Гук роберт о создание микроскопа. Роберт Гук вклад в биологию. Что открыл Роберт Гук? Роберт Гук: история открытия клеток

Price Realized: $96 000

HOOKE, Robert (1635-1703). Micrographia: or some Physiological Descriptions of Minute Bodies made by Magnifying Glasses. London: John Martin and James Allestry for the Royal Society, 1665. PMM 147

Уход: $96,000. Аукцион Christie"s. The Haskell F. Norman Library of Science and Medicine. Part II. 15-16 июня 1998 года. New York, Park Avenue. Лот 525.

Описание лота: Chancery 2o (295x193 mm). Collation: s2 (Royal Society Council"s imprimatur, title printed in red and black with engraved vignette of the Society"s coat-of-arms), A2 (author"s dedication to Charles II, his address to the Royal Society), a-g2 (preface); B-C2 D-Z4 Aa-Kk4 Ll-Mm2 (text, table, errata); 38 engraved plates, 20 of which folding, inserted where they relate to the text. The plates on three different paper stocks from the text. (A few minor stains, pl. 35 browned and mounted, tiny patch of surface damage on pl. 36, 3 plates shaved, short insignificant tears in the folds of 13 plates.) Contemporary English calf (rebacked, corners repaired), morocco fall-down-back box. FIRST EDITION, FIRST ISSUE OF THE LANDMARK WORK IN THE HISTORY OF MICROSCOPY, one of the most influential scientific books of the 17th century, containing numerous discoveries and ingenious anticipations.

Личность судьи сэра Эдмунда Годфри в Англии окутана ореолом загадочности и таинственности:

Короткая справка: Годфри, Эдмунд Берри (23 декабря 1621 - 12 октября 1678 г.г.) - английский судья и ярый сторонник протестантизма, чья таинственная смерть стала основанием для мистификации папистского заговора в Англии, организованного Титусом Оутсом. Родился, скорее всего, в Селлиндже, Кент, учился в Вестминстерской школе и Крайст-Чёрч в Оксфорде, затем вступил в Грейс-Инн (одну из судебных инн), какое-то время успешно занимался торговлей лесом и углём. Впоследствии стал судьёй в Вестминстере, в сентябре 1666 года получил рыцарское звание за исполнение судебных и гражданских обязанностей во время чумы в Лондоне, но в 1669 году был на несколько дней заключён в тюрьму за арест королевского врача, сэра Александра Фрейзера, который должен был ему деньги. Имел репутацию справедливого судьи и мецената. Был ярым сторонником протестантской религии и противником католицизма. В 1678 году Титус Оутс и его сообщники представили ему информацию о якобы существующем Папистском заговоре и поклялись в истинности своих слов. Также они уверяли Годфри, что его жизнь подвергается опасности, но Годфри не предпринял никаких дополнительных мер для обеспечения собственной безопасности. 12 октября 1678 года он не вернулся вечером домой, а 17 октября было обнаружено его мёртвое тело. Врачи после обследования тела заявили, что Годфри точно был убит, что привело к убеждённости общества в том, что папистский заговор реален, и вызвало волну арестов католиков и массовой антикатолической истерии. В действительности же Папистский заговор был выдумкой Титуса Оутса. Убийство Годфри не раскрыто до сих пор. Различные английские историки выдвигали разные версии произошедшего, в том числе о том, что это могло быть самоубийство.

Провенанс: contemporary signature on verso of title and at the end of the text, apparently that of W. Brouncker as first president of the Royal Society, presumably to approve the copy; ? Sir Edmund Berry Godfrey (1621-78, justice of the peace for Westminster, knighted 1666 for his work during the plague of 1665 , murdered in the panic following Titus Oates" evidence and the Popish plot) or perhaps one of his brothers, Benjamin or Michael Godfrey: This is for my highly Esteem"d freind Mr. Godfry From his very humble servant Rob: Hooke (inscribed by the author on imprimatur page); Thomas Ansell (19th-century armorial bookplate); Prof. E.N. da C. Andrade, Fellow of the Royal Society (Sotheby sale 12 July 1965, lot 261).

ПОСВЯЩЕНИЕ КОРОЛЮ КАРЛУ II СТЮАРТУ

Этот скромный дар я смиренно возлагаю к ногам Вашего Королевского Величества. И хотя ему сопутствуют два недостатка, происходящие от ничтожества автора и самого предмета, я тем не менее в том и другом ободряю себя мыслью о величии Вашей милости и Ваших знаний. Одна научила меня тому, что Вы прощаете даже наиболее самонадеянных, и другая - что Вы не пренебрегаете даже самым малым в творениях природы или ремесла, доступного Вашему обозрению. Среди всех славных дел, которые сопровождали восстановление Вашего правления, далеко не самым малым стало то, что философия и опытные науки процветают под Вашим королевским покровительством. Спокойное процветание Вашего царствования дало нам свободу в этих занятиях, требующих покоя и сосредоточенности, потому справедливо, что их плоды должны, как знак признательности, быть обращены к Вашему Величеству. Государь, Ваши другие подданные в Вашем Королевском обществе заняты благородными делами: улучшением производства и сельского хозяйства, развитием торговли и усовершенствованием мореплавания. Во всех этих делах им способствует помощь и пример Вашего Величества. Среди этих великих задач я намереваюсь представить то, что больше соответствует малости моих способностей и предложить некоторые самые ничтожные из всех видимых вещей могучему государю, утвердив-шему свою империю над лучшими из всех невидимых вещей этого Мира, над умами людей.

Вашего Величества смиренный и послушный подданный и слуга Роберт Гук

Гук, Роберт (Robert Hooke; Роберт Хук, 18 июля 1635, остров Уайт, Англия - 3 марта 1703, в Лондоне) - английский естествоиспытатель, учёный-энциклопедист. Гука смело можно назвать одним из отцов физики, в особенности экспериментальной, но и во многих других науках ему принадлежат зачастую одни из первых основополагающих работ и множество открытий. Родился 18 июля 1635 г. во Фрешуотере на острове Уайт (графство Айл-оф-Уайт) в семье приходского священника. В детском возрасте он был очень слабым и болезненным, но весьма рано обнаружил живой интерес к изобретению механических игрушек и к рисованию. В 13 летнем возрасте Гук поступил в Вестминстерскую школу и поселился в доме школьного учителя, доктора Ричарда Басби (Richard Busby). В школе он изучил латинский, греческий и немного еврейский языки, а также познакомился с Началами Евклида и некоторыми другими трудами по математике. Имея страсть к рисованию, он некоторое время работал и брал уроки рисования у известного лондонского художника Питера Лили (Peter Lely). В 1653 г. Роберт Гук поступил в Крайст-Чёрч-колледж Оксфордского университета. Не имея существенных источников к средствам существования, он был вынужден совмещать учебу с обязанностями певчего в оксфордской церкви Христа. Кроме этого он помогал в качестве ассистента на занятиях по химии доктору Томасу Уиллису (Thomas Willis, 1621-1675), знаменитому английскому врачу и анатому. В 1658 г. Роберт Гук заканчивает обучение в колледже, получив степень магистра искусств. В Оксфорде во время обучения в колледже он сблизился с некоторыми известными учеными и, будучи опытным механиком, помогал им в их исследовательской работе.

Микроскоп Гука (гравюра из «Микрографии»).

Около 1658 г. он начал совместно работать с Робертом Бойлем (Robert Boyle, 1627-1691). В 1660 г. по результатам исследований, в которых самое активное участие принимал Роберт Гук, публикуется первая научная работа Р.Бойля «New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects». В ней описывается целый ряд блестящих экспериментов, в которых Бойль, использовав созданный Робертом Гуком вакуумный насос (1659), продемонстрировал упругость воздуха, определил его удельный вес и т.д. Известный ранее вакуумный насос Отто Герике (знаменитые магдебургские полушария) требовал напряженных усилий двух людей и обеспечивал сомнительные результаты. С вакуумным насосом Гука и Бойля легко управлялся один человек. Бойль также продемонстрировал, что по мере откачки воздуха из камеры меняется характер звучания, расположенного в ней колокола, доказав при этом, что воздух участвует в передаче звука. В дальнейших экспериментах он показал, что воздух необходим и для поддержания пламени свечи.

Микроскоп Роберта Гука, хранящийся в Лондонском научном музее.

В 1665 г. Гук внес важные усовершенствования в конструкцию микроскопа и с его помощью осуществил ряд исследований, в частности он наблюдал тонкие слои (мыльные пузыри, масляные пленки) в световых пучках, изучал строение растений и мельчайшие детали живых организмов, ввел представление об их клеточном строении. В работе Micrographia (Маленькие рисунки, 1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В книге мы находим не только сведения о микроскопе Гука, но также и описания его новых важных открытий. Он объяснил происхождение интерференционной окраски мыльных пузырей и явление ньютоновых колец, изложил свою теорию цветов и объяснил окраску тонких слоев отражением света от их верхней и нижней границ. Гук был противником корпускулярной теории света Ньютона и высказал гипотезу о поперечном характере световых волн, предположив, что «свет представляет собой весьма короткие колебательные движения, совершающиеся в поперечных направлениях к линиям распространения света».

К числу открытий Гука принадлежат:

Открытие пропорциональности между упругими растяжениями, сжатиями и изгибами, и производящими их напряжениями (закон Гука),

Правильная формулировка закона всемирного тяготения (приоритет Гука оспаривался Ньютоном, но, по-видимому, не в части формулировки; кроме того, Ньютон утверждал о независимом и более раннем открытии этой формулы, которую, однако, до открытия Гуком никому не сообщал),

Открытие цветов тонких пленок (то есть, в конечном итоге, явления интерференции света),

Идея о волнообразном распространении света (более или менее одновременно с Гюйгенсом), экспериментальное обоснование её открытой Гуком интерференцией света, волновая теория света,

Гипотеза о поперечном характере световых волн,

Открытия в акустике, например, демонстрация того, что высота звука определяется частотой колебаний,

Теоретическое положение о сущности теплоты как движения частиц тела,

Открытие постоянства температуры таяния льда и кипения воды,

Закон Бойля (каков здесь вклад Гука, Бойля и его ученика Ричарда Таунли (Richard Townley) - не до конца ясно),

Живая клетка (с помощью усовершенствованного им микроскопа; Гуку же принадлежит сам термин «клетка» - англ. cell).

Итак, как мы уже писали, в 1665 году вышел из печати капитальный труд Роберта Гука - «Микрография» («Micrographia»), посвящённая результатам наблюдений 28-летнего автора с использованием разнообразных линз. Опубликованная в сентябре 1665 года, книга тут же стала бестселлером. Гук замечательно описывает глаз блохи и клетку растения (он ввёл этот термин, поскольку клетки растений, ограниченные стенками, напомнили ему монашьи кельи). Это было не только изложение результатов принципиально нового применения микроскопа как исследовательского инструмента. Книга гораздо шире и глубже. В ней описано 57 «микроскопических» и 3 «телескопических» эксперимента. Гук исследует растения, насекомых и животных и делает важнейшие открытия, касающиеся не только отдельных органов, но и клеточного строения тканей. Рассматривая окаменелости, Гук, фактически, выступил как основатель палеонтологии. Гук снабдил книгу превосходными, выполненными им и представляющими самостоятельный и научный, и даже художественный интерес гравюрами. Автор «Микрографии» выдвигает оригинальные идеи, касающиеся света, тяготения и строения материи. Известная своими выдающимися медными гравюрами микромира, в частности раскладывающимися листами с насекомыми, книга подтверждает необыкновенные возможности нового микроскопа. Разложенные гравюры насекомых больше размера самого фолианта, достаточно большого. В частности полный размер гравюры блохи в четыре раза превышает размер книги. Хотя книга наиболее известна демонстрацией возможностей микроскопа, она также содержит описание удалённых планетных тел, волновой теории света, органическое происхождение ископаемых и другие философские и научные интересы автора. Будучи опубликованной при поддержке Королевского общества, популярность книги способствовала формированию образа и миссии общества как научно прогрессивной организации Лондона. В этой же книге он обсуждал возможность производства искусственных волокон с помощью процессов, подобных вращению шелковичного червя, и первый использовал слово «ячейка» (клетка), чтобы назвать микроскопические сотообразные поры в пробке. Его работы с микроскопом были проведены на самом высоком уровне для своего времени, и именно Роберту Гуку мы обязаны словом «клетка». Исследования по микроскопическим ископаемым превратили его в одного из самых первых сторонников эволюционной теории.

Гук постоянно изобретает. Так, он придумывает вычислительную машину, которая позволяет выполнять любые арифметические действия, усовершенствует прибор для исследования магнитного поля Земли. Нередко он вступает в дискуссии с другими учеными. Так, в 1674 г. он спорит с Яном Гевелием, отстаивая идею использования телескопов в угломерных инструментах. Порой, приходится признать, дискуссии бывают слишком резкими, особенно когда дело касается вопросов приоритета. Из работ второй половины 1670-х гг. особо можно выделить исследования по теории упругости, основным результатом которых явился знаменитый закон Гука. Если, например, рассматривается удлинение проволоки под воздействием определенной силы, то этот закон формулируется так: относительное удлинение (т.е. увеличение длины, отнесенное к первоначальной длине), пропорционально величине этой силы, обратно пропорционально сечению проволоки и зависит от того, из какого материала она изготовлена. Гук даже понял, что такой закон справедлив только в случае малых деформаций.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роберт Гук: история открытия клеток

• • 1. Вклад Роберта Гука в науку
  • 2. Этапы биографии
  • 3. "Микрография" и открытие клетки
  • 4. Результаты дальнейших исследований клеток

1. Вклад Роберта Гука в науку

Введение в употребление слова "клетка" применительно к составной части структуры живых тканей связано с именем английского естествоиспытателя и ученого Роберта Гука. Это неудивительно, ведь именно он более 300 лет назад открыл растительные клетки, а также женские яйцеклетки и мужские сперматозоиды. Он по праву считается основателем экспериментальной физики.

Кроме того, в своих многочисленных работах он сделал множество открытий, принадлежащих к разным областям науки и техники. Например, Гук открыл закон пропорциональности между упругими растяжениями и производящими их напряжениями (закон Гука), более точно сформулировал закон всемирного тяготения, привел доказательство вращения Земли вокруг Солнца, изобрел спиральную пружину для регулировки хода часов, спиртовой уровень, оптический телеграф, усовершенствовал микроскоп, телескоп, барометр, описал прообраз паровой машины и многое другое.

2. Этапы биографии

Английский естествоиспытатель Роберт Гук родился во Фрешуотере, графство Айл-оф-Уайт (остров Уайт) в семье священника местной церкви.

Первоначально родители готовили Гука к духовной деятельности, но из-за слабости здоровья и интереса к занятию механикой его отправили изучать часовое мастерство.

В 1653 г. поступил в Крайст-Чёрч-колледж Оксфордского университета, где впоследствии стал ассистентом Р. Бойля. В 1662 г. был назначен куратором экспериментов при только что основанном Королевском обществе; член Лондонского королевского общества с 1663 г. С 1665 г. - профессор Лондонского университета, в 1677-1683 гг. - секретарь Лондонского Королевского общества.

3. " Микрография " и открытие клетки

гук естествоиспытатель клетка микроскоп

Открытие клетки Робертом Гуком стало следствием изучения физических свойств такого материала, как пробка. В частности, Гука интересовала причина высокой плавучести пробки. В попытках выяснить это было произведено множество наблюдений, в которых делались тонкие срезы пробки с дальнейшим их изучением под микроскопом. В результате ученый обнаружил, что пробка состоит из множества очень маленьких ячеек, напоминавших ему монашеские кельи в монастырях. Эти ячейки он впервые назвал клетками.

Результаты данных наблюдений Гук опубликовал в сентябре 1664 года в своей книге "Микрография". В ней описываются наблюдения ученого с использованием микроскопа и различных линз. Данная книга известна также благодаря своим медным гравюрам с изображениями микромира, некоторые из которых больше размера самой книги. Помимо наблюдения клетки в книге описываются удаленные планетные тела, происхождение полезных ископаемых, вопросы теории света и другие интересные автору явления.

4. Результаты дальнейших исследований клеток

Книга "Микрография" вызвала интерес в научных кругах того времени и стала бестселлером. Вслед за Гуком наблюдения за клетками растений продолжили другие исследователи. В частности, итальянский врач и микроскопист М. Мальпини (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682) создали представление клетки в виде крошечных "мешочков", заполненных "питательным соком", подтвердив тем самым клеточное строение растений. А в 1674 году голландским микроскопистом Антонием ван Левенгуком были открыты одноклеточные организмы и живые клетки. В капле воды он обнаружил амебы, инфузории и бактерии, а также впервые наблюдал такие животные клетки, как эритроциты и сперматозоиды.

После усовершенствования микроскопа в XIX веке были предприняты попытки изучения внутреннего строения клетки. В 1802-1833 годах был введен термин "протоплазма", описано ядро растительной клетки, выявлено ядро яйцеклетки у птиц. С тех пор главным в клетках стало считаться их содержимое, а не мембрана.

Затем в 1858-1875 годах немецкими зоологами Т. Шванном и М. Шлейденом была сформирована клеточная теория строения живых организмов, которая впоследствии была дополнена исследованиями Р. Вихрова и И.Д. Чистякова, исправившими ряд заложенных в нее первоначально ошибок.

Клеточная теория впоследствии стала общепризнанным в биологии обобщением, доказывающим благодаря клеточной структуризации единство основных принципов строения и развития растительного и животных миров.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изобретение Захарием Янсеном примитивного микроскопа. Исследование срезов растительных и животных тканей Робертом Гуком. Обнаружение Карлом Максимовичем Бэром яйцеклетки млекопитающих. Создание клеточной теории. Процесс деления клетки. Роль ядра клетки.

презентация , добавлен 28.11.2013


Исследование основных этапов развития клеточной теории. Анализ химического состава, строения, функций и эволюции клеток. История изучения клетки, открытие ядра, изобретение микроскопа. Характеристика форм клеток одноклеточных и многоклеточных организмов.

презентация , добавлен 19.10.2013


Особенности строения и роста растительных клеток. Методы изучения растительной клетки. Электронная микроскопия, возможности светового микроскопа. Метод замораживания-скалывания. Дифференциальное центрифугирование, фракционирование. Метод культуры клеток.

реферат , добавлен 04.06.2010


Основные разновидности живых клеток и особенности их строения. Общий план строения эукариотических и прокариотических клеток. Особенности строения растительной и грибной клеток. Сравнительная таблица строения клеток растений, животных, грибов и бактерий.

реферат , добавлен 01.12.2016


Понятие и история открытия стволовых клеток - особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Медицинское значение.

реферат , добавлен 07.05.2012


Клетка как наименьшая морфофизиологическая единица живых систем. Особенности методов получения трехмерных изображений клеток. Определение уравнения поверхности клетки в трехмерных координатах. Проектирование трехмерной модели формы клетки, ее параметры.

контрольная работа , добавлен 30.09.2009


Эпителиальная ткань, ее регенерационная способность. Соединительные ткани, участвующие в поддержании гомеостаза внутренней среды. Клетки кровы и лимфы. Поперечнополосатые и сердечные мышечные ткани. Функции нервных клеток и тканей животных организмов.

реферат , добавлен 16.01.2015


История изучения стволовых клеток. Изолирование линий эмбриональных стволовых клеток человека и животных. Эмбриональные, гемопоэтические, мезенхимальные, стромальные и тканеспецифичные стволовые клетки. Использование дезагрегированных эмбрионов.

реферат , добавлен 13.12.2010


Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.

реферат , добавлен 14.05.2011


Структурная и функциональная единица жизнедеятельности одноклеточного и многоклеточного организмов. Многообразие клеток и тканей. Основные части в строении клетки. Клеточный цикл жизни клетки. Эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные ткани.

Английский естествоиспытатель Роберт Гук был одним из наиболее выдающихся умов семнадцатого века. Он работал над разнообразными гипотезами и приборами, усовершенствовал и первым установил особенности клеточного строения тканей.

Детство великого ученого

Будущий физик, ботаник, изобретатель и астроном появился на свет 18 июля 1635 года в городе Фрешуотер, что расположен на острове Уайт. Его отец был настоятелем в церкви Всех Святых. Близкие долго опасались за здоровье малыша, так как он был очень слабым и тщедущным, но Роберт выжил. В 1648-м, после смерти отца, Роберт Гук переехал в Лондон и стал учеником художника по имени Питер Лели. Уже став он неодобрительно вспоминал свои детские годы, но мастерство иллюстраций, которыми физик сопровождал свои труды, позволяет сказать, что время в художественной мастерской не было потеряно напрасно. В четырнадцать лет мальчик стал учеником Вестминстерской школы Башби, из которой выпустился в 1653-м. Как любой ученый, Роберт Гук изучил латынь, которая была основным языком научного общения тех времен. Помимо этого, он владел древнееврейским и греческим, умел играть на органе и моментально осваивал сложные учебники.

Начало научной деятельности

После школы Роберт Гук переехал в Оксфорд, чтобы стать студентом в колледже Крайст-Черч. Помимо этого, он был хористом в церкви, а также ассистентом и близким сотрудником Бойля. В те же годы состоялось знакомство с участниками «Невидимого колледжа» Оксфорда, создателями научно-организационного общества, которое сыграло немалую роль в жизни Гука. В этот период физик изобрел воздушный насос, создал трактат о движении жидкости в капиллярах. Кроме того, Роберт Гук, открытия которого позволили создать пружинный механизм для имел небольшой спор с Гюйгенсом, который также занимался такими устройствами. В 1662 году ученому была присвоена искусств Оксфордского университета, Королевское общество, на тот момент только формировавшееся, назначило его куратором экспериментов. В 1663-м Роберт Гук создал устав для этого ученого сообщества, был принят в число его членов, а в 1677-м стал его секретарем.

Лондонский профессор

Даже краткая биография Роберта Гука не может обойтись без упоминания о том, что в 1664 году, когда в Англии свирепствовала чума, физик не покинул Лондон. Незадолго до того он был назначен профессором Грешемовского колледжа и проживал в квартире в его здании. Помимо этого, Гук не прекращал деятельность куратора экспериментов Королевского общества. Это была непростая должность, за которую не предполагалось вознаграждение. Для не слишком обеспеченного ученого подготовка новых экспериментов была связана со значительными затратами. Тем не менее эта работа помогала его персональным исследованиям и создала физику авторитет уважаемого почетного консультанта. Кроме того, широта интересов Роберта впечатлила других членов сообщества. Информация о Роберте Гуке в «Истории Королевского общества» рассказывает о его работе в качестве куратора и содержит описание его удивительных экспериментов с вакуумом, артиллерийским порохом, термическим расширением стекла, а также работ по созданию микроскопа, ирисовой диафрагмы и всевозможных метеорологических приборов.

Создание «Микрографии»

В 1665-м увидел свет важнейший труд ученого. Трактат под названием «Микрография» детально излагал способы применения микроскопа для разнообразных В нем описывались шестьдесят различных экспериментов с частями растений, насекомых и животных. Открытие о клеточном строении организмов сделал именно Роберт Гук. Биология не была его главным научным интересом, так что результат изысканий тем более удивительный. Кроме того, материал, посвященный
окаменелостям, делает Гука еще и основателем палеонтологии. Превосходного качества иллюстрации и гравюры сделали «Микрографию» бесценной книгой. Несмотря на то что ученый практически забыт на данный момент, его прорыв в изучении клеток имеет колоссальное значение. Знать об этом открытии действительно стоит.

Открытие клетки

Улучшенный микроскоп Роберта Гука был предметом постоянного интереса ученого. Он рассматривал при помощи него множество предметов. Однажды в качестве объекта для изучения ему попалась бутылочная пробка. Сделанный острым ножом срез поразил ученого своей сложной и правильной структурой. Ячейки, составлявшие материал пробки, напомнили Гуку пчелиные соты. Так как срез был растительного происхождения, дальнейшие изыскания были проведены на стеблях и ветвях других растений. На тонком срезе бузины Роберт снова увидел ячеистую поверхность. Эти ячейки, отделенные друг от друга тончайшими перегородками, были названы физиком клетками. Он изучил их размеры и влияние их наличия на свойство состоящего из них материала. Так началась история изучения Дальнейшая работа над ними была передана другому члену Королевского общества, Неемии Грю, который был более увлечен биологией, чем Роберт Гук. История открытия клеток получила развитие благодаря его усилиям. Усидчивый и внимательный, он посвятил всю свою жизнь изучению растений и во многом повлиял на дальнейший ход науки в этой сфере. Основным его трактатом по теме стала «Анатомия растений с изложением философской истории растительного мира и несколько других докладов, прочитанных перед Королевским обществом». Тем временем физик Роберт Гук уже принялся за другие эксперименты.

Дальнейшая деятельность

Роберт Гук, биография которого уже пополнилась публикацией «Микрографии», не остановился на достигнутом. Он разработал теории о свете, тяготении и строении материй, придумал вычислительную машину для сложных арифметических действий и усовершенствовал прибор, позволяющий изучать магнитное поле Земли. В некоторых своих взглядах ученый был слишком резок.
Например, в 1674 году у него произошел спор с Гевелием, связанный с особенностями использования микроскопов. Во второй половине 1670-х годов были написаны работы, посвященные теории упругости, ставшие почвой для знаменитого закона Гука. Он гласил, что увеличение длины по отношению к первоначальной пропорционально величине вызывающей удлинение силы, обратно пропорционально размеру сечения предмета и связано с материалом, из которого тот изготовлен.

Общение с Ньютоном

В 1672-м стал членом Королевского общества, в котором давно состоял Роберт Гук. История открытия клеток и другие его эксперименты укрепили авторитет физика в глазах других, но с Ньютоном его общение было напряженным долгие годы. Их научные споры касались как частных вопросов, например фигуры кривой, которую описывает падающее тело, так и фундаментальных представлений, в том числе о природе света. Ньютон считал, что свет состоит из потока особенных частиц, которые он называл световыми корпускулами. Роберт Гук, биография которого на тот момент включала работы о волновой природе света, предполагал, что он состоит из вибрационных движений прозрачной среды. Так возникла дискуссия между корпускулярной и волновой теорией. Спор оказался настолько напряженным, что Ньютон решил не писать об оптике до смерти Гука.

Плагиат или одновременное открытие?

В 1686 между Ньютоном и Гуком разгорелась еще одна дискуссия, на этот раз связанная с законом всемирного тяготения. Вероятно, Гук самостоятельно пришел к пониманию пропорционального отношения между силой притяжения и квадратом расстояния между телами, что позволило ему обвинить автора «Начал» в плагиате. На эту тему физиком было написано письмо в Королевское общество. Тем не менее, Ньютон более детально описал этот вопрос, правильно определил закон взаимодействия и сформулировал важнейшие законы механики. На их основе он объяснил движение планет, отливы и приливы, сделал немало других важных открытий. Гук же был слишком перегружен работой, чтобы тщательно заняться именно этой сферой. Впрочем, нельзя не отметить его глубокий интерес к проблеме тяготения и серию опытов, посвященных ей, которая была проведена с 1671 года.

Закат деятельности

В последние годы жизни Роберт Гук, биография которого полна важнейших открытий во многих сферах, был так же активен, как и прежде. Он изучал устройство мускулов, пытаясь создать их механические модели, получил степень доктора медицины, интересовался янтарем, читал лекции, в том числе и о причинах землетрясений. Таким образом, сфера интересов ученого с годами только расширялась, а значит, вместе с тем росла и нагрузка. После страшнейшего пожара была уничтожена большая часть Лондона. Восстановлением города руководил Кристофер Рен, выдающийся английский архитектор и близкий друг Гука. Помогая ему, Гук напряженно работал около четырех лет, поразительным образом уделяя внимание и научной деятельности, и оставляя всего лишь пару часов на сон и отдых.

Вклад в восстановление Лондона

Роберту Гуку выпала ответственнейшая роль. Вместе с Кристофером Реном он перепланировал район вокруг лондонской Биржи. При содействии Хью Мэя и Роджера Пратта он сделал заметный вклад в архитектуру Лондона. Помимо прочего, Гуком и Реном был создан проект памятника жертвам ужасного пожара. Был разработан тщательный проект, и в 1677 году мир увидела впечатляющая дорическая колонна, на создание которой был использован портлендский камень. Вершину ее венчал позолоченный шар с языками огня. Изначально Кристофер Рен хотел изобразить там Карла Второго, на что тот возразил, что участия в возникновении огня не принимал. Высота монумента составляет 61 метр и 57 сантиметров, ровно столько от колонны до места начала пожара. Гук планировал использовать памятник в качестве научной лаборатории для зенитного телескопа и работы с маятником, но вибрации, создаваемые уличным движением, помешали такой работе.

Уход из жизни

Работа по восстановлению Лондона улучшила материальное положение ученого, но на здоровье сказалась отрицательно. Напряженный режим дня отозвался болезнями и сильным ухудшением зрения. Последним изобретением великого ученого стал морской барометр. О нем Королевское общество узнало в феврале 1701-го из уст Эдмонда Галлея, бывшего близким другом Гука. Физик, биолог и естествоиспытатель Роберт Гук скончался 3 марта 1703 года в своей квартире при Грешемовском колледже. Один из наиболее одаренных людей тех времен, он был незаслуженно забыт с ходом лет.

Причины забвения

Труды Гука на темы природы света и законов гравитации послужили основой работ Исаака Ньютона, но серьезнейшие разногласия двоих ученых ухудшили их отношения. Началось своего рода противоборство. Так, из своих «Математических начал натуральной философии» Ньютон удалил все ссылки на труды Гука. Кроме того, он пытался приуменьшить его вклад в науку. Став президентом Королевского общества, Ньютон прекратил использование многочисленных инструментов Гука, созданных им вручную, предал забвению его работы и убрал его портрет. Слава талантливейшего физика померкла. Тем не менее, именно о нем написаны известные слова Ньютона. В одном из своих писем он говорит, что видел дальше только потому, что стоял на плечах гигантов. И действительно, Роберт Гук заслуживает такого названия, ведь он был величайшим ученым, изобретателем, естествоиспытателем, астрономом и архитектором своего времени.

Врачи и родственники Гука опасались, что он умрет во младенчестве. Некоторые уверяли, что он не доживет и до двадцатилетия. Тем не менее, физик прожил 68 лет, что по меркам семнадцатого столетия можно назвать весьма продолжительным сроком. Название «клетка», которое он предложил для элементарных единиц живого организма, связано с тем, что Гуку такие частицы напоминали кельи монахов. Один из экспериментов, связанный с дыханием, чуть было не закончился для ученого мужа плачевно. Он поместил себя в особый герметичный аппарат, из которого выкачивался воздух, и в результате частично утратил слух. Помимо монумента, сооруженного в сотрудничестве с Реном, по проектам Гука были созданы такие здания, как обсерватория в Гринвиче и собор Святого Павла. Увидеть эти работы великого физика можно и сейчас.

Что ни говорите, а микроскоп является одним из важнейших инструментов ученых, одним из главных их оружий в познании окружающего мира. Как появился первый микроскоп, какая история микроскопа от средних веков и до наших дней, какое строение микроскопа и правила работы с ним, ответы на все эти вопросы Вы найдете в нашей статье. Итак, приступим.

История создания микроскопа

Хотя первые увеличительные линзы, на основе которых собственно и работает световой микроскоп, археологи находили еще при раскопках древнего Вавилона, тем не менее, первые микроскопы появились в Средневековье. Что интересно, среди историков нет согласия по поводу того, кто первым изобрел микроскоп. Среди кандидатов на эту почтенную роль такие известные ученые и изобретатели как Галилео Галилей, Христиан Гюйгенс, Роберт Гук и Антонии ван Левенгук.

Стоит также упомянуть итальянского врача Г. Фракосторо, который еще в далеком 1538 году первым предложил совместить несколько линз, чтобы получить больший увеличительный эффект. Это еще не было созданием микроскопа, но стало предтечей его возникновения.

А в 1590 году некто Ханс Ясен, голландский мастер по созданию очков заявил, что его сын – Захарий Ясен – изобрел первый микроскоп, для людей Средневековья такое изобретение было сродни маленькому чуду. Однако, ряд историков сомневается в том, является ли Захарий Ясен истинным изобретателем микроскопа. Дело в том, что в его биографии немало темных пятен, в том числе пятен и на его репутации, так современники обвиняли Захарию в фальшивомонетчестве и краже чужой интеллектуальной собственности. Как бы там ни было, но точно узнать был ли Захарий Ясен изобретателем микроскопа или нет, мы, к сожалению, не можем.

А вот репутация Галилео Галилея в этом плане безупречна. Этого человека мы знаем, прежде всего, как, великого астронома, ученого, гонимого католической церковью за свои убеждения о том, что Земля вращается вокруг , а не наоборот. Среди важных изобретений Галилея – первый телескоп, с помощью которого ученый проник своим взором в космические сферы. Но сфера его интересов не ограничивалась лишь звездами и планетами, ведь микроскоп, это по сути тот же телескоп, но только наоборот. И если с помощью увеличительных линз можно наблюдать за далекими планетами, то почему бы не обратить их мощь в другое направление – изучить то, что находится у нас «под носом». «Почему бы и нет», – наверное, подумал Галилей, и вот, в 1609 году он уже представляет широкой публике в Академии деи Личеи свой первый составной микроскоп, который состоял из выпуклой и вогнутой увеличительных линз.

Старинные микроскопы.

Позднее, спустя 10 лет, голландский изобретатель Корнелиус Дреббель усовершенствовал микроскоп Галилея, добавив в него еще одну выпуклую линзу. Но настоящую революцию в развитии микроскопов совершил Христиан Гюйгенс, голландский физик, механик и астроном. Так он первым создал микроскоп с двухлинзовой системой окуляров, которые регулировались ахроматически. Стоит заметить, что окуляры Гюйгенса применяются и по сей день.

А вот знаменитый английский изобретатель и ученый Роберт Гук навеки вошел в историю науки, не только как создатель собственного оригинального микроскопа, но и как человек, сделавший при его помощи великое научное открытие. Именно он первым увидел через микроскоп органическую клетку, и предположил, что все живые организмы состоят из клеток, этих мельчайших единиц живой материи. Результаты своих наблюдений Роберт Гук опубликовал в своем фундаментальном труде – Микрографии.

Опубликованная в 1665 году Лондонским королевским обществом, эта книга тут же стала научным бестселером тех времен и произвела подлинный фурор в научном сообществе. Еще бы, ведь в ней имелись гравюры с изображением увеличенной в микроскоп , вши, мухи, клетки растения. По сути, этот труд представлял собой удивительное описание возможностей микроскопа.

Интересный факт: термин «клетка» Роберт Гук взял потому, что клетки растений ограниченные стенами напомнили ему монашеские кельи.

Так выглядел микроскоп Робета Гука, изображение из «Микрографии».

И последним выдающимся ученым, который внес свой вклад в развитие микроскопов, был голландец Антонии ван Левенгук. Вдохновленный трудом Роберта Гука, «Микрографией», Левенгук создал свой собственный микроскоп. Микроскоп Левенгука, хотя и обладал лишь одной линзой, но она была чрезвычайно сильной, таким образом, уровень детализации и увеличения у его микроскопа был лучшим на то время. Наблюдая в микроскоп живую природу, Левенгук сделал множество важнейших научных открытий в биологии: он первым увидел эритроциты, описал бактерии, дрожжи, зарисовал сперматозоиды и строение глаз насекомых, открыл и описал многие их формы. Работы Левенгука дали огромный толчок к развитию биологии, и помогли привлечь внимание биологов к микроскопу, сделали его неотъемлемой частью биологических исследований, аж по сей день. Такая в общих чертах история открытия микроскопа.

Виды микроскопов

Далее с развитием науки и техники стали появляться все более совершенные световые микроскопы, на смену первому световому микроскопу, работающему на основе увеличительных линз, пришел микроскоп электронный, а затем и микроскоп лазерный, микроскоп рентгеновский, дающие в разы более лучший увеличительный эффект и детализацию. Как же работают эти микроскопы? Об этом дальше.

Электронный микроскоп

История развития электронного микроскопа началась в 1931 году, когда некто Р. Руденберг получил патент на первый просвечивающий электронный микроскоп. Затем в 40-х годах прошлого века появились растровые электронные микроскопы, достигшие своего технического совершенства уже в 60-е годы прошлого века. Они формировали изображение объекта благодаря последовательному перемещению электронного зонда малого сечения по объекту.

Как работает электронный микроскоп? В основе его работы лежит направленный пучок электронов, ускоренный в электрическом поле и выводящий изображение на специальные магнитные линзы, этот электронный пучок намного меньше длины волн видимого света. Все это дает возможность увеличить мощность электронного микроскопа и его разрешающую способность в 1000-10 000 раз по сравнению с традиционным световым микроскопом. Это главное преимущество электронного микроскопа.

Так выглядит современный электронный микроскоп.

Лазерный микроскоп

Лазерный микроскоп представляет собой усовершенствованную версию электронного микроскопа, в основе его работы лежит лазерный пучок, позволяющий взору ученого наблюдать живые ткани на еще большой глубине.

Рентгеновский микроскоп

Рентгеновские микроскопы используются для исследования очень маленьких объектов, имеющих размеры сопоставимые с размерами рентгеновской волны. В основе их работы лежит электромагнитное излучение с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.

Устройство микроскопа

Конструкция микроскопа зависит от его вида, разумеется, электронный микроскоп будет отличаться своим устройством от светового оптического микроскопа или от рентгеновского микроскопа. В нашей статье мы рассмотрим строение обычного современного оптического микроскопа, который является наиболее популярным как среди любителей, так и профессионалов, так как с их помощью можно решить множество простых исследовательских задач.

Итак, прежде всего в микроскопе можно выделить оптическую и механическую части. К оптической части относится:

• Окуляр – это та часть микроскопа, которая прямо связана с глазами наблюдателя. В самых первых микроскопах он состоял из одной линзы, конструкция окуляра в современных микроскопах, разумеется, несколько сложнее.
• Объектив – практически самая важная часть микроскопа, так как именно объектив обеспечивает основное увеличение.
• Осветитель – отвечает за поток света на исследуемый объект.
• Диафрагма – регулирует силу светового потока, поступающего на исследуемый объект.

Механическая часть микроскопа состоит из таких важных деталей как:

• Тубус, он представляет собой трубку, в которой заключается окуляр. Тубус должен быть прочным и не деформироваться, так как иначе пострадают оптические свойства микроскопа.
• Основание, оно обеспечивает устойчивость микроскопа во время работы. Именно на него крепится тубус, держатель конденсатора, ручки фокусировки и другие детали микроскопа.
• Револьверная головка – применяется для быстрой смены объективов, в дешевых моделях микроскопов отсутствует.
• Предметный столик – это то место, на котором размещается исследованный объект или объекты.

А тут на картинке изображено более подробное строение микроскопа.

Правила работы с микроскопом

• Работать с микроскопом необходимо сидя;
• Перед работой микроскоп необходимо проверить и протереть от пыли мягкой салфеткой;
• Установить микроскоп перед собой немного слева;
• Начинать работу стоит с малого увеличения;
• Установить освещение в поле зрения микроскопа, используя электроосветитель или зеркало. Глядя одним глазом в окуляр и пользуясь зеркалом с вогнутой стороной, направить свет от окна в объектив, а затем максимально и равномерно осветить поле зрения. Если микроскоп снабжен осветителем, то подсоединить микроскоп к источнику питания, включить лампу и установить необходимую яркость горения;
• Положить микропрепарат на предметный столик так, чтобы изучаемый объект находился под объективом. Глядя сбоку, опускать объектив при помощи макровинта до тех пор, пока расстояние между нижней линзой объектива и микропрепаратом не станет 4-5 мм;
• Передвигая препарат рукой, найти нужное место, расположить его в центре поля зрения микроскопа;
• Для изучения объекта при большом увеличении, сначала нужно поставить выбранный участок в центр поля зрения микроскопа при малом увеличении. Затем поменять объектив на 40 х, поворачивая револьвер, так чтобы он занял рабочее положение. При помощи микрометренного винта добиться хорошего изображения объекта. На коробке микрометренного механизма имеются две черточки, а на микрометренном винте – точка, которая должна все время находиться между черточками. Если она выходит за их пределы, ее необходимо возвратить в нормальное положение. При несоблюдении этого правила, микрометренный винт может перестать действовать;
• По завершении работы с большим увеличением, установить малое увеличение, поднять объектив, снять с рабочего столика препарат, протереть чистой салфеткой все части микроскопа, накрыть его полиэтиленовым пакетом и поставить в шкаф.

Жизнь началась на Земле много миллионов лет назад, когда в бушующих волнах Мирового океана возникла первая капля живого веще­ства.

Оглядываясь вокруг, мы восхищаемся ве­ликим многообразием природы и населяющих ее существ, происшедших из этой капли жи­вого вещества. Они отличаются друг от друга цветом, формой, величиной, сложностью строения. Но всех их объединяет одно - жизнь.

Проникнуть в тайны жизни человек пытался очень давно, чуть ли не на заре своей истории. Но этому препятствовали низкий уровень зна­ний и религиозный фанатизм. Религия в тече­ние многих веков стояла на пути человека к ис­тинному познанию происхождения жизни. Так возникли понятия «бог», «душа», «мировой дух». Жизнь стала рассматриваться как нечто сверхъ­естественное, созданное всемогущим богом и недоступное человеческому познанию.

Только развитие естественных наук дало людям ключ к изучению природы и раскрытию

Микроскоп Роберта Гука (60-е годы XVIII в.).

Срезы пробки под микроскопом Гука. Первое изображение клетки.

Рисунки растительных клеток, сделанные А. Левенгуком.

Особых процессов, свойственных живым суще­ствам. Было доказано, что различие между живой и неживой природой заключается в осо­бом строении живого существа и в специфиче­ских химических процессах, постоянно происхо­дящих между живым организмом и окружаю­щей его средой. Совокупность этих процессов и представляет собой основу жизни - обмен веществ.

На всех ступенях развития, начиная с по­явления первой капельки живого вещества и до самого совершенного организма - человека, об­мен веществ происходит непрерывно. С прекра­щением его наступает смерть.

КЛЕТКИ - ОСНОВА ОРГАНИЗМОВ

Живые существа отличаются от неживой природы не только обменом веществ (хотя это са­мое существенное, самое главное их отличие), но и своим строением.

Все живые организмы состоят из клеток. Только вирусы - возбудители некоторых инфек­ционных болезней (например, гриппа, кори, оспы) - не являются сами клетками и не состоят из клеток. Но размножаться они могут лишь в живой клетке.

Клетка впервые была открыта английским физиком Робертом Гуком в 1665 г. Гук конструи­ровал микроскопы, которые давали увеличение в 140 раз. Однажды при исследовании тонких срезов пробки он увидел, что вся пробка состоит из ячеек, или пор. Это и были клетки. Опубли­ковав свое наблюдение, Гук положил начало изучению клеточного строения живого мира. Но в его описаниях не было даже намека на представление о клетке как об основной струк­турной единице любого живого организма. Это был просто рассказ о клеточном строении пробки.

Только почти через 200 лет, в 1834г., русским ученым П. Ф. Горяниновым была выдвинута идея о всеобщей закономерности строения и развития растений и животных. Он считал, что все живые организмы состоят из соединенных между собой клеток. Скопления клеток состав­ляют ткани, которые в ходе роста и развития могут изменяться. Эта идея нашла свое подтвер­ждение в трудах немецких ученых - ботаника Маттиаса Шлейдена и зоолога Теодора Шванна, которые, собрав уже накопившийся к тому времени большой фактический материал, сформулировали клеточную теорию строения растений и животных.

Клеточная теория - одно из важнейших открытий человечества. Энгельс считал, что закон сохранения энергии, клеточная теория и теория эволюции Дарвина - три величайших открытия XIX в.

Клеточная теория доказала общность строе­ния растений и животных. Изучая различные живые ткани, ученые убеждались, что все живое состоит из клеток. По мере совершенствования микроскопа клетка подвергалась все более глубокому исследованию. В последние годы с помощью электронных микроскопов, дающих увеличение в сотни тысяч раз, стало возможным изучение внутреннего строения клетки. Хотя клетка и считается простейшей структурной единицей живого существа, сама по себе она представляет очень сложную систему. В клетке происходят обмен веществ, превращение энергии, биосинтез, она обладает способностью к размножению, раздражимостью, т. е. может реагировать на изменение условий среды. Чтобы нагляднее представить себе клетку, посмотрите на схему ее строения, наблюдаемую в электрон­ный микроскоп (стр. 36).

В организме человека есть самые различные клетки, отличающиеся друг от друга структурой и функцией. Например, клетки, из которых состоят мышцы, удлиненные, в них есть осо­бые нити (фибриллы), способные сокращаться. А клетки кожи (эпителиальная ткань) напоми­нают удлиненные кубики, стоящие плотными рядами. Жировые клетки - круглые, они напол­нены каплями жира.

Не будем перечислять всего разнообразия клеток, скажем только, что все клетки и расти­тельного и животного мира, несмотря на их раз­личия, имеют сходное строение. У них всегда есть более плотный наружный слой -оболочка, цитоплазма и ядро.

НЕПРЕРЫВНОЕ ОБНОВЛЕНИЕ

Кроме общности строения, клетки живого организма имеют и общие функциональные особенности. Прежде всего они обладают спо­собностью к использованию и превращению энергии. Кроме того, в живой клетке из более простых веществ происходит синтез (образова­ние) сложных молекул. Эти молекулы крупны и настолько своеобразны, что, встретив их где-нибудь в природе, мы всегда можем быть уверены в их «живом» происхождении. К та­ким крупным молекулам относятся белки. Образование белка из более простых соединений происходит только в клетке и регулирует­ся находящимися в ней двумя очень слож­ными, изученными лишь в последнее время ве­ществами. Это дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. ДНК в основном находится в ядре клетки, а РНК содержится и в ядре, и в особых включениях цитоплазмы, называемых рибосомами. В них и происходит синтез белка, т. е. они являются фабриками белка в клетке.

Белки очень разнообразны. В зависимости от клетки, где они образовались, белки отли-

Электронный микроскоп.

Клетка под электронным микроскопом.

Чаются друг от друга размерами и формой молекул, химическими и физическими свой­ствами. Но вместе с тем все они построены по одному и тому же объединяющему их прин­ципу. Их сложные молекулы состоят из простых молекул аминокислот, соединенных в определен­ном порядке в длинные цепочки. Вот этот-то порядок присоединения и распределения амино­кислот в молекуле белка зависит от ДНК и РНК. ДНК служит как бы программой, по которой определяется порядок и количество присоединяемых аминокислот, а РНК - осно­вой для построения белковой молекулы. Кроме того, РНК отвечает еще за доставку аминокис­лот к непрерывно растущей цепочке белковой молекулы. Растет эта цепочка очень быстро. Молекула белка, состоящая из 150-200 амино­кислот, строится за 1,5-2 минуты. Весь про­цесс синтеза белка можно сравните с работой архитектора и инженера-строителя при по­стройке дома. Архитектор (ДНК) создает план, инженер (РНК) претворяет его в жизнь.

Открытие значения этих веществ в синтезе белка создает реальные возможности искус­ственного получения белковой молекулы. В ла­бораториях учеными уже получены наиболее простые белковые молекулы. Можно безошибоч­но предсказать, что уже в нашем веке челове­чество сможет искусственно получать белок.

В состав клетки, кроме ДНК, РНК и амино­кислот, входят жировые вещества, углеводы, вода и растворенные в ней минеральные соли. Соотношения всех этих веществ в клетке по сравнению с общим ее весом в среднем пример­но такие: вода составляет 80-85%, белки- 7 -10%, жировые вещества - 1-2%, угле­воды - 1-2%, минеральные соли -1 -1,5%. Все эти вещества активно участвуют в жизнен­ных процессах, происходящих в клетке.

В нашем организме непрерывно происходят два процесса: образование и обновление клеток и их разрушение. Эти внешне противополож­ные состояния - две стороны обмена веществ в организме. Процесс усвоения веществ, по­ступающих в организм извне, и образование из них живого вещества клеток называется ассимиляцией; а процесс распада, раз­рушения веществ и связанного с ним освобож­дения энергии - диссимиляцией. Они едины и неразрывны, но в течение жизни меня­ется их соотношение и интенсивность. В детстве и юности, когда идет усиленный рост организ­ма, преобладает ассимиляция, а в старости, наоборот, распад - диссимиляция. Интенсив­ность этих процессов зависит от состояния организма. Так, во время работы или тяже­лой физической нагрузки обмен веществ усили­вается, а в покое он ослабевает. Ослабевает обмен веществ и при понижении температуры тела. Ученые заметили это, когда стали изу­чать зимнюю спячку у сурков, хомяков, сус­ликов, ежей и других зимнеспящих животных. Зимой, когда трудно раздобыть пищу, эти жи­вотные впадают в состояние оцепенения, пере­стают есть, температура их тела значительно снижается. При этом резко замедляются дыха­ние и сердцебиение, падает уровень всех дру­гих жизненно важных физиологических про­цессов, направленных на поддержание обмена веществ.

Обмен веществ значительно замедляется и у человека, если искусственно понизить темпера­туру его тела. Это свойство в последние годы широко используется при операциях на сердце и крупных сосудах (см. стр. 194).

Мы пока рассматривали только одну сто­рону обмена веществ - обновление и построе-

ние клеток. Но человек живет, двигается, занимается умственным и физическим трудом, и вся его деятельность неразрывно связана с расходом энергии. Даже если он находится в полном покое, происходит затрата энергии на работу сердца, дыхательных мышц, внутрен­них органов и т. п. Следовательно, другая сторона обмена веществ - это освобождение энергии и ее использование.

ОБЩИЙ ЗАКОН ПРИРОДЫ

Закон сохранения вещества и движения впервые сформулировал М. В. Ломоносов. Суть этого закона заключается в том, что материя и энергия не зарождаются и не пропадают, а только видоизменяются.

Спустя сто лет немецкий врач Роберт Майер обнаружил, что цвет венозной крови в тропиках имеет более алый оттенок, чем в северных райо­нах земного шара. Это наблюдение навело его на мысль, что между потреблением и обра­зованием тепла в человеческом организме есть прямая связь. Развивая эту мысль, Майер после изучения баланса между потреблением и выделением тепла организмом, в 1841 г., сформулировал закон превращения и сохранения энергии.

Гладкие мышечные клетки.

Почти в то же время, но независимо от его работ к аналогичному выводу пришли английский физик Джемс Джоуль и немецкий ученый физик и физиолог Герман Гельмгольц.

Костная ткань.

После их работ стало очевидным, что этот закон имеет всеобщий характер, т. е. ему подчинены и все процессы, происходящие в жи­вом организме.

Пищевые вещества, попадая в организм, проходят ряд сложных превращений, распадают­ся на простые по строению вещества и посту­пают в клетки. Здесь продолжается их дальней­ший распад. При этом освобождается энергия, которая в свое время была поглощена при их образовании. Эта освободившаяся энергия и используется организмом.

Организм в целом и каждая его клетка в от­дельности могут сохранить свою структуру и нормальную жизнедеятельность только благо­даря непрерывному потреблению энергии. Как только прекращается поступление и превраще­ние энергии, прекрасная, стройная структура клетки распадается и ее жизнедеятельность заканчивается. Энергию клетка получает в ос­новном при расщеплении глюкозы 1 и жиров. Процесс этот происходит в особых включениях цитоплазмы, которые называются митохондрия­ми. Митохондрии - это силовые, или энергетические, станции клетки. Каждая клет­ка содержит от 50 до 5000 митохондрий. В них-то и происходит в результате расщепления глю­козы образование довольно сложного вещества - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). АТФ- основной источник энергии для большинства

1 Глюкоза - виноградный сахар.

жизненных процессов клетки и организма. Она очень легко расщепляется, выделяет при этом энергию и является, таким образом, аккумуля­тором, отдающим энергию по мере ее надобно­сти. В виде синтеза АТФ клетка получает бо­лее 55% энергии, образующейся при окислении глюкозы. Даже самые блестящие успехи со­временной техники бледнеют перед таким высо­ким коэффициентом полезного действия (к.п.д.) этого уникального клеточного механизма.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ УСКОРИТЕЛИ

Обмен веществ - это непрерывная цепь слож­ных химических процессов, протекающих в клетке; им предшествует переваривание пи­щи в желудке и кишечнике, в ходе которого пищевые вещества расщепляются на более про­стые составные части. Только они усваиваются клетками, в которых из принесенных кровью веществ образуются новые сложные и разно­образные вещества, освобождается и исполь­зуется энергия. Если бы мы попробовали хи­мические реакции, происходящие в организ­ме, провести в лаборатории, то потребовались бы высокая температура, повышенное дав­ление и другие несвойственные организму условия.

В чем же дело? Ведь мы знаем, что в орга­низме нет ни очень высокой температуры, ни повышенного давления. Происходит это по­тому, что в организме есть такие вещества, которые ускоряют ход химической реакции, а сами при этом не изменяются. Их действие по­добно химическим катализаторам.

Приведем простой пример. Известно, что вода состоит из водорода и кислорода. При смешении чистого водорода и кислорода вода не образуется, если держать эту смесь даже многие годы. Но если прибавить к этой смеси немного платины, реакция пойдет очень быстро и образуется вода. Платина, не являясь состав­ной частью воды, резко ускоряет эту реакцию, а сама выходит из нее без изменений. Нечто подобное происходит и в организме. Все хи­мические превращения в нашем организме протекают с участием специальных биоло­гических ускорителей, или катализаторов, - ферментов.

Ферменты - сложные органические ве­щества, во много миллионов раз увеличивающие скорость химических реакций. Это основная и единственная их функция в организме. Клетки нашего тела имеют огромный набор ферментов,

Способных произвести все необходимые превра­щения. Каждый фермент действует только на определенные вещества, определенный процесс или его этап и только при определенной темпе­ратуре, реакции среды и т. д., т. е. обладает специфичностью и избирательностью действия. По меткому определению одного ученого, фер­мент подходит к веществу так же, как ключ к замку. Бывают ферменты пищеварительные, дыхательные, окислительные, восстановительные и другие с самым разнообразным характером дей­ствия. Одни участвуют в расщеплении поступаю­щих веществ, другие обладают синтезирующей способностью - помогают организму в образова­нии новых молекул. Словом, ферменты являются необходимыми участниками обмена веществ, без них он невозможен.

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

Обмен веществ, происходящий в организме человека и животных, - это часть общего круго­ворота веществ в природе. Сложные вещества, которые человек и животные получают с пищей, расщепляются на более простые, усваиваются, а затем в виде углекислоты, воды и некоторых других веществ выделяются наружу и исполь­зуются растениями. Растения под влиянием солнечной энергии вновь синтезируют из них сложные вещества. И так непрерывно, пока существует жизнь на Земле, будет происходить круговорот веществ в природе.

В состав живых организмов входят практи­чески все существующие в природе химические элементы и соединения. Основную их массу составляют углерод, кислород и азот, поэтому круговорот этих веществ представляет для нас наибольший интерес. Углерод входит в состав очень многих химических соединений. Наш организм получает его с пищевыми веществами и выделяет при дыхании в виде углекислого газа. Из углекислого газа и воды в клетках зеленых растений, содержащих зеленый пигмент - хлоро­филл, под влиянием солнечного света образуются сложные органические соединения - углеводы. Этот процесс называется фотосинтезом, в ре­зультате его образуются крахмал или другие углеводы, например глюкоза, и выделяется кислород.

Громадная поверхность всех зеленых расте­ний очищает воздух от углекислого газа и выделяет миллиарды тонн кислорода. Так, наши зеленые друзья ежегодно поглощают около 170 млрд. т углекислого газа, выделяют

123 млрд. т кислорода, и запасы кислорода воз­духа непрерывно пополняются.

Животные организмы, в конечном итоге, находятся в зависимости от растений, которые обладают способностью перерабатывать неорга­нические вещества в органические. Благодаря этому запасы органических веществ в природе не истощаются, и нам не угрожает голодная смерть.

Круговорот азота не менее важен для под­держания жизни на Земле, так как азот входит в состав белка. Люди и животные получают нуж­ный им азот с белковой пищей и выделяют его с потом и мочой в виде аммиачных соедине­ний. Растения получают азот из почвы, куда он попадает после разложения белковых веществ, или с азотистыми удобрениями.

Круговорот других элементов тесно связан с круговоротом углерода и азота и подчиняется общему закону природы - закону сохранения материи и энергии. Взаимоотношения живой и неживой природы полностью вытекают из этого закона. Жизненные процессы, происхо­дящие в одних организмах, необходимы для существования других.

ПИЩА И ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Как разнообразна человеческая пища! Ка­ких только блюд не существует на свете! Но все эти лакомства и яства, в конечном счете, состоят из белков, жиров, углеводов, витами­нов, минеральных солей и воды. Все, что мы едим или пьем, в нашем организме распадается на эти или еще более простые составные части.

Белки

В начале прошлого столетия стало известно, что из всех тканей животного и растительного мира можно выделить вещества, по своим свойст­вам очень похожие на белок куриного яйца. Выяснилось, что они близки друг к другу и по составу. Поэтому им и было дано общее назва­ние - белки. Затем появился термин «про­теины», от греческого слова «протос» - первый, важнейший, что указывает на первостепенную роль белка.

Белки - это очень сложные высокомоле­кулярные соединения. Молекула воды (Н 2 О) состоит всего из трех атомов: одного атома кис­лорода и двух атомов водорода, молекула же белка состоит из многих десятков и сотен тысяч атомов. В ее состав входят азот, углерод, водо­род, кислород и некоторые другие элементы. Если нагреть в присутствии кислоты какой-либо белок, то он расщепляется на наиболее простые составные части, названные химиками амино­кислотами. В их состав всегда входит азот.

В природе есть очень много разнообразных белков и трудно найти два похожих друг на друга. Между тем состоят они из небольшого количества различных аминокислот - всего около 20.

Чем же объяснить такое исключительное разнообразие белков, если они состоят только из 20 аминокислот? Математики подсчитали, что если из нескольких равных частей составить комбинации, в которых меняется только распо­ложение частей, то число таких возможных комбинаций очень быстро возрастет при увели­чении составных частей. Так, из 3 частей можно составить только 6 комбинаций; из 5 частей - 120; из 8 -до 40 тыс., а при 12 составных частях - 500 млн. Из 20 амино­кислот можно составить колоссальное количе­ство комбинаций, а так как в белковой моле­куле одна и та же аминокислота может повто­ряться несколько раз и может меняться способ их соединения, то великое многообразие белка станет совершенно понятным.

Белковый обмен в организме происходит постоянно и очень быстро. О его скорости можно судить по обмену азота. Определяя количество азота, введенного с пищей и выве­денного из организма, можно установить суточ­ный азотистый баланс. Если количество вво­димого и выделяемого азота одинаково, то гово-

Продукты, богатые белками: мясо, рыба, творог, сыр, хлеб, крупа, зерна бобовых растений, орехи, яйца.

рят об азотистом равновесии. Когда азота вводится больше, чем выделяется, то налицо положительный азотистый баланс. Чаще это бывает у детей, когда идет рост организма, или у людей, выздоравливающих после тяже­лой болезни. Но бывает, что азота выводится больше, чем вводится, - это отрицательный азотистый баланс. Такое состояние наблюдает­ся при голодании или при инфекционных забо­леваниях.

Белки в организме могут строиться только из поступающего с пищей белка, точнее, ами­нокислот. А так как в живом организме обра­зование белка идет непрерывно, то и поступ­ление белка должно быть постоянным. Более или менее продолжительная недостаточность белка в пище может вызвать очень серьезные расстройства здоровья; ведь организм человека и животных не может синтезировать свой соб­ственный белок из других питательных веществ - жиров и углеводов.

Белки, как мы уже упоминали, в пищевари­тельном тракте расщепляются на аминокислоты, которые всасываются в кровь. Из этих амино­кислот организм синтезирует свой собственный белок. Если же, минуя пищеварительный тракт, ввести чужой белок непосредственно в кровь, то он не только не будет использован нашим организмом, но и вызовет серьезные осложне­ния: повышение температуры, судороги, нару­шение дыхания и сердечной деятельности. Это объясняется строгой специфичностью белков каждого организма. В ответ на проникновение в кровь чужого белка организм вырабатывает специальные вещества - антитела, которые его разрушают.

Вот почему попытки пересадить чужие орга­ны и ткани животному или человеку заканчи­ваются пока неудачей. Технически хирурги с этой задачей вполне справляются, но возни­кает белковая несовместимость, и пересажен­ный орган не приживается.

Примером может служить попытка эква­дорских хирургов пересадить чужую руку матросу, лишившемуся руки. Сложная опера­ция прошла блестяще, были сшиты все мышцы, сосуды, нервы, соединена кость. В руке вос­становилась циркуляция крови, передавалось раздражение по нервам. Казалось, что все уже в порядке и рука прижилась, но через две неде­ли из-за белковой несовместимости ее пришлось ампутировать, так как чужеродная ткань начала отравлять весь организм.

Только у близнецов, развившихся из одной яйцеклетки матери, нет белковой несовместимости. У них, как правило, бывает полное ана­томическое сходство и однородный белковый состав. Поэтому органы и ткани их взаимо­заменяемы. В медицине уже известны случаи удачных пересадок органов, в частности почек, от одного близнеца другому.

Мы уже говорили, что белки состоят из 20 аминокислот. Однако не всякий белок имеет полный набор всех аминокислот и не все ами­нокислоты одинаково важны для организма. Примерно половина из них незаменима, и их поступление в организм обязательно. В зависи­мости от набора аминокислот, входящих в моле­кулу белка, белки делятся на полноценные, содержащие необходимые аминокислоты, и не­полноценные, не содержащие некоторых из них. Полноценные белки преимущественно животного происхождения (мясо, рыба), неполноценные - растительного, хотя белки бобовых растений содержат полноценный белок.

Пища человека должна содержать столько белка, сколько его нужно для удовлетворения всех потребностей организма (а это "зависит от возраста, пола, профессии и т. д.). В среднем считается достаточным ежедневное потребление белка в пределах 100-120 г. А при тяжелом физическом труде эта норма повышается до 130-150 г. Белки - это преимущественно стро­ительный материал, хотя они могут быть ис­пользованы организмом и как источник энергии.

Углеводы

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Они широко распространены в расти­тельном мире. Это основной источник энергии в нашем организме (они дают 75% всей необходи­мой нам энергии). Углеводы делятся на простые и сложные. С пищей мы получаем и те и дру­гие, причем простые сразу всасываются в кровь, а сложные вначале должны расщепиться. Сложные углеводы - это крахмал, тростни­ковый и свекловичный сахар, простые - вино­градный сахар, или глюкоза, фруктоза и др. У здорового человека концентрация глюкозы в крови всегда строго постоянна - 80-120 мг в 100 г крови. Излишек ее вновь может синте­зироваться в сложный углевод, так называе­мый гликоген, или животный крахмал, основ­ные запасы которого откладываются в печени, достигая 300 г. Этот резерв организм исполь­зует в случае непредвиденного расхода энергии. Гликоген откладывается также и в мышцах.

Продукты, богатые углеводами: овощи, картофель, крупа, хлеб, сахар, варенье.

Если человек сразу потребляет большое количество сахара, то его излишек выделяется с мочой. Это быстро проходит и не опасно для организма. Однако надо помнить, что здоровому человеку не рекомендуется съедать в один прием больше 100 г сахару. Но если сахар обнаруживается в моче в течение длительного времени, то это может быть признаком серьез­ного заболевания - сахарного диабета.

Углеводы не только источник энергии; они играют очень большую роль и в жизнедея­тельности организма как полисахариды, или сложные сахара. Это высокомолекулярные со­единения, которые не уступают по своей слож­ности белкам. Они входят в состав соединитель­ной ткани, костей и хрящей. Кроме того, поли­сахариды играют очень большую роль в борьбе организма с инфекционными заболеваниями. Антитела, которые вырабатывает организм в ответ на проникновение различных микробов и вирусов,- полисахариды. К полисахаридам относится и очень широко распространенное в животных тканях вещество - гепарин, кото­рый предохраняет кровь от свертывания.

В нашей обычной смешанной пище количе­ство углеводов вполне достаточно для удовле­творения потребностей организма, и практически организм никогда не испытывает в них нужды. А если углеводов не хватает, то организм может синтезировать их из белков и жиров.

Жиры

Жиры - это в первую очередь энергети­ческий материал: в 1 г жиров содержится в два раза больше энергии, чем в 1 г углеводов. В пи­щеварительном тракте жир расщепляется на

Жирные кислоты и глицерин. Проходя через слизистую оболочку кишечника и всасываясь в кровь, они вновь соединяются друг с другом и образуют новый, свойственный данному орга­низму жир, во многом отличающийся от по­требляемого. Свой собственный жир организм синтезирует при употреблении разнообразных животных и растительных жиров. Но если человек будет употреблять какой-нибудь один вид жира, например свиное сало, то и его соб­ственный жир по своим свойствам будет близок к свиному салу.

Всосавшийся жир откладывается в так назы­ваемых «жировых депо»: в подкожной клетчат­ке, сальнике, околопочечной клетчатке, в обла­сти таза.

Жировая клетчатка в организме - это запас­ной энергетический материал, который способ­ствует теплоизоляции нашего организма и слу­жит амортизатором. Последнее видно из такого примера: мы не замечаем тяжести своего тела, когда стоим. Большую роль в этом играют естественные жировые подушки, которые нахо­дятся в области сводов стопы и принимают на себя, амортизируют, весь наш вес. В этом вы легко убедитесь, если станете на колени: очень быстро тяжесть тела даст о себе знать сильной болью.

Жировая клетчатка есть только у тепло­кровных животных. Особенно она развита у зве­рей Заполярья - тюленей, моржей, белых медведей. У холоднокровных - лягушек, рыб - ее нет.

Количество жира в человеческом теле инди­видуально, но у женщин на долю жира в общем весе тела приходится почти 30 %, а у мужчин- только 10%.

Значительное отложение жира в теле-при­знак нарушения обмена веществ. У тучного

Продукты, богатые жирами: сливочное масло, подсолнечное масло, шоколад, орехи, желток яйца.

человека обмен веществ протекает медленнее, чем у худощавого. Ожиревший человек теряет бодрость и жизнерадостность, становится вя­лым, неинициативным. Даже в сказках, этом кладезе вековой народной мудрости, отважные рыцари, умные, энергичные люди, стремящиеся к достижению своих целей, всегда худощавые, а неповоротливые и ленивые - толстые.

Жир - это необходимая составная часть клеток. В организме он находится также в виде жироподобных веществ - липоидов. Липоиды входят в состав нервной ткани, оболочки клетки и являются основой для образования гормонов.

Состав пищевого жира неоднороден, и раз­ные жиры имеют разную биологическую цен­ность. Для человека наиболее целесообразно содержание жира в пище от 1 до 1,25 г на кило­грамм веса. Это значит, что если человек весит 70 кг, то он должен в день употреблять от 70 до 100 г жира, а так как жир входит в состав почти каждого пищевого продукта, то в эту норму включается общее количество жиров, поступивших в организм во всех видах. Поло­вина потребляемых жиров должна быть живот­ного, а половина растительного происхождения.

Это важно потому, что, как мы уже гово­рили, все жиры при расщеплении в пищева­рительном тракте распадаются на жирные кис­лоты и глицерин. Жирных кислот два вида - на­сыщенные и ненасыщенные. Все жиры содержат и те и другие, но в животных жирах больше насыщенных, а в растительных, наоборот, боль­ше ненасыщенных жирных кислот. Исследова­ния последних лет показали, что ненасыщенные жирные кислоты имеют важное значение для организма. Они повышают его сопротивляе­мость к различным инфекциям, снижают чув­ствительность к радиоактивному излучению, входят в соединение с холестерином 1 и препят­ствуют его отложению в стенках сосудов, пре­дупреждают болезнь сосудов - атеросклероз.

Из ненасыщенных жирных кислот особенно большое значение имеют три - линолевая, линоленовая и арахидоновая. Первые две содер­жатся в большом количестве в конопляном, льняном и подсолнечном масле, а третья (ее называют витамином F) - главным образом в животном жире - свином сале и яичном желт­ке. Из всех трех ненасыщенных жирных кислот только арахидоновую организм может синте­зировать при наличии линолевой кислоты и витаминов группы В.

Если жир полностью исключить из пищи, организм будет синтезировать его из белков и углеводов.

Таким образом, питательные вещества - белки, углеводы и жиры - необходимые участ­ники обмена веществ, без них он невозможен.