Informácie

1.3: Základy modernej teórie buniek - biológia

1.3: Základy modernej teórie buniek - biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Učebné ciele

  • Vysvetlite kľúčové body teórie buniek a jednotlivé príspevky Hookeho, Schleidena, Schwanna, Remaka a Virchowa
  • Vysvetlite prínos Semmelweisa, Snowa, Pasteura, Listera a Kocha k rozvoju teórie zárodkov

Zatiaľ čo sa niektorí vedci hádali o teórii spontánnej generácie, iní vedci robili objavy vedúce k lepšiemu porozumeniu toho, čo dnes nazývame teória buniek. Moderná teória buniek má tri základné princípy:

  • Všetky organizmy sú tvorené bunkami
  • Všetky bunky pochádzajú iba z iných buniek (princíp biogenézy).
  • Bunky sú základnými jednotkami štruktúry a funkcie v organizmoch.

Dnes sú tieto zásady zásadné pre naše chápanie života na Zemi. Moderná bunková teória však vyrástla z kolektívnej práce mnohých vedcov.

Počiatky teórie buniek

Anglický vedec Robert Hooke prvýkrát použil výraz „bunky“ v roku 1665 na opis malých komôr v korku, ktoré pozoroval pod mikroskopom vlastného dizajnu. Pre Hooka tenké časti korku pripomínali „medový plást“ alebo „malé škatuľky alebo vzduchové mechúre“. Poznamenal, že každá „jaskyňa, bublina alebo bunka“ sa líši od ostatných (obrázok ( PageIndex {1} )). V tom čase si Hooke neuvedomoval, že korkové bunky sú dlho mŕtve, a preto mu chýbali vnútorné štruktúry nachádzajúce sa v živých bunkách.

Napriek Hookovmu skorému popisu buniek ich význam ako základnej jednotky života ešte nebol uznaný. Približne v rovnakom čase holandský obchodník s látkami Antonie van Leeuwenhoek (1632 – 1723) ako prvý vyvinul šošovku dostatočne výkonnú na pozorovanie mikróbov. V roku 1675 dokázal Leeuwenhoek pomocou jednoduchého, ale výkonného mikroskopu vlastnej výroby, pozorovať jednobunkové organizmy, ktoré opísal ako „zvieracie bunky“ alebo „malé Beasties“, plávajúce v kvapke dažďovej vody. Z jeho kresieb týchto malých organizmov teraz vieme, že sa pozeral na baktérie a protisty. Z tohto dôvodu je známy ako „otec mikrobiológie“.

Takmer o 200 rokov neskôr, v roku 1838, Matthias Schleiden (1804–1881), nemecký botanik, ktorý vykonal rozsiahle mikroskopické pozorovania rastlinných tkanív, ich opísal ako bunky. Vizualizácia rastlinných buniek bola relatívne jednoduchá, pretože rastlinné bunky sú zreteľne oddelené hrubými bunkovými stenami. Schleiden veril, že bunky vznikajú skôr kryštalizáciou ako delením buniek.

Theodor Schwann (1810 – 1882), známy nemecký fyziológ, urobil podobné mikroskopické pozorovania živočíšneho tkaniva. V roku 1839, po rozhovore so Schleidenom, si Schwann uvedomil, že medzi rastlinnými a živočíšnymi tkanivami existujú podobnosti. To položilo základ pre myšlienku, že bunky sú základnými zložkami rastlín a zvierat.

V päťdesiatych rokoch 19. storočia dvaja poľskí vedci žijúci v Nemecku posunuli túto myšlienku ďalej a vyvrcholili tým, čo dnes poznáme ako modernú teóriu buniek. V roku 1852 Robert Remak (1815–1865), významný neurológ a embryológ, publikoval presvedčivé dôkazy o tom, že bunky sú výsledkom delenia buniek z iných buniek. Túto myšlienku však mnohí vo vedeckej komunite spochybňovali. O tri roky neskôr Rudolf Virchow (1821 – 1902), uznávaný patológ, publikoval redakčnú esej s názvom „Celular Pathology“, ktorá spopularizovala koncepciu bunkovej teórie pomocou latinskej frázy omnis cellula a celula („všetky bunky vznikajú z buniek“), čo je v podstate druhá zásada modernej bunkovej teórie.1 Vzhľadom na podobnosť Virchowovej práce s Remakovou existuje určitá kontroverzia, pokiaľ ide o to, ktorý vedec by mal dostať uznanie za artikuláciu teórie buniek. Viac o tejto kontroverzii nájdete v nasledujúcej funkcii Eye on Ethics.

Veda a plagiátorstvo

Rudolf Virchow, významný nemecký vedec narodený v Poľsku, sa často spomína ako „otec patológie“. Bol známy svojimi inovatívnymi prístupmi a ako jeden z prvých určil príčiny rôznych chorôb skúmaním ich účinkov na tkanivá a orgány. Bol tiež medzi prvými, ktorí vo svojom výskume používali zvieratá, a vďaka svojej práci ako prvý pomenoval početné choroby a vytvoril mnoho ďalších lekárskych termínov. Počas svojej kariéry publikoval viac ako 2000 prác a viedol rôzne dôležité zdravotnícke zariadenia vrátane Charité – Universitätsmedizin Berlin, prominentnej berlínskej nemocnice a lekárskej fakulty. Najlepšie si ho však pamätá jeho redakčná esej z roku 1855 s názvom „Bunková patológia“, publikovaná v roku Archív patologickej anatómie a fyziológie, časopis, ktorý spoluzakladal sám Virchow a existuje dodnes.

Napriek jeho významnému vedeckému odkazu existuje v tejto eseji kontroverzia, v ktorej Virchow navrhol ústredný princíp modernej teórie buniek - že všetky bunky pochádzajú z iných buniek. Robert Remak, bývalý kolega, ktorý pracoval v rovnakom laboratóriu ako Virchow na univerzite v Berlíne, zverejnil rovnakú myšlienku tri roky predtým. Aj keď sa zdá, že Virchow poznal Remakovu prácu, vo svojej eseji nedbal na pripísanie Remakových myšlienok. Keď Remak napísal list Virchowovi, v ktorom poukázal na podobnosti medzi Virchowovými myšlienkami a jeho vlastnými myšlienkami, Virchow odmietol. V roku 1858, v predhovore k jednej z jeho kníh, Virchow napísal, že jeho publikácia z roku 1855 je len edičným dielom, nie vedeckým dokumentom, a preto nie je potrebné citovať Remakovu prácu.

Podľa dnešných štandardov by bol Virchowov editoriál určite považovaný za akt plagiátorstva, pretože predstavil Remakove myšlienky ako svoje vlastné. Avšak v 19th storočia boli štandardy akademickej integrity oveľa menej jasné. Virchowova silná povesť spolu so skutočnosťou, že Remak bol Žid v trochu antisemitskej politickej klíme, ho chránila pred akýmikoľvek významnými následkami. V súčasnosti proces vzájomného hodnotenia a jednoduchý prístup k vedeckej literatúre pomáhajú odrádzať od plagiátorstva. Aj keď sú vedci stále motivovaní publikovať originálne nápady, ktoré rozvíjajú vedecké poznatky, tí, ktorí by uvažovali o plagiátorstve, si dobre uvedomujú vážne dôsledky.

V akademickej sfére predstavuje plagiátorstvo krádež individuálnych myšlienok a výskumu – trestný čin, ktorý môže zničiť reputáciu a ukončiť kariéru.2 3 4 5

Cvičenie ( PageIndex {1} )

  1. Aké sú kľúčové body teórie buniek?
  2. Aký prínos urobili Rudolf Virchow a Robert Remak k rozvoju teórie buniek?

Zárodočná teória chorôb

Pred objavením mikróbov v priebehu 17th storočia kolovali ďalšie teórie o pôvode chorôb. Starovekí Gréci napríklad navrhli teóriu miasmy, ktorá tvrdila, že choroba pochádza z častíc pochádzajúcich z rozkladajúcich sa látok, napríklad z odpadových vôd alebo žúmp. Takéto častice infikovali ľudí v tesnej blízkosti hnijúceho materiálu. Choroby vrátane čiernej smrti, ktoré pustošili európsku populáciu počas stredoveku, sa považovali za pôvodcu tohto spôsobu.

V roku 1546 navrhol taliansky lekár Girolamo Fracastoro vo svojej eseji De Contagione et Contagiosis Morbisže spóry podobné semenám sa môžu prenášať medzi jednotlivcami priamym kontaktom, vystavením kontaminovanému oblečeniu alebo vzduchom. Teraz uznávame Fracastoro ako skorého zástancu zárodočnej teórie chorôb, ktorá uvádza, že choroby môžu byť dôsledkom mikrobiálnej infekcie. Avšak v 16th storočia neboli Fracastorove myšlienky široko akceptované a boli do značnej miery zabudnuté až do 19th storočí.

V roku 1847 maďarský pôrodník Ignaz Semmelweis (obrázok (PageIndex{3})) zistil, že matky, ktoré porodili na nemocničných oddeleniach s personálom lekárov a študentov medicíny, mali väčšiu pravdepodobnosť, že budú po pôrode trpieť a zomrú na pôrodnú horúčku (10 %– 20% úmrtnosť) ako matky na oddeleniach, v ktorých pracovali pôrodné asistentky (1% úmrtnosť). Semmelweis pozoroval študentov medicíny pri pitve a následne vykonávaní vaginálnych vyšetrení na živých pacientoch bez toho, aby si medzitým umývali ruky. Mal podozrenie, že študenti preniesli choroby z pitiev na pacientov, ktorých vyšetrovali. Jeho podozrenia podporila predčasná smrť priateľa, lekára, ktorý po smrteľnom vyšetrení ženy, ktorá zomrela na infekciu v šestonedelí, dostala smrteľnú infekciu rany. Rana mŕtveho lekára bola spôsobená skalpelom použitým pri vyšetrení a jeho následná choroba a smrť boli v tesnom spojení s úmrtím pacienta.

Aj keď Semmelweis nepoznal skutočnú príčinu horúčky v šestonedelí, navrhol, aby lekári nejakým spôsobom prenášali pôvodcu ochorenia na svojich pacientov. Navrhol, aby sa počet prípadov horúčky v šestonedelí znížil, ak by si lekári a študenti medicíny pred a po vyšetrení každého pacienta jednoducho umyli ruky chlórovanou vápennou vodou. Keď bola táto prax implementovaná, miera materskej úmrtnosti u matiek, o ktoré sa starali lekári, klesla na rovnakú 1% úmrtnosť, ako bola pozorovaná u matiek, o ktoré sa starali pôrodné asistentky. To ukázalo, že umývanie rúk je veľmi účinný spôsob prevencie prenosu chorôb. Napriek tomuto veľkému úspechu mnohí v tom čase ignorovali Semmelweisovu prácu a lekári si pomaly osvojili jednoduchý postup umývania rúk, aby zabránili infekciám u svojich pacientov, pretože to odporovalo zavedeným normám pre toto obdobie.

Asi v tom istom čase, ako Semmelweis propagoval umývanie rúk, v roku 1848 britský lekár John Snow uskutočnil štúdie na sledovanie zdroja ohnísk cholery v Londýne. Vystopovaním ohnísk k dvom špecifickým vodným zdrojom, z ktorých oba boli kontaminované odpadovou vodou, Snow nakoniec ukázal, že baktérie cholery sa prenášajú pitnou vodou. Snowova práca je vplyvná v tom, že predstavuje prvú známu epidemiologickú štúdiu a vyústila do prvej známej reakcie verejného zdravia na epidémiu. Práca Semmelweisa a Snowa jednoznačne vyvrátila vtedajšiu teóriu miasmy, ktorá ukazuje, že choroba sa prenáša nielen vzduchom, ale aj kontaminovanými predmetmi. Aj keď práca Semmelweisa a Snowa úspešne ukázala úlohu hygieny pri prevencii infekčných chorôb, príčina choroby nebola úplne objasnená. Nasledujúca práca Louisa Pasteura, Roberta Kocha a Josepha Listera by ďalej potvrdila zárodočnú teóriu chorôb.

Pri štúdiu príčin kazenia piva a vína v roku 1856 Pasteur zistil vlastnosti kvasenia mikroorganizmami. Experimentmi s fľašami s labutím krkom preukázal, že príčinou kazenia jedla sú vzdušné mikróby, nie spontánne generovanie. Navrhol tiež, že ak sú mikróby zodpovedné za kazenie a fermentáciu potravín, môžu byť zodpovedné aj za spôsobenie infekcie. To položilo základ pre zárodočnú teóriu chorôb.

Medzitým sa britský chirurg Joseph Lister (obrázok (PageIndex{4})) pokúšal určiť príčiny pooperačných infekcií. Mnoho lekárov neverilo myšlienke, že mikróby na rukách, na oblečení alebo vo vzduchu môžu infikovať chirurgické rany pacientov, a to napriek skutočnosti, že v priemere 50% chirurgických pacientov zomiera na pooperačné infekcie. .10 Lister však poznal prácu Semmelweisa a Pasteura; preto trval na umývaní rúk a extrémnej čistote počas operácie. V roku 1867, aby sa ešte viac znížil výskyt pooperačných infekcií rán, Lister počas operácie začal používať dezinfekčný/antiseptický sprej s kyselinou karbolovou (fenol). Jeho mimoriadne úspešné úsilie o zníženie pooperačnej infekcie spôsobilo, že sa jeho techniky stali štandardnou lekárskou praxou.

O niekoľko rokov neskôr Robert Koch (obrázok ( PageIndex {4} )) navrhol sériu postulátov (Kochove postuláty) na základe myšlienky, že príčinu konkrétnej choroby možno pripísať konkrétnemu mikróbu. Pomocou týchto postulátov Koch a jeho kolegovia dokázali definitívne identifikovať pôvodcov špecifických chorôb, vrátane antraxu, tuberkulózy a cholery.11 Kochov koncept „jedného mikróbu a jednej choroby“ vyvrcholil 19th storočia sa paradigma odklonila od teórie miazmy k teórii zárodkov chorôb.

Cvičenie ( PageIndex {3} )

  1. Porovnajte a porovnajte teóriu miazmy choroby s teóriou zárodkov choroby.
  2. Ako prispela práca Josepha Listera k diskusii medzi teóriou miazmy a teóriou zárodkov a ako to zvýšilo úspešnosť lekárskych postupov?
  3. Ako objav mikróbov zmenil ľudské chápanie chorôb?

Kľúčové pojmy a zhrnutie

  • Napriek tomu, že bunky prvýkrát pozoroval v šesťdesiatych rokoch minulého storočia Robert Hooke, bunkovej teórie nebol dobre prijatý ďalších 200 rokov. K jeho prijatiu prispela práca vedcov ako Schleiden, Schwann, Remak a Virchow.
  • The miasma teória choroby bol široko akceptovaný až do 19th storočia, kedy bol nahradený tzv zárodočná teória choroby vďaka práci Semmelweisa, Snowa, Pasteura, Listera a Kocha a ďalších.

Poznámky pod čiarou

  1. M. Schultz. "Rudolf Virchow." Vznikajúce infekčné choroby 14 č. 9 (2008): 1480–1481.
  2. B. Kisch. "Zabudnutí lídri v modernej medicíne, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach." Transakcie Americkej filozofickej spoločnosti 44 (1954):139–317.
  3. H. Harris. Zrodenie bunky. New Haven, CT: Yale University Press, 2000: 133.
  4. C. Webster (ed.). Biológia, medicína a spoločnosť 1840-1940. Cambridge, Spojené kráľovstvo; Cambridge University Press, 1981:118–119.
  5. C. Zuchora-Walske. Kľúčové objavy v oblasti vedy o živote. Minneapolis, MN: Lerner Publishing, 2015:12–13.
  6. T. Embley, W. Martin. „Eukaryotický vývoj, zmeny a výzvy.“ Príroda Vol. 440 (2006): 623–630.
  7. O.G. Berg, C.G. Kurland. "Prečo sa mitochondriálne gény najčastejšie nachádzajú v jadrách." Molekulárna biológia a evolúcia 17 č. 6 (2000): 951–961.
  8. L. Sagan. "O pôvode mitotických buniek." Journal of Theoretical Biology 14 č. 3 (1967): 225-274.
  9. A.E. Douglas. "Mikrobiálny rozmer vo výživovej ekológii hmyzu." Funkčná ekológia 23 (2009):38–47.
  10. Alexander, J. Wesley. „Príspevky kontroly infekcií k storočiu pokroku“ Annals of Surgery 201:423-428, 1985.
  11. S.M. Blevins a M.S. Bronz. "Robert Koch a" zlatý vek "bakteriológie." International Journal of Infectious Disease. 14 č. 9 (2010): e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.

Prispievateľ

  • Nina Parker (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) a Brian M. Forster (Saint Joseph's University) s mnohými prispievajúcich autorov. Pôvodný obsah prostredníctvom Openstax (CC BY 4.0; Prístup zdarma na https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


História

Kresba korkovej štruktúry od Roberta Hookeho, ktorá sa objavila v roku Mikrografia.

Bunku objavil Robert Hooke v roku 1665. Skúmal (hrubým, zloženým mikroskopom) veľmi tenké plátky korku a uvidel množstvo drobných pórov, ktoré, ako poznamenal, vyzerali ako murované priehradky, v ktorých bude žiť mních. Vďaka tejto asociácii , Hooke ich nazval bunky, toto meno stále nesú. Hooke však nepoznal ich skutočnú štruktúru ani funkciu. [1] Hookov popis týchto buniek (ktoré boli v skutočnosti neživými bunkovými stenami) bol publikovaný v Mikrografia. [2] Jeho pozorovania buniek nenaznačovali jadro a ďalšie organely nachádzajúce sa vo väčšine živých buniek.

Prvým, kto vyrobil zložený mikroskop, bol Zacharias Jansen, pričom prvým, kto bol svedkom živej bunky pod mikroskopom, bola Antonie van Leeuwenhoek, ktorá v roku 1674 opísala riasy. Spirogyra a pohybujúce sa organizmy nazvali animalcules, čo znamená “malé zvieratká”. [3] Leeuwenhoek pravdepodobne tiež videl baktérie. [4] Bunková teória bola v kontraste k teóriám vitalizmu navrhovaným pred objavením buniek.

Myšlienku, že bunky sú oddeliteľné na jednotlivé jednotky, navrhli Ludolph Christian Treviranus [5] a Johann Jacob Paul Moldenhawer. [6] To všetko nakoniec viedlo k tomu, že Henri Dutrochet formuloval jeden zo základných princípov modernej teórie buniek vyhlásením, že bunka je základným prvkom organizácie. [7]

Pozorovania Hookeho, Leeuwenhoeka, Schleidena, Schwanna, Virchowa a ďalších viedli k rozvoju teórie buniek. Bunková teória je široko akceptované vysvetlenie vzťahu medzi bunkami a živými vecami. Bunková teória uvádza:

  • Všetky živé veci alebo organizmy sú vyrobené z buniek a ich produktov.
  • Nové bunky vznikajú rozdelením starých buniek na dve.
  • Bunky sú základnými stavebnými jednotkami života.

Bunková teória platí pre všetky živé veci, bez ohľadu na to, či sú veľké alebo malé, jednoduché alebo zložité. Keďže podľa výskumov sú bunky spoločné pre všetko živé, môžu poskytnúť informácie o celom živote. A keďže všetky bunky pochádzajú z iných buniek, vedci môžu bunky študovať, aby sa dozvedeli o raste, reprodukcii a všetkých ostatných funkciách, ktoré živé organizmy vykonávajú. Spoznaním buniek a ich fungovania sa môžete dozvedieť o všetkých druhoch živých vecí.

Zásluhu na rozvoji teórie buniek majú spravidla traja vedci: Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden a Rudolf Virchow. V roku 1839 Schwann a Schleiden navrhli, že bunky sú základnou jednotkou života. Ich teória akceptovala prvé dve zásady modernej teórie buniek (pozri nasledujúcu časť nižšie). Bunková teória Schleidena sa však líšila od modernej bunkovej teórie v tom, že navrhovala metódu spontánnej kryštalizácie, ktorú nazval “voľná tvorba buniek”. [8] V roku 1855 Rudolf Virchow dospel k záveru, že všetky bunky pochádzajú z už existujúcich buniek, čím dokončil klasickú bunkovú teóriu. (Všimnite si toho, že myšlienku, že všetky bunky pochádzajú z už existujúcich buniek, v skutočnosti navrhol už Robert Remak-Virchow sa považuje za remakujúceho Remaka. [9])


Teória buniek

Bunková teória odkazuje na myšlienku, že bunky sú základnou jednotkou štruktúry v každej živej veci. Rozvoj tejto teórie v polovici 17. storočia bol umožnený pokrokom v mikroskopii. Táto teória je jedným zo základov biológie. Teória hovorí, že nové bunky sa tvoria z iných existujúcich buniek a že bunka je základnou jednotkou štruktúry, funkcie a organizácie vo všetkých živých organizmoch.

Bunku objavil Robert Hooke v roku 1665. Skúmal (hrubým, zloženým mikroskopom) veľmi tenké plátky korku a uvidel množstvo drobných pórov, ktoré, ako poznamenal, vyzerali ako murované priehradky, v ktorých bude žiť mních. Vďaka tejto asociácii , Hooke ich nazýval celami, meno stále nesú. Hooke však nepoznal ich skutočnú štruktúru ani funkciu. Hookov popis týchto buniek (ktoré boli vlastne neživé bunkové steny) bol publikovaný v Micrographia. Jeho pozorovania buniek neposkytli žiadne náznaky jadra a iných organel nachádzajúcich sa vo väčšine živých buniek.
Prvý človek, ktorý bol svedkom živej bunky pod mikroskopom, bol Antony van Leeuwenhoek (hoci prvým človekom, ktorý vyrobil zložený mikroskop, bol Zacharias Janssen), ktorý v roku 1674 opísal riasu Spirogyra a pohybujúce sa organizmy nazval animalcules, čo znamená „malé zvieratá“. Leeuwenhoek pravdepodobne tiež videl baktérie. Bunková teória bola v kontraste k teóriám vitalizmu navrhnutým pred objavením buniek.
Myšlienku, že bunky sú oddeliteľné na jednotlivé jednotky, navrhli Ludolph Christian Treviranus a Johann Jacob Paul Moldenhawer. To všetko nakoniec viedlo k tomu, že Henri Dutrochet formuloval jeden zo základných princípov modernej teórie buniek vyhlásením, že „bunka je základným prvkom organizácie“
Pozorovania Hooka, Leeuwenhoeka, Schleidena, Schwanna, Virchowa a ďalších viedli k rozvoju bunkovej teórie. Bunková teória je široko akceptovaným vysvetlením vzťahu medzi bunkami a živými vecami. Bunková teória hovorí:
Všetky živé veci alebo organizmy sú vyrobené z buniek a ich produktov.
Nové bunky vznikajú rozdelením starých buniek na dve.
Bunky sú základnými stavebnými jednotkami života.
Bunková teória platí pre všetky živé veci, bez ohľadu na to, aké veľké alebo malé, aké jednoduché alebo zložité. Pretože podľa výskumu sú bunky spoločné pre všetky živé veci, môžu poskytovať informácie o celom živote. A pretože všetky bunky pochádzajú z iných buniek, vedci môžu skúmať bunky, aby sa dozvedeli o raste, reprodukcii a všetkých ďalších funkciách, ktoré živé bytosti vykonávajú. Spoznaním buniek a ich fungovania sa môžete dozvedieť o všetkých druhoch živých vecí.
Zásluhu na rozvoji teórie buniek majú spravidla traja vedci: Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden a Rudolf Virchow. V roku 1839 Schwann a Schleiden navrhli, aby bunky boli základnou jednotkou života. Ich teória akceptovala prvé dve zásady modernej teórie buniek (pozri nasledujúcu časť nižšie). Bunková teória Schleidena sa však líšila od modernej bunkovej teórie v tom, že navrhovala metódu spontánnej kryštalizácie, ktorú nazval „voľná tvorba buniek“. V roku 1858 Rudolf Virchow dospel k záveru, že všetky bunky pochádzajú z už existujúcich buniek, čím dokončil klasickú bunkovú teóriu.


Endosymbiotická teória

Keď vedci napredovali v chápaní úlohy buniek v rastlinných a živočíšnych tkanivách, ostatní skúmali štruktúry v samotných bunkách. V roku 1831 škótsky botanik Robert Hnedá (1773–1858) ako prvý popísal pozorovania jadier, ktoré pozoroval v rastlinných bunkách. Potom, začiatkom 80. rokov 19. storočia, nemecký botanik Andreas Schimper (1856 – 1901) ako prvý opísal chloroplasty rastlinných buniek, pričom identifikoval ich úlohu pri tvorbe škrobu počas fotosyntézy a poznamenal, že sa delili nezávisle od jadra.

Na základe schopnosti chloroplastov reprodukovať sa nezávisle, ruský botanik Konstantin Mereschkowski (1855–1921) v roku 1905 naznačil, že chloroplasty môžu pochádzať z predkových fotosyntetických baktérií žijúcich symbioticky vo vnútri eukaryotickej bunky. Navrhol podobný pôvod pre jadro rastlinných buniek. Toto bola prvá artikulácia súboru endosymbiotická hypotéza, a vysvetlil by, ako sa eukaryotické bunky vyvinuli z baktérií predkov.

Mereschkowského endosymbiotickú hypotézu podporil americký anatóm Ivan Wallin (1883–1969), ktorý začal experimentálne skúmať podobnosti medzi mitochondriami, chloroplastmi a baktériami - inými slovami, aby sa endosymbiotická hypotéza testovala pomocou objektívneho skúmania. Wallin publikoval v 20. rokoch 20. storočia sériu dokumentov podporujúcich endosymbiotickú hypotézu vrátane publikácie z roku 1926, ktorej spoluautorom je Mereschkowski. Wallin tvrdil, že dokáže kultivovať mitochondrie mimo ich eukaryotických hostiteľských buniek. Mnoho vedcov odmietlo jeho kultúry mitochondrií ako dôsledok bakteriálnej kontaminácie. Moderná práca na sekvenovaní genómu podporuje nesúhlasných vedcov tým, že ukazuje, že veľká časť genómu mitochondrií bola prenesená do jadra hostiteľskej bunky, čím sa zabránilo tomu, aby mitochondrie mohli žiť samy. 6 7

Wallinove myšlienky týkajúce sa endosymbiotickej hypotézy boli nasledujúcich 50 rokov do značnej miery ignorované, pretože vedci nevedeli, že tieto organely obsahujú ich vlastnú DNA. S objavom mitochondriálnej a chloroplastovej DNA v šesťdesiatych rokoch minulého storočia sa však endosymbiotická hypotéza vzkriesila. Lynn Margulis (1938–2011), americký genetik, publikovala svoje nápady týkajúce sa endosymbiotickej hypotézy o pôvode mitochondrií a chloroplastov v roku 1967. 8 V desaťročí, ktoré predchádzalo jej publikácii, pokroky v mikroskopii umožnili vedcom rozlíšiť prokaryotické bunky od eukaryotických buniek . Margulis vo svojej publikácii preskúmala literatúru a tvrdila, že eukaryotické organely, ako sú mitochondrie a chloroplasty, majú prokaryotický pôvod. Na podporu svojich tvrdení predstavila rastúci súbor mikroskopických, genetických, molekulárnych biologických, fosílnych a geologických údajov.

Táto hypotéza opäť nebola spočiatku populárna, ale rastúce genetické dôkazy v dôsledku príchodu sekvenovania DNA podporili endosymbiotická teória, ktorá je teraz definovaná ako teória, že mitochondrie a chloroplasty vznikli v dôsledku prokaryotických buniek nadväzujúcich symbiotický vzťah v eukaryotickom hostiteľovi (obrázok 3). Keďže Margulisova počiatočná endosymbiotická teória získala široké uznanie, rozšírila túto teóriu vo svojej knihe z roku 1981 Symbióza v evolúcii buniek. V ňom vysvetľuje, ako je endosymbióza hlavným hybným faktorom vývoja organizmov. Novšie genetické sekvenovanie a fylogenetická analýza ukazujú, že mitochondriálna DNA a chloroplastová DNA sú vo veľkej miere príbuzné svojim bakteriálnym náprotivkom, a to tak v sekvencii DNA, ako aj v štruktúre chromozómov. Mitochondriálna DNA a chloroplastová DNA sú však v porovnaní s jadrovou DNA znížené, pretože mnohé z génov sa presunuli z organel do jadra hostiteľskej bunky. Mitochondriálne a chloroplastové ribozómy sú navyše štrukturálne podobné bakteriálnym ribozómom, a nie eukaryotickým ribozómom svojich hostiteľov. Nakoniec, binárne štiepenie týchto organel sa silne podobá binárnemu štiepeniu baktérií v porovnaní s mitózou vykonávanou eukaryotickými bunkami. Od Margulisovho pôvodného návrhu vedci pozorovali niekoľko príkladov bakteriálnych endosymbiontov v súčasných eukaryotických bunkách. Medzi príklady patria endosymbiotické baktérie nachádzajúce sa v črevách určitého hmyzu, ako sú šváby, 9 a organely podobné fotosyntetickým baktériám nachádzajúce sa v prvokoch. 10

Obrázok 3. Podľa endosymbiotickej teórie sú mitochondrie a chloroplasty odvodené od príjmu baktérií. Tieto baktérie vytvorili symbiotický vzťah so svojou hostiteľskou bunkou, čo nakoniec viedlo k tomu, že sa baktérie vyvinuli do mitochondrií a chloroplastov.
  • Čo uvádza moderná endosymbiotická teória?
  • Aké dôkazy podporujú endosymbiotickú teóriu?

Zárodočná teória chorôb

Pred objavením mikróbov v sedemnástom storočí kolovali ďalšie teórie o pôvode chorôb. Starovekí Gréci napríklad navrhovali teória miazmy, ktorý sa domnieval, že choroba pochádza z častíc pochádzajúcich z rozkladajúcej sa hmoty, ako sú častice v odpadových vodách alebo žumpách. Takéto častice infikovali ľudí v tesnej blízkosti hnijúceho materiálu. Choroby vrátane čiernej smrti, ktoré pustošili európsku populáciu počas stredoveku, sa považovali za pôvodcu tohto spôsobu.

V roku 1546 taliansky lekár Girolamo Fracastoro navrhol vo svojej eseji De Contagione et Contagiosis Morbisže spóry podobné semenám sa môžu prenášať medzi jednotlivcami priamym kontaktom, vystavením kontaminovanému oblečeniu alebo vzduchom. Teraz uznávame Fracastoro ako skorého zástancu zárodočná teória choroby, ktorý uvádza, že choroby môžu byť dôsledkom mikrobiálnej infekcie. V šestnástom storočí však Fracastorove myšlienky neboli široko akceptované a do devätnásteho storočia sa na ne bude do značnej miery zabúdať.

Obrázok 4. Ignaz Semmelweis (1818 – 1865) bol zástancom dôležitosti umývania rúk na prevenciu prenosu chorôb medzi pacientmi zo strany lekárov.

V roku 1847 maďarský pôrodník Ignaz Semmelweis (Obrázok 4) zistil, že matky, ktoré rodili na nemocničných oddeleniach s lekármi a študentmi medicíny, častejšie trpeli a zomierali na pôrodnú horúčku po pôrode (10% - 20% úmrtnosť) ako matky na oddeleniach s pôrodnými asistentkami (1 % úmrtnosť). Semmelweis pozoroval študentov medicíny, ktorí vykonávali pitvy a potom následne robili vaginálne vyšetrenia živých pacientov bez toho, aby si medzi nimi umývali ruky. Mal podozrenie, že študenti preniesli choroby z pitiev na pacientov, ktorých vyšetrovali. Jeho podozrenia podporila predčasná smrť priateľa, lekára, ktorý po smrteľnom vyšetrení ženy, ktorá zomrela na infekciu v šestonedelí, dostala smrteľnú infekciu rany. Rana mŕtveho lekára bola spôsobená skalpelom použitým počas vyšetrenia a jeho následná choroba a smrť sa veľmi podobali chorobe mŕtveho pacienta.

Aj keď Semmelweis nepoznal skutočnú príčinu horúčky v šestonedelí, navrhol, aby lekári nejakým spôsobom prenášali pôvodcu ochorenia na svojich pacientov. Navrhol, že počet prípadov pôrodnej horúčky by sa mohol znížiť, keby si lekári a študenti medicíny pred a po vyšetrení každého pacienta jednoducho umyli ruky chlórovanou vápennou vodou. Keď bola táto prax implementovaná, miera materskej úmrtnosti u matiek, o ktoré sa starali lekári, klesla na rovnakú 1% úmrtnosť, ako bola pozorovaná u matiek, o ktoré sa starali pôrodné asistentky. Ukázalo sa, že umývanie rúk je veľmi účinná metóda na prevenciu prenosu chorôb. Napriek tomuto veľkému úspechu mnohí Semmelweisovu prácu v tom čase zľavnili a lekári pomaly prijímali jednoduchý postup umývania rúk, aby sa zabránilo infekcii ich pacientov, pretože to odporovalo zavedeným normám pre dané časové obdobie.

Asi v tom istom čase Semmelweis propagoval umývanie rúk, v roku 1848, britský lekár John Sneh uskutočnili štúdie na sledovanie zdroja ohnísk cholery v Londýne. Vystopovaním ohnísk k dvom špecifickým vodným zdrojom, z ktorých oba boli kontaminované odpadovou vodou, Snow nakoniec ukázal, že baktérie cholery sa prenášajú pitnou vodou. Snowova práca je vplyvná v tom, že predstavuje prvú známu epidemiologickú štúdiu a vyústila do prvej známej reakcie verejného zdravia na epidémiu. Práca Semmelweisa a Snowa jednoznačne vyvrátila vtedajšiu teóriu miasmy, ktorá ukazuje, že choroba sa prenáša nielen vzduchom, ale aj kontaminovanými predmetmi.

Aj keď práca Semmelweisa a Snowa úspešne ukázala úlohu hygieny pri prevencii infekčných chorôb, príčina choroby nebola úplne objasnená. Následná práca Louisa Pasteur, Robert Kocha Jozef Lister by ďalej podložilo zárodočnú teóriu chorôb.

Pri štúdiu príčin kazenia piva a vína v roku 1856 Pasteur zistil vlastnosti kvasenia mikroorganizmami. Svojimi experimentmi v bankách s labutím hrdlom (pozri obrázok 3 v Spontánnej generácii) preukázal, že príčinou kazenia potravín sú mikróby prenášané vzduchom, nie spontánna tvorba, a navrhol, že ak sú mikróby zodpovedné za kazenie a fermentáciu potravín, mohli by zodpovedať za spôsobenie infekcie. Toto bol základ pre zárodočnú teóriu chorôb.

Medzitým sa britský chirurg Joseph Lister (obrázok 5a) pokúšal zistiť príčiny po chirurgických infekciách. Mnoho lekárov neverilo myšlienke, že mikróby na rukách, na oblečení alebo vo vzduchu môžu infikovať chirurgické rany pacientov, a to napriek skutočnosti, že v priemere 50% chirurgických pacientov zomiera na pooperačné infekcie. [11] Lister bol však oboznámený s prácou Semmelweisa a Pasteura, a preto trval na umývaní rúk a extrémnej čistote počas operácie. V roku 1867, aby ešte viac znížil výskyt infekcií rán po chirurgickom zákroku, Lister začal počas operácie používať dezinfekčný/antiseptický sprej s kyselinou karbolovou (fenol). Jeho mimoriadne úspešné úsilie o zníženie pooperačnej infekcie spôsobilo, že sa jeho techniky stali štandardnou lekárskou praxou.

O niekoľko rokov neskôr Robert Koch (obrázok 5b) navrhol sériu postulátov (Kochove postuláty) na základe myšlienky, že príčinu konkrétneho ochorenia možno pripísať konkrétnemu mikróbu. Using these postulates, Koch and his colleagues were able to definitively identify the causative pathogens of specific diseases, including anthrax, tuberculosis, and cholera. Koch’s “one microbe, one disease” concept was the culmination of the nineteenth century’s paradigm shift away from miasma theory and toward the germ theory of disease. Koch’s postulates are discussed more thoroughly in How Pathogens Cause Disease.

Figure 5. (a) Joseph Lister developed procedures for the proper care of surgical wounds and the sterilization of surgical equipment. (b) Robert Koch established a protocol to determine the cause of infectious disease. Both scientists contributed significantly to the acceptance of the germ theory of disease.

Premýšľajte o tom

  • Compare and contrast the miasma theory of disease with the germ theory of disease.
  • How did Joseph Lister’s work contribute to the debate between the miasma theory and germ theory and how did this increase the success of medical procedures?

Clinical Focus: Anika, Part 2

This example continues Anika’s story that started in Spontaneous Generation.

After suffering a fever, congestion, cough, and increasing aches and pains for several days, Anika suspects that she has a case of the flu. She decides to visit the health center at her university. The PA tells Anika that her symptoms could be due to a range of diseases, such as influenza, bronchitis, pneumonia, or tuberculosis.

During her physical examination, the PA notes that Anika’s heart rate is slightly elevated. Using a pulse oximeter, a small device that clips on her finger, he finds that Anika has hypoxemia—a lower-than-normal level of oxygen in the blood. Using a stethoscope, the PA listens for abnormal sounds made by Anika’s heart, lungs, and digestive system. As Anika breathes, the PA hears a crackling sound and notes a slight shortness of breath. He collects a sputum sample, noting the greenish color of the mucus, and orders a chest radiograph, which shows a “shadow” in the left lung. All of these signs are suggestive of zápal pľúc, a condition in which the lungs fill with mucus (Figure 6).

We’ll return to Anika’s example in later pages.

Figure 7 (credit “swan-neck flask”: modification of work by Wellcome Images)

Kľúčové pojmy a zhrnutie

  • Although cells were first observed in the 1660s by Robert Hooke, bunkovej teórie was not well accepted for another 200 years. The work of scientists such as Schleiden, Schwann, Remak, and Virchow contributed to its acceptance.
  • Endosymbiotic theory states that mitochondria and chloroplasts, organelles found in many types of organisms, have their origins in bacteria. Significant structural and genetic information support this theory.
  • The miasma theory of disease was widely accepted until the nineteenth century, when it was replaced by the germ theory of disease thanks to the work of Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister, and Koch, and others.

Viacero možností

Which of the following individuals did not contribute to the establishment of cell theory?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer a. Girolamo Fracastoro did not contribute to the establishment of cell theory.[/hidden-answer]

Whose proposal of the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin was ultimately accepted by the greater scientific community?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer c. Lynn Margulis proposed the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin.[/hidden-answer]

Which of the following developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer b. Robert Koch developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen.[/hidden-answer]

Vyplň prázdne

John Snow is known as the father of _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]John Snow is known as the father of epidemiology.[/hidden-answer]

The _____________ theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The miasma theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.[/hidden-answer]

The scientist who first described cells was _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The scientist who first described cells was Robert Hooke.[/hidden-answer]

Kľúčové informácie

  1. How did the explanation of Virchow and Remak for the origin of cells differ from that of Schleiden and Schwann?
  2. What evidence exists that supports the endosymbiotic theory?
  3. What were the differences in mortality rates due to puerperal fever that Ignaz Semmelweis observed? How did he propose to reduce the occurrence of puerperal fever? Did it work?
  4. Why are mitochondria and chloroplasts unable to multiply outside of a host cell?
  5. Why was the work of Snow so important in supporting the germ theory?
  1. M. Schultz. "Rudolph Virchow." Vznikajúce infekčné choroby 14 č. 9 (2008):1480–1481 &crarr
  2. B. Kisch. "Forgotten Leaders in Modern Medicine, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach." Transactions of the American Philosophical Society 44 (1954):139–317. &crarr
  3. H. Harris. The Birth of the Cell. New Haven, CT: Yale University Press, 2000:133. &crarr
  4. C. Webster (ed.). Biology, Medicine and Society 1840-1940. Cambridge, UK Cambridge University Press, 1981:118–119. &crarr
  5. C. Zuchora-Walske. Key Discoveries in Life Science. Minneapolis, MN: Lerner Publishing, 2015:12–13. &crarr
  6. T. Embley, W. Martin. "Eukaryotic Evolution, Changes, and Challenges." Príroda Vol. 440 (2006):623–630. &crarr
  7. O.G. Berg, C.G. Kurland. "Why Mitochondrial Genes Are Most Often Found in Nuclei." Molekulárna biológia a evolúcia 17 no. 6 (2000):951–961. &crarr
  8. L. Sagan. "On the Origin of Mitosing Cells." Journal of Theoretical Biology 14 no. 3 (1967):225–274.&crarr
  9. A.E. Douglas. "The Microbial Dimension in Insect Nutritional Ecology." Functional Ecology 23 (2009):38–47. &crarr
  10. J.M. Jaynes, L.P. Vernon. "The Cyanelle of Cyanophora paradoxa: Almost a Cyanobacterial Chloroplast." Trendy v biochemických vedách 7 no. 1 (1982):22–24. &crarr
  11. Alexander, J. Wesley. "The Contributions of Infection Control to a Century of Progress" Annals of Surgery 201:423-428, 1985. &crarr

Obsah

The cell was first discovered and named by Robert Hooke in 1665. He remarked that it looked strangely similar to cellula or small rooms which monks inhabited, thus deriving the name. However what Hooke actually saw was the dead cell walls of plant cells (cork) . Hooke's description of these cells was published in Micrographia. [1] . The cell walls observed by Hooke gave no indication of the nucleus and other organelles found in most living cells. The first man to witness a live cell under a microscope was Anton Van Leeuwenhoek, who in 1674 described the algae Spirogyra and named the moving organisms animalcules, meaning "little animals".(see). Leeuwenhoek probably also saw bacteria [2] .


The idea that cells were separable into individual units was proposed by Ludolph Christian Treviranus [3] and Johann Jacob Paul Moldenhawer [4] . All of this finally led to Henri Dutrochet formulating one of the fundamental tenets of modern cell theory by declaring that "The cell is the fundamental element of organization" [5]

The observations of Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow, and others led to the development of the cell theory. The cell theory is a widely accepted explanation of the relationship between cells and living things. The cell theory states:

  • All living things are composed of cells.
  • Cells are the basic unit of structure and function in living things.
  • All cells are produced from other cells.

The cell theory holds true for all living things, no matter how big or small, or how simple or complex. Since cells are common to all living things, they can provide information about all life. And because all cells come from other cells, scientists can study cells to learn about growth, reproduction, and all other functions that living things perform. By learning about cells and how they function, you can learn about all types of living things.

Credit for developing Cell Theory is usually given to three scientists, Theodore Schwann, Matthias Jakob Schleiden, and Rudolf Virchow. In 1839 Schwann and Schleiden suggested that cells were the basic unit of life. Their theory accepted the first two tenets of modern cell theory (see next section, below). However the cell theory of Schleiden differed from modern cell theory in that it proposed a method of spontaneous crystallization that he called "Free Cell Formation" [6] . In 1858, Rudolf Virchow concluded that all cells come from pre-existing cells thus completing the classical cell theory.

Classical Cell Theory

  1. All plants are made of cells (Schleiden)
  2. All animals are made of cells (Schwann)
  3. All cells come from pre-existing cells (Virchow)

Modern cell theory

The generally accepted parts of modern cell theory include:

  1. The cell is the fundamental unit of structure and function in living things.
  2. All cells come from pre-existing cells by division.
  3. Energy flow (metabolism and biochemistry) occurs within cells.
  4. Cells contain hereditary information which is passed from cell to cell during cell division
  5. All cells are basically the same in chemical composition.
  6. All known living things are made up of cells.
  7. Some organisms are unicellular, made up of only one cell.
  8. Others are multicellular, composed of countless number of cells.
  9. The activity of an organism depends on the total activity of independent cells

Exceptions to the theory

  1. Viruses are considered by some to be alive, yet they are not made up of cells.
  2. The first cell did not originate from a pre-existing cell. See: Origin of life.

Types of cells

Cells can be subdivided into the following subcategories: prokaryotes and eukaryotes. Prokaryotes lack a nucleus (though they do have circular DNA) and other membrane-bound organelles (though they do contain ribosomes). Eubacteria and Archeabacteria are two divisions of prokaryotes. Eukaryotes, on the other hand, have distinct nuclei and membrane-bound organelles (mitochondria, endoplasmic reticulum, vacuoles). In addition, they possess organized chromosomes which store genetic material.


3. Cells come from other cells

As far as we know, no cell on Earth currently has arisen spontaneously. All cells are the result of cell division. When a cell is large enough, it replicates its DNA and important components. These components can then be divided into two daughter cells, which are copies of each other. Variations in the DNA in each cell can lead to changes in how they function, which can result in them dividing at different rates. The cell that reproduces more than the other cell will pass on more of its DNA. The purpose of every cell or organism is to reproduce the DNA in cells.
This third tenet of the cell theory has yet to be disproven. No scientist has ever created a functioning cell without replicating another cell, although some scientists are trying. If they were successful, it would give proof to how life could have evolved. It is thought that a self-replicating molecule mutated, developed the ability to produce a membrane, and thus the first cell was born. The cell was such a successful form of life that all life since has used the same basic template.


Significance of Cell Theory:

Modern concept of cell theory emphasizes the structural and functional relationship among the diverse living forms from bacteria to man.

All cells irrespective of their function and position have a jadro embedded in the cytoplazma and are bounded by bunková membrána (unity in structural plan) and the same metabolic processes occur in all the cells primitive or specialized (unity of function). This implies that all the living things have originated from the same primitive ancestral type that originated about two billion years ago.


Summary: What Is the Cell Theory?

The cell theory is one of the foundational theories of biology. It has three main components:

1. All living things are made up of cells.

2. Cells are the basic building blocks of life.

3. All cells come from preexisting cells created through the process of cell division.

As our scientific knowledge has increased over time, additional parts have been added to the theory. Schleiden and Schwann, as well as Virchow, are generally seen as the founders of the cell theory, due to their pioneering scientific work in the 1800s. The cell theory is important because it affects nearly every aspect of biology, from our understanding of life and death, to how we manage diseases, and more.


The Third Lens

Does science aim at providing an account of the world that is doslova true or objektívne true? Understanding the difference requires paying close attention to metaphor and its role in science. In The Third Lens, Andrew S. Reynolds argues that metaphors, like microscopes and other instruments, are a vital tool in the construction of scientific knowledge and explanations of how the world works. More than just rhetorical devices for conveying difficult ideas, metaphors provide the conceptual means with which scientists interpret and intervene in the world.

Reynolds here investigates the role of metaphors in the creation of scientific concepts, theories, and explanations, using cell theory as his primary case study. He explores the history of key metaphors that have informed the field and the experimental, philosophical, and social circumstances under which they have emerged, risen in popularity, and in some cases faded from view. How we think of cells&mdashas chambers, organisms, or even machines&mdashmakes a difference to scientific practice. Consequently, an accurate picture of how scientific knowledge is made requires us to understand how the metaphors scientists use&mdashand the social values that often surreptitiously accompany them&mdashinfluence our understanding of the world, and, ultimately, of ourselves.

The influence of metaphor isn&rsquot limited to how we think about cells or proteins: in some cases they can even lead to real material change in the very nature of the thing in question, as scientists use technology to alter the reality to fit the metaphor. Drawing out the implications of science&rsquos reliance upon metaphor, The Third Lens will be of interest to anyone working in the areas of history and philosophy of science, science studies, cell and molecular biology, science education and communication, and metaphor in general.


Pozri si video: Kurz češtiny 53: Dativ - ženský rod singulár (Septembra 2022).


Komentáre:

  1. Atmore

    Straight on target

  2. Terrill

    It is remarkable, it is very valuable answer

  3. Laramie

    FAJN

  4. Birtel

    Taký som nepočul

  5. Jafari

    Sleep on it.



Napíšte správu