Методические материалы Историко-логический подход к изучению клеточной теории в разделе Общая биология

Историко-логический подход к изучению клеточной теории в курсе «Общая биология»1 Клеточная теория - исторически первая, с которой связано возникновение биологии как самостоятельной науки. Клеточная теория фиксирует основное противоречие клетки - способность быть одновременно и системой и элементом, целым и частью. На фундаменте этой теории выросла специальная наука - цитология.2 Цитология – наука, изучающая строение, функции и эволюцию клеток (от греч. kytos – клетка, каморка).Мельчайшие структуры всех живых организмов, способные к самовоспроизведению, называются клетками.Представление о том, что клетка – что клетка это структурная и функциональная единица всех живых организмов, известное как “Клеточная теория”, сложилась постепенно в XIX веке. 3 Рождение клеточной теории было подготовлено революцией в естественном историческом процессе. 4 Социальной основой развития естественных, в том числе и биологических наук, в XV – XVIII вв. явилось вызревание в рамках феодального общества новых, капиталистических общественных отношений. Буржуазии для развития ее промышленности нужна была наука, которая исследовала бы свойства физических тел и формы проявления сил природы. 5 Это была эпоха огромного культурного подъема, характеризовавшаяся бурным развитием науки, философии, литературы, искусства развитием, происходившим в напряженной борьбе старого и нового во всех областях духовной жизни человечества. 6 “Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености. … исследование природы совершалось тогда в обстановке всеобщей революции, будучи само насквозь революционно: ведь оно должно было еще завоевать себе право на существование”.Ф. Энгельс7 Развитию биологических наук в то время способствовали, во-первых, использование изобретенных в ту эпоху приборов (микроскоп, термометр, барометр и т.д.), во-вторых, многочисленные путешествия, которые увеличили объем не только географических, но и биологических знаний.8 Клетка – это удивительный и загадочный мир, который существует в каждом организме. Но в тайны клеточного строения человек смог проникнуть только благодаря изобретению микроскопа.Увеличивающие стекла были известны еще в античные времена. Им на смену приходят увеличительные приборы, которые позволили проникнуть в микромир.9 Этапы развития клеточной теории10 Заполните таблицу «История создания клеточной теории» {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}Этап Год Ученый Вклад в развитие клеточной теории11 Невозможно точно определить, кто изобрёл составной микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янссен и его сын Захария Янссен изобрели первый микроскоп в 1590, но это было заявление самого Захария Янссена в середине XVII века. 12 Корнелиус Дреббель (1572 – 1634) создал на основе микроскопа Янсенов так называемый сложный микроскоп, получивший распространение в Европе13 Роберт Гук в 1665 г. впервые описал строение коры пробкового дуба и стебля растений, ввел в науку термин “клетка”, для обозначения ячеек, мешочков, пузырьков, из которых они состояли.14 Микроскоп Роберта Гука15 Отсюда начинается понятие клетка – клеточное строение организмов. I Этап Зарождение понятий о клетке.Срез коры пробкового дуба, которую Гук рассматривал под микроскопом16 Несколько позже, в 1671–1682 гг., М. Мальпиги и Н. Грю описали микроструктуру некоторых органов растений. Н. Грю ввел в науку термин “ткань” для обозначения совокупности однородных клеток.С 1674 г. Марцелло Мальпиги положил начало микроскопической анатомии растений.Марчелло Мальпиги (1628―1694), итальянский врач, физиолог и анатом. 17 Антон ван Левенгук (нидерл. Antoni van Leeuwenhoek, 24 октября 1632, Делфт – 30 августа 1723 Делфт) – голландский натуралист, усовершенствовал микроскоп, основоположник научной микроскопии, член Лондонского королевского общества (с 1680 года), впервые в истории с помощью своего микроскопа наблюдал микроскопическое строение различных форм живых организмов.В период с 1632 по 1719 гг. он впервые открыл красные кровяные тельца, некоторых простейших животных, мужские половые клетки. Описания этих “анималькусов” (“зверушек”) снискали голландцу мировую известность, пробудили интерес к изучению живого микромира. 18 Сквозь волшебный прибор ЛевенгукаНа поверхности капли водыОбнаружила наша наукаУдивительной жизни следы.Государство смертей и рождений, Нескончаемой цепи звено —В этом мире чудесных творений Сколь ничтожно и мелко оно!Но для бездн, где летят метеоры,Ни большого, ни малого нет,И равно беспредельны просторыДля микробов, людей и планет. Н. ЗаболоцкийАнтони ван Левенгук(1632-1723)19 Левенгук был человеком любознательным и с широким кругом интересов. Он давал поразительную по своему времени точность описаний. Первой им была описана плесень, выросшая на мясе, позже он описывает «живых зверьков» в дождевой и колодезной воде, различных настоях, в испражнениях, в зубном налёте. В его препаратах жили “зверушки”, сталкиваясь и разбегаясь, как муравьи в муравейнике.20 Свои рисунки Левенгук отправлял в Лондонское Королевское общество. Письма Левенгука в Королевском обществе вызвали большое недоверие, и поэтому было решено провести тщательную проверку. После проверки 8 февраля 1680 г. Левенгук был избран действительным и равноправным членом Лондонского Королевского общества. В Делфт от общества был прислан членский диплом в серебряной шкатулке с гербом общества на крышке.21 Письма А. Левенгука в Академию вместе с рисунками были изданы отдельной книгой в 1695 году. Эта книга называлась «Тайна природы».22 В 1698 г. Антони ван Левенгук пригласил к себе русского царя Петра Великого, который был в то время в Голландии. А. Левенгук продемонстрировал ему, как движется кровь в плавнике рыбы. Эти демонстрации произвели на Петра I такое большое впечатление, что Царь был в восхищении от увиденного в микроскоп. Левенгук подарил Петру два микроскопа. Они и послужили началом исследования микроорганизмов в России, поскольку вернувшись в Россию, Петр 1 создал мастерскую оптических приборов.23 В 1725 году организована Петербургская академия наук. Талантливые мастера И.Е. Беляев, И.Кулибин изготавливали микроскопы, в конструировании которых принимали участие академики Л.Эйлер, Ф. Эпинус.И. Е. БеляевИ. Кулибин24 Крупнейший вклад в изучение клеток растительных и животных тканей внес Иоганн Мюллер (1801 – 1858). Он создал блестящую школу физиологов и анатомов, в частности, его учеником был основоположник клеточной теории анатом и физиолог Теодор Шванн (1810 – 1882).Иоганнес Петер Мюллер германский естествоиспытатель XIX века, биолог. 25 В 1831 г. Р.Броун открыл в клеточном соке ядро – важнейшую составную часть клетки. БРОУН, РОБЕРТ (Brown, Robert) (1773–1858), английский ботаник. Родился 21 декабря 1773 в Монтроузе (Шотландия). Изучал медицину в Абердинском и Эдинбургском университетах (1789–1795). В течение пяти лет работал ассистентом хирурга в Британской армии. В 1798 в Лондоне познакомился с Дж.Бэнксом, президентом Королевского общества, 26 Он писал: «Просмотрев большую группу растений, я везде видел такое же плотное образование, как плавило в центре. Тогда я назвал это плотное образование ядром».27 Русский ученый П.Ф. Горянинов в 1834 г. отметил в своих исследованиях, что все животные и растения состоят из соединенных между собой клеток, которые он назвал пузырьками, то есть высказал мнение об общем плане строения растений и животных.28 II. Этап Возникновение клеточной теории29 Спустя 5 лет, в 1839 г. немецкий физиолог Теодор Шванн издал в Берлине книгу “Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений”, в которой он сформулировал клеточную теорию, утверждающую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.Теодор Шванн (1810-1882)Родился 7 декабря 1810 в Нейсе близ Дюссельдорфа. Окончил иезуитский колледж в Кельне, изучал естественные науки и медицину в Бонне, Вюрцбурге и Берлине. До 1839 работал ассистентом физиолога И.Мюллера в Берлине. В 1939-1948 - профессор физиологии и сравнительной анатомии Лувенского университета, в 1848-1878 - профессор Льежского университета. 30 Титульный лист книги Теодора Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» 31© Elistratova I.V. Клетки, нарисованные Теодором Шванном в своей книге32© Elistratova I.V. Суть клеточной теории Т. Шванна можно выразить в следующих положениях:1. Клетка – элементарная структурная единица строения всех живых существ;2. Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре. Каждая клетка функционирует независимо от других, но вместе со всеми.3. Жизнь организма может и должна быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток.4. Клеткообразование есть универсальный принцип развития.5. Все клетки возникают из бесструктурного межклеточного вещества. (Ошибка!)6. Жизнедеятельность клетки определяется оболочкой. (Ошибка!)33 При создании клеточной теории Т. Шванн исходил из открытия немецкого ботаника Маттиаса Шлейдена в 1838 г. клеточного строения растений и гомологичности происхождения клеток. Подобное представление, известное как клеточная теория получило название теории Шванна-Шлейдена.Маттиас Шлейден (5 апреля 1804, Гамбург — 23 июня 1881, Франкфурт-на-Майне) - немецкий биолог. Основные направления научных исследований - цитология и эмбриология растений. Его научные достижения способствовали созданию клеточной теории34 Как следствие из основных положений клеточной теории вытекает следующее утверждение: «Мир организмов разделен а две группы: многоклеточных и одноклеточных».35 Клеточная теория – одно из трех величайших открытий, по словам Ф. Энгельса, после закона о превращении энергии, теории эволюции Ч. Дарвина. Однако М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно считали, что клетки возникают путем новообразования из неклеточного первичного вещества.36 III. ЭтапРазвитие клеточной теории37 В 1855 г. немецкий врач Р.Вирхов сделал обобщение: клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Это привело к осознанию того факта, что рост и развитие организмов связаны с делением клеток и их дальнейшей дифференцировкой, приводящей к образованию тканей и органов.Всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм.38 Еще в 1827 году Карл Бэр обнаружил яйцеклетку у млекопитающих, доказал, что развитие млекопитающих начинается с оплодотворенной яйцеклетки.Значит развитие любого организма начинается с одной оплодотворенной яйцеклетки, клетка является единицей развития.Карл Максимович Бэр (Карл Эрнст) (1792-1876) — естествоиспытатель, основатель эмбриологии, один из учредителей Русского географического общества, иностранный член-корреспондент (1826), академик (1828-30 и 1834-62; почетный член с 1862) Петербургской АН. Родился в Эстляндии. Работал в Австрии и Германии; в 1829-30 и с 1834 — в России. Открыл яйцеклетку у млекопитающих, описал стадию бластулы; изучил эмбриогенез цыпленка. 39 Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.2. Клетки всех живых организмов гомологичны, едины по строению и происхождению.3. Образование клеток. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.4. Клетка и организм. Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и одноклеточные эукариоты). Все многоклеточные организмы состоят из клеток.5. Функции клеток. В клетках осуществляются: обмен веществ, раздражимость и возбудимость, движение, размножение и дифференцировка.6. Эволюция клетки. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюционного развития от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам).Основные положения современной клеточной теории40 Не меньшее значение для возникновения клеточной теории имело учение немецкого философа Г.З.Лейбница (I646-I7I6) о монадах (с греческого - единица, единое; монады – индивидуальности, обладающие внутренним самодвижением, деятельностью, силой; они взаимодействуют друг с другом, каждая будучи частью, представляет собой целое).Идеи о монадах наметили самые общие контуры абстрактного объекта клеточной теории - клетки.41© Elistratova I.V. Результаты микроскопических наблюдений сами по себе не приводили бы к теоретическому обобщению, пока они не "озарились" светом общих идей и принципов, возникших в недрах философии (дискретность, элементарность, корпускулярность, "монадность"). До этого времени микроскописты ставили клетки в один ряд с такими структурами, как "пузырьки", сосуды, волокна и т.д.42© Elistratova I.V. Направления биологических исследований после создания клеточной теории (вторая половина 19 века)№ п/пИмя ученогоГоды жизниИсследования1Роберт Ремак1815 - 1865В 1841 году показал, что деление есть единственный способ возникновения новых клеток в живом организме.2Гуго Моль1805 - 1872В 1844 году подробно описал «содержимое клетки» применяя для него термин «протоплазма».3Эдуард Страсбургер1844 - 1912В 1875 году заложил основы современного учения о кариокинезе.4Габриель Валентини1810 - 1883В 1836 году в ядре было открыто ядрышко.43 № п/пИмя ученогоГоды жизниИсследования5Эдуард ванн Бенеден 1845 - 1910В 1876 г. Установил наличие клеточного центра в делящихся половых клетках.6Рихард Альтман1852 - 1901В 1890 г. Открыл митохондрии (биобласты).7Камилло Гольджи1844 - 1926В 1898 г. Открыл органоид, названный в его честь (аппарат Гольджи)8Карл Бернд1857 - 1923В 1898 г. впервые были описаны хромосомы9Оскар Гертвиг1848 - 1922Открыл явления оплодотворения яйца10Теодор Бовери1862 - 1915Разработал теорию индивидуальности хромосом и создал своими работами базу для цитологической теории наследственности.44 Таким образом, к началу ХХ века благодаря созданию клеточной теории сформировалось представление о единстве органической природы, стало понятно, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов и в мире растений и в мире животных.45 Система заданий по освоению клеточной теории46 Задание 1. Прочтите высказывания Л. Окена и ответьте на следующие вопросы:«Первичная слизь, из которой было образовано все органическое, есть морская слизь. Она возникла как следствие развития планеты. Первичные органические тела (пузырьки) в философском смысле могут быть названы инфузориями. Весь органический мир должен возникать из инфузорий. Растения и животные - видоизменения инфузорий».1. Каковы положения умозрительной клеточной концепции Л.Окена?2. Что представляет собой объект, сконструированный Л.Океном?47 Задание 2. Сопоставьте положения клеточной теории в формулировке ее авторов Т. Шванна и Р. Вихрова - и в современной биологии.Ответьте на вопросы:1. Какие тезисы Т. Шванна получили подтверждение, конкретизацию и развитие в современной биологии?2. Какое положение Т. Шванна было исправлено Р. Вирховым? Какое отражение нашло это исправление в современной клеточной теории?3. Используя положения клеточной теории, составьте краткий рассказ о клетке, предназначенный для человека, не знакомого с биологией.48 Задание 3. Ознакомьтесь с составленным в хронологическом порядке перечнем философских идей и научных открытий, предшествовавших созданию клеточной теории (таблица)49 Философские и натурфилософские идеиЕстественнонаучные открытия1. Возрождение атомизма в философии (П. Гессенди, 1658).2. Учение об элементарных первоосновах всего сущего (Г. Лейбниц, 1714).3. Единство и непрерывность природы (французские энциклопедисты, 18 в.).4. Учение о растениях и животных как суммах элементарных организмов – инфузорий, шарообразных как планеты (Л. Окен, 1809).1. Изобретение микроскопа (Г. Галилей, 1610).2. Усовершенствование микроскопа и введение термина «клетка» для обозначения пустых ячеек пробки (Р. Гук, 1665).3. Обнаружение тонкой структуры тканей растений (М. Мальпиги, Н. Грю, 1671-1682).4. Открытие бактерий, простейших, сперматозоидов, эритроцитов (А. Левенгук, 1676-1759).5. Выявление связи с клетками роста организмов, распределения веществ (К. Ф. Вольф, 1759).6. Аналогия между клетками растений и «зернышками»животных (Я. Пуркине, 1837).7. Разработка Т. Шванном клеточной теории (1838-1839).8. Развитие клеточной теории Р. Вирховым (1855-1858).50 Ответьте на вопросы:I. Какова роль философских идей и фактов - данных о микроскопическом строении организмов - в становлении клеточной теории?2. Какое отражение в положениях клеточной теории нашли идеи атомизма, единства и непрерывности природы?3. Как объяснить то обстоятельство, что со времени введения термина "клетка"до разработки клеточной теории прошло почти два столетия?4.Каково соотношение случайности и закономерности в разработке клеточной теории Т.Шванном?51 Задание 4. Почему Ф.Энгельс назвал "открытием" клетки не результаты работ первых микроскопистов, а создание клеточной теории.Задание 5. В чем состоит вклад клеточной теории в материалистическое понимание природы?52 Для перехода от исторического к логическому необходимо изучить положения современной клеточной теории:- определение понятия "клетка";- образование клеток в процессе индивидуальногоо развития;- клетка и организм;- функции клетки;- эволюция клетки.Эти положения дают представление о клетке, которое отражается в современной картине мира53 Клеточная теория вскрывает противоречивый характер организации клетки: она и целое, и часть, система и элемент; клетка - единица строения, функционирования и развития, и она же совокупность таких единиц; она носитель генетической информации и в то же время ее реализатор.54 Клеточная теория представляет собой стержень, объединяющий учебный материал по цитологии, систематике, физиологии и эмбриологии, придающий целостное единство их трактовке и понимании.Историко-логическое раскрытие клеточной теории позволяет упорядочить, организовать знания по морфологии и физиологии клетки, соотнести клеточные структуры с теми процессами, которые в них осуществляются. Конкретизация положений клеточное теории происходит сразу в нескольких направлениях.55 56 Благодарю за внимание!57