§5. Mikroskop I badanie komórki: ekskurs w historię

Dowiesz się, jak dzięki wynalezieniu i udoskonaleniu mikroskopu odkryto najmniejsze żywe cegiełki, z których zbudowane są wszystkie istoty żywe – komórki.

Z czego składają się rośliny? Z czego składają się zwierzęta? Czy bakterie posiadają komórki? Jakie cechy wspólne ma roślina i człowiek?

Ryc.1. Lupa Ryc.2. Mikroskop optyczny Optyka – rozdział fizyki, który bada światło i związane z nim zjawiska. Przyrządy, których praca opiera się na wykorzystaniu właściwości światła, nazywają się optycznymi.

Pytanie „Z czego zbudowany jest organizm żywy?” długo pozostawało bez odpowiedzi, ponieważ struktury, które są wspólne dla organizmów żywych, są bardzo małe i niewidoczne gołym okiem. Odpowiedź dano po wynalezieniu mikroskopu. Jego poprzednikiem jest najprostszy przyrząd optyczny – lupa, czyli szkło powiększające (ryc.1).

Mikroskop, który stał się prototypem współczesnego (ryc.2), został wynaleziony w końcu XVI w. Od XVII w. mikroskop stał się jednym z podstawowych instrumentów biologów.

Pierwsze badania naukowe obiektów biologicznych za pomocą mikroskopu

1665 1673-1683 1838-1839

R. Hook wprowadził A. Leeuwenhoek odkrył M. Schleiden i Th. Schwann

termin komórka świat mikroskopijnych sformułowali teorię, według

organizmów, w tym bakterii, której zwierzęta i rośliny mają

zwierząt jednokomórkowych, budowę komórkową; komórka

glonów i grzybów jest najmniejszą jednostką życia

wykonał w środku XVIIw. angielski fizyk i naturalista

Robert Hook (1635-1703). Między innymi oglądał

przekrój korka z dębu korkowego. Ujrzał wtedy i

narysował liczne siatkowate struktury podobne do

plastra pszczelego. Nazwał je komórkami (ryc.3).

W 1665r. w książce „Mikrografia” on opublikował

ten rysunek wraz z innymi obrazami mikroskopowych

struktur kamieni, różnorodnych materiałów, roślin i

zwierząt. Struktury, które R. Hook nazwał komórkami,

w rzeczywistości były ich próżnymi ścianami. Jednak Ryc.3. Mikroskop R.Hooke’a,

z czasem zaczęto używać właśnie tego terminu . przekrój korka

Książka R. Hooka wywarła ogromne wrażenie na holenderskiego naturalistę

A. Leeuwenhoek’a. Za pomocą mikroskopu on odkrył cały świat mikroskopijnych organizmów, które nazwał „żyjątkami”. Wśród znanych „żyjątek” A. Leeuwenhoek’a (ryc.4)- mikroskopijne glony i zwierzęta, jednokomórkowe mikroskopijne grzyby – drożdże. Leeuwenhoek odkrył też komórki krwi, opisał martwe komórki skóry oraz budowę mięśni człowieka, części oka owadów i komórkową budowę korzeni wodnej rośliny rzęsy.

Omnis

Cellula e

cellula

1858 1931 1950-1963

R. Virchow ugruntował E. Ruska opracował G. Palade, A. Claude,

wypowiedź: „Każda komórka prototyp mikroskopu Ch. deDuwe stworzyli

pochodzi z komórki ” elektronowego. W 1986r. strukturalno-funkcjo-

otrzymali Nagrodę Nobla nalny model komórki.

W 1974r. otrzymali

Nagrodę Nobla

Na przełomie XVIII i XIX w.w. wynaleziono sposób produkcji bardzo jakościowych obiektywów, które przy dużym powiększeniu nie zniekształcały obrazu. Za pomocą takiego udoskonalonego obiektywu angielski botanik Robert Brown w 1831r. odkrył w komórkach roślinnych nową strukturę – jądro. Ówcześni biolodzy zwrócili też uwagę na to, że jądro znajduje się w galaretowatej substancji, którą wypełniona jest komórka. Ta substancja, która tworzy środowisko wewnętrzne komórki, otrzymała nazwę – cytoplazma (od greckiego słowa cytos- komórka i plazma – zawartość).

W 1838-1839r. botanik Matias Schleiden i zoolog Teodor Schwann doszli do wniosku, że podstawowym i obowiązkowym elementem organizmu żywego jest komórka. Oni sformułowali cztery tezy, które legły u podstaw zaproponowanej przez nich teorii komórkowej:

1. Wszystkie rośliny i zwierzęta zbudowane są z komórek.

2. Rośliny i zwierzęta rosną na skutek tworzenia się nowych komórek.

3. Komórka jest najmniejszą żywą jednostką; poza komórką życie nie istnieje.

4. Komórki różnych organizmów są do siebie podobne pod względem budowy.

Autorzy teorii komórkowej nie potrafili poprawnie wytłumaczyć, w jaki sposób tworzą się nowe komórki. Na to pytanie w 1858r. odpowiedział wybitny niemiecki uczony Rudolf Virchow (1821-1902) . On doszedł do wniosku, że nowe komórki powstają wyłącznie na skutek podziału już istniejących komórek. Do niego należy znana wypowiedź, która w tłumaczeniu z łaciny brzmi: „Każda komórka pochodzi z komórki”.

Wraz z powstaniem teorii komórkowej powstała nowa nauka – cytologia ( od greckiego słowa cytos – komórka i logos – słowo, nauka ), czyli nauka o komórce.

a b c d

Ryc.4. Niektóre „żyjątka”, odkryte i narysowane przez A. Leeuwenhoeka (XVIIw.) i ich mikrofotografie zrobione za pomocą współczesnych mikroskopów optycznych (XXIw.):

a – słodkowodne mikroskopijne jednokomórkowe zwierzę ( pantofelek);

b - słodkowodne mikroskopijne wielokomórkowe zwierzę (wrotek);

c - słodkowodny mikroskopijny zielony glon (toczek);

d – różnorodne bakterie

W II połowie XIX w. cytologia bardzo szybko się rozwijała, udoskonalały się mikroskopy optyczne pozwalające badać struktury, których rozmiar wynosił zaledwie 0,2µm, około 400 razy mniejsze od grubości ludzkiego włosa.

W 1931r. w Niemczech fizyk E.Ruska Mikrometr lub mikron (µm) –

wynalazł prototyp mikroskopu elektronowego. jednostka długości, która dorów-

To pozwoliło zobaczyć struktury tysiąc razy nuje jednej milionowej częsci metra.

mniejsze od tych, które były widoczne za pomocą

mikroskopu optycznego.

Dzięki mikroskopowi elektronowemu ( ryc.5)

w 50.,60. latach XX w. odbyła się prawdziwa

rewolucja: odkryto wewnętrzną budowę komórki,

ukazano wspólne i odmienne cechy komórek roślin,

zwierząt, grzybów i bakterii.

Te badania dały możliwość zobaczyć nie tylko Ryc.5. Mikroskop elektronowy

budowę komórki, ale też zrozumieć, jak ona pracuje.

WNIOSKI

1. Udoskonalenie metod mikroskopii było niezbędnym warunkiem rozwoju biologii.

2. Mikroskop optyczny pozwolił na obserwację komórki.

3. Dzięki mikroskopowi optycznemu udowodniono, że komórka jest najmniejszą jednostką organizmu żywego; wszystkie organizmy żywe zbudowane są z komórek.

4. Dzięki mikroskopowi elektronowemu udało się poznać budowę wewnętrzną komórki i zbadać, jak ona pracuje.

TERMINY I POJĘCIA DO ZAPAMIĘTANIA

Komórka, cytoplazma, cytologia.

PYTANIA KONTROLNE

1. Kto pierwszy zobaczył komórkę?

2. Kto odkrył świat mikroskopijnych organizmów?

3. Jakie tezy teorii komórkowej sformułowali M. Schleiden i T. Schwann?

ZADANIE

Przyszykuj odpowiedzi na pytania uczniów, które były przytoczone na początku paragrafu.

DLA DOCIEKLIWYCH

Pierwsze fotografie komórki pod mikroskopem elektronowym

Pierwszy mikroskop elektronowy dla badań biologicznych został skonstruowany przez firmę SIEMENS i w 1944r. znalazł się w Instytucie Badań Medycznych Rockefellera w Nowym Jorku. W 1945 r. trzech biologów pod kierunkiem K. Portera opublikowało pierwsze fotografie komórek zwierzęcych, które były zrobione za pomocą tego przyrządu. Na tych zdjęciach był dobrze widoczny ogólny kontur komórki, jej niejednorodna zawartość, w której można było odróżnić jądro i niektóre pałeczkowate struktury – mitochondria. W 60. latach XX w. grupa uczonych z Instytutu Rockefellera dokładnie zbadała budowę komórek zwierzat, roślin i grzybów oraz niektórych mikroskopijnych organizmów jednokomórkowych, odkrytych swego czasu przez A. Leeuwenhoek’a. W tym samym czasie inna grupa uczonych tegoż Instytutu zbadała budowę dziwnych obiektów, które nie były widoczne przez mikroskop optyczny – wirusów, odkrywszy przy tym, że wirusy nie mają budowy komórkowej, a więc znajdują się na granicy między żywym i nieżywym.