Марчелло мальпиги - ученые биологи - ученые биологи - каталог статей - учимся вместе. Значение слова мальпиги в энциклопедии биология Марчелло мальпиги и неемия грю

Публикация статьи произведена при поддержке компании «Химлабо». Компания «Химлабо» предлагает по выгодной цене приобрести высококачественное школьное оборудование разработки ведущих отечественных специалистов. Богатый ассортимент предлагаемого оборудования включает в себя лабораторные комплекты по физике и наборы посуды и принадлежностей для опытов по химии и биологии. Вся предлагаемая продукция сертифицирована и соответствует самым строгим стандартам качества. Узнать больше о предложении компании «Химлабо» можно по адресу http://www.himlabo.ru/

Открытие клетки относится к тому периоду в истории человечества, когда наука впервые решилась сбросить с себя звание Ancillae theologiae (служанка богословия) и когда экспериментальное естествознание, отвечая запросам своего времени, предъявило права на звание Dominae omnium scientiarum (госпожа над всеми науками). Это была эпоха господства идеи Фрэнсиса Бэкона (1561–1626) о победе человека над природой, о победе, которой можно добиться не путем логических ухищрений и словесных формулировок, а путем опыта и наблюдения.

Воодушевленная этой идеей небольшая группа людей начиная с 1645 г. стала собираться по вечерам в разных кварталах Лондона на частных квартирах. Люди эти раскуривали трубки и при свете масляных ламп обсуждали устав нового задуманного ими общества. Это были профессора двух английских университетов, закрывшихся из-за междоусобной войны, и просто любители искусства и естественных экспериментов, ставших модными со времен Галилея во Флоренции и Ф.Бэкона в Англии.

Время было тревожное. И хотя на этих собраниях не велось никаких политических бесед и обсуждались только эксперименты из различных областей физики, химии, механики и наук о живой природе, приходилось соблюдать строгую конспирацию. Один из инициаторов создания общества, физик Р.Бойль (1627–1691), стал называть новую организацию «коллегией невидимых».

В 1660 г. был разработан устав и создано общество для борьбы с метафизикой и схоластикой, взявшее своим девизом изречение «Не клянись словами никакого учителя», или, в двух словах, «Ничего на слово». Тем самым члены общества заявляли, что в своей деятельности они не будут, как схоласты, полагаться на авторитеты вроде Аристотеля или отцов и учителей церкви, а будут признавать только свидетельство научного опыта.

В 1662 г. ряд членов «коллегии невидимых», став влиятельными людьми при дворе Карла II, добились утверждения королевским указом устава и нового названия коллегии – Лондонское Королевское общество. Пополнив свой состав «совершенно свободными и ничем не занятыми джентльменами», т.е. людьми состоятельными, общество получило средства для печатания наиболее важных трудов в виде отдельных книг.

В числе первых напечатанных книг была одна, заслуживающая нашего особого внимания. Это произведение ученика Бойля, великого мастера естественных экспериментов Роберта Гука (1635–1703), ставшего членом Лондонского Королевского общества в 1663 г. Гук был изобретателем и конструктором самых разнообразных приборов, в том числе и микроскопа улучшенной конструкции.

В течение нескольких лет он с увлечением рассматривал через этот микроскоп различные мелкие предметы, в числе которых ему однажды попалась обыкновенная бутылочная пробка. Рассматривая тонкий срез пробки, сделанный острым ножом, Роберт Гук был поражен сложной структурой вещества пробки, обнаружившейся при увеличении. Он увидел красивый узор из массы ячеек, напоминающих пчелиные соты.

Зная, что пробка представляет собой продукт растительного происхождения, Гук стал изучать под микроскопом такие же тонкие срезы ветвей и стеблей различных растений. Первым растением, попавшим ему под руку, была бузина. На тонком срезе ее сердцевины Гук опять увидел картину, очень напоминавшую ячеистую поверхность пчелиных сот. Целые ряды мелких ячеек были отделены одна от другой тонкими перегородками. Эти ячейки он назвал клетками (сеllula ).

Вот как описывает Гук в книге «Micrographia» (1665) историю своего открытия.

«Я взял кусочек светлой хорошей пробки и перочинным ножом, острым как бритва, срезал кусок ее прочь и получил, таким образом, совершенно гладкую поверхность. Когда я затем тщательно исследовал ее с помощью микроскопа, она показалась мне слегка пористою. Я не мог, однако, с полной уверенностью распознать, были ли это действительно поры, а тем менее – определить их форму. Но на основании рыхлости и упругости пробки я, конечно, не мог еще сделать заключение о том удивительном строении ее ткани, какое обнаружилось при дальнейшем прилежном изучении. Тем же перочинным ножом я срезал с гладкой поверхности пробки чрезвычайно тонкую пластинку. Положив ее на черное предметное стекло – так как это была белая пробка – и осветив ее сверху при помощи плоско-выпуклой стеклянной линзы, я мог чрезвычайно ясно рассмотреть, что вся она пронизана отверстиями и порами, совершенно как медовые соты, только отверстия были менее правильны; сходство с сотами увеличивалось еще следующими особенностями: во-первых, пробковые поры содержали относительно очень мало плотного вещества по сравнению с пустыми пространствами, заключавшимися внутри их. Так что эти стенки – если можно мне так назвать их – или перегородки этих пор, по отношению к самим порам были приблизительно так же тонки, как восковые перегородки медовых ячеек (которые состоят из шестигранных клеточек) по отношению к самим ячейкам. Далее, поры, или клеточки, пробки были не очень глубоки, но многочисленны. Посредством особых промежуточных перегородок длинные поры подразделялись на ряды мелких, связанных между собой клеток. Открытие этих клеток, как мне кажется, дало мне возможность выяснить настоящую и понятную причину особенностей вещества пробки. Эти образования были первыми микроскопическими порами, которые я видел и которые вообще кем-либо были найдены, так как ни у одного писателя, ни у одного исследователя я не встретил какого-либо упоминания о них.

Я сосчитал поры в различных рядах и нашел, что ряды приблизительно в 50–60 этих узеньких клеток умещаются обыкновенно на протяжении 1/18 дюйма (1,44 мм), откуда я заключил, что приблизительно 1100 или немного более 1000 уместятся по длине 1 дюйма, в 1 кв. дюйме – более 1 млн, или 1 166 400, и свыше 1200 млн, или 1259 млн, – в 1 куб. дюйме. Это могло бы казаться невероятным, если бы микроскоп не убеждал нас в этом. Поры эти, – говорю я, – столь малы, что атомы, о которых думал Эпикур, все же были бы слишком велики, чтобы пройти через них. Ткань пробки не представляет чего-либо особенного; исследуя под микроскопом, я нашел, что и сердцевина бузины или почти всякого иного дерева, внутренняя ткань или сердцевина полых стеблей различных других растений, как, например, укропа, моркови, репы и т.д., в большинстве случаев имеет подобного же рода ткань, какую я только что указал в пробке».

Так впервые была обнаружена растительная клетка. Но в голове Гука роились идеи других изобретений (пружинные часы, усовершенствованные компасы и т.д.), и он передал дальнейшее ведение микроскопических исследований члену Королевского общества Неемии Грю (1641–1712). В противоположность Гуку Грю был человеком крайне постоянным и, посвятив все последующие годы своей жизни микроскопическому изучению растений, открыл в их внутреннем строении много нового. Результаты своих исследований он изложил в опубликованном в 1682 г. четырехтомном трактате «Анатомия растений с изложением философской истории растительного мира и несколько других докладов, прочитанных перед Королевским обществом».

Не останавливаясь на описании бесчисленных наблюдений Грю, приведем его общие выводы. В теле растений он различал плотные и рыхлые ткани: последним он, согласно терминологии Теофраста, дал название «паренхимы». Паренхима, по мнению Грю, «весьма сходна в строении с пеной пива или с пеной яичного белка, являясь, по-видимому, жидким образованием» . Совершенно иную картину в описаниях Грю представляли плотные ткани стеблей и ветвей: «Здесь ясно бросается в глаза наличие вертикальной и горизонтальной систем, сплетение которых дает некоторое подобие кружева» .

Вот как Грю описывает эти плотные ткани: «Наиболее верным и близким сравнением, которое мы могли бы теперь привести для выяснения сущности строения тела растения, могло бы быть сопоставление с куском тонкого кружева, сплетаемого женскими руками на коклюшечной подушке; действительно, и сердцевина, и ее лучики в паренхиме коры представляют прекрасную картину тончайшего кружева. Волокна сердцевины располагаются в горизонтальной плоскости, как основа в кружевной ткани, ограничивая отдельные пузырьки сердцевины и коры совершенно так же, как в кружеве нити оплетают ячеи; сердцевинные лучи построены без пузырьков ила с очень мелкими, наподобие плотных частей кружева или полотна…

…Затем все деревянистые и воздушные сосуды располагаются перпендикулярно к горизонтальным волокнам всех указанных выше паренхиматических частей: совершенно так же в кружеве на подушке относятся к плетению придерживающие его булавки. Стоит лишь представить себе булавки в виде трубочек и значительно увеличенными в длине, а работу над плетением кружева, повторяемой много тысяч раз в одном и том же направлении увеличения его толщины или высоты, сообразно высоте растения, и мы получим картину общего строения не только какой-либо ветви, но и всякой другой части растения в его развитии от семени до семени».

В то же время, что и Грю, микроскопическим изучением строения растений стал заниматься итальянский натуралист Марчелло Мальпиги (1628–1694). Он обратился к ботанике, разуверившись в возможности сразу понять всю сложность строения тела животных. Следуя классической традиции подразделения всех тел природы на животный, растительный и минеральный миры, он признает, что должен был бы начать с изучения последнего, но «всей жизни не хватило бы для этого».

Главной заслугой Мальпиги является точная классификация элементов внутренней структуры растений. Он различает в теле растений пузырьки, или мешочки, часто наполненные жидкостью и окруженные плотной оболочкой; волокна, чрезвычайно мелкие и различимые только под микроскопом; сосуды. Особое внимание Мальпиги привлекают так называемые спиральные сосуды, которые он называет трахеями, приравнивая их к дыхательным трубкам (трахеям) насекомых. Каждая из этих групп структурных элементов, говорит Мальпиги, «объединяется в растении в отдельные однородные по структуре части тела растения» , которые он называет «тканями».

Слово «ткань» подчеркивало сходство внутреннего строения растений со структурой льняных и шерстяных тканей. В признании этого сходства Мальпиги вполне соглашался с Грю.

Работая совершенно самостоятельно, оба исследователя пришли к весьма сходным результатам. Они произвели первое в истории науки систематическое исследование внутренней структуры растений, поэтому им вполне заслуженно присвоено звание «отцов» микроскопической анатомии растений. Приблизительно в одно и то же время оба исследователя представили свои доклады Лондонскому Королевскому обществу, и для их слушания было назначено одно общее заседание. Этот день, 29 декабря 1671 г., может считаться днем рождения анатомии растений.

Последующий XVIII в. стал эпохой иных запросов к естествознанию. Хозяйственная жизнь периода освоения колониальных районов настоятельно требовала от ботаники приведения в порядок того хаоса в названиях растений, который образовался из-за притока из захватываемых заокеанских стран все новых и новых видов растительного сырья. Поэтому внимание натуралистов сосредоточилось на создании рациональной системы классификации растительного мира. Изучение микроструктуры растительного организма отодвинулось на задний план.

На протяжении всего XVIII в. не было работ, подобных исследованиям Мальпиги и Грю. В некотором роде исключением стала работа Каспара Воль фа «Теория генерации» (1759). Часть этого труда была посвящена вопросу о развитии растений. Сама постановка проблемы генезиса растительных тканей была большим шагом вперед. Но разрешена она в этой работе была скорее умозрительно, чем путем точных наблюдений.

К.Вольф ошибочно считал, что растущая часть стебля, листа и корня состоит из гомогенной желатинообразной массы, в которой новые клетки возникают, «как пузырьки газа в поднимающемся при брожении тесте». Со временем эти пузырьки увеличиваются в объеме и числе, что и вызывает внешний эффект роста.

Эта теория, несмотря на чрезвычайно малую обоснованность, просуществовала довольно долго, и следы ее мы видим еще и на протяжении всей первой половины XIX в.

Начало XIX в. ознаменовалось целым рядом интересных ботанических работ, посвященных клетке. Три из них следует признать особо важными.

1. Открытие Л.Тревиранусом (1779–1864) способа образования сосудов из вертикальных рядов клеток, поперечные перегородки между которыми растворяются и исчезают, и весь вертикальный ряд клеток таким образом превращается в один полый сосуд.

2. Открытие Д.Мольденгауером (1766–1827) метода так называемой мацерации тканей путем обработки их горячей азотной кислотой и другими химическими реагентами, растворяющими межклеточное вещество, в результате чего вся ткань распадается на отдельные составлявшие ее клетки.

3. Открытие Р.Броуном (1773–1858) ядра клетки (1831), заставившее исследователей начать присматриваться к содержимому клетки. Прежде их исключительное внимание было обращено только на ее оболочку.

Так, к 1830-м гг. выяснилось, что классификация Грю и Мальпиги, подразделявшая все внутренние структурные элементы растительного организма на три группы образований – пузырьки, волокна и сосуды, – не отвечает действительности. Волокна и сосуды оказались также клеточными образованиями, паренхима перестала быть «кружевом» Грю, или «пивной пеной», она под действием кислот распалась на отдельные клетки, а значит, и сам термин «ткань» стал очень условным.

Ткани растений на самом деле оказались совсем не похожими на льняные и шерстяные ткани или кружева, связанные из отдельных тяжей и нитей. Этот зрительный эффект возникал благодаря плотному соединению стенок смежных клеток, каждая из которых на самом деле была достаточно индивидуальной, связанной с соседними клетками растворимым межклеточным веществом. Все образования в организме растения сводились к основной форме – клетке. Клетка стала единственным элементом внутренней структуры растений. Такие выводы прозвучали в работах П.Тюрпена (1775–1840), писавшего в 1828 г.: «Растение есть сложная индивидуальность; это – в некотором роде агрегат, состоящий из массы частных индивидуальностей, более мелких и более простых. Каждый из пузырьков сферической формы или становящийся иногда от взаимного давления гексаэдрическим, из которых составлена клеточная ткань, живет, растет и размножается, нисколько не заботясь о том, что делает его сосед: это, следовательно, самостоятельный жизненный центр в процессах роста и размножения, это – ячеистая индивидуальность, ассоциация которой с большим числом подобных же индивидуальностей и составляет наибольшую часть массы, из коей образована сложная индивидуальность дерева».

Приблизительно к таким же выводам, но в отношении структуры животного организма, пришел в начале XIX в. и натурфилософ Л.Окен (1779–1851), полагавший, что «все тело животных состоит из маленьких составных частей, называемых инфузориями» . Но взгляд этот, казавшийся не вполне обоснованным, не оставил заметного следа в науке того времени. Наконец, идею единства клеточной структуры для мира животных и растений высказал в 1837 г. чешский физиолог Я.Пуркинье (1787–1869). Он отметил соответствие зернистой (клеточной) структуры органов животных ясному расчленению на клетки тела растений.

Таким образом, к концу 30-х гг. XIX в., когда на арену истории науки выступили творцы клеточной теории М.Шлейден (1804–1881) и Т.Шванн (1810–1882), представления о клеточной структуре организмов растительного и животного мира были не только подготовлены, но в значительной своей части и разработаны.

В чем же тогда заключается историческая роль основателей клеточной теории?

В работах Шлейдена «Материалы к развитию растений» и Шванна «Микроскопические исследования над единством структуры и роста у животных и растений» впервые показано и доказано не только то, что все живое состоит из клеток, но и самое главное, что все живое во всем его многообразии происходит (развивается) из клетки. Ни Вольфу, ни Пуркинье не удалось разгадать этой истины, и они оба представляли себе процесс развития клеток как появление пузырьков в недифференцированной живой массе, подобной тесту.

Но и Шлейден, конечно, ошибался во многом. Например, о содержимом клеток он имел недостаточные и неправильные представления. Он думал, что клеточное ядро находится между листками двойной клеточной оболочки, и не мог разобраться в веществе, находящемся внутри клетки. Наблюдая цитоплазму, он не понял, что она-то, собственно, и является субстратом жизненных явлений. Он считал ее камедью и допускал возникновение в ней слизистых зерен, превращающихся в ядрышки и клеточные ядра – цитобласты, вокруг которых должна будто бы возникнуть новая клетка. Шлейден проглядел или игнорировал имевшиеся уже в то время в науке указания на процессы, связанные с делением клеток.

От конкретных форм, в которых и Шлейден, и Шванн представляли себе процесс развития растений и животных, в настоящее время мало что осталось. Но основная идея клеточного учения в формулировке Шлейдена и Шванна, что «все живые существа ведут свое происхождение от одной клетки, и на ранней стадии своего развития зародыш состоит действительно только из клетки», и поныне сохранила свою силу.

Основным недостатком учения Шлейдена и Шванна было чрезмерное внимание к клеточной оболочке и игнорирование живого содержимого клетки (Шванн видел оболочки животных клеток даже там, где их не было).

Важность живого содержимого клетки, названного протоплазмой, впервые разъяснил Гуго Моль (1805–1872) в статье «О движении соков внутри клеток», вышедшей в свет в 1846 г.

«При ряде наблюдений по истории развития растительных клеток, которые я произвел минувшим летом, и результаты которых, если они будут подтверждены последующими наблюдениями, я намерен опубликовать позднее, я обратил внимание на явления, обнаруживаемые азотсодержащими составными частями клеточного содержимого... Так как эта вязкая жидкость появляется везде, где должны образоваться клетки, предшествуя первым плотным образованиям, обозначающим место развития будущих клеток, мы должны признать, что она же дает материал для образования ядра и первичной клеточной оболочки, причем эти образования не только стоят с ней в теснейшей связи по положению, но обнаруживают одинаковую реакцию на йод. Так как с обособлением участков этой вязкой жидкости начинается процесс возникновения новых клеток, то представляется вполне правильным для обозначения этого вещества воспользоваться наименованием, имеющим отношение к его физиологической функции, и я предлагаю для этого слово протоплазма.

…Чем старше клетка, тем больше увеличиваются в ней, по сравнению с массой протоплазмы, наполненные водянистым соком полости. Вследствие этого упомянутые полости сливаются между собой, и вязкая жидкость вместо сплошных перегородок образует лишь более или менее толстые нити, которые расходятся от массы, окружающей ядро, наподобие атмосферы, по направлению к клеточной стенке, перегибаются здесь, соединяются с другими нитями, тянущимися в обратном направлении, и таким путем образуют более или менее густо разветвляющуюся анастомозирующую сеть… Когда протоплазма образует подобные нити, то почти всегда можно наблюдать движение соков».

После этого исследования, отнявшего у клеточной оболочки растительной клетки ее внутренний слой, оказавшийся живым слоем протоплазмы, содержащим и ядро клетки, очевидно, должны были измениться и взгляды на процесс размножения клеток, который Шлейден представлял себе как «процесс, совершающийся внутри оболочки клетки».

Правильными представлениями о процессе размножения клеток мы обязаны ботанику Ф.Унгеру (1800–1870), наблюдавшему в 1841 г. процесс деления клеток в молодых нарастающих органах растения, а также образцовым исследованиям процессов роста (главным образом у низших растений), предпринятым К.Негели (1817–1891). В 1842–1844 гг. Негели изложил результаты своих работ в статье «Клеточные ядра, образование и рост клеток у растений»:

«Для растений имеет силу следующий закон: нормальное образование клеток происходит только внутри клеток… Содержимое материнской клетки делится на две или большее число частей. Около каждой из этих частей образуется оболочка.

…На основании многочисленных исследований над водорослями, грибами, хвощами, сосудистыми тайнобрачными и явнобрачными растениями я считаю себя вправе установить как общий закон, что здесь, в материнской клетке, образуются две дочерние клетки, или, другими словами, одна клетка делится на две. Противоположные мнения и утверждения я считаю ошибочными».

Весьма сложные процессы равномерного распределения ядерного вещества, наблюдаемые при делении клеток у высших растений, ускользнули от внимания первых исследователей, и честь этого замечательного открытия (1874), нередко ошибочно приписываемого немецким ученым Э.Страсбургеру и В.Флеммингу, принадлежит русскому ученому И.Д. Чистякову (1843–1876). История этого забытого в научной литературе открытия заслуживает того, чтобы на ней мы остановились подробнее.

Молодой русский ботаник Иван Дорофеевич Чистяков, выбившийся из нищеты, но из-за постоянных лишений «заработавший» к тридцати годам чахотку, посвятил свои последние годы разгадке роли ядра в процессе деления клетки. Не щадя сил, он месяцами просиживал над микроскопом, изучая процесс развития спор хвощей и плаунов.

Замечательная картина раскрылась перед ним. Материнские клетки спор перед созреванием начинали усиленно делиться. При этом контуры ядра клетки исчезали, а вещество, заключенное в клеточном ядре и названное позднее хроматином (по способности сильно окрашиваться анилиновыми красками), претерпевало ряд сложных изменений: сначала оно свертывалось в клубок, напоминающий клубок ниток, затем свернутая клубком нить разбивалась на отдельные червеобразно или подковообразно согнутые отрезки; эти отрезки плоским слоем в виде пояса собирались посредине делящейся клетки. Здесь каждая подковка хроматинового вещества аккуратно по длине расщеплялась на две подковки, которые и расходились к противоположным концам клетки. Затем происходило сворачивание обеих разошедшихся групп подковок в клубки, и на двух противоположных концах делящейся клетки образовывалось сначала по клубку, а затем по новому дочернему ядру. Наконец, посредине клетки возникала перегородка, и материнская клетка оказывалась разделившейся на две дочерние клетки.

Превозмогая болезнь, Чистяков много раз повторяет свои наблюдения. Слабеющей рукой делает он записи в тетрадь и зарисовки увиденного. В 1871 г. в типографии А.И. Мамонтова он издает свой труд «История развития спорангиев и спор высших тайнобрачных пыльников и пыльцы явнобрачных: анатомико-физиологическое исследование», а затем публикует свое открытие в 1874 и 1875 гг. в европейских ботанических журналах на итальянском и немецком языках, и оно становится достоянием всего ученого мира. Известный немецкий ученый Э.Страсбургер (1844–1912) понял, что его русский коллега разгадал загадку, над которой столько лет бился он сам. Это аккуратное расщепление подковок хроматинового вещества, которое предшествует делению клетки, это расхождение расщепившихся половинок к противоположным концам клетки Страсбургер истолковал как процесс, с которым связана наследственная передача дочерним клеткам особенностей материнской клетки. Страсбургер, оценивший громадное значение описанного Чистяковым факта, пытался приписать себе приоритет этого открытия, но печатные работы Чистякова сохранили за последним честь первенства. Впрочем, и эта честь, и денежная помощь, и отправка для лечения в Италию – все оказалось сильно запоздавшим, и через год после публикации работ на 34-м году жизни Чистяков умер.

В.Флемминг (1843–1905) только в 1878 г., через четыре года после Чистякова, произвел точные наблюдения открытого русским ученым явления, детально описал его и назвал кариокинезом. Флеммингу принадлежала и идея назвать ядерное вещество, претерпевающее изменения в процессе кариокинеза, хроматином.

Исследования Чистякова продолжил другой русский ученый – В.И. Беляев (1855–1911), избравший объектом своих наблюдений клетки пыльцы голосеменных растений. Он открыл явление так называемого редукционного деления, которое имеет место при созревании мужских и женских половых клеток и заключается в том, что число хромосом в каждой из созревающих половых клеток становится вдвое меньше, чем число хромосом в других клетках тела растения. Таким образом, в каждой из зрелых половых клеток, и мужской, и женской, к моменту созревания сохраняется лишь половинное число хромосом. В процессе оплодотворения при слиянии двух клеток, мужской и женской, вновь получается нормальное число хромосом, которое материнская клетка передает всем образующимся из нее клеткам тела нового растения.

Открытие Беляева стало одним из основных аргументов в обосновании учения о связи хромосом с процессом наследственной передачи особенностей родительских клеток дочерним. Попарное соединение при оплодотворении хромосом мужской и женской половых клеток наглядно объясняло, почему потомки соединяют в себе наследственные особенности обоих родителей. В свете учения о редукционном делении и о хромосомах стали понятны многие неясные до того времени явления, сопровождающие передачу по наследству прирожденных свойств и признаков у растений и животных.

Экспериментальное выяснение роли ядра в клетке было впервые проведено в 1890-х гг. русским ботаником И.И. Герасимовым (1867–1920). Экспериментируя с водорослью спирогирой, он получал безъядерные и двуядерные клетки. Клетки без ядра не могли существовать долго, наличие двух ядер вызывало усиленное развитие и деление клеток.

Славу русских исследователей-цитологов продолжили и донесли до наших дней работы С.Г. Навашина (1857–1930) и его многочисленных учеников. Работы Навашина стали новой эпохой в изучении клеточного ядра. Им сделан ряд крупных открытий, например открытие спутников хромосом.

В 1870-е гг. появился ряд псевдонаучных теорий – возникла тенденция к превращению учения о клетке в теорию структурных элементов взрослого организма. Большое распространение получило грубое механистическое толкование, согласно которому клетки – это «отдельные, не зависимые друг от друга кирпичики», из которых слагается «сложная архитектура растения». Так считал, например, Рудольф Вирхов (1821–1902), выдающийся немецкий патолог.

Видный ботаник и микробиолог Ф.Кон (1828–1898) в своем двухтомном труде «Растение» одну из глав назвал «Государство клеток». В ней он приравнивал сучья дерева к провинциям, листья – к общинам, а клетки – к личностям отдельных граждан. Прорастание, цветение и плодоношение он трактовал как государственные функции, а вегетативное размножение – как возникновение автономных колоний.

Еще дальше по пути подобных аналогий пошел известный немецкий физиолог М.Ферворн (1863–1921), приравнявший «государственное клеточное устройство» растительного организма к республике, в противоположность «более высокой организации животных» с их центральной нервной системой, напоминавшей милые его сердцу «черты монархического клеточного устройства». Ферворн считал, что всю физиологию можно свести к физиологии клетки, и пытался все сложные физиологические процессы у многоклеточных живых существ объяснять простым суммированием того, что можно наблюдать у амеб и инфузорий.

Все эти теории грубо схематизировали строение организма, пытались свести все происходящие в нем жизненные явления к простой арифметической сумме жизней отдельных частиц – «клеточных индивидуальностей». Естественной реакцией на крайности механицизма и вульгаризации в области учения о клетке стали выступления отдельных ученых, доказывавших неправильность абсолютизации роли клетки в организме и невозможность сведения жизни организма как целого к сумме жизней составляющих его отдельных клеток.

Крупнейшим поворотным событием в науке явилось открытие в 1877 г. русским ученым И.Н. Горожанкиным (1848–1904) плазмодесм, или тонких нитей протоплазмы, соединяющих через поры содержимое соседних клеток. Плазмодесмы как бы связывают содержимое отдельных клеток растительной ткани в одно целое. Это важное открытие побудило ряд европейских ученых, в частности немецкого ученого М.Гейденгайна , высказать соображения о том, что «понятие живого вещества гораздо шире понятия клетки и во всяком случае не совпадает с ним» (1912). Гейденгайн признал живым и межклеточное вещество.

Если механисты – последователи Р.Вирхова – изображали организм сложносоставным, то критики клеточной теории в пылу полемики ударились в другую крайность и пытались представить его простым, подобно сплошному плазмодию. При этом игнорировалось то обстоятельство, что многоклеточный организм развивается из одной клетки путем деления, повторяя тысячелетние этапы эволюции органического мира.

Любопытно в связи с оппозиционными высказываниями «антицеллюляристов», считавшимися одно время ультрареволюционными, привести историческую справку.

Самые ранние выступления противников клеточной теории в России были проникнуты явно реакционным духом. В 1901 г. на Х съезде русских естествоиспытателей и врачей с речью выступил товарищ министра народного просвещения Лукьянов, который ранее заведовал кафедрой патологической анатомии в одном из высших учебных заведений и считался специалистом в области гистологии. Свою речь на съезде он начал с вопроса о живом межклеточном веществе, наличие которого якобы опровергает клеточную теорию; закончил же ее указанием на «непостижимость тайн жизни» и призывом к союзу науки с религией. Профессор Петербургского университета В.Шимкевич, сидевший за столом президиума съезда, по окончании этой речи демонстративно встал и перекрестился, сказав вслух: «Миром Господу помолимся».

Основным в учении о клетке, следуя завету Шлейдена и Шванна, теперь считают генетическую сторону и рассматривают клетку как биологическую единицу размножения и дифференциации разнообразных тканей организма. Новая концепция учения о клетке обогатилась громадной суммой новых, добытых наукой данных. Однако и теперь, так же как более 100 лет назад, учение о клетке является отправным пунктом при изучении всякого организма, в том числе и организма растений.

Клетка.

Клетка - это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом. Клетка - самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров. Это определение дает описание основных свойств «живого» - воспроизведение подобного себе из неподобного себе.

История микроскопической техники.

Невозможно точно определить, кто изобрёл микроскоп. По одной версии, изобретатели микроскопа - голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен в 1590, но это было заявление самого Захария Янсена в середине XVII века. Дата не точна, так как оказалось, что Захария родился около 1590 г. По другой версии, первый микроскоп изобрел Галилео Галилей в 1608-1609. Он разработал «оккиолино» - или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами.

1600- Кристиан Гюйгенс изобрел простую двулинзовую систему окуляров, которая ахроматически регулировалась.

1608 – 1609 Галилео Гилилей изобрел телескоп с выпуклым объективом.

1625 – М. Адамс ввел термин «микроскоп».

1632 – Антон Ван Левенгук считается первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, изготовленные вручную, микроскопы Ван Левенгука представляли собой очень небольшие изделия с одной очень сильной линзой. Они были неудобны в использовании, однако позволяли очень детально рассматривать изображения.

2006 - Немецкие ученые Штефан Хелль и Мариано Босси разработали оптический микроскоп под названием Наноскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 10 нм и получать высококачественные трехмерные 3D изображения

Первые микроскописты.

Роберт Гук . Результаты своих микроскопических исследования он опубликовал в 1665 г в монографии"Микрография или физиологическое описание мельчайших тел, исследованных при помощи микроскопа". Гук изучал в числе многих других обьектов и тонкие срезы растений. Изучая срезы пробки Гук обнаружил замкнутые пузырьки - ячейки и назвал их "клетками".

Антон-Ван-Левенгук. Он открыл мир микроскопических животных - инфузорий, впервые описал эритроциты и сперматозоиды.
Каспар Фридрих Вольф - в 1759 г в диссертации "Теория происхождения" впервые попытался обьяснить возникновение новых растительных клеток при росте. Считал, что из уже имеющихся клеток-мешочков выдавливается жидкое вещество в виде капельки, поверхность капли затвердевает и капля превращается в новую клетку-мешочек.
Ксавье Биша - еще в 1801 г дал классификацию тканей на макроскопическом уровне - выделял 21 тканей; органы образуются путем комбинации различных тканей.
Ян Пуркинье и его школа в 1830-45 г использовали окраску, просветление срезов бальзамом, создали микротом; все это позволило изучать клетки животных тканей под микроскопом.
Нем. ученые Лейдиг и Келликер в 1835-37 г попытались создать первую микроскопическую классификацию тканей.
Матиас Шлейден в 1838 г создал теорию цитогенеза.
Теодор Шванн в 1839 г основываясь на теории цитогенеза Шлейдена создал клеточную теорию.
Рудольф Вирхов - оказал большое влияние на дальнейшее развитие клеточной теории и вообще на учение о клетке.
Э.Страсбургер (1884) выдвинул гипотезу о значении ядра как носителя наследственных свойств. Предложил термины профаза, метафаза,анафаза, гаплоидное и диплоидное число хромосом - т.е. изучал процесс митоза.
Ковалевский - один из основоположников сравнительной эмбриологии, экспериментальной и эволюционной гистологии; установил единый план развития многоклеточных; обосновал теорию зародышевых листков, как образований лежащих в основе единства развития всех млекопитающих.
Заварзин - предложил теорию "параллельных рядов в тканевой эволюции" - эволюция тканей у разных типов и классов животных происходит сходно, параллельными рядами, поэтому у разных животных ткани с родственными функциями имеют сходное строение.
Хлопин - создал теорию "дивергентной эволюции тканей" - ткани развиваются в эволюции и онтогенезе дивергентно, путем расхождения признаков. Поэтому в каждой из 4-х основных группах тканей предлагается выделить подгруппы или типы тканей по их происхождению, источнику развития.

Описание растительной клетки и ткани Р.Гуком (1665), М.Мальпиги (1671) и Н.Грю (1671).

В 1665 году англичанин Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп и, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, стал рассматривать тонкие срезы пробки. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками. Таким образом, он установил клеточное строение тканей. В 1671 году Мальпиги и Грю одновременно и независимо друг от друга подтвердили открытие Гука, показав, что растения состоят из тесно расположенных «пузырьков» или «мешочков». Свой труд Мальпиги назвал «Обзором анатомии растений», а Грю - «Началом анатомии растений». Величайшая заслуга этих ученых в том, что они основали учение об анатомии растений, хотя Роберт Гук еще в 1667 г. указывал на клетчатое строение некоторых частей растений. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». Мальпиги и Грю сформулировали первую пенисто-ячеистую клеточную теорию: как пена состоит из пузырьков, так и ткань состоит из пузырьков-клеток. Клетка рассматривалась как элемент, как составная часть ткани. Клетки разделены между собой общими перегородками и поэтому не могут быть мыслимы вне ткани, вне организма. После исследований Гука, Мальпиги и Грю факт существования клеток-ячеек в растительных клетках не вызывал сомнений, однако должного значения этому факту не придавалось. Т. е. роль клетки как основной структурной единицы всех живых организмов еще не была осознана. Первые ученые-цитологи придавали большое значение строению клеточной оболочки, недооценивая значение содержимого клетки - протопласта. Эти ошибочные представления господствовали в биологии на протяжении почти полутораста лет. Между тем развитие учения о клетке прогрессировало по мере совершенствования строения микроскопа, у которого вначале появился штатив с подвижным тубусом, затем осветительное зеркало и ахроматическая линза – сложная линза, состоящая из рассеивающей и собирающей линз.

Марчелло в 1653 году защитил диссертацию на степень доктора медицины. Спустя три года ему поручили чтение лекций по медицине в Болонской высшей школе (Archiginnasio), но его враги и завистники, одним из которых был профессор теоретической медицины Монтальбани, до того отравляли ему жизнь своими преследованиями, что он охотно принял предложение герцога Тосканского Фердинанда II занять вновь учрежденную кафедру теоретической медицины в Пизе. В конце 1656 года экстраординарный профессор Мальпиги приступает к чтению лекций.
В доме профессора математики Альфонсо Борелли, с которым сблизился Мальпиги, анатомы производили вскрытия животных. Великий герцог Тосканский Фердинанд и принц Леопольд присутствовали при анатомических вскрытиях и вообще относились к происходящему в кружке с живейшим интересом. В дальнейшем они приглашали ученых во дворец для демонстраций. Благодаря интересу правящих лиц к анатомии и физиологии, в 1657 году возникла Экспериментальная академия, основанная принцем Леопольдом и приобретшая впоследствии большую известность. В этот период Мальпиги ведет исследования над природой крови, пишет работы о моче, о действии слабительных, о пищеварении. Однако работа его прерывается известием о распре, разгоревшейся между его братом Бартоломео и соседним семейством Сбаралья, владения которого граничили с землями семейства Мальпиги в Кревалькоре. Этой сваре, сделавшейся хронической и принявшей весьма резкие формы, суждено будет часто вторгаться в жизнь ученого. Отчасти по нездоровью, частично из желания быть поближе к своему дому и родне Мальпиги получает разрешение у великого герцога возвратиться в Болонью. Здесь он снова занимает в университете профессорскую кафедру.
Научные достижения доктора Мальпиги огромны. Он был первым ученым, который занимался систематическими и целенаправленными микроскопическими исследованиями. Это позволило ему сделать ряд важных открытий. Так, в 1660 году он описал альвеолярное строение легких у лягушки и кровяные тельца у ежа. Занимаясь ботаникой, Мальпиги описал воздухоносные трубки (1662) и сосуды (1671) у растений, опубликовал капитальный труд «Анатомия растений» (двухтомник, 1675-1679). Именем Мальпиги названо семейство двудольных свободнолепестковых растений (Malpigiaceae). Важнейшей заслугой Мальпиги, конечно, является открытие капиллярного кровообращения (объектом исследования был мочевой пузырь лягушки), дополнившее теорию кровообращения Гарвея. Мальпиги пользовался микроскопом, поэтому обнаружил то, чего не мог видеть Гарвей. Спустя четыре года после смерти Гарвея, то есть в 1661 году, Мальпиги опубликовал результаты наблюдений над строением легкого, и впервые дал описание капиллярных кровеносных сосудов, соединяющих артерии с венами. Таким образом, была раскрыта последняя тайна системы кровообращения. Марчелло Мальпиги подробно описал строение легкого, указав, что оно состоит из бесчисленного количества мелких пузырьков, опутанных сетью капиллярных кровеносных сосудов. Однако ученый не смог установить, в чем заключается роль легких в организме животного и человека. Тем не менее, он категорически опроверг теорию Галена об охлаждении крови; однако высказанное им мнение, что кровь в легких перемешивается, тоже было не верно. Открытие капиллярных кровеносных сосудов и описание строения легких не единственная заслуга Мальпиги. Он дал подробное описание строения почек, в которых обнаружил клубочки, названные впоследствии мальпигиевыми тельцами:

1. в почках человека и позвоночных животных (за исключением некоторых рыб), клубочки артериальных капилляров, в которых фильтруется жидкость из крови в мочевые канальцы;
2. в ретикулярной ткани селезенки лимфоидные узелки, в которых образуются лимфоциты.

По данным http://www.tonnel.ru

С именем этого выдающегося биолога и врача связан важный период микроскопических исследований анатомии животных и растений. Изобретение и усовершенствование микроскопа позволило ученым открыть мир чрезвычайно мелких существ, совершенно не похожих на тех, которые видны невооруженным глазом.

Получив микроскоп, Мальпиги сделал ряд важнейших биологических открытий. Сначала он рассматривал все, что попадало под руку: насекомых, легкие лягушки, кровяные тельца, капиллярные сосуды, кожу, печень, селезенку, растительные ткани. В исследовании этих предметов он достиг такого совершенства, что стал одним из создателей микроскопной анатомии. Мальпиги первым употребил микроскоп для исследования кровообращения.

Используя 180-кратное увеличение, Мальпиги сделал открытие в теории кровообращения: разглядывая препарат легкого лягушки под микроскопом, он заметил пузырьки воздуха, окруженные пленкой, и мелкие кровеносные сосуды, увидел разветвленную сеть капиллярных сосудов, соединявших артерии с венами (1661 г.). На протяжении последующих шести лет Мальпиги сделал наблюдения, которые описал в научных трудах, принесших ему славу великого ученого. Сообщения Мальпиги о строении мозга, языка, сетчатки, нервов, селезенки, печени, кожи и о развитии зародыша в курином яйце, а также об анатомическом строении растений свидетельствуют о весьма тщательных наблюдениях.

Мальпиги установил, что воздух необходим для прорастания семян, хотя сам процесс дыхания и газообмена в живом организме был правильно разъяснен только в конце XVIII в. Мальпиги был принят в члены знаменитого Королевского научного общества в Лондоне.

Генрих Ольденбургский - многолетний секретарь Королевского общества - предложил Мальпиги написать монографию об анатомии шелковичного червя. Ученый с радостью согласился и через два года представил работу, содержавшую подробное описание и рисунки строения тела насекомого. Впервые перед человеческими глазами предстали образцы, которые до сих пор можно было видеть только с помощью увеличительных стекол. С того времени вся жизнь Мальпиги стала протекать у микроскопа.

На протяжении 30 лет ученый путешествовал из Пизы в Болонью, из Болоньи в Мессину и Рим, никогда не расставаясь с микроскопом, которым ученый владел столь совершенно, что заслужил у современников почетный титул мастера микроскопной техники. Он был не только выдающимся, способным и всесторонним наблюдателем, но и внимательным экспериментатором, искусным конструктором. В своих работах Мальпиги широко применял метод зарисовки микроскопических препаратов.

При микроскопическом исследовании строения животных и растений он применял специальные методы препарирования тканей (мацерацию, кипячение, инъекцию соответствующих химических средств и т. п.). Велики заслуги Мальпиги в области микроскопной анатомии растений. Он сделал множество важных открытий, которые опубликовал в своем труде "Анатомия растений". Его именем названо семейство двудольных свободно-лепестковых растений (Malpighiaceae) и один из видов тропических деревьев и кустарников (Malpighia). Некоторые открытия Мальпиги в зоологии получили его имя, например: мальпигиевые тельца - клубочки кровеносных капилляров, образующие утолщения внутри почечных канальцев, и клубочки тканей вокруг центральных артерий, образующих белое тело селезенки, мальпигиев слой размножения кожицы, или мальпигиевы сосуды - трубчатые выделительные органы насекомых и пр.

Существенная черта научных достижений Мальпиги заключается не только в его неисчерпаемой изобретательности и всесторонности научных интересов, но и в подходе к проблеме, которая заключалась в систематическом, подробном экспериментальном изучении всех сторон исследуемого предмета. Мальпиги объединял в себе исключительное трудолюбие ученого, талант экспериментатора и острую наблюдательность первооткрывателя природы.

Марчелло Мальпиги родился 10 марта 1628 г. в Италии в городе Кревалькоре; физику и биологию изучал в Болонском университете, в 1662-1691 гг. был профессором в Болонье, Пизе и Мессине; конец жизни провел в Риме в качестве придворного врача папы Иннокентия XII; умер в Риме 29 ноября 1694 г., причем накануне смерти продиктовал и подписал сообщение об анатомическом строении орлиного уха.