Основы цитологии

ЦИТОЛОГИЯ (от цито . и .логия), наука о клетке. Ц. изучает клетки многоклеточных животных, растений, ядерно-цитоплазматич. комплексы, не расчленённые на клетки (симпласты, синцитии и плазмодии), одноклеточные животные и растит, организмы, а также бактерии. Ц. занимает центральное положение в ряду биологич. дисциплин, т. к. клеточные структуры лежат в основе строения, функционирования и индивидуального развития всех живых существ, и, кроме того, она является составной частью гистологии животных, анатомии растений, протистологии и бактериологии.

Развитие цитологии до начала 20 в. Прогресс Ц. связан с развитием методов исследования клеток. Клеточное строение впервые было обнаружено англ. учёным Р. Гуком в ряде растит, тканей в 1665 благодаря использованию микроскопа. До кон. 17 в. появились работы микропистов М. Мальпиш (Италия), Грю (Великобритания), А. Левенгука (Нидерланды) и др., показавшие, что ткани мн. растит, объектов построены из ячеек, или клеток. Левепгук, кроме того, впервые описал эритроциты (1674), одноклеточные организмы (1675, 1681), сперматозоиды позвоночных животных (1677), бактерии (1683). Исследователи 17 в., положившие начало микроскопич. изучению организмов, в клетке видели лишь оболочку, заключающую в себе полость.

В 18 в. конструкция микроскопа была несколько улучшена, гл. обр. за счёт усовершенствования механич. частей и осветит, приспособлений. Техника исследования оставалась примитивной; изучались в основном сухие препараты.

В первые десятилетия 19 в. представления о роли клеток в строении организмов значительно расширились. Благодаря трудам нем. учёных Г. Линка, Я. Мольдсйхавера, Ф. Мейена, X. Моля, франц. учёных П. Мирбеля, П. Тюрпена и др. в ботанике утвердился взгляд на клетки как на структурные единицы. Было обнаружено превращение клеток в проводящие элементы растений. Стали известны низшие одноклеточные растения. На клетки начали смотреть как на индивидуумы, обладающие жизненными свойствами. В 1835 Моль впервые наблюдал деление растит, клеток. Исследования франц. учёных А. Мильн-Эдвардса, А. Дютроше, Ф. Распая, чеш. учёного Я. Пуркине и др. к сер. 30-х гг. дали большой материал по микроскопич. структурам животных тканей. Мн. исследователи наблюдали клеточное строение различных органов животных, а нек-рые проводили аналогию между элементарными структурами животных и растит. организмов, подготовляя тем самым почву для создания общебиологич. клеточной теории. В 1831—33 англ. ботаник Р. Броун описал ядро как составную часть клетки. Это открытие привлекло внимание исследователей к содержимому клетки и дало критерий для сопоставления животных и растит, клеток, что и сделал, в частности, Я. Пуркине (1837). Нем. учёный Т. Шванн, опираясь на теорию развития клеток нем. ботаника М. Шлейдена, где особое значение придавалось ядру, сформулировал общую клеточную теорию строения и развития животных и растений (1838—39). Вскоре клеточная теория была распространена и на простейших (нем. учёный К. Зибольд, 1845—48). Создание клеточной теории явилось сильнейшим стимулом к изучению клетки как основы всего живого. Большое значение имело введение в микроскопию иммерсионных объективов (водная иммерсия, 1850. масляная. 1878), конденсора Э. Аббе (1873) и апохроматов (1886). В сер. 19 в. начали применяться различные методы фиксации и окраски тканей. Для изготовления срезов были разработаны /методы заливки кусочков ткани. Вначале срезы изготовлялись с помощью ручной бритвы, а в 70-х гг. для этого использовались особые приборы — микротомы. В ходе развития клеточной теории постепенно выяснилась ведущая роль содержимого клетки, а не её оболочки. Представление об общности

содержимого различных клеток нашло своё выражение в распространении применённого к нему Молем (1844, 1846) термина “протоплазма”, введённого Пуркине (1839). Вопреки взглядам Шлейдена и Шванна на возникновение клеток из бесструктурного неклеточного вещества— цитобластемы, с 40-х гг. 19 в. начинает укрепляться убеждение, что умножение числа клеток происходит путём их деления (нем. учёные К. Негелн, Р. Келлп-кер и Р. Ремак). Дальнейшим толчком к развитию Ц. послужило учение нем. патолога Р. Вирхова о “целлюлярной патологии” (1858). Вирхов рассматривал животный организм как совокупность клеток, каждая из к-рых обладает всеми свойствами жизни; он выдвинул принцип «omnis cellula e cellula» [каждая клетка (происходит только) из клетки]. Выступая против гуморальной теории патологии, к-рая сводила болезни организмов к порче организменных соков (крови и тканевой жидкости), Вирхов доказывал, что в основе всякого заболевания лежит нарушение жизнедеятельности тех или иных клеток организма. Учение Вирхова заставило патологов заняться изучением клеток. К сер. 19 а. “оболочечный” период в изучении клетки заканчивается, и в 1861 работой нем. учёного М. Шульце утверждается взгляд на клетку как на <комок протоплазмы с лежащим внутри него ядром» В том же году австрийский физиолог Э. Брюкке, считавший клетку элементарным организмом, показал сложность строения протоплазмы. В последней четв. 19 в. был обнаружен ряд постоянных составных частей протоплазмы — органоидов: центросомы (1876, белы. учёный Э. ван Бенеден), митохонд-рпн (1897—98, нем. учёный К- Бенда, у животных; 1904, нем. учёный Ф. Ме-вес, у растений), сетчатый аппарат, или комплекс Гольджи (1898, итал. учёный К. Гольджи). Швейц. учёный Ф. Мишер (1868) установил в ядрах клеток наличие нуклеиновой к-ты. Открыто кариокинетич. деление клеток (см. Митоз) у растений (1875, Э. Страсбурге), затем у животных (1878, рус. учёный П. И. Перемежко; 1882, нем, учёный В. Флемминг). Создана теория индивидуальности хромосом и установлено правило постоянства их числа (1885, австр. учёный К. Рабль; 1887, нем. учёный Т. Боверп). Открыто явление редукции числа хромосом при развитии половых клеток; установлено, что оплодотворение состоит в слиянии ядра яйцевой клетки с ядром сперматозоида (1875, нем. зоолог О. Гертвиг, у животных; 1880—83, рус. ботаник И. Н. Горожанкин. у растений). В 1898 рус. цитолог С. Г. Навашин обнаружил у покрытосеменных растений двойное оплодотворение, заключающееся в том, что, помимо соединения ядра спермия с ядром яйцеклетки, ядро второго спермия соединяется с ядром клетки, дающей эндосперм. При размножении растений обнаружено чередование диплоидных (бесполых) и гаплоидных (половых) поколений.

Достигнуты успехи в изучении физиологии клетки. В 1882 г. И. Мечников открыл явление фагоцитоза. Была обнаружена и подробно исследована избирательная проницаемость растит. и животных клеток (голл. учёный X. Де Фриз, нем. учёные В. Пфоффер, Э, Овертон); создана мембранная теория проницаемости; разработаны методы прижизненного окрашивания клеток (рус. гистолог Н. А. Хржонщевскнй, 1864; нем. учёные П. Эрлих, 1885, Пфеффер, 1886). Исследуются реакции клеток на действие раздражителей. Изучение разнообразных клеток высших и низших организмов, несмотря на всеих структурные и функциональные различия, укрепило в сознании исследователей мысль о наличии единого принципа в строении протоплазмы. Мн. исследователи не были удовлетворены клеточной теорией и признавали наличие в клетках ещё более мелких элементарных жизненных единиц (биобласты Альтмана, пласомы Визнера, протомеры Гейденгайна и т. д.). Спекулятивные представления о субмикроскопич. жизненных единицах разделялись и нек-рыми цитологами 20 в., однако развитие Ц. заставило большинство учёных оставить эти гипотезы и признать жизнь свойством протоплазмы как сложной гетерогенной системы. Успехи Ц. в кон. 19 в. были подытожены в ряде классич. сводок, к-рые способствовали дальнейшему развитию Ц.

Развитие цитологии в 1-и половине 20 в. В первые десятилетия 20 в. стали применять темнопольный конденсор, с помощью к-рого объекты под микроскопом исследовались при боковом освещении. Темнопольиый микроскоп позволил изучать степень дисперсности и гидратации клеточных структур и обнаруживать нек-рые структуры субмикроскопич. размеров. Поляризационный микроскоп дал возможность определять ориентацию частиц в клеточных структурах. С 1903 развивается микроскопирование в ультрафиолетовых лучах, ставшее в дальнейшем важным методом исследования цитохимии клетки, в частности нуклеиновых кислот. Начинает применяться флюорсецентная микроскопия. В 1941 появляется фазово-контрастный микроскоп, позволяющий различать бесцветные структуры, отличающиеся лишь оптич. плотностью или толщиной. Последние два метода оказались особенно ценными при изучении живых клеток. Разрабатываются новые методы цитохимич. анализа, среди них — метод выявления дезоксирибо-нуклепноаой к-ты (нем. учёные Р. Фёль-ген и Г. Розенбек. 1924). Создаются микроманипуляторы, с помощью к-рых можно производить над клетками разнообразные операции (инъекции в клетку веществ, извлечение и пересадку ядер, локальное повреждение клеточных структур и т. д.). Большое значение приобрела разработка метода культуры тканей вне организма, начало к-рому было положено в 1907 амер. учёным Р. Гаррисоном. Интересные результаты были получены при сочетании этого метода с замедленной микрокчносъёмкой, что дало возможность видеть на экране медленные изменения в клетках, протекающие незаметно для глаза, ускоренными в десятки и сотни раз. В первые три десятилетия 20 в. усилия учёных направлены были на выяснение функциональной роли клеточных структур, открытых в последней четверти 19 в., в частности было установлено участие комплекса Гольджи в выработке секретов и др. веществ в гранулярной форме (сов. учёный Д. Н. Насонов, 1923). Описаны частные органоиды специализированных клеток, опорные элементы в ряде клеток (Н. К. Кольцов, 1903— 1911), исследованы структурные изменения при различной клеточной деятельности (секреция, сократит, функция, деление клеток, морфогенез структур и т. д.), В растит, клетках прослежено развитие вакуолярной системы, образование крахмала в пластидах (франц. учёный А. Гийермон, 1911). Установлена видовая специфичность числа и формы хромосом, что в дальнейшем было использовано для систематики растений и животных, а также для выяснения филогенетич. родства в пределах более низких таксономич. единиц (кариосистематики). Обнаружено, что в тканях имеются разные классы клеток, отличающихся кратным отношением размеров ядер (нем. учёный В. Якоби, 1925). Кратное увеличение размера ядер сопровождается соответствующим увеличением (путём эндомитоза) числа хромосом (австр. учёный Л. Гейтлер, 1941). Исследования действия агентов, нарушающих механизм деления и хромосомный аппарат клеток (проникающее излучение, колхицин, ацетонафтен, трипофлавин и др.), привели к разработке методов искусств. получения полиплоидных форм (см. Полиплоидия), что дало возможность вывести ряд ценных сортов культурных растений. С помощью реакции Фельгена положительно решился спорный вопрос о наличии гомолога ядра, содержащего дезоксирибонуклеиновую к-ту у бактерии (сов. учёный М. А. Пешков, 1939— 1943, франц. учёный В. Делапорт, 1939, англ. учёный С. Робиноу, 1942) и сине-зелёных водорослей (сов. учёные Ю. И. Полянский и Ю. К. Петрушевский, 1929). - Наряду с мембранной теорией проницае-' мости, выдвигается фазовая теория, придающая большое значение в распределении веществ между клеткой и средой, растворению их и связыванию в протоплазме (сов. учёные Д. Н. Насонов, В. Я. Александров, А- С. Трошин). Изучение реакции протоплазмы клеток на воздействие разнообразных физич. и хи-мцч. агентов привело к обнаружению явлений паранекроза и к разработке денатурационной теории повреждения и возбуждения (Д. Н. Насонов и В- Я. Александров. 1940), согласно к-рой в этих процессах ведущее значение имеют обратимые изменения в структуре белков протоплазмы. С помощью вновь разработанных цитохнмич. реакций на гистология. препаратах была установлена локализация в клетке ряда ферментов. Начиная с 1934 благодаря работам амер. учёных Р. Уэнсли и М. Герр, использовавшим метод гомогенизации (размельчения) клеток и фракционного центрифугирования, началось извлечение из клеток отдельных компонентов — ядер, хлоропластов, митохондрин, мпкросом и изучение их химического и ферментативного состава. Однако существенные успехи в расшифровке функции клеточных структур достигнуты лишь в современный период развития Ц.— после 50-х гг.