Клеточная теория - КЛЕТКА - ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

Клетка обладает всеми свойствами живой системы и является элементарной единицей живого. В клетке находится наследственная информация, необходимая для существования организма, а также для воспроизведения себе подобных. Она характеризуется специфическим химическим составом, обменом веществ и энергии, растет, размножается, передает дочерним клеткам свою наследственную информацию и др. Плазматическая мембрана окружает клетку. Она обеспечивает регулирование обмена веществ между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. В цитоплазме клетки развита система внутриклеточных мембран, что создает возможность обособлять различные метаболические пути. Функции в клетке распределены между различными органоидами (рибосомами, митохондриями и др.). Многоклеточные организмы состоят из дифференцированных клеток, специализирующихся на выполнении разнообразных функций (рис. 3.1). Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают сходством общих структурных особенностей.

Строение и функционирование клеток изучает цитология (от греч. “цитос” — клетка, “логос” — наука) — наука о клетке. У бактерий, простейших, низших грибов и некоторых водорослей клетка составляет целостный организм, способный самостоятельно существовать в окружающей среде. У многоклеточных эукариот клетки существуют совместно, формируя ткани и органы организма. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: такие свойства живого, как способность размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения, в более мелких единицах материи не проявляются. Клетка является элементарной, т.е. наименьшей, самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живых организмов. Разрушенная клетка уже не способна существовать неопределенно долго, поэтому можно сделать вывод, что клетка — самая элементарная биологическая система, способная самостоятельно поддерживать жизнь.

Рис. 3.1. Некоторые типы дифференцированных клеток многоклеточного организма: А — нейрон; Б — клетка ворсинчатого эпителия; В — клетка плоского эпителия; Г— яйцеклетка; Д— гладкомышечная клетка

Впервые клетки удалось увидеть только после создания световых микроскопов (Р. Гук), с того времени и до сих пор световая микроскопия остается одним из важнейших методов исследования клеток. Световая (оптическая) микроскопия, несмотря на свое сравнительно небольшое разрешение, позволяла наблюдать за живыми клетками. В XX веке была изобретена электронная микроскопия, давшая возможность изучить ультраструктуру клеток. В современной биологии активно применяются методы молекулярной биологии и молекулярной генетики, позволяющие не только на еще более тонком уровне исследовать структурные особенности внутриклеточных структур, но и определять функции этих структур. Знание основ химической и структурной организации, принципов функционирования и механизмов развития клеток исключительно важно для понимания сходных черт, присущих сложно устроенным организмам растений, животных и человека.

3.1. Клеточная теория

Ставшие привычными представления о клетке как об основной единице жизни известны под названием клеточной теории. История цитологии тесно связана с изобретением, использованием и усовершенствованием микроскопа. В 1665 году английский физик Р. Гук при помощи сконструированного им микроскопа впервые обнаружил остатки мертвых клеток в тонком срезе пробки. На срезе просматривались структуры, похожие на пчелиные соты, построенные из ячеек, разделенных перегородками, — целлюль, или клеток. Вскоре открытие Р. Гука подтвердили ботаники М. Мальпиги и Н. Грю. В 1680 году голландский оптик А. Левенгук впервые увидел животную клетку (эритроцит), обнаружил одноклеточные организмы. К началу XIX в., по мере совершенствования микроскопов и методов фиксации и окраски клеток, представления о клеточном строении организмов получили всеобщее признание. Были обнаружены протоплазма клеток (Я. Пуркинье, 1830) и ядро (Р. Броун, 1833).

В 1838 — 1839 годах немецкие ученые ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн обобщили накопившиеся к этому времени знания о клетке. Они сформулировали клеточную теорию, согласно которой клетки представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах немецкого ученого Р. Вирхова. В своей книге “Клеточная патология” (1858) он впервые показал, что развитие заболеваний организма связано с нарушением жизнедеятельности клеток. Р. Вирхов внес существенное дополнение в клеточную теорию — клетка может возникнуть только из предшествующей клетки в результате ее деления. Русский ученый К. Бэр показал, что развитие всех многоклеточных организмов начинается с яйцеклетки. Таким образом, клетка также является единицей развития организмов.

Дальнейшее развитие цитологии связано с совершенствованием методов исследования. Комплексное использование световой и электронной микроскопии, биохимических и биофизических методов анализа позволило установить детальное строение и химический состав всех компонентов клетки, показать неразрывную связь между структурой клетки и ее функцией в организме. Цитология бурно развивается в наши дни, благодаря чему сформировались современные представления о клеточном уровне организации в иерархии живой природы. Современная клеточная теория включает следующие положения:

• клетка — это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению;

• все живые организмы построены из клеток (исключение составляют вирусы); клетки одноклеточных и многоклеточных животных и растительных организмов сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, принципам обмена веществ и основным проявлениям жизнедеятельности;

• клетка обладает всей совокупностью черт, характеризующих живые системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, размножается, растет и передает по наследству генетическую информацию, реагирует на внешние сигналы, способна двигаться. Функции в клетке распределены между различными органеллами. Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого;

• все живые организмы развиваются из одной или группы клеток; каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Клетка — элементарная единица развития живого;

• в сложных многоклеточных организмах клетки дифференцируются, специализируясь по выполнению определенных функций; клетки объединены в ткани и органы, функционально и пространственно связанные в системы организма, и находятся под контролем межклеточных, гуморальных и нервных форм регуляции.

Комплексное использование электронной микроскопии и биохимических методов анализа позволило изучить строение и химический состав структурных компонентов клетки, показать неразрывную связь между структурой клетки и ее функцией.

Опорные точки

• Все живые организмы, существующие на Земле, за исключением вирусов, являющихся паразитами на генетическом уровне, имеют клеточное строение.

• Все клетки эукариотических организмов гомологичны, т.е. обладают единым принципом организации.

• Новые клетки возникают только в результате митотического деления.