Учебное пособие «История и методология биологии и биофизики»
Развитие цитологии в первой половине XX века
жүктеу/скачать 12.91 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Хромосомная теория наследственности
- Новые методы исследований
Развитие цитологии в первой половине XX векаК концу XIX и началу XX в. относится появление первых больших литературных сводок о клетке и ее роли в основных жизненных процессах. Это капитальный труд И. Деляжа «Структура протоплазмы, теории наследственности и важнейшие проблемы общей биологии» (1895), книга Э. Вильсона «Клетка и ее роль в развитии и наследственности» (1896), содержащая богатый цитологический материал, а также монографии А. Г. Гурвича «Морфология и биология клетки» (1904) и М. Гейденгайна «Плазма и клетка» (1907). Однако именно к концу XIX в. относится пробуждение интереса к клетке как самостоятельной единице, имеющей общебиологическое значение, так как, с одной стороны, обнаружилось, что клетки обладают рядом общих свойств независимо от их происхождения, а с другой стороны, выяснилось, что разные клетки в зависимости от выполняемой ими функции имеют неодинаковые строение и свойства. К углубленному изучению клетки, ее внутренних структур побуждали, в частности, интересы зарождавшейся генетики, искавшей конкретный материальный субстрат наследственности. Хромосомная теория наследственностиОгромное влияние на развитие цитологии оказало переоткрытие законов Менделя на рубеже XIX и XX веков. В 1900 г. независимо друг от друга, трое ботаников, К. Корренс в Германии, Г. де Фриз в Голландии и Э. Чермак в Австрии обнаружили в своих опытах закономерности, открытые ранее Менделем. Натолкнувшись на его работу, они вновь опубликовали ее в 1901 г. Эта публикация вызвала глубокий интерес к количественным закономерностям наследственности. К тому времени ученые уже обнаружили материальные структуры, роль и поведение которых, могли быть однозначно связаны с менделевскими закономерностями. Такую связь усмотрели в самом начале века 1903 г. В. Сэттон — молодой сотрудник известного американского цитолога Э. Вильсона. Каждая клетка имеет фиксированное число пар хромосом. Они способны передавать физические характеристики от клетки к клетке, поскольку при каждом клеточном делении число хромосом аккуратно сохраняется; каждая хромосома реплицируется для того, чтобы сформировать новую клетку. Гипотетические представления Менделя о наследственных факторах, о наличии одинарного набора факторов в гаметах и двойного — в зиготах получили обоснование в исследованиях хромосом. Т. Бовери (1902) представил доказательства в пользу участия хромосом в процессах наследственной передачи, показав, что нормальное развитие морского ежа возможно только при наличии всех хромосом. Указанием на тот, факт, что именно хромосомы наиболее вероятные переносчики наследственной информации, Сэттон и Бовери положили начало новому направлению генетики — хромосомной теории наследственности. 
Рис.4.4.4. Рисунок Томаса Моргана, объясняющий кроссинговер хромосом при мейозе Окончательно роль хромосом, как материальных носителей наследственности была доказана в 1911 году американцем Томасом Хантом Морганом. Морган работал с плодовыми мушками дрозофилами. Его наблюдения за кроссинговером при мейозе клеток дрозофилы, доказали, что те самые частицы наследственности, существование которых было предположено Грегором Менделем и которые Иогансен назвал генами (от греческого слова, означающего «дающий жизнь кому-то»), находятся в хромосомах. (Рис. 4.4.4). В то время индивидуальный ген, не мог быть увиден и зафиксирован; однако ученые работали с ним. Морган также сформулировал концепцию о линейном расположении единиц наследственности в хромосомах. Новые методы исследованийВ XIX веке в основном изучали мертвую клетку после ее фиксации и окраски. При этом удавалось описать ряд ее органоидов и структур, но более точное знание структуры и особенно функции органоидов клетки при таком методе исследования было недостижимо. Кроме того, отсутствовала уверенность, что наблюдаемые на препарате картины соответствуют прижизненным. Возникла необходимость, не отказываясь от этого пути исследования, совмещать его с наблюдением живой клетки. Систематическое изучение живых клеток началось только в начале XX века благодаря открытию возможности переживания клеток в культуре вне организма. Начало разработке метода культуры тканей вне организма было положено в 1907 американским учёным Р. Гаррисоном. На кусочках зачатка нервной системы лягушки, помещенных в каплю лимфы, он наблюдал переживание клеток в течение некоторого времени, и даже появление и рост у них нервных отростков. Интересные результаты были получены при сочетании этого метода с замедленной микрокиносъёмкой, что дало возможность видеть на экране медленные изменения в клетках, протекающие незаметно для глаза, ускоренными в десятки и сотни раз. В первые десятилетия XX века стали применять темнопольный конденсор, с помощью которого объекты под микроскопом исследовались при боковом освещении. Темнопольный микроскоп позволил изучать степень дисперсности и гидратации клеточных структур и обнаруживать некоторые структуры субмикроскопических размеров. Изобретение поляризационного микроскопа дало 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 флуоресцентная микроскопия. Разрабатываются новые методы цитохимического анализа, среди них — метод выявления дезоксирибонуклеиновой кислоты (немецкие учёные Р. Фёльген и Г. Розенбек, 1924). Создаются микроманипуляторы, с помощью которых можно производить над клетками разнообразные операции (инъекции в клетку веществ, извлечение и пересадку ядер, локальное повреждение клеточных структур и т.д.). Было предложено несколько весьма совершенных методов окрашивания клеточных гранул (митохондрий), в том числе суправитальное окрашивание янусом зеленым (Л. Михаэлис, 1900). В 1923 году Теодор Сведберг изготовил ультрацентрифугу для проведения исследований в коллоидной химии (Нобелевская премия, 1926). Клеточные гомогенаты, с которыми работали биохимики, также относятся к коллоидным растворам, и многие биологи сразу же стали использовать метод центрифугирования. Начиная с 1934 благодаря работам американских учёных Р. Уэнсли и М. Герр, использовавшим метод гомогенизации (размельчения) клеток и фракционного центрифугирования, началось извлечение из клеток отдельных компонентов и изучение их химического и ферментативного состава. Хотя метод дифференциального центрифугирования совершенствовался трудом большого числа ученых, ведущую роль принадлежит Альберу Клоду из Брюссельского университета, сделавшему свои открытия в 1940-ые годы. Суть метода проста. Клеточный гомогенат, представляющий собой смесь различных компонентов клетки, подвергался последовательному центрифугированию с увеличением числа оборотов. Таким образом, создавалась искусственная гравитация, под действием которой из коллоидного раствора последовательно осаждались все более легкие частицы. Ускорение, характеризующее вес частицы, стали измерять в единицах «сведберг» и обозначать буквой S. Вначале осаждались неразрушенные клетки. Жидкость переливалась в другой сосуд, и центрифугирование продолжалось таким же методом. Далее происходило последовательное выпадение в осадок крупных клеточных фрагментов. В 1941 появляется фазово-контрастный микроскоп, позволяющий различать бесцветные структуры, отличающиеся лишь оптической плотностью или толщиной. Последний метод оказался особенно ценным при изучении живых клеток жүктеу/скачать 12.91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|