Далеко не каждый знает, что цитология – это наука, изучающая функции, строение и развитие клеток любых живых организмов, в том числе и одноклеточных. Для диагностики заболеваний людей и животных цитологические исследования приобрели огромное значение.
Зная определение, что такое цитология, совсем нетрудно понять, что эта наука смогла развиваться только после создания и постепенного усовершенствования оптического микроскопа и разработки гистологических методов исследования.
История обнаружения клетки
История развития цитологии начинается с открытия клетки. Термин «клетка» был впервые использован англичанином Робертом Гуком в 1665 году, рассматривавшим под усовершенствованным им микроскопом срез пробки. Он смог разглядеть ячеистое строение материала, точнее клеточные оболочки из целлюлозы. Позднее его открытия подтвердили итальянец М. Мальпиги и англичанин Н. Грю, а А. Левенгук в 1781году впервые опубликовал рисунки, изображающие клетки животного с ядрами. Так стала делать свои первые шаги цитология – наука о клетке.
В начале 19-го века стало формироваться представление о том, что клетка является важнейшей структурной единицей любого организма, то есть закладывались основы цитологии. Р. Броун в 1831 году нашёл в растительных клетках ядра, дав им такое название по-латыни, а чуть позже доказал, что этот элемент присутствует в клетках всех животных и растений. Учёные также обнаружили процесс деления клеток.
Я. Пуркинье, впервые описавший ядро животной клетки, придумал способы просветления и окраски клеточных препаратов, ведь это то, что изучает цитология. Он ввёл понятие протоплазмы и был среди первых исследователей, пытавшихся сравнить животные и растительные клетки.
В 1839 году немцами Т. Шванном и М. Шлейденом была сформулирована клеточная теория, где клетка считалась основным элементом строения, развития и жизнедеятельности живого мира, которая содержит в себе весь комплекс свойств, присущих жизни, являясь её базовой ячейкой. С тех пор так и было установлено, что цитология – это наука о всех аспектах, касающихся клетки. С помощью клеточной теории была раскрыта природа разнообразных простейших. Т. Зибольд дал формулировку одноклеточным животным, основываясь на постулатах клеточной теории.
Для развития цитологии важным стало появление учения Р. Вирхова о целлюлярной патологии, в которой клетки рассматривались, как место, где коренятся болезни. Благодаря этому изучением клеток стали интересоваться не только физиологи и анатомы, но и патологи. Вирхов также утверждал, что клетки появляются только из своих предшественников. Его учение сильно повлияло на пересмотр взглядов касательно природы клеток: если первоначально главным структурным элементом считалась оболочка клетки, то позднее клетку стали определять, как кусочек протоплазмы с ядром внутри. Таким образом, ядро было признано неотъемлемым элементом клеточной структуры. Одновременно было открыто сложное строение самой протоплазмы, в которой были найдены различные органоиды: митохондрии, клеточный центр, комплекс Гольджи. В ядрах были найдены нуклеиновые кислоты. Всё это сформировало представление о живой клетке, как об очень сложной системе с множеством компонентов, являющихся тем, что изучает цитология в биологии.
Видео о том, что изучает цитология
На развитие цитологии сильно повлияли законы наследования признаков Г. Менделя и последующая их трактовка. Благодаря этому появилась хромосомная теория наследственности, а в цитологии появились новые направления – кариология и цитогенетика.
Большим шагом вперёд для цитологии стало изобретение метода культуры тканей и его производных, включающих:
- метод однослойных культур клеток;
- метод культуры фрагментов и целых органов в тканях животных, на оболочках куриных эмбрионов или в питательной среде;
- метод органных культур тканевых фрагментов на разделе газовой фазы и питательной среды.
С их помощью возможны длительные наблюдения за жизнедеятельностью клеток, обособленных от организма, изучение их деления, движения, дифференцирования и т.д.
Появление в цитологических исследованиях количественных методов позволило выявить закон видового постоянства относительно размера клеток, который потом стал известен как закон постоянства минимальных клеточных размеров. В 1925 году было обнаружено явление последовательного удвоения объёма клеточных ядер, обычно отражающего удвоение в клетках хромосом.
В середине 20 века научно-техническая революция обеспечила цитологии бурное развитие и пересмотр некоторых её представлений. Создание электронного микроскопа позволило изучать строение и понять доселе непонятные функции клеточных органоидов, а также открыть огромное количество субмикроскопических структур, понять, откуда берутся стволовые клетки.
Виды и направления цитологии
Когда говорят, что такое цитология в биологии, то выделяют общую и частную цитологию. Первая называется ещё биологией клетки и сводится к изучению структур, общих для большинства типов клеток, а также их функций, реакции на повреждения, обмена веществ, болезненные изменения, процессы восстановления и адаптации к условиям среды. Частная цитология направлена на изучение особенностей специализированных клеток многоклеточных организмов и их адаптацией к среде обитания в случае простейших.
Сейчас выделяют 6 главных направлений цитологии:
- Цитоморфология исследует особенности структуры клетки. Её основными инструментами являются разные виды микроскопии фиксированных клеток (оптическая, поляризационная, электронная) и живых клеток (люминесцентная и фазово-контрастная микроскопия, темнопольный конденсор).
- Цитофизиология исследует работу клетки как живой единой системы, взаимодействие и функционирование внутриклеточных структур. Эти сложные задачи решаются особыми экспериментальными приёмами, сочетающимися с методами микрохирургии, микрокиносъёмки и культуры клеток и тканей.
- Цитохимия интересуется молекулярным устройством клетки и её компонентов, а также процессами метаболизма. Для цитохимических исследований применяются оптические и электронные микроскопы, интерференционная и ультрафиолетовая микроскопия, авторадиография, цитофотометрия, фракционное центрифугирование с дальнейшим химанализом каждой фракции.
- Цитогенетика занимается вопросами закономерности функциональной и структурной организации хромосом эукариотов.
- Цитоэкология изучает реакцию клеток на различные факторы окружающей среды и проявляемые механизмы адаптации.
- Цитопатология занимается изучением заболевших клеток, подразделяясь на вирусную (в случаях воздействия вирусов на клетку), онкологическую (изменения в опухолевых клетках), цитофармакологию (влияние лекарственных препаратов), космическую (исследования клеток в условиях космического полёта) и т.д.
Цитологические исследования
Очень часто в цитологии используют метод исследования, совпадающий с гистологическим исследованием, при котором отбирается образец ткани из больного органа. Но есть и разница: для цитологического исследования требуется меньшее количество биоматериала, а его исследование не требует предварительной обработки и специального оборудования, кроме микроскопа. Поводом для цитологического исследования может стать нежелательность или невозможность биопсии, если, например, больной обследуется в условиях обычной поликлиники. С помощью цитологического исследования можно дать оценку состоянию покровных тканей человека (слизистых оболочек и кожи), поскольку в этих тканях очень часто начинают формироваться онкологические заболевания. Можно также изучить женскую гормональную активность, процесс заживления ран и прочие процессы. При лечении злокачественных болезней можно оценить степень поражения атипичных клеток.
Видео о цитологии - науке о клетке
Способ получения материала, необходимого для исследований, зависит от того, какая ткань или орган были повреждены:
- При кожных заболеваниях с тканей берутся отпечатки или соскобы.
- При болезнях органов кроветворения, молочных или щитовидной железы из поражённых участков берутся пунктаты.
- При недугах ЦНС необходимо брать спинномозговую жидкость.
- При болезнях лёгких может забираться мокрота и.т.д.
Благодаря стремительному развитию науки и технологии возможности цитологии постоянно растут.
А Вы интересовались цитологией помимо школьной программы? Интересна ли Вам наука о клетке? Расскажите об этом в комментариях.