В истории каждой науки бывают события, открывающие широкий путь для ее предстоящего развития. Так, химии и успехи физики стали причиной овладению ядерной энергией, которая при ее мирном применении открывает широчайшие возможности для развития науки и техники. В науке о жизни одним из таких великих событий было открытие клеточного строения у животных и растений. Случилось это в первой половине XIX в.
Изображения растительных клеток учеными XVII в.
Действительно, то, что растения складываются из клеток, было известно существенно раньше — еще во второй половине XVII в., в то время, когда для биологических изучений в первый раз стали применять микроскоп. Наибольшие ученые того времени — британцы Гук и Неемия Грю, итальянец Марчелло Мальпиги — разглядывая под микроскопом разные части растений, увидели, что растения складываются из «клеточек», «пузырьков».
Марчелло Мальпиги
Но они видели лишь оболочки мертвых клеток и ничего не знали о том, что находится в живой клетке.
Клеточное строение животных стало известно существенно позднее, а к неспециализированному заключению о строении клетки и о том, что тела всех животных и растений складываются из клеток, ученые пришли лишь в 30-х годах XIX в. Это было связано с развитием и усовершенствованием микроскопа техники микроскопических изучений. Особенно громадное значение имели работы чешского ученого Яна Пур-кинье и германских ученых Шванна и Шлейдена.
За последние сто лет изучение клетки продвинулось на большом растоянии вперед и стало причиной последовательности наибольших открытий. В случае, если микроскопы при жизни Шванна увеличивали в много раз, то современные оптические микроскопы увеличивают до трех тысяч раз и позволяют видеть предметы величиной в один микрон, т. е. 0,001 мм. Это практически предел того, что возможно видеть под микроскопом. Но сейчас сконструированы особенные электронные микроскопы. Они разрешают видеть частицы при повышении в сто и более тысяч раз. Все это позволило не только отлично изучить клеточное строение организмов, но и осознать наиболее значимые процессы, каковые происходят в живой клетке.
КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ
Что же представляют собой клетки, каково их значение и строение в жизни растения?
Неемия Грю.
Ниже изображена часть нитчатой водоросли спирогиры, простой в отечественных водоемах. Вся водоросль представляет собой долгую нить, складывающуюся из одного последовательности однообразных клеток. Перед нами самый простое строение многоклеточного растения.
Удлиненные клетки данной водоросли имеют отлично заметную жёсткую оболочку, она отделяет их от окружающей среды и от соседних клеток. Эта оболочка складывается из органического вещества, именуемого целлюлозой, либо клетчаткой. Целлюлоза относится к органическим веществам, именуемым углеводами.
К ним же относятся крахмал и сахар, но состав целлюлозы сложнее. От сахара она отличается тем, что не растворяется в воде, от крахмала — что не разбухает в воде.
В клетки находится полужидкая протоплазма. У многих растительных тканей она заполняет не всю клетку, а находится в основном у стенок. В протоплазме находится округлое либо круглое тело — ядро клетки. ядро и Протоплазма — наиболее значимые части всякой живой, способной к размножению клетки. И ядро и протоплазма складываются из сложного сочетания разных веществ, среди которых ключевую роль играются сложнейшие органические вещества — белки.
Маттиас Якоб Шлейден
Присмотревшись к клетке водоросли, мы увидим, что протоплазма движется: она медлительно перетекает в определенном направлении. Особенно отлично это заметно в тех местах клетки, где протоплазма прилегает к оболочке.
Между струйками протоплазмы в клетки видны пространства, заполненные прозрачной жидкостью. Это пузырьки, либо вакуоли, с клеточным соком. Клеточный сок складывается из воды и растворенных в ней солей, сахара и других веществ. В клеточном соке сладких плодов довольно много сахара, а в больших клетках долек лимона либо апельсина содержится кроме этого лимонная кислота.
вакуоли и Твёрдые оболочки клеток с клеточным соком имеют большое значение в жизни растений. В случае, если нитчатую водоросль поместить в крепкий раствор соли либо сахара, то скоро станет заметно, что протоплазма, прилегающая в клетках к оболочке, начинает от нее отставать, содержимое клетки все более сжимается, очень сильно уменьшаются и вакуоли с клеточным соком. По какой причине это происходит?
Поместив клетки в раствор соли либо сахара, мы поменяли условия их жизни. Сейчас во внешней среде — в окружающей воде — более концентрированный, более крепкий раствор разных веществ, чем в клеточном соке. При этих условиях происходит диффузия: вода из вакуолей с клеточным соком будет усиленно попадать в пространство, образующееся между оболочкой и протоплазмой. Это явление именуется плазмолизом клетки.
Клетка водоросли спирогиры: п — протоплазма, я — ядро, в— вакуоль с клеточным соком, х — хроматофор.
Клетки кожицы лука.
В обычных условиях концентрация растворенных в клетке веществ выше, чем в окружающей среде. Исходя из этого вода всегда проникает в клетку. Содержимое клетки набухает и давит изнутри на жёсткую клетчатковую оболочку. Исходя из этого в простых условиях растительная клетка будет в состоянии напряжения, либо тургора. В случае, если растение не поливать, то в земле концентрация растворенных веществ будет возрастать. Уменьшится диффузия воды, ослабеет тургор в клетках страницы, станет меньше Маттиас Якоб Шлейден. напряженность тканей растения. Листья поникают, становятся дряблыми. Не во всякой клетке растения находится много клеточного сока. В молодых клетках его нет: накапливается он в клетках по мере роста. В некоторых клетках довольно много клеточного сока, и он может занимать практически всю клетку. Такие клетки просты в мякоти плодов и достигают время от времени «огромных» размеров.
На рисунке в клетке спирогиры, не считая протоплазмы, клеточного сока и ядра, видна кроме этого плотная спиральная лента; она окрашена в зеленый цвет. Это хроматофор, содержащий зеленый пигмент — хлорофилл. При участии хлорофилла происходит воздушное питание растений (см. ст. «Как живет растение»). Наконец, в протоплазме клетки смогут быть разные включения: капельки жира, кристаллики и т. п.
Клетки арбузной мякоти, видимые через лупу.
В низших растениях, аналогичных водоросли спирогире, у всех клеток более либо менее однообразное строение. Но у многих растений клетки весьма разнообразны. Так, к примеру, клетки кожицы поменянных листьев, составляющих луковицу обычного лука, имеют удлиненную форму, и в них нет зеленых хроматофоров. Разное строение клеток связано с ролью, которую они играются в жизни растения. На рисунке изображен разрез страницы зеленого растения. На нем возможно различить лежащие в один слой клетки кожицы страницы, не которые содержат хлорофилловых зерен. Под кожицей расположены клетки, богатые зелеными хлорофилловыми зернами. Между этими клетками, в особенности в нижней части страницы, видны межклеточные пространства, в каковые попадает воздушное пространство. Клетки кожицы составляют покровную ткань страницы, либо эпидермис, а зеленые клетки мякоти страницы образуют другую ткань — паренхиму, с которой связано питание зеленого растения. Помимо этого, в кожице лежат особенные клеточки, образующие устьица. Устьица замыкают отверстия, ведущие в межклеточные пространства паренхимы. Через устьица происходит обмен газами между внешней средой и растением (кислород, углекислый газ, пары воды).
Помимо этого, в странице имеется жилки. Они складываются из особенных удлиненных клеток — трубчатых сосудов. По одним из этих клеток в страницу поступает вода, по вторым из страницы в корни и стебель направляются органические вещества.
Клетки растений различаются не только строением и формой, но и величиной. Наровне с весьма небольшими клеточками, величиной всего в пара микронов, имеется и большие клетки, измеряемые несколькими миллиметрами а также сантиметрами, как к примеру лубяные волокна некоторых растений.
Плазмолиз растительной клетки: о — оболочка, п — прото-плазма, в — вакуоль с клеточным соком.