3. Клетка – структурная и функциональная единица живых организмов

Клетка– элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию, т.е. наделенная всеми признаками живого организма. Клетка является наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма.

Клеточные структуры лежат в основе строения любого живого организма, каким бы многообразным и сложным не представлялось его строение. Большинство растений и животных состоят из многих клеток; они получили название многоклеточных. У многоклеточных организмов клетки образуют ткани, входящие в состав органов. Жизнедеятельность клеток у многоклеточных организмов подчинена координирующему влиянию целостного организма.

Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа и его использование для исследования биологических объектов. В 1665 г. английский физик Р. Гук (1635–1703), рассматривая под микроскопом срез клетки, обнаружил, что она состоит из ячеек, напоминающих по строению пчелиные соты. Эти образования Гук назвал клетками (от лат.cellula– ячейка, клетка). Такое же строение Гук отметил в сердцевине бузины, камыша и некоторых других растений. Во второй половине XVII в. появились работы ряда микроскопистов, также обнаруживших ячеистое строение многих растительных объектов. Голландский естествоиспытатель А. Левенгук (1632–1723) впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы.

Внимание микроскопистов привлекала, в первую очередь, клеточная оболочка. Лишь во втором десятилетии ХIХ в. исследователи обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. Чешский ученый Я. Пуркине (1787–1869) назвал это вещество протоплазмой (от гр. protos– первый,plasma– образование). Однако еще продолжало существовать убеждение, что оболочка, а не протоплазма является основной, главнейшей частью клетки. В 1831 г. английский ботаник Б. Броун (1773–1858) обнаружил в клетке ядро. Его открытие было важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных.

1. Клеточная теория

Клеточная теория, объединившая идеи многих ученых и постулировавшая, что клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов, была впервые сформулирована 1838 г. немецким ученым Т. Шванном (1818–1882). Шванн нашел верный принцип сопоставления клеток растительных и животных организмов. Он установил, что хотя клетки животных крайне разнообразны и значительно отличаются от клеток растений, ядра во всех клетках обладают большим сходством. Если в каком-либо видимом под микроскопом образовании присутствует ядро, это образование, по мнению Шванна, можно считать клеткой. Основываясь на таком критерии, Шванн выдвинул основные положения клеточной теории:

• клетка является главной структурной единицей всех организмов (растительных и животных);

• процесс образования клеток обусловливает рост и развитие тканей и организмов.

В 1858 г. немецкий ученый Р. Вирхов (1821–1902) дополнил клеточную теорию важным положением о том, что клетка может происходить только от клетки в результате ее деления.

Со времени создания клеточной теории учение о клетке как элементарной микроскопической структуре организмов непрерывно развивалось. Для Шванна и его современников клетка оставалась преимущественно пространством, ограниченным оболочкой. Постепенно эти представления заменило понимание того, что основным субстратом является протоплазма. К концу прошлого века благодаря успехам микроскопической техники было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды – части клетки, выполняющие различные функции. Применение электронной микроскопии позволило изучить тонкое строение всех структур клетки, что дополнило клеточную теорию новыми данными.

Современная клеточная теория включает следующие положения:

• клетка – основная структурно- функциональная и генетическая единица живых организмов, наименьшая единица живого;

• клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности;

• каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

• клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Клетку считают открытой элементарной живой системой. Клетка отграничена от окружающей среды клеточной мембраной, а внутри нее выделяется более плотное ядро, находящееся в полужидкой цитоплазме. Клетка обладает всеми признаками живого: самовоспроизведением, саморегуляцией, историческим развитием, информационным отражением. В клетках происходят процессы обмена веществ и превращения энергии.

Достижения цитологии (науки о клетках) связаны с применением физических и химических методов: электронного микроскопа, рентгеноструктурного анализа и других. Увеличение в сотни тысяч раз позволяет увидеть мельчайшие детали внутреннего строения клеток, а современные методы химического анализа – установить химический состав клеток.