Новые методы исследований

В 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