Buněčná teorie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 17. března 2020; kontroly vyžadují 18 úprav .

Buněčná teorie  je jednou z všeobecně uznávaných biologických zobecnění , která potvrzuje jednotu principu struktury a vývoje světa rostlin , zvířat a dalších živých organismů s buněčnou strukturou , ve které je buňka považována za jediný strukturní prvek žijící organismy.

Buněčná teorie je základní teorií biologie, formulovaná v polovině 19. století , která poskytla základ pro pochopení zákonů živého světa a pro rozvoj evoluční doktríny . Matthias Schleiden a Theodor Schwann formulovali buněčnou teorii založenou na mnoha výzkumech o buňce (1838-1839). Rudolf Virchow jej později (1858) doplnil o nejdůležitější větu „každá buňka pochází z jiné buňky“.

Schleiden a Schwann shrnutím dostupných poznatků o buňce prokázali, že buňka je základní jednotkou každého organismu . Živočišné buňky , rostliny a bakterie mají podobnou strukturu. Později se tyto závěry staly základem pro prokázání jednoty organismů. T. Schwann a M. Schleiden zavedli do vědy základní koncept buňky: mimo buňky není život.

Buněčná teorie byla opakovaně doplňována a upravována.

Ustanovení buněčné teorie Schleiden - Schwann

Základy buněčné teorie, kterou nakonec položil Theodor Schwann, lze formulovat takto:

V roce 1855 Rudolf Virchow aplikoval buněčnou teorii na medicínu a doplnil ji o následující důležitá ustanovení:

Hlavní ustanovení moderní buněčné teorie

Další ustanovení buněčné teorie

Aby byla buněčná teorie plněji v souladu s daty moderní buněčné biologie, je seznam jejích ustanovení často doplňován a rozšiřován. V mnoha zdrojích se tato dodatečná ustanovení liší, jejich soubor je zcela libovolný.

Historie

17. století

1665 – Anglický fyzik R. Hooke ve své práci „Mikrografie“ popisuje strukturu korku, na jehož tenkých úsecích našel správně umístěné dutiny. Hooke nazval tyto dutiny „póry nebo buňky“. Přítomnost podobné struktury mu byla známa i v některých jiných částech rostlin.

70. léta 17. století - italský lékař a přírodovědec M. Malpighi a anglický přírodovědec N. Grew popsali "vaky nebo váčky" v různých rostlinných orgánech a ukázali širokou distribuci buněčné struktury v rostlinách. Buňky na svých kresbách znázornil holandský mikroskop A. Leeuwenhoek . Jako první objevil svět jednobuněčných organismů – popsal bakterie a protisty (nálevníky).

Badatelé 17. století, kteří prokázali převahu „buněčné struktury“ rostlin, nedocenili význam objevu buňky. Představovali si buňky jako dutiny v souvislé mase rostlinných tkání. Grew považoval buněčné stěny za vlákna, a tak zavedl termín „tkáň“, analogicky s textilií. Studie mikroskopické stavby živočišných orgánů byly náhodné povahy a nepřinesly žádné poznatky o jejich buněčné struktuře.

18. století

V 18. století došlo k prvním pokusům o srovnání mikrostruktury rostlinných a živočišných buněk. KF Wolf se ve své Theory of Generation (1759) pokouší porovnat vývoj mikroskopické stavby rostlin a živočichů. Podle Wolfa se embryo v rostlinách i zvířatech vyvíjí z látky bez struktury, v níž pohyby vytvářejí kanály (cévy) a dutiny (buňky). Fakta citovaná Wolffem byla mylně interpretována a nepřidala nové poznatky k tomu, co znali mikroskopisté ze sedmnáctého století. Jeho teoretické myšlenky však do značné míry předjímaly myšlenky budoucí buněčné teorie.

První polovina 19. století

V první čtvrtině 19. století došlo k výraznému prohloubení představ o buněčné stavbě rostlin, což je spojeno s výrazným zlepšením konstrukce mikroskopu (zejména vytvořením achromatických čoček ).

Link a Moldenhower zjistili, že rostlinné buňky mají nezávislé stěny. Ukazuje se, že buňka je jakousi morfologicky izolovanou strukturou. V roce 1831 G. Mol dokazuje, že i takové zdánlivě nebuněčné struktury rostlin, jako jsou vodonosné vrstvy, se vyvíjejí z buněk.

F. Meyen v „Fytotomii“ (1830) popisuje rostlinné buňky , které „jsou buď jednotlivé, takže každá buňka je zvláštní jedinec , jak se vyskytuje u řas a hub, nebo tvoříc více organizované rostliny, spojují se do více a menší masy. Meyen zdůrazňuje nezávislost metabolismu každé buňky.

V roce 1831 Robert Brown popisuje jádro a naznačuje, že je trvalou součástí rostlinné buňky.

Purkyňova škola

V roce 1801 představil Vigia koncept živočišných tkání, ale tkáně izoloval na základě anatomické přípravy a nepoužíval mikroskop. Rozvoj představ o mikroskopické stavbě živočišných tkání je spojen především s výzkumem Purkyňova , který založil svou školu v Breslau.

Purkyň a jeho žáci (zejména G. Valentina) odhalili v první a nejobecnější podobě mikroskopickou stavbu tkání a orgánů savců (včetně člověka). Purkyně a Valentin porovnávali jednotlivé rostlinné buňky s jednotlivými mikroskopickými strukturami živočišných tkání, které Purkyň nejčastěji nazýval „semena“ (pro některé živočišné struktury se v jeho škole používal výraz „buňka“).

V roce 1837 Purkyň přednesl v Praze sérii přednášek. V nich referoval o svých pozorováních o stavbě žaludečních žláz, nervové soustavě atd. V tabulce připojené k jeho zprávě byly uvedeny jasné snímky některých buněk živočišných tkání. Purkyň však nemohl prokázat homologii (srovnatelnost) rostlinných buněk a živočišných buněk:

  • za prvé, zrny chápal buď buňky, nebo buněčná jádra;
  • za druhé, pojem „buňka“ byl tehdy chápán doslova jako „prostor ohraničený zdmi“.

Purkyň srovnával rostlinné buňky a „semena“ zvířat z hlediska analogie, nikoli homologie těchto struktur (chápání termínů „analogie“ a „homologie“ v moderním smyslu).

Müllerova škola a Schwannovo dílo

Druhou školou, kde se zkoumala mikroskopická stavba živočišných tkání, byla laboratoř Johannese Müllera v Berlíně. Müller studoval mikroskopickou strukturu hřbetní struny (tetivy); jeho student Henle publikoval studii o střevním epitelu, ve které popsal jeho různé typy a jejich buněčnou strukturu.

Zde byly provedeny klasické studie Theodora Schwanna, které položily základy buněčné teorie. Schwannovo dílo bylo silně ovlivněno Purkyňovou a Henleho školou . Schwann našel správný princip pro srovnávání rostlinných buněk a elementárních mikroskopických struktur živočichů. Byl schopen stanovit homologii a prokázat shodu ve struktuře a růstu elementárních mikroskopických struktur rostlin a živočichů.

Význam jádra ve Schwannově buňce podnítil výzkum Matthiase Schleidena, který v roce 1838 publikoval práci Materials on Phytogenesis. Proto je Schleiden často nazýván spoluautorem buněčné teorie. Základní myšlenka buněčné teorie - korespondence rostlinných buněk a elementárních struktur zvířat - byla Schleidenovi cizí. Zformuloval teorii vzniku nových buněk z látky bez struktury, podle níž se nejprve z nejmenší zrnitosti zkondenzuje jadérko a kolem něj se vytvoří jádro, které je původní (cytoblast) buňky. Tato teorie však byla založena na nesprávných faktech.

V roce 1838 vydal Schwann 3 předběžné zprávy a v roce 1839 se objevila jeho klasická práce „Mikroskopické studie o korespondenci ve struktuře a růstu zvířat a rostlin“, v jejímž názvu je vyjádřena hlavní myšlenka buněčné teorie. :

  • V první části knihy zkoumá strukturu notochordu a chrupavky a ukazuje, že jejich elementární struktury - buňky se vyvíjejí stejným způsobem. Dále dokazuje, že mikroskopické struktury jiných tkání a orgánů živočišného organismu jsou také buňky, zcela srovnatelné s buňkami chrupavky a chordy.
  • Druhá část knihy porovnává buňky rostlin a buňky zvířat a ukazuje jejich vzájemnou shodu.
  • Třetí část rozvíjí teoretická ustanovení a formuluje principy buněčné teorie. Byl to právě Schwannův výzkum, který formalizoval buněčnou teorii a dokázal (na úrovni tehdejšího poznání) jednotu elementární stavby živočichů a rostlin. Schwannovou hlavní chybou byl jeho názor, navazující na Schleidena, o možnosti vzniku buněk z bezstrukturní nebuněčné látky.

Vývoj buněčné teorie v druhé polovině 19. století

Od 40. let 19. století je buněčná teorie středem zájmu celé biologie a rychle se rozvíjí a stává se samostatným vědním oborem – cytologií .

Pro další rozvoj buněčné teorie bylo zásadní její rozšíření na protisty (protozoa), kteří byli uznáváni jako volně žijící buňky (Siebold, 1848).

V této době se mění představa o složení buňky. Je objasněn druhotný význam buněčné membrány, která byla dříve uznávána jako nejpodstatnější část buňky, a je objasněn význam protoplazmy (cytoplazmy) a buněčného jádra (Mol, Kohn, L. S. Tsenkovsky , Leydig , Huxley ) . vynesl do popředí , což našlo svůj výraz v definici buňky, kterou uvedl M. Schulze v roce 1861:

Buňka je hrudka protoplazmy s jádrem obsaženým uvnitř.

V roce 1861 Brucco předkládá teorii o komplexní struktuře buňky, kterou definuje jako „elementární organismus“, objasňuje teorii tvorby buněk z látky bez struktury (cytoblastém), kterou dále rozvinuli Schleiden a Schwann. Bylo zjištěno, že metodou vzniku nových buněk je buněčné dělení, které jako první zkoumal Krtek na vláknitých řasách. Ve vyvrácení teorie cytoblastému na botanickém materiálu sehrály důležitou roli studie Negeliho a N. I. Zheleho.

Dělení tkáňových buněk u zvířat objevil v roce 1841 Remak . Ukázalo se, že fragmentace blastomer je sérií postupných dělení (Bishtyuf, N. A. Kelliker). Myšlenku univerzálního šíření buněčného dělení jako způsobu tvorby nových buněk zafixuje R. Virchow ve formě aforismu:

"Omnis cellula ex cellula".
Každá buňka z buňky.

Ve vývoji buněčné teorie v 19. století vyvstávají ostré rozpory odrážející dvojí povahu buněčné teorie, která se vyvíjela v rámci mechanistického pojetí přírody. Již u Schwanna existuje pokus považovat organismus za souhrn buněk. Tento trend je zvláště rozvinut ve Virchowově „Cellular Pathology“ (1858).

Virchowova práce měla nejednoznačný dopad na vývoj buněčné vědy:

  • Rozšířil buněčnou teorii o oblast patologie, což přispělo k uznání univerzality buněčné doktríny. Virchowova práce upevnila odmítnutí Schleidenovy a Schwannovy teorie cytoblastému, upozornila na protoplazmu a jádro, uznávané jako nejpodstatnější části buňky.
  • Virchow řídil vývoj buněčné teorie po cestě čistě mechanistické interpretace organismu.
  • Virchow povýšil buňky na úroveň nezávislé bytosti, v důsledku čehož nebyl organismus považován za celek, ale jednoduše za souhrn buněk.

20. století

Od druhé poloviny 19. století získávala buněčná teorie stále metafyzický charakter, posílený Ferwornovou buněčnou fyziologií, která považovala jakýkoli fyziologický proces probíhající v těle za prostý součet fyziologických projevů jednotlivých buněk. Na konci této vývojové linie buněčné teorie se objevila mechanistická teorie „buněčného stavu“, kterou podporoval mj. Haeckel. Podle této teorie je tělo srovnáváno se státem a jeho buňkami - s občany. Taková teorie odporovala principu celistvosti organismu.

Mechanistický směr ve vývoji buněčné teorie byl ostře kritizován. V roce 1860 I. M. Sechenov kritizoval Virchowovu myšlenku buňky. Později byla buněčná teorie podrobena kritickému hodnocení jinými autory. Nejzávažnější a nejzásadnější námitky vznesli Hertwig, A. G. Gurvich (1904), M. Heidenhain (1907), Dobell (1911) a český histolog Studnichka (1929, 1934).

Ve 30. letech 20. století předložil sovětský biolog O. B. Lepeshinskaya teorii (později zcela vyvrácenou), že buňky se mohou během ontogeneze vyvinout z nebuněčné živé hmoty .

Moderní buněčná teorie

Moderní buněčná teorie vychází ze skutečnosti, že buněčná struktura je hlavní formou existence života, která je vlastní všem živým organismům, kromě virů . Zlepšení buněčné struktury bylo hlavním směrem evolučního vývoje u rostlin i zvířat a buněčná struktura byla pevně držena ve většině moderních organismů.

Zároveň by měla být přehodnocena dogmatická a metodologicky nesprávná ustanovení buněčné teorie:

  • Buněčná struktura je hlavní, ale ne jedinou formou existence života. Viry lze považovat za nebuněčné formy života. Pravda, projevují známky živých věcí (metabolismus, schopnost reprodukce atd.) pouze uvnitř buněk, mimo buňky je virus složitá chemická látka. Podle většiny vědců jsou viry ve svém původu spojeny s buňkou, jsou součástí jejího genetického materiálu, „divokých“ genů.
  • Ukázalo se, že existují dva typy buněk – prokaryotické (buňky bakterií a archaebakterií), které nemají jádro ohraničené membránami, a eukaryotické (buňky rostlin, živočichů, hub a protistů), které mají jádro obklopené dvojitá membrána s jadernými póry. Mezi prokaryotickými a eukaryotickými buňkami existuje mnoho dalších rozdílů. Většina prokaryot nemá vnitřní membránové organely, zatímco většina eukaryot má mitochondrie a chloroplasty. Podle teorie symbiogeneze jsou tyto semi-autonomní organely potomky bakteriálních buněk. Eukaryotická buňka je tedy systémem vyšší úrovně organizace, nelze ji považovat za zcela homologní s bakteriální buňkou (bakteriální buňka je homologní s jednou mitochondrií lidské buňky). Homologie všech buněk se tak redukovala na přítomnost uzavřené vnější membrány z dvojité vrstvy fosfolipidů (u archaebakterií má jiné chemické složení než u jiných skupin organismů), ribozomů a chromozomů - dědičného materiálu ve formě molekul DNA, které tvoří komplex s proteiny. To samozřejmě nepopírá společný původ všech buněk, což potvrzuje shodnost jejich chemického složení.
  • Buněčná teorie považovala organismus za souhrn buněk a rozpustila projevy života organismu v součtu projevů života jeho základních buněk. Tím byla ignorována celistvost organismu, vzory celku byly nahrazeny součtem částí.
  • Vzhledem k tomu, že buňku považujeme za univerzální strukturální prvek, buněčná teorie považovala tkáňové buňky a gamety, protisty a blastomery za zcela homologní struktury. Použitelnost konceptu buňky na protisty je diskutabilní otázkou buněčné vědy v tom smyslu, že mnoho komplexních mnohojaderných buněk protistů lze považovat za supracelulární struktury. V tkáňových buňkách, zárodečných buňkách, protistách se projevuje společná buněčná organizace, vyjádřená v morfologické izolaci karyoplazmy ve formě jádra, nicméně tyto struktury nelze považovat za kvalitativně ekvivalentní, přičemž všechny jejich specifické rysy přesahují pojem „ buňka". Zejména gamety zvířat nebo rostlin nejsou jen buňkami mnohobuněčného organismu, ale zvláštní haploidní generací jejich životního cyklu, která má genetické, morfologické a někdy i ekologické rysy a podléhá nezávislému působení přírodního výběru. Téměř všechny eukaryotické buňky přitom mají nepochybně společný původ a soubor homologických struktur – prvky cytoskeletu, ribozomy eukaryotického typu atp.
  • Dogmatická buněčná teorie ignorovala specifičnost nebuněčných struktur v těle nebo je dokonce uznávala, jako to udělal Virchow, jako neživé. Ve skutečnosti má tělo kromě buněk mnohojaderné supracelulární struktury ( syncytia , symplasty ) a bezjadernou mezibuněčnou látku, která má schopnost metabolizovat, a proto je živá. Zjistit specifičnost jejich vitálních projevů a význam pro organismus je úkolem moderní cytologie. Přitom jak mnohojaderné struktury, tak extracelulární substance se objevují pouze z buněk. Syncytia a symplasty mnohobuněčných organismů jsou produktem splynutí původních buněk a extracelulární látka je produktem jejich sekrece, tedy vzniká jako výsledek buněčného metabolismu.
  • Problém části a celku byl metafyzicky vyřešen ortodoxní buněčnou teorií: veškerá pozornost byla přenesena na části organismu - buňky nebo "elementární organismy".

Integrita organismu je výsledkem přirozených, materiálních vztahů, které jsou zcela přístupné výzkumu a odhalení. Buňky mnohobuněčného organismu nejsou jedinci schopní samostatné existence (tzv. buněčné kultury mimo organismus jsou uměle vytvořené biologické systémy). Samostatné existence jsou zpravidla schopny pouze ty mnohobuněčné buňky, které dávají vzniknout novým jedincům (gamety, zygoty nebo spory) a lze je považovat za samostatné organismy. Buňku nelze odtrhnout od prostředí (jako ostatně každý živý systém). Soustředění veškeré pozornosti na jednotlivé buňky nevyhnutelně vede ke sjednocení a mechanistickému chápání organismu jako souhrnu částí.

Očištěná od mechanismu a doplněná novými daty zůstává buněčná teorie jednou z nejdůležitějších biologických zobecnění.

Poznámky

  1. ↑ Moderní verze buněčné teorie . Získáno 25. března 2018. Archivováno z originálu 12. února 2015.
  2. ↑ CYTOLOGIE. Zákon genetické kontinuity. . Získáno 25. března 2018. Archivováno z originálu 25. března 2018.

Viz také

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie