Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

Тема 2. СТРУКТУРА КЛІТИНИ

§ 9. Мікроскопія та інші методи дослідження клітин

Терміни й поняття: клітина, мікроскоп, мікроскопія (світлова, електронна), фізичні методи дослідження клітин, цитологія, клітинна біологія, метод культури клітин.

Історична довідка. Першою людиною, яка побачила клітину, був Роберт Гук (1635-1703). Трапилося це в 60-х роках XVII ст. Якось він нарізав корок тонкими скибочками і заради цікавості розглянув їх за допомогою тогочасного мікроскопа (від грец. мікрос — малий, скоп — спостерігаю), який у ті часи використовували лише для світських розваг (іл. 9.1). Він побачив, що корок складається з повторюваних рядів однакових комірок, які він назвав англійським словом «cell» («камера», «чарунка», «клітка»). В англійській науковій мові затвердилася назва «cell», а в українській — «клітина». Сучасники Гука відкриття комірчастої будови тканин рослин не помітили.

Головним методом дослідження клітин є мікроскопія, що вивчає дуже дрібні об'єкти за допомогою мікроскопів.

Фізичні методи дослідження. Світлова мікроскопія. Відкриття клітинної будови всіх живих істот сталося завдяки винайденню світлового мікроскопа (іл. 9.2), у якому використовується збільшувальна здатність опуклих скляних лінз. Цей прилад збільшує зображення дрібних предметів щонайбільше у 2 000 разів. В основу світлової мікроскопії покладено оптичні властивості світла. Межі роздільної здатності мікроскопа (тобто розмір найменшого об'єкта, який можна побачити за допомогою цього приладу) визначаються довжиною світлової хвилі, а тому частки, коротші за довжину світлової хвилі, у звичайний мікроскоп розглянути неможливо.

Здебільшого структури клітини безбарвні, тому у світловій мікроскопії застосовують спеціальні барвники, що роблять зображення окремих деталей клітини кольоровим, чітким і контрастним, зокрема надають можливість розглянути ядро та інші органоїди. Однак при цьому вбивається клітина. Саме тому головними факторами, що обмежували розвиток досліджень клітини, були не лише недосконалі мікроскопи, а й те, що вивчалися фіксовані, неживі матеріали. Останнє унеможливлювало спостереження за процесами, що відбуваються в клітинах.

Новітні технології дозволяють вести мікроскопічні дослідження живих клітин. До того ж сучасні мікроскопи поєднанні з комп'ютерами, які здатні давати об'ємне зображення.

Іл. 9.1. Мікроскоп Роберта Гука

Іл. 9.2. Сучасний світловий мікроскоп

Електронна мікроскопія. У 50-ті роки XX ст. для дослідження клітини було застосовано електронний мікроскоп (іл. 9.3), завдяки якому стало можливим збільшення зображення мікрооб'єктів у сотні тисяч разів. Якщо прийняти роздільну здатність ока людини за одиницю, то роздільна здатність світлового мікроскопа дорівнюватиме 500 одиницям, а електронного — 100 000!

Метод електронної мікроскопії полягає в просвічуванні клітинних структур потоком електронів високої енергії.

Довжина хвилі потоку електронів значно коротша за довжину хвилі світла — це дає змогу розглянути найдрібніші органоїди або частини клітин, розмір яких становить тисячні частини міліметра.

Щоб електрони «відчули» тендітні структури клітини, спочатку готують надтонкі зрізи клітин завтовшки в соті частини міліметра, а потім їх обробляють спеціальною речовиною, що здатна розсіювати електрони. За допомогою електронного мікроскопа було детально вивчено будову клітинної мембрани та цитоплазми. Це дало змогу дійти висновку, що клітина рослин і тварин, всупереч попереднім уявленням про неї як про мішечок з рідиною, насправді є густою сіткою каналів, утворених мембранами.

Серед фізичних методів дослідження клітин великого значення набуло центрифугування. Для цього використовують спеціальні машини (центрифуги), що здатні розділяти під дією відцентрової сили суміш води (рідини) та дуже дрібних твердих часток (іл. 9.4).

Лабораторні центрифуги розганяють біологічний матеріал з клітинами до величезних швидкостей, унаслідок дії відцентрової сили відбувається розкладання клітинних структур на компоненти — відповідно до їх питомої маси. Це дозволяє вивчати властивості не лише кожної частини клітини, а й навіть окремих молекул ДНК, РНК або білків.

Авторадіографія. До середовища, що оточує клітину, додають радіоактивні речовини, наприклад, радіоактивний карбон(IV) оксид. Клітина його поглинає, і він починає брати участь у хімічних реакціях, розподіляючись по цитоплазмі.

Іл. 9.3. Сучасний електронний мікроскоп

Іл. 9.4. Лабораторна центрифуга

Іл. 9.5. Радіоавтограма аорти (видно клітини м'язової тканини з темними радіоактивними мітками в ядрах, що свідчить про інтенсивний синтезу них ДНК)

Іл. 9.6. Маніпуляції з ядром — один з методів клітинної мікрохірургії

Потім клітину розташовують на плівці, чутливій до радіоактивного опромінення, і радіоактивна речовина ніби сама себе фотографує (звідси й походить назва авторадіографія). Таким чином, розглядаючи мікрофотографії (іл. 9.5), можна відстежити не лише стадії синтезу речовин у клітині, а й визначити, у яких саме частинах клітини відбувається цей процес і навіть установити його швидкість.

Дослідження живих клітин. Сучасна наука про клітину цитологія (від грец. кітос — клітина і логос — вчення) переросла в систему наук, яка має назву клітинна біологія. Особливістю сучасної клітинної біології є дослідження живих клітин. Одним з найцікавіших методів дослідження живих клітин є мікрохірургія (іл. 9.6).

Цей метод полягає в трансплантації елементів клітини одного організму до клітини іншого. Завдяки мікрохірургії було виявлено функцію ядра як органа, що визначає форму клітини та характер її функціонування.

Крім того, використовують й інші методи дослідження живих клітин, зокрема вплив на окремі органоїди та структури клітин сфокусованим пучком лазерних променів, що надало можливості вивчити механізми клітинного поділу.

Окремою галуззю клітинної біології є метод культури клітин, за якого ізольовані клітини тварин та рослин переносять у спеціально створене середовище, де клітини здатні не лише жити, а й розмножуватись.

Особливого значення набуває гібридизація клітин, коли клітини різних організмів, наприклад, тютюну й троянди або людини та миші після попередньої обробки «зливають» в одну клітину. З гібридних рослинних клітин можуть вирости справжні рослини, а у тварин такі клітини зазвичай нежиттєздатні й існують протягом нетривалого часу.

Клітини — це надзвичайно малі за розміром об’єкти, тому їх можна вивчати лише за допомогою спеціальних методів і приладів. Головним способом дослідження клітин є мікроскопія.

1. Хто першим відкрив клітину? 2. Що обмежує роздільну здатність світлового мікроскопа? 3. Які нові знання були набуті за допомогою електронного мікроскопа? 4. Чому метод авторадіографії отримав таку назву? 5. Для чого потрібні методи дослідження живих клітин? 6. Що таке гібридизація клітин?

• Чому штучно ізольовані живі клітини не можуть жити довго?

• Чому яйцеклітини птахів такі великі?