Биология в лицее

Цитология – наука, изучающая клетку. Многообразие клеток

Наука, изучающая клетки, называется цитологией. Название произошло от греческих слов kytos – "вместилище", "клетка" и logos – "учение". Цитология исследует состав, строение и функции клеток у многоклеточных и одноклеточных организмов.

Наука, исследующая клетку, ведет свою историю с середины XIX в., но корни ее уходят в XVII в. Развитие знаний о клетке во многом связано с усовершенствованием технических устройств, позволяющих ее рассмотреть и изучить. Понять жизнь клетки помогли работы ученых–цитологов, исследующих строение и жизнедеятельность клетки. В 1665 г. английский естествоиспытатель Р. Гук впервые рассмотрел оболочки растительных клеток, а в 1674 г. нидерландский натуралист А. ван Левенгук первым наблюдал под самодельным микроскопом некоторых простейших и отдельные клетки животных (эритроциты, сперматозоиды). В 1838 г., обобщая имевшиеся к тому времени сведения о клетке, немецкий ботаник М. Я. Шлейден поставил вопрос о возникновении клеток в организме. Немецкий физиолог и цитолог Т. Шванн, основываясь на работах Шлейдена, в 1839 г. изложил основы клеточной теории: все ткани состоят из клеток, клетки растений и животных имеют общий принцип строения, так как образуются одинаковым способом; все клетки самостоятельны, а любой организм – это совокупность жизнедеятельности отдельных групп клеток.

Исследования ученых позволили сформулировать основные положения современной клеточной теории. 

Назовем эти положения:

• клетка – универсальная структурная единица живого; 
• клетки размножаются путем деления (клетка от клетки); 
• клетки хранят, перерабатывают, реализуют и передают наследственную информацию; 
• клетка – это самостоятельная живая система (биосистема), отражающая определенный структурный уровень организации живой материи; 
• многоклеточные организмы – это комплекс взаимодействующих систем различных клеток, обеспечивающих организму рост, развитие, обмен веществ и энергии; 
• клетки всех организмов сходны между собой по строению, химическому составу и функциям.

Появление клеточной теории Шлейдена и Шванна обусловило дальнейшее развитие учения о клетке. Немецкий патолог Р. Вирхов доказал, что клетка является постоянной структурой, возникающей путем размножения себе подобных. Ему принадлежит афористическое утверждение: "Каждая клетка – из клетки". В конце XIX в. была высказана гипотеза, что наследственные свойства заключены в ядре. В 1892 г. И. И. Мечников открыл фагоцитоз (от греч. phagos – "пожиратель", kytos – "клетка") – активное захватывание и поглощение различных частиц одноклеточными организмами и даже клетками многоклеточного организма. В 1898 г. С. Г. Навашин открыл особый тип оплодотворения – двойное оплодотворение, свойственное всем цветковым растениям. В начале XX в. были разработаны методы культивирования клеток в пробирке и сконструирован первый электронный микроскоп. В результате учение о клетке обогатилось трудами генетиков о свойствах клетки, доказавших цитологическую основу передачи наследственных свойств.

Мир клеток живой природы чрезвычайно разнообразен. Клетки различаются по своей структуре, форме и функциям. Среди них есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как особи популяций и видов, как самостоятельные организмы, жизнедеятельность которых зависит не только от слаженной работы внутриклеточных структур, но и от существования клетки как организма (добыча пищи и способ питания, размножение, подвижность в окружающей среде, активное и неактивное переживание неблагоприятных условий и пр.).

Свободноживущих одноклеточных организмов чрезвычайно много. Они входят во все царства живой природы и населяют все среды жизни на нашей планете.

У многоклеточного организма клетка является его частью. Из клеток образуются ткани и органы. Поэтому клетку называют основной структурной единицей организмов.

Размеры клеток варьируют от 0,1–0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм и 1,4 кг (яйцо страуса в скорлупе). Особенно большое разнообразие клеток наблюдается у эукариот.

Обычно у многоклеточных организмов разные клетки выполняют различные функции. Клетки, сходные по строению, расположенные рядом, объединенные межклеточным веществом и предназначенные для выполнения определенных (специализированных) функций в организме, образуют ткани. Ткани возникли в ходе эволюционного развития вместе с появлением многоклеточности, так как специализация клеток и, следовательно, тканей лучше обеспечивает процессы жизнедеятельности целостного организма.

Несмотря на большое разнообразие форм, клетки разных типов обладают сходством в главных структурных и функциональных особенностях. При этом процессы жизнедеятельности (дыхание, биосинтез, обмен веществ) идут в клетках независимо от того, являются они одноклеточными организмами или составными частями многоклеточного организма.

Жизнь многоклеточного организма зависит от жизнедеятельности его отдельных клеток и их групп, выполняющих особые, специализированные функции.

Особенность клетки определяется специфичностью ее составных компонентов, упорядоченностью происходящих в ней как в целостной живой системе процессов. Каждая живая клетка осуществляет все процессы, от которых зависит ее жизнь: поглощает пищу, извлекает из нее энергию, избавляется от отходов обмена веществ, поддерживает постоянство своего химического состава и воспроизводит саму себя. Все это позволяет рассматривать клетку как особую единицу живой материи, как элементарную живую систему – биосистему клеточного уровня организации жизни.

Из клеток состоят все живые существа – от одноклеточных до крупных растений, животных и человека. И у всех организмов клетки функционируют, с одной стороны, как самостоятельные биосистемы, а с другой стороны, они взаимосвязаны как части целого.

Жизнь многоклеточного организма зависит от свойств и работы его клеток, от их взаимодействия между собой. При этом клетки функционируют, не вступая в конкуренцию друг с другом. Кооперация и специализация их функций в организме позволяют ему выжить в тех ситуациях, в которых одиночные клетки не выживают. У сложных многоклеточных организмов (растений, животных и человека) клетки организованы в ткани, ткани – в органы, органы – в системы органов. И каждая из этих систем представляет собой упорядоченную структуру, работающую на выполнение одной общей задачи – осуществление жизнедеятельности данного организма как целостности.

Состояние всего организма зависит от правильности функционирования всех его частей. Интеграция отдельных частей организма и процессов их жизнедеятельности является важным этапом в эволюции жизни. Клетка, появившись миллиарды лет назад, в процессе эволюции приобрела свойства биосистемы как формы живого. В течение последующих многих миллионов лет клетка не только усложнилась, но и стала входить в состав специализированных тканей, оказалась способной жить и активно функционировать в составе многоклеточных организмов, оставаясь основной структурной единицей жизни. При этом каждая живая клетка осуществляет размножение и передачу в этом процессе своей наследственной (генетической) информации, чем обеспечивает непрерывность жизни на Земле.

Клетка — структурно-функциональная единица живого организма. Это элементарная живая система, которая способна к самовоспроизведению. Клетка лежит в основе строения и развития всех организмов, это наименьшая часть организма, наделенная его признаками. Клетки живых организмов отличаются по форме, размерам, особенностям организации и функциям. Размеры большинства клеток от 10 до 100 мкм. Клетки, из которых состоят разные организмы, не идентичны, но все они образованы по одному принципу, что свидетельствует об общности происхождения живых организмов.

< Предыдущая страница "Человек - житель биосферы"

Следующая страница "Элементарный химический состав клетки" >