Objevování a průzkum buňky se stal možným díky vynálezu mikroskopu a zdokonalení mikroskopických výzkumných metod.

Angličan Robert Hooke jako první v roce 1665 pozoroval dělení tkáně kůry korkového dubu na buňky (buňky) pomocí zvětšovacích čoček. I když se ukázalo, že neobjevil buňky (ve vlastním slova smyslu), ale pouze vnější obaly rostlinných buněk. Později svět jednobuněčných organismů objevil A. Leeuwenhoek. Jako první viděl živočišné buňky (erytrocyty). Později byly živočišné buňky popsány F. Fontanou, ale tyto studie v té době nevedly ke konceptu univerzálnosti buněčné struktury, protože neexistovala jasná představa o tom, co je buňka.

R. Hooke věřil, že buňky jsou dutiny nebo póry mezi rostlinnými vlákny. Později M. Malpighi, N. Grew a F. Fontana, kteří pozorovali rostlinné objekty pod mikroskopem, potvrdili data R. Hooka a nazvali buňky „bubliny“. A. Leeuwenhoek významně přispěl k rozvoji mikroskopických studií rostlinných a živočišných organismů. Údaje o svých pozorováních publikoval v knize „Tajemství přírody“.

Ilustrace v této knize jasně ukazují buněčné struktury rostlinných a živočišných organismů. A. Levenguk však nereprezentoval popsané morfologické struktury jako buněčné formace. Jeho výzkum byl náhodný a ne systematický. G. Link, G. Travenarius a K. Rudolf na počátku 19. století svými výzkumy ukázali, že buňky nejsou dutiny, ale samostatné útvary ohraničené stěnami. Bylo zjištěno, že buňky mají obsah, který I Purkyň nazval protoplazma. R. Brown popsal jádro jako trvalou součást buněk.

T. Schwann analyzoval literární údaje o buněčné struktuře rostlin a živočichů, porovnal je s vlastním výzkumem a výsledky publikoval ve své práci. T. Schwann v ní ukázal, že buňky jsou elementárními živými strukturními jednotkami rostlinných a živočišných organismů. Mají společný strukturální plán a jsou tvořeny jediným způsobem. Tyto teze se staly základem buněčné teorie.

Vědci shromažďovali pozorování struktury jednobuněčných a mnohobuněčných organismů po dlouhou dobu, než formulovali principy CT. Během tohoto období byly více vyvinuty a zdokonaleny různé optické výzkumné metody.

Buňky se dělí na jaderné (eukaryotické) a nejaderné (prokaryotické).Živočišné organismy jsou stavěny z eukaryotických buněk. Pouze červené krvinky savců (erytrocyty) nemají jádra. Ztrácejí je v procesu svého vývoje.

Definice buňky se měnila v závislosti na znalosti jejich struktury a funkce.

Definice 1

Podle moderních údajů buňka je strukturně uspořádaný systém biopolymerů omezený aktivním obalem, které tvoří jádro a cytoplazmu, účastní se jediného souboru metabolických procesů a zajišťují údržbu a reprodukci systému jako celku.

Buněčná teorie je zobecněná představa o struktuře buňky jako živé jednotky, reprodukci buněk a jejich roli při tvorbě mnohobuněčných organismů.

Pokrok ve studiu buněk je spojen s rozvojem mikroskopie v 19. století. V té době se změnila představa o struktuře buňky: za základ buňky nebyla brána buněčná membrána, ale její obsah - protoplazma. Ve stejné době bylo objeveno jádro jako stálý prvek buňky.

Informace o jemné stavbě a vývoji tkání a buněk umožnily zobecnění. Takové zobecnění provedl v roce 1839 německý biolog T. Schwann v podobě jím formulované buněčné teorie. Tvrdil, že buňky zvířat i rostlin jsou v zásadě podobné. Tyto myšlenky rozvinul a zobecnil německý patolog R. Virchow. Uvedl důležitou věc, že ​​buňky vznikají pouze z buněk reprodukcí.

Základní principy buněčné teorie

T. Schwann v roce 1839 ve své práci „Mikroskopické studie o shodě ve struktuře a růstu zvířat a rostlin“ formuloval základní principy buněčné teorie (později byly více než jednou zpřesněny a doplněny.

Buněčná teorie obsahuje následující ustanovení:

• buňka je základní elementární jednotka stavby, vývoje a fungování všech živých organismů, nejmenší jednotka živých věcí;
• buňky všech organismů jsou homologní (podobné) (homologní) svou chemickou stavbou, hlavními projevy životních procesů a metabolismu;
• buňky se rozmnožují dělením - nová buňka vzniká v důsledku dělení původní (mateřské) buňky;
• ve složitých mnohobuněčných organismech se buňky specializují na funkce, které vykonávají, a tvoří tkáně; orgány jsou vybudovány z tkání, které jsou úzce propojeny mezibuněčnými, humorálními a nervovými formami regulace.

Intenzivní rozvoj cytologie v 19. a 20. století potvrdil základní principy CT a obohatil je o nové údaje o struktuře a funkcích buňky. V tomto období byly vyřazeny některé nesprávné teze buněčné teorie T. Schwanna, totiž že jednotlivá buňka mnohobuněčného organismu může fungovat samostatně, že mnohobuněčný organismus je jednoduchý soubor buněk a vývoj buňky probíhá z nebuněčný „blastém“.

Ve své moderní podobě zahrnuje buněčná teorie následující základní ustanovení:

1. Buňka je nejmenší jednotka živých věcí, která má všechny vlastnosti, které splňují definici „živé“. Jsou to metabolismus a energie, pohyb, růst, dráždivost, adaptace, proměnlivost, rozmnožování, stárnutí a smrt.
2. Buňky různých organismů mají společný strukturní plán, což je způsobeno podobností obecných funkcí zaměřených na udržení života samotných buněk a jejich reprodukci. Rozmanitost tvarů buněk je výsledkem specifičnosti funkcí, které vykonávají.
3. Buňky se rozmnožují v důsledku dělení původní buňky s předchozí reprodukcí jejího genetického materiálu.
4. Buňky jsou součástí celého organismu, jejich vývoj, strukturní vlastnosti a funkce závisí na celém organismu, což je důsledkem interakce ve funkčních systémech tkání, orgánů, aparátů a orgánových systémů.

Poznámka 1

Buněčná teorie, která odpovídá moderní úrovni poznání v biologii, se v mnoha ohledech zásadně liší od představ o buňce nejen na počátku 19. století, kdy ji T. Schwann formuloval poprvé, ale dokonce v polovině 20. století. V naší době se jedná o systém vědeckých názorů, který získal podobu teorií, zákonů a principů.

Základní principy CT si zachovaly svůj význam dodnes, i když za více než 150 let byly získány nové informace o struktuře, vitální činnosti a vývoji buněk.

Význam buněčné teorie

Význam buněčné teorie ve vývoji vědy spočívá v tom, že se díky ní ukázalo, že buňka je nejdůležitější složkou všech organismů, jejich hlavní „stavební“ složkou. Protože vývoj každého organismu začíná jednou buňkou (zygotou), je buňka také embryonálním základem mnohobuněčných organismů.

Vytvoření buněčné teorie se stalo jedním z rozhodujících důkazů jednoty veškeré živé přírody, nejdůležitější událostí v biologické vědě.

Buněčná teorie přispěla k rozvoji embryologie, histologie a fyziologie. Dala základ materialistickému pojetí života, k vysvětlení evolučního vztahu organismů, k pojetí podstaty ontogeneze.

Základní principy CT jsou aktuální i dnes, i když za období více než 100 let získali přírodovědci nové informace o struktuře, vývoji a životně důležité činnosti buňky.

Buňka je základem všech procesů v těle: biochemických i fyziologických, protože všechny tyto procesy probíhají na buněčné úrovni. Díky buněčné teorii bylo možné dospět k závěru o podobnosti chemického složení všech buněk a znovu se přesvědčit o jednotě celého organického světa.

Buněčná teorie je jedním z nejdůležitějších biologických zobecnění, podle kterého mají všechny organismy buněčnou strukturu.

Poznámka 2

Buněčná teorie je spolu se zákonem energetické transformace a evoluční teorií Charlese Darwina jedním ze tří největších objevů přírodních věd 19. století.

Buněčná teorie radikálně ovlivnila vývoj biologie. Dokázala jednotu živé přírody a ukázala strukturální jednotku této jednoty, kterou je buňka.

Vytvoření buněčné teorie se stalo nejdůležitější událostí v biologii, jedním z rozhodujících důkazů jednoty veškeré živé přírody. Buněčná teorie měla významný a rozhodující vliv na vývoj biologie a sloužila jako hlavní základ pro rozvoj takových oborů, jako je embryologie, histologie a fyziologie. Dala základ pro vysvětlení rodinných vztahů organismů a pro pojetí mechanismu individuálního vývoje.

Buněčná teorie je možná nejdůležitějším zobecněním moderní biologie a je systémem principů a ustanovení. Je to vědecké zázemí pro mnoho biologických oborů, které studují strukturu a fungování živých bytostí. Buněčná teorie odhaluje mechanismy růstu, vývoje a rozmnožování organismů.

Buňky byly objeveny v roce 1665 R. Hookem. Buněčnou teorii, jeden z největších objevů 19. století, zformulovali v roce 1838 němečtí vědci M. Schleiden a T. Schwann a později ji rozvinul a doplnil R. Virchow. Buněčná teorie obsahuje následující ustanovení:

1. Buňka je nejmenší jednotka živých věcí.

2. Buňky různých organismů mají podobnou stavbu, což ukazuje na jednotu živé přírody.

3. K reprodukci buňky dochází dělením původní, mateřské buňky (postulát: každá buňka je z buňky).

4. Mnohobuněčné organismy se skládají z komplexních souborů buněk a jejich derivátů, spojených do systémů tkání a orgánů, a ty do celého organismu pomocí nervových, humorálních a imunitních regulačních mechanismů.

Buněčná teorie sjednotila pojetí buňky jako nejmenší strukturální, genetické a funkční jednotky živočišných a rostlinných organismů. Biologii a medicínu vyzbrojila porozuměním obecným zákonitostem struktury živých věcí.

Délkové míry používané v cytologii

1 µm (mikrometr) – 10 –3 mm (10 –6 m)

1 nm (nanometr) – 10 –3 η (10 –9 m)

1 A (amstrom) – 0,1 nm (10 – 10 m)

Obecná organizace živočišných buněk

Všechny buňky lidského a zvířecího těla mají společný strukturní plán. Skládají se z cytoplazma A jádra a jsou odděleny od okolí buněčnou membránou.

Lidské tělo se skládá z přibližně 10 13 buněk, rozdělených do více než 200 typů. Různé buňky těla se mohou v závislosti na své funkční specializaci výrazně lišit svým tvarem, velikostí a vnitřní stavbou. V lidském těle jsou kulaté (krevní buňky), ploché, kubické, hranolové (epiteliální), vřetenovité (svalové), výběžkové (nervové) buňky. Jejich velikosti se pohybují od 4-5 mikronů (cerebelární granulární buňky a malé lymfocyty) do 250 mikronů (vajíčko). Procesy některých nervových buněk jsou dlouhé více než 1 metr (u neuronů míchy, jejichž procesy zasahují až ke špičkám prstů končetin). Navíc tvar, velikost a vnitřní struktura buněk vždy nejlépe odpovídá funkcím, které plní.

Strukturní součásti buňky

Cytoplazma- část buňky oddělená od okolí buněčná membrána a včetně hyaloplazma, organely A zařazení.

Všechny membrány v buňkách mají obecný strukturní plán, který je shrnut v konceptu univerzální biologická membrána(Obr. 2-1A).

Univerzální biologická membrána tvořená dvojitou vrstvou fosfolipidových molekul o celkové tloušťce 6 mikronů. V tomto případě jsou hydrofobní konce fosfolipidových molekul otočeny dovnitř, směrem k sobě, a polární hydrofilní hlavy jsou otočeny ven z membrány, směrem k vodě. Lipidy poskytují základní fyzikálně-chemické vlastnosti membrán, zejména jejich tekutost při tělesné teplotě. V této lipidové dvojvrstvě jsou zabudovány proteiny. Dělí se na integrální(prostupují celou lipidovou dvojvrstvou), polointegrální(pronikají až do poloviny lipidové dvojvrstvy), nebo povrchově (nachází se na vnitřním nebo vnějším povrchu lipidové dvojvrstvy).

Rýže. 2-1. Struktura biologické membrány (A) a buněčné membrány (B).

1. Molekula lipidu.

2. Lipidová dvojvrstva.

3. Integrální proteiny.

4. Polointegrální proteiny.

5. Periferní proteiny.

6. Glykokalyx.

7. Submembránová vrstva.

8. Mikrofilamenty.

9. Mikrotubuly.

10. Mikrofibrily.

11. Molekuly glykoproteinů a glykolipidů.

(Podle O.V. Volkové, Yu.K. Eletského).

V tomto případě jsou proteinové molekuly umístěny v mozaikovém vzoru v lipidové dvojvrstvě a mohou „plavat“ v „lipidovém moři“ jako ledovce díky tekutosti membrán. Podle jejich funkce mohou být tyto proteiny strukturální(zachovat určitou strukturu membrány), receptor(vytvářejí receptory pro biologicky aktivní látky), doprava(transport látek přes membránu) a enzymatické(katalyzovat určité chemické reakce). To je v současnosti nejuznávanější model tekuté mozaiky biologická membrána byla navržena v roce 1972 Singerem a Nikolsonem.

Membrány plní v buňce demarkační funkci. Rozdělují buňku na kompartmenty, ve kterých mohou probíhat procesy a chemické reakce nezávisle na sobě. Například agresivní hydrolytické enzymy lysozomů, schopné rozkládat většinu organických molekul, jsou od zbytku cytoplazmy odděleny membránou. Pokud je zničen, dochází k samotrávení a buněčné smrti.

S obecným strukturním plánem se různé biologické buněčné membrány liší svým chemickým složením, organizací a vlastnostmi v závislosti na funkcích struktur, které tvoří.

Buněčná teorie - jedno z nejdůležitějších biologických zobecnění, podle kterého mají všechny organismy buněčnou strukturu. Buněčnou strukturu poprvé pozoroval R. Hooke (1665) u rostlin.

N. Grew (1682) věřil, že buněčné stěny byly tvořeny prokládáním vláken, jako jsou textilie (tkanina).

Jádro v rostlinné buňce popsal R. Brown (1831), ale teprve M. Schleiden v roce 1838 učinil první kroky k odhalení a pochopení jeho role.

Hlavní zásluhu na formulaci buněčné teorie má T. Schwann (1839), který použil vlastní data a výsledky Schleidena, J. Purkyně a dalších vědců. Porovnáním tkáňových struktur zvířat a rostlin poukázal na společný princip buněčné struktury a růstu pro ně. Nicméně, Schwann, stejně jako Schleiden, věřil, že hlavní role v buňce patřípožírá skořápku a jádro. Vytvořili tzv. buněčnou teorii. Jeho podstata spočívala v konečném uznání skutečnosti, že všechny organismy, rostlinné i živočišné, od nejnižších až po ty nejorganizovanější, se skládají z buněk.

V roce 1839 T. Schwann formuloval hlavní principy buněčné teorie:

1. Všechny organismy se skládají z identických částí – buněk; vznikají a rostou podle stejných zákonů.

2. Obecným principem vývoje elementárních částí těla je tvorba buněk.

3. Každá buňka v určitých hranicích je jednotlivec, nezávislý celek. Ale tyto buňky tvoří tkáně.

4. Procesy probíhající v rostlinných buňkách lze redukovat na následující:

a) vznik nových buněk;

b) zvětšení velikosti buněk;

PROTI) ztluštění buněčné stěny.

M. Schleiden a T. Schwann se mylně domnívali, že buňky v těle vznikají novotvorbou z primární nebuněčné látky. Tuto myšlenku vyvrátil vynikající německý vědec R. Virchow.

Formuloval (1859) jedno z nejdůležitějších ustanovení buněčné teorie: „Každá buňka pochází z jiné buňky... Kde buňka vzniká, musí jí předcházet buňka, stejně jako zvíře pochází pouze ze zvířete, rostlina pouze z rostliny." Díky vytvoření buněčné teorie se ukázalo, že buňka je nejdůležitější složkou všech živých organismů. Musíme si však pamatovat, že život nejjednoduššího jednobuněčného organismu je bohatší a rozmanitější než nejsložitější a relativně nezávislá buňka mnohobuněčného organismu.

M. Malpighi a N. Grew formulovali první teorie pěnových buněk: Stejně jako pěna je tvořena bublinami, tkáň je tvořena bublinkovými buňkami. Buňka byla považována za prvek, jako součást tkáně. Buňky jsou od sebe odděleny společnými přepážkami a nelze je proto myslet mimo tkáň, mimo tělo.

Akademik Ruské akademie věd Caspar Friedrich Wolf (1759) při studiu růstu rostlin zjistil, že buňka je jednotka růstu, to znamená, že růst organismů spočívá v tvorbě nových buněk. K. F. Wolf byl přesvědčen o nemožnosti existence buněk mimo pletivo, ale u zralých plodů pozoroval jednotlivé buňky, které neměly společnou přepážku. Systém názorů K. F. Wolfa lze považovat za první harmonickou buněčnou teorii, tato teorie však nebyla univerzální. K. F. Wolf se nezabýval buněčnou teorií ve vztahu k živočišným buňkám: „Tato otázka se mlčí, protože nepředstavuje žádné potíže.“ K. F. Wolf zároveň považoval problém tvorby buněčné tkáně u zvířat za „stejně důležitý jako nejasný“.

Německý přírodovědec Lorenz Oken (1809) na základě přírodního filozofického uvažování dospěl k závěru, že buňky jednobuněčných a mnohobuněčných organismů jsou homologní:"Primární bublina hlenu ve filozofickém smyslu může být nazývána nálevníky... Rostliny a zvířata mohou být pouze metamorfózy nálevníků... Organismus je syntézou nálevníků."

Němečtí botanici G. Link, C. Rudolphi, L. Treviranus, I. Moldenhauer na počátku 19. století dokázali, že každá rostlinná buňka je nezávislá struktura („krabice“) pokrytá souvislou membránou. Německý botanik Franz Meyen (1830) předpověděl existenci buněčných membrán: „buňka je prostor vymezený zcela uzavřenou membránou“.

Buňky mnohobuněčných živočichů před začátkem 19. století. prakticky nestudováno. Jsou známa pouze izolovaná pozorování epidermálních buněk úhoří kůže a erytrocytů (Felix Fontana, 1781-1787). Teprve počátkem 19. století se v souvislosti s rozvojem mikroskopické techniky a chemie otevřely možnosti různých metod přípravy mikroskopických preparátů: fixace, macerace, diferenciální barvení. Začíná intenzivní studium živočišných buněk.

Do počátku 19. stol. věřilo se, že složení tkání zahrnuje nejen buňky, ale také nebuněčné struktury - vlákna a cévy - jejichž původ nebyl spojen s aktivitou buněk. Na základě podobných názorů vznikla teorie vaskulárně-vláknité stavby organismů, kterou v letech 1757-1766 vypracoval švýcarský fyziolog Albrecht von Haller. a doplněné německým botanikem Franzem Meyenem v roce 1830.

Ve 30. letech 19. století. Ukázali to český histolog Jan Purkinje, německý fyziolog Johannes Müller a další badatelé buněčná organizace je univerzální pro živočišné tkáně, a německý fyziolog Theodor Schwann dokázal homologie rostlinných a živočišných buněk. T. Schwann ve svých dílech hojně používal termín cytos (z řeckého „dutina“) a jeho deriváty.

Studiem struktury chrupavky a notochordu T. Schwann ukázal, že kolagenová vlákna pocházejí z buněk.

Nezávisle na sobě podstatu buněčné teorie nastínili ve svých dílech M. Schleiden „Údaje o vývoji rostlin“ (1838) a T. Schwann „Mikroskopické studie o korespondenci ve struktuře a růstu živočichů a rostlin “ (1839):

1. Buňka je hlavní stavební jednotkou všech rostlinných a živočišných organismů.

2. Proces tvorby buněk určuje růst (vývoj a diferenciaci) rostlinných a živočišných tkání.

3. Buňka v určitých hranicích je jednotlivec, jakýsi samostatný celek, a organismus je jejich zvláštním souhrnem.

4. Z cytoblastomu vznikají nové buňky.

První dva závěry zůstávají aktuální i dnes.

Problém vzniku nových buněk byl vyřešen o dvě desetiletí později díky nashromážděnému teoretickému a faktografickému materiálu.

V 18. stol L. Spallanzani jako první pozoroval dělení jednobuněčných organismů (nálevníků).

Problém vzniku nových buněk však poprvé formuloval Caspar Friedrich Wolf (jeho disertační práce se jmenovala „Teorie generace“ - Theoria generationis, 1759). Rostlinné buňky podle K. F. Wolfa vznikají při organogenezi z rosolovité homogenní hmoty.

Dělení buněk (fragmentace žabích vajec) poprvé pozorovali francouzští vědci Prevost a Dumas (1824). Tento proces blíže popsal italský embryolog M. Rusconi (1826). Proces jaderného dělení při drcení vajíček u ježků popsal K. Baer (1845). První popis buněčného dělení u řas provedl B. Dumortier (1832).

T. Schwann a M. Schleiden se však domnívali, že buňky vznikají během cytogeneze z granulí – cytoblastů, které mohou vznikat v buňkách samotných (M. Schleiden) i mimo buňky (T. Schwann).

Ruský botanik Pavel Fedorovič Gorjaninov („Systém přírody“, 1837) experimentálně prokázal, že cytogeneze byla možná pouze v evoluční minulosti a v současnosti buňky vznikají buď dělením, pučením, nebo fúzí.

Konečnou odpověď na otázku o vzniku nových buněk dal Rudolf Virchow (žák I. Mullera). Ve svém díle „Cellular Pathology...“ (1858) nastínil hlavní ustanovení své vlastní buněčné teorie:

1. Buňka je posledním morfologickým prvkem schopným života.

2. Jakákoli buňka pochází pouze z buňky: Omnis cellula ex cellule - každá buňka z buňky.

3. Organismus je federací buněčných států.

R. Virchow ukázal souvislost patologických procesů s morfologickými strukturami, s určitými změnami ve struktuře buněk - onemocnění celého organismu je dáno onemocněním buňky; a navrhl, že mimo buňky není žádný život.

Virchow R. také považoval tělo za souhrn jeho základních buněk, což kritizovali I. M. Sechenov, S. P. Botkin a I. P. Pavlov. Ukázali, že mnohobuněčný organismus je jeden celek a činnost organismu, stejně jako integrace jeho částí, provádí především centrální nervový systém.

Buněčná teorie Schwann–Schleiden–Virchow se neustále vyvíjela.

Max Schultze (1861) dal morfologickou definici buňky: Buňka je hrudka protoplazmy obsahující jádro. Touto definicí se pokusil vyřešit problém nebuněčných struktur, například příčně pruhovaná svalová vlákna, která vznikají splynutím mononukleárních myoblastů (embryonálních svalových buněk): v tomto případě dochází ke ztrátě jednotlivých membrán (membrán), ale každé jádro si zachovává okolní sarkoplazmu (endoplazmu s organelami) . M. Schultze tak kladl důraz na zachování individuality buněk i při jejich splynutí.

Německý evoluční zoolog Ernst Haeckel vytvořil teorie vzniku mnohobuněčných organismů diferenciací buněk kolonií jednobuněčných organismů (gastrea theory). V tomto případě je možná fúze jednotlivých buněk s tvorbou syncytia („soclecium“). E. Haeckel tak položil základy evoluční cytologie.

Rozvoj vědy potvrdil pozici teorie R. Virchowa „každá buňka je buňka“: nové eukaryotické buňky mohou vznikat pouze mitózou nebo meiózou. Samostatné fáze mitózy pozoroval německý botanik W. Hofmeister (1849; buňky tyčinkového vlákna Tradescantia), ruští botanici E. Russov (1872; mateřské buňky výtrusů kapradin, přesliček, lilií) a I.D. Chistyakov (1874; výtrusy přesličky a mechu), německý zoolog A. Schneider (1873; rozdrcená vajíčka ploštěnek), polský botanik E. Strasburger (1875; spirogyra, mech, cibule). K označení procesů pohybu jednotlivých částí jádra navrhl německý histolog W. Schleichner termín karyokineze (1879) a německý histolog W. Flemming zavedl termín mitóza (1878). V 80. letech 19. století. Obecná morfologie chromozomů byla popsána v dílech Hoffmeistera, ale teprve v roce 1888 německý histolog W. Waldeyer zavedl termín chromozom. Vedoucí úloha chromozomů při ukládání, reprodukci a přenosu dědičné informace byla prokázána až ve dvacátém století.

Jednotlivé fáze meiózy u zvířat popsal V. Flemming (1882), u rostlin E. Strasburger (1888) a poté ruský vědec V.I. Beljajev. Ve stejné době (1887) A. Weissman teoreticky zdůvodnil potřebu meiózy jako mechanismu pro udržení konstantního počtu chromozomů. První podrobný popis meiózy v králičích oocytech podal Winyworth (1900).

Na konci 19. stol. se konečně formují představy o buněčné úrovni organizace života. Pojem „buňka“ je oddělen od pojmu tkáň, orgán, organismus. Vzniká zvláštní odvětví biologie – buněčná biologie (Jean Baptiste Carnoy, 1884).

Hans Driesch (1891) dospěl k závěru, že organismus se nerovná součtu jeho buněk. Buňka není elementární organismus, ale elementární biologický systém. Tato myšlenka buňky umožnila studovat určitou zobecněnou buňku abstrahující od vlastností buněk jako tkáňových prvků. Cytologie se konečně formuje jako nezávislá věda.

Moderní etapa ve vývoji cytologie začala v polovině 20. století v souvislosti s rozvojem elektronové mikroskopie, dále biochemických, biofyzikálních výzkumných metod a rozvojem obecných biologických věd (syntetická teorie evoluce, molekulární genetika, populační biologie, biologická statistika atd.), což umožnilo potvrdit objasnění a doplnit buněčnou teorii:

Všechny živé organismy jsou složeny z buněk (s výjimkou virů);

Buňky jednobuněčných a mnohobuněčných organismů jsou si podobné (homologní) strukturou, chemickým složením, principy látkové výměny a základními projevy životní činnosti;

Je to buňka, která má celý soubor vlastností, které charakterizují živé věci;

Všechny živé organismy se vyvíjejí z jedné buňky nebo skupiny buněk;

Každá buňka vzniká jako výsledek dělení původní (mateřské) buňky;

Ve složitých mnohobuněčných organismech se buňky diferencují, aby se specializovaly na provádění specifické funkce;

Buňky jsou spojeny do tkání a orgánů, funkčně propojených systémů a jsou pod kontrolou mezibuněčných, humorálních a nervových forem regulace.

Základní ustanovení moderní buněčné teorie:

1. Buňka je elementární jednotka živých věcí, schopná sebeobnovy, seberegulace a sebereprodukce; je jednotkou struktury, fungování a vývoje všech živých organismů.

2. Buňky všech živých organismů jsou si podobné stavbou, chemickým složením a základními projevy životní činnosti.

3. Buňky vznikají dělením původní (mateřské) buňky.

4. V mnohobuněčném organismu se buňky specializují na funkce a tvoří tkáně, z nichž se budují orgány a orgánové systémy, propojené mezibuněčnými, humorálními a nervovými formami regulace.

Vytvoření buněčné teorie se tak stalo nejdůležitější událostí v přírodní vědě, jedním z rozhodujících důkazů jednoty živé přírody. Buněčná teorie měla významný vliv na vývoj biologie a sloužila jako základ pro další rozvoj mnoha biologických oborů – embryologie, histologie, fyziologie atd. „Teprve od tohoto objevu se začalo studovat organické, živé produkty přírody – obojí srovnávací anatomie a fyziologie a embryologie. Závoj tajemství, který zahaloval proces vzniku a růstu a strukturu organismů, byl stržen. Objevil se nepochopitelný zázrak v podobě procesu probíhajícího podle zákona shodného pro všechny mnohobuněčné organismy“ F. Engels.

Buněčná struktura.

Jestliže buňky bakterií a jiných prokaryot mají relativně jednoduchou stavbu a nesou řadu primitivních znaků zděděných od prvních živých organismů na Zemi, pak se eukaryotické buňky – od prvoků (protistů) až po buňky vyšších rostlin a savců – vyznačují tzv. složitost a rozmanitost jejich struktury.

Buňky tkání rostlin, hub a živočichů v závislosti na funkcích, které vykonávají, mají nejen různé velikosti, ale také různé tvary. Průměr většiny eukaryotických buněk je 10-100 mikronů, nejmenší buňky mají velikost asi 4 mikrony, některé mají 1-10 mm (buňky dužiny vodního melounu) a největší (pštrosí vajíčka, tučňáci, husi) mají velikost 10-20 cm, někdy i více (procesy nervových buněk mohou dosáhnout 1 metru). Buňky lze rozlišit podle tvaru: kulaté, polygonální, tyčinkovité, hvězdicovité (nervové), diskovité (erytrocyty), válcovité, krychlové atd.

Přes rozmanitost forem mají všechny buňky společný strukturní princip (obr....). Každá buňka se skládá ze tří částí: povrchového aparátu (plazmalema), cytoplazmy a jaderného aparátu (jádro).

Povrchové zařízení tvořené cytoplazmatickou membránou, supramembránovými a submembránovými komplexy. Povrchový aparát omezuje vnitřní obsah buněk a chrání jej před vlivy prostředí a provádí látkovou výměnu mezi buňkou a vnějším prostředím. Nadmembránový komplex houbových rostlin a mnoha protistů je reprezentován hustou buněčnou stěnou. Živočišné buňky jsou omezeny pouze cytoplazmatickou membránou. Submembránový komplex leží pod cytoplazmatickou membránou a je tvořen proteinovými filamenty a mikrotubuly.

Cytoplazma – je to část buňky umístěná mezi plazmatickou membránou a jádrem. Cytoplazma obsahuje hlavní (polotekutou látku) neboli hyaloplazmu a všechny v ní ponořené intracelulární struktury: cytoskelet, organely a inkluze. Hyaloplasma – vnitřní prostředí buňky; sestává z vody, organických a anorganických látek. Cytoskelet– systém mikrotubulů a mikrofilament (mikrovlákna); plní podpůrnou funkci a zajišťuje intracelulární pohyby.

Organoidy– trvalé intracelulární struktury cytoplazmy, vykonávající určité funkce a zajišťující životně důležité procesy buňky (výživa, syntéza látek, transport látek uvnitř i vně buňky atd.). Membrána organely se dělí na jednomembránové (endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex, lysozomy, vakuoly) a dvoumembránové (mitochondrie, plastidy) a bezmembránový(ribozomy, buněčný střed, řasinky, bičíky).

Inkluze– nestálé útvary. Objevují se v procesu života, mizí a znovu se tvoří. Jsou to především zásobní látky buňky nebo konečné produkty metabolismu ve formě kapek (tuk), granulí (škrob, glykogen) nebo krystalů (sůl).

Rýže. Kombinovaný diagram struktury eukaryotické buňky. (A - živočišný původ, B - rostlinný původ):

1-jádro s chromatinem, 2-plazmatická membrána, 3-buněčná membrána, 4-plazmodesmata, 5-granulární endoplazmatické retikulum, 6-agranulární endoplazmatické retikulum, 7-tvorné pinocytotické vakuoly, 8-Golgiho komplex, 9-lysozom, 10-fa inkluze, 11-centriole a mikrotubuly, 12-mitochondrie, 13-polyribozomy, 14-vakuoly, 15-chloroplasty.

Jádro – nejdůležitější strukturální složka buněk obsahujících DNA. Jádro zajišťuje ukládání, implementaci a přenos dědičné informace do dceřiných buněk.

Cytoplazma a jádro se tvoří společně živý obsah buňky protoplast.

Struktura eukaryotické buňky

Struktura	Vlastnosti organizace	Funkce
Povrchový aparát: Cytoplazmatická membrána Supramembránový komplex Submembránový komplex	Nejtenčí film tvořený lipidovou dvojvrstvou a do ní ponořenými proteiny	Selektivní regulace metabolismu mezi buňkou a vnějším prostředím. Zajištění kontaktu mezi sousedními buňkami.
Vícevrstvá tvorba polysacharidů	Ochrana klece a vnější rám
Mikrotubuly a mikrofilamenta tvořená proteinovými podjednotkami	Vztah mezi membránou, cytoskeletem a hyaloplazmou
Cytoplazma: Hyaloplazma Mitochondrie Plastidy Endoplazmatické retikulum (ER, ER) Golgiho komplex (GC) Lysozomy Vacuoly Ribozomy	Koloidní roztok bílkovin, sacharidů a dalších látek	Vnitřní prostředí buňky, spojení mezi všemi buněčnými strukturami, syntéza mnoha látek.
Dvojitá membránová struktura; vnitřní membrána tvoří cristae. Obsahuje kruhovou molekulu DNA, ribozomy a mnoho enzymů.	Syntéza ATP
Dvojitá membránová struktura. Vnitřní membrána tvoří tylakoidy, které v chloroplastech obsahují chlorofyl. Obsahují kruhovou DNA, ribozomy a mnoho enzymů. Charakteristické pouze pro rostlinné buňky, autotrofní a heterotrofní protisty.	Fotosyntéza, ukládání živin.
Systém zploštělých membránových vaků - nádrže, dutiny, trubky	Ribozomy se nacházejí na hrubém ER. V jeho nádržích se izolují a dozrávají syntetizované proteiny. Transport syntetizovaných proteinů. Smooth ER: syntéza sacharidů, lipidů, steroidů. Degradace škodlivých látek.
Systém plochých jednomembránových nádrží, na koncích rozšířených a bublinek odnímatelných nebo připojených k nádržím.	Akumulace, transformace proteinů a lipidů, syntéza polysacharidů. Tvorba sekrečních váčků, uvolňování látek mimo buňku. Tvorba lysozomů.
Jednomembránové vezikuly obsahující hydrolytické enzymy	Intracelulární trávení, rozpad poškozených organel, mrtvých buněk, orgánů.
Jednomembránové nádrže naplněné vodou s látkami v ní rozpuštěnými.	Skladování vody a dalších anorganických a organických látek, osmoregulace.
Dvě podjednotky (velká a malá), skládající se z rRNA a proteinů	Sestavení molekul bílkovin
Buněčné centrum (centrioly) Mikrotubuly, mikrofilamenta Inkluze	Systém mikrotubulů vytvořený z proteinových podjednotek	Centra organizující mikrotubuly (podílí se na tvorbě cytoskeletu a vřeténka buněčného dělení, řasinek a bičíků)
Trubky a filamenta tvořená proteinovými podjednotkami	Tvorba cytoskeletu, centrioly, bičíky, řasinky atd. Kontraktilní pohyby, intracelulární transport
Kapky tuku, granule (škrob, glykogen, protein), krystaly (oxalát vápenatý)	Buněčné zásobní látky, konečné produkty metabolismu
Jaderná aparatura (jádro)	Má dvojitou membránu, chromatin, jadernou matrici, jadérko, obsahuje DNA	Uchovávání a přenos dědičné informace do dceřiných buněk beze změny. Implementace dědičné informace

Ruský fyziolog Ivan Pavlov přirovnal vědu ke staveništi, kde znalosti, stejně jako cihly, tvoří základ systému. Stejně tak buněčnou teorii s jejími zakladateli – Schleidenem a Schwannem – sdílí mnoho přírodovědců a vědců, jejich následovníků. Jeden z tvůrců teorie buněčné struktury organismů, R. Virchow, jednou řekl: „Schwann stál na ramenou Schleidena.“ Právě o společné práci těchto dvou vědců bude v článku řeč. O buněčné teorii Schleidena a Schwanna.

Matyáš Jacob Schleiden

Mladý právník Matthias Schleiden (1804-1881) se ve svých šestadvaceti letech rozhodl změnit svůj život, což se jeho rodině vůbec nelíbilo. Poté, co se vzdal právnické praxe, přešel na lékařskou fakultu Univerzity v Heidelbergu. A ve svých 35 letech se stal profesorem na katedře botaniky a fyziologie rostlin na univerzitě v Jeně. Schleiden viděl svůj úkol jako odhalení mechanismu buněčné reprodukce. Ve svých dílech správně vyzdvihl prvenství jádra v procesech rozmnožování, ale neviděl žádné podobnosti ve struktuře rostlinných a živočišných buněk.

V článku „O otázce rostlin“ (1844) dokazuje shodnost ve struktuře všech, bez ohledu na jejich umístění. Recenzi jeho článku píše německý fyziolog Johann Muller, jehož asistentem byl v té době Theodor Schwann.

Selhal kněz

Theodor Schwann (1810-1882) studoval na filozofické fakultě univerzity v Bonnu, neboť tento směr považoval za nejbližší svému snu stát se knězem. Zájem o přírodní vědy byl však tak silný, že Theodore vystudoval univerzitu již na lékařské fakultě. zmíněný I. Muller za pět let učinil tolik objevů, že by stačily vícero vědcům. To zahrnuje detekci pepsinu a pochev nervových vláken v žaludeční šťávě. Byl to on, kdo prokázal přímou účast kvasinkových hub na fermentačním procesu.

Společníci

Vědecká komunita Německa v té době nebyla příliš velká. Setkání německých vědců Schleidena a Schwanna proto bylo jasnou záležitostí. To se konalo v kavárně během jedné z poledních přestávek, v roce 1838. Budoucí kolegové diskutovali o své práci. Matthias Schleiden a Theodor Schwann se podělili o svůj objev rozpoznávání buněk podle jejich jader. Opakováním Schleidenových experimentů Schwann studuje buňky živočišného původu. Hodně komunikují a stávají se přáteli. A o rok později se objevila společná práce „Mikroskopické studie o podobnosti ve struktuře a vývoji elementárních jednotek živočišného a rostlinného původu“, díky níž se Schleiden a Schwann stali zakladateli doktríny buňky, její struktury a životní aktivity.

Teorie o buněčné struktuře

Hlavním postulátem odrážejícím se v díle Schwanna a Schleidena je, že život se nachází v buňkách všech živých organismů. Definitivně to objasnila práce dalšího Němce - patologa Rudolfa Virchowa - v roce 1858. Byl to on, kdo doplnil dílo Schleidena a Schwanna o nový postulát. „Každá buňka je buňka,“ ukončil problémy spontánního generování života. mnozí ho považují za spoluautora a některé zdroje používají frázi „buněčná teorie Schwanna, Schleidena a Virchowa“.

Moderní doktrína buňky

Sto osmdesát let, které uplynuly od tohoto okamžiku, přidalo experimentální a teoretické znalosti o živých bytostech, ale základem zůstává buněčná teorie Schleidena a Schwanna, jejíž hlavní postuláty jsou následující:

Bifurkační bod

Zlomovým bodem ve vývoji vědy se stala teorie německých vědců Matthiase Schleidena a Theodora Schwanna. Všechny obory vědění – histologie, cytologie, molekulární biologie, patologická anatomie, fyziologie, biochemie, embryologie, evoluční studia a mnoho dalších – dostaly silný impuls ve vývoji. Teorie, která poskytla nové pochopení interakcí v rámci živého systému, otevřela nové obzory vědcům, kteří jich okamžitě využili. Rus I. Chistyakov (1874) a polsko-německý biolog E. Strassburger (1875) odhalují mechanismus mitotického (asexuálního) buněčného dělení. Následoval objev chromozomů v jádře a jejich role v dědičnosti a variabilitě organismů, rozluštění procesu replikace a translace DNA a její role v biosyntéze proteinů, energetickém a plastovém metabolismu v ribozomech, gametogenezi a tvorbě zygot.

Všechny tyto objevy tvoří cihly do budování vědy o buňce jako strukturální jednotce a základu veškerého života na planetě Zemi. Obor vědění, jehož základ položily objevy přátel a spolupracovníků, jako byli němečtí vědci Schleiden a Schwann. Biologové jsou dnes vyzbrojeni elektronovými mikroskopy s rozlišením desítek a stovekkrát a sofistikovanými přístroji, metodami radiačního značení a izotopového ozařování, technologiemi genového modelování a umělou embryologií, ale buňka stále zůstává nejtajemnější strukturou života. Stále více nových objevů o její struktuře a životní aktivitě přibližuje vědecký svět ke střeše této budovy, ale nikdo nedokáže odhadnout, zda a kdy její stavba skončí. Stavba mezitím není dokončena a všichni čekáme na nové objevy.