Фарбування живих клiток дає можливiсть виявляти змiни, що
вiдбуваються в клiтках i тканинах при рiзних зовнiшнiх впливах. В
останньому випадку надзвичайно важливо те, що кiлькiсть барвника,
поглиненого неушкодженими або ушкодженими шляхом якого-небудь впливу
клiтками, можна точно визначити й виразити кiлькiсно. Рiзниця в
кiлькостi барвника, поглиненого неушкодженими й ушкодженими клiтками,
свiдчить про характер i ступiнь змiн, що виникають пiд впливом рiзних
зовнiшнiх впливiв
Методи мiкрургiï (мiкрохiрургiя)
Експериментальнi методи, i в першу чергу рiзноманiтнi операцiï на
клiтках (мiкрооперацiï), стали застосовуватися цитологами вже в
другiй половинi минулого сторiччя. Першi мiкрооперацiï проводилися
на порiвняно великих об'єктах, наприклад на клiтках, що
розвиваються, рiзних тварин, без використання яких-небудь спецiальних
пристосувань i при невеликих збiльшеннях лупи або препаровального
мiкроскопа. Мiкрооперацiï на великих клiтках i дотепер проводяться
вручну без яких-небудь складних приладiв
Мiкрооперацiï на окремих клiтках дрiбних розмiрiв стали проводити
тiльки на початку XX сторiччя, коли був сконструйований прилад,
називаний мiкроманiпулятором. Мiкроманiпулятори дозволяють проводити
дуже тонкi операцiï над клiткою i ïï органоидами. Для цих
операцiй потрiбнi бiльшi збiльшення мiкроскопа й спецiальнi
мiкроiнструменти, якi найчастiше виготовляються самим експериментатором
з тонких скляних ниток або паличок
Методи мiкрургiï широко застосовуються й для видiлення тканевих
клiток або одноклiтинних органоидов при переносi ïх у нову
культуральную середовище або в органiзм тварини, що особливо важливо для
одержання клонiв. Нарештi, до числа складних микрургических операцiй,
якi почали застосовуватися порiвняно недавно, ставиться витяг i
трансплантацiя ядер, ядерець i iнших органоидов клiтки. Для цих операцiй
придатнi головним чином великi клiтки найпростiших i iнших одноклiтинних
органiзмiв, а також i великi клiтки деяких багатоклiтинних тварин,
наприклад амфiбiй. Так здiйснюється перемiщення макронуклеуса
iнфузорiй з однiєï особини вдругую.
Операцiï по пересадженню ядер дають можливiсть вивчити роль ядра й
цитоплазми в життi клiток, вивчити змiни, що вiдбуваються в без'ядерних
клiтках, з'ясувати участь ядра й цитоплазми в передачi в спадщину тих
або iнших ознак
Методи мiкрохiмiчного й ультрамикрохимического
вивчення клiтки
До мiкрохiмiчного ставляться тi методи, за допомогою яких
виробляється визначення вiд 10 до 0,01 мг речовини. Цi методи
широко використовуються в цитологiï для визначення змiсту в клiтках
бiлкiв, фосфору, амiнокислот, нуклеинових кислот, цукрiв i т. д.
Але для цiлого ряду цитологiчних дослiджень зовсiм необхiдне визначення
дуже малих кiлькостей речовин в окремих клiтках або в окремих частинах
клiтки. У таких випадках застосовуються ультрамикрохимические методи, що
дозволяють проводити визначення хiмiчних речовин у дуже маленькiй
кiлькостi матерiалу, наприклад у шматочках тканини, що важать 100
— 500 мкг, або в дуже малих обсягах розчинiв
Метод рентгеносруктурного аналiзу
Метод рентгеносруктурного аналiзу заснований на явищi дифракцiï
рентгенiвських променiв. Вiн застосовується для вивчення будови
молекул бiлкiв, нуклеинових кислот i iнших речовин, що входять до складу
цитоплазми i ядра клiток. Метод дає можливiсть визначити
просторове розташування молекул, точно вимiряти вiдстань мiж ними й
вивчити внутрiмолекулярну структуру
Метод мiчених атiв (авторадiографiя)
Мiченi ати широко застосовуються в цитологiï для вивчення
рiзноманiтних хiмiчних процесiв, що протiкають у клiтцi, наприклад для
вивчення синтезу бiлкiв i нуклеинових кислот, проникностi клiтинноï
оболонки, локалiзацiï речовин у клiтцi й т.д. Для цих цiлей
застосовуються з'єднання, у якi уведенi радiоактивна мiтка. У
молекулi мiченоï речовини, наприклад амiнокислоти або вуглеводу,
один з атомiв замiщений атомом тоï ж речовини, але обладающим
радiоактивнiстю, тобто радiоактивним iзотопом. Вiдомо, що iзотопи того
самого елемента не вiдрiзняються друг вiд друга по своïх хiмiчних
властивостях, i, потрапивши в органiзм тварини або рослини, вони
поводяться у всiх процесах так само, як i звичайнi речовини. Однак
завдяки тому, що цi iзотопи мають радiоактивне випромiнювання, ïх
можна легко виявити, застосовуючи фотографiчний метод
Висновок
Електронна мiкроскопiя розкрила перед нами новий мир кристалiчних систем
усерединi живоï клiтки, дослiдження якоï мають велике значення
для розгадки безлiчi захворювань. Саме в клiтках починають розвиватися
патологiчнi змiни, що приводять до виникнення захворювань. Злоякiснi
змiни, що приводять до розвитку ракових пухлин, виникають також на рiвнi
клiток Вивчення будови, хiмiчного складу, обмiну речовин i всiх проявiв
життєдiяльностi клiток необхiдно не тiльки в бiологiï, але
також i в медицинi й ветеринарiï
Основнi закономiрностi молекулярноï бiологiï й цитологiï,
що лежать в основi механiзмiв еволюцiйного процесу, дозволяють дати
поняття про явища спадковостi й мiнливостi
Єднiсть будови й життєдiяльнiсть клiток рiзних органiзмiв
— одна з найважливiших загальбiологiчних закономiрностей, що
вказують на спiльнiсть походження органiчного миру, i тому вивчення
структури й функцiï клiтки — найважливiше завдання
загальноï бiологiï
З писок лiтератури
В. Азерников. Тайнопис життя. Москва, 1973г.
Н. Н. Воронцов, Л. Н. Сухорукова. Еволюцiя органiчного миру. Москва,
1991г.
Л. Я. Кулинич. Довiдник по бiологiï. Москва, 1986г.
Б. М. Мiдникiв. Аксiоми бiологiï. Москва, 1985г.
е. Рис, М. Стернберг. Вiд клiток до атомiв. Москва, 1988г.
А. С. Трошин, А. Д. Браун, Ю. Б. Вахтин, Л. Н. Жинкин,
К. М. Суханова. Цитологiя. Москва, 1970г.
С. Штрбанова. Хто ми? Книга про життя, клiтки й учених. Москва, 1984г.
