Том Джексон - Взламывая биологию

Маттиас Шлейден преподавал ботанику в Йенском университете в Германии.

Считают, что принципы клеточной теории сформулировали двое ученых. В 1838 г. немецкий ботаник Маттиас Шлейден опубликовал «Данные о фитогенезисе», основанные на исследовании растений под микроскопом. Шлейден предположил, что все части растений состоят из клеток. Он также указал на важность ядра в делении клетки и признал, что новые клетки растений формируются из ядер старых.

1. Все живые организмы состоят из одной или более клеток.

2. Клетка – это базовая единица строения и функционирования организма.

3. Клетки появляются из уже существующих клеток.

В 1830-х гг. немецкий физиолог Теодор Шванн работал с тканями животных, в том числе нервными клетками: он рассматривал их под микроскопом и описывал свойства. Одажды двое ученых встретились, чтобы обсудить свою работу, и Шлейден рассказал о роли ядра в делении клетки. Шванн сразу же вспомнил о похожих структурах в клетках животных и осознал связь между ними. В 1839 г. Шванн опубликовал книгу «Микроскопические исследования», в которой утверждал: «Все живые существа состоят из клеток и продуктов клеток». Двое ученых таким образом выдвинули клеточную теорию и сформулировали два из трех основных ее принципов: 1) все живые организмы состоят из одной или более клеток; 2) клетка – это базовая единица строения и функционирования организма.

Основываясь на работе Шлейдена и Шванна, немецкий ученый Рудольф Вирхов пополнил список принципов клеточной теории, постулировав: клетки происходят из уже существующих клеток. Этот вывод приписывают Вирхову, но он опирался на опыты немецкого биолога Роберта Ремака, который наблюдал деление клетки в оплодотворенных икринках лягушки.

На иллюстрации показана структура типичной клетки растения. В отличие от клеток животных, клетки растений имеют стенки, хлоропласты и вакуоли.

На иллюстрации показано строение типичной клетки животного. Внутри мембраны находится водянистая жидкость – цитоплазма. Ядро в центре клетки состоит из генетического материала в виде ДНК. В числе прочих структур – органеллы: митохондии, производящие энергию, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, производящие и транспортирующие питательные вещества.

У клеток животных и растений много общих свойств. И у тех, и у других есть ядро, содержащее генетический материал и контролирующее все процессы. Есть и клеточные мембраны, которые регулируют движение воды и растворенных химических веществ внутрь клетки и из нее. Мембрана удерживает жидкую цитоплазму. По сравнению с клетками животных, клетки растений содержат ряд уникальных структур. В частности, клеточные стенки, сформированные из волокон целлюлозы. Это укрепляет и позволяет держаться вместе как кирпичики в стене. Клетки растений также имеют вакуоли – емкости для для воды. Клетки в зеленых частях растений содержат хлоропласт. Внутри этих образований есть зеленый пигмент хлорофилл, поглощающий энергию солнечного света и производящий питательные вещества в ходе фотосинтеза.

Клетки имеют общие характеристики, но есть и такие, которые наделены специальными функциями. Хороший пример – это красные кровяные тельца. Свой цвет они приобретают благодаря присутствию гемоглобина – молекулы, которая распространяет по телу кислород. У нервных клеток совершенно другая структура: они напоминают проволоку для передачи электрических сигналов, а клетки костей окружены сетью кристаллов фосфата кальция, которые придают им прочность. Все они рождаются из неспециализированных стволовых клеток, способных трансформироваться или видоизменяться в любой тип клеток, необходимый телу.

Теодор Шванн разработал базовый принцип клеточной теории: все живые существа состоят из клеток. Предложенная им классификация клеток разных видов заложила основы современной гистологии.

Рисунки клеток Вирхова, подготовленные для цикла лекций в 1858 г.

Этот мускулистый орган перекачивает кровь по телу. Его приводит в действие сердечная мышца, которая заставляет его биться от зачатия до смерти. Как правило, она сокращается около 100 000 раз каждый день.

В человеческом сердце четыре камеры: два предсердия и два желудочка. В левую сторону сердца поступает насыщенная кислородом кровь из легких, оттуда она перекачивается во все части тела, поскольку кислород используется в клеточном дыхании. Правая сторона получает обедненную кислородом кровь со всего тела и перекачивает в легкие, чтобы снова наполнить кислородом. Две части сердца разделены внутренней перегородкой. Строение сердца и циркуляцию крови по организму изучал английский анатом Уильям Гарвей, а чешский физиолог Ян Эвангелиста Пуркинье открыл волокнистые ткани (сегодня они называются волокнами Пуркинье), проводящие к желудочкам сердца электрические импульсы. Импульсы обеспечивают синхронное сокращение – так становится возможным комплексный сердечный ритм.

Схема 1881 г. показывает основные кровеносные сосуды и камеры сердца.

В середине XIX в. Пуркинье был одним из самых известных в мире ученых. Он продемонстрировал роль волокон Пуркинье в сердце, а также открыл крупные нервные клетки (клетки Пуркинье) в коре мозжечка и ввел термины «плазма» – жидкая составляющая крови, – и «протоплазма» – содержимое клетки. Пуркинье также создал первое в мире отделение физиологии – в 1839 г. во Вроцлавском университете в Польше.

У человека два круга кровообращения. Малый (легочный) круг кровообращения переносит кровь к легким и от них, а по большому (системному) кругу кровообращения кровь поступает к остальным частям тела и возвращается от них. Правое предсердие получает кровь, лишенную кислорода, по двум крупным венам – нижней полой вене (идущей от нижней части тела) и верхней полой вене (от тела выше диафрагмы). От правого предсердия кровь поступает через трехстворчатый клапан в правый желудочек. Сердечные клапаны не позволяют крови течь в обратном направлении. От правого желудочка она перекачивается через клапан в ствол легочной артерии, которая разделяется на две артерии, отходящие от легких. В легких артерии разветвляются на все более мелкие кровеносные сосуды, которые собирают кислород из альвеол. Правый желудочек сокращается недостаточно сильно, чтобы обогащенная кислородом кровь разошлась из легких по всему организму, поэтому она возвращается к сердцу и получает новый импульс. Она проходит по четырем легочным венам – по две на каждое легкое – и входит в левое предсердие. Продолжая путь через двустворчатый клапан, кровь поступает к левому желудочку. Мышца, покрывающая эту камеру, толще, чем мышца правого желудочка, поскольку ей надлежит подавать кровь не только к легким, но и ко всем органам тела. От левого желудочка насыщенная кислородом кровь течет через клапан аорты и через аорту, самую крупную артерию в человеческом теле, покидает сердце.