3. Основные положения клеточной теории. Цитология как наука.

Основные положения клеточной теории сформулированы ботаником

Матиасом Шлейденом (1838 г.) и зоологом-физиологом Теодором Шванном (1839 г.):

• все организмы состоят из одинаковых структурных единиц - клеток;

• клетки растений и животных сходны по строению, образуются и растут по

одним и тем же законам.

В 1858 г. немецкий ученый Рудольф Вирхов обосновал принцип

преемственности клеток путем деления. Он писал: «Всякая клетка происходит из

другой клетки ...», т.е. дал понять, откуда появляется клетка. Это утверждение стало

третьим положением клеточной теории.

Изучение клетки с помощью новейших физических и химических методов

исследования позволили сформулировать основные положения современной

клеточной теории:

• все живые организмы состоят из клеток. Клетка — единица строения,

функционирования, размножения и индивидуального развития живых организмов.

Вне клетки нет жизни.

• клетки всех организмов сходны между собой по строению и химическому

составу;

• на современном этапе развития живого клетки не могут образовываться из неклеточного вещества. Они появляются только из ранее существовавших клеток

путем деления;

• клеточное строение всех ныне живущих организмов - свидетельство единства происхождения.

Наука о клетке называется цитологией (греч. «цитос» — клетка, «логос» — наука). Предмет цитологии — клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией, химией, физикой, математикой. Цитология — одна из относительно молодых биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина "клетка " насчитывает свыше 300 лет. Впервые это название в середине XVII в. применил Р. Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек — клеток.

4. Принципы существования живой системы. Свойства живой материи.

Основной принцип существования живой материи – единство вещества, энергии и информации (“Принцип триединства биоорганического вещества, химической энергии и молекулярной информации” живой материи.) Этот принцип, по всей вероятности, является ключевым в молекулярной биологии, определяющим базисную, фундаментальную основу существования биологической формы материи.

К принципам существования живой системы относится принцип устойчивого неравновесия живой системы.

Основной закон должен объяснять почему и каким образом происходит самосохранение и развитие жизни. Э.С.Бауэр вывел (как основной закон) принцип устойчивого неравновесия живой системы: “Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия …”, из которого следовали все законы биологии. Неравновесие означает, утверждает Б., что все структуры живых клеток на молекулярном уровне заранее заряжены «лишней», избыточной по сравнению с такой же неживой молекулой энергией, что выражается в неравенстве потенциалов, в созданном химическом или электрическом градиенте, тогда как в неживой замкнутой системе любые градиенты распределяются в соответствие с правилом энтропии равномерно. Эту «лишнюю» энергию, существующую в неживых клетках на любом уровне, Б. называет «структурной энергией» и понимает как деформацию, неравновесие в строении живой молекулы.

Смысл принципа устойчивого неравновесия заключается в биофизических аспектах направления движения энергии в живых системах. Б. утверждает, что работа, производимая данной структурой живой клетки, выполняется только за счет неравновесия, а не за счет поступающей извне энергии. Организм употребляет поступающую извне энергию не на работу, а только на поддержание данных неравновесных структур. «Следовательно, для сохранения их, то есть условий системы, необходимо их постоянно возобновлять, то есть постоянно затрачивать работу. Таким образом, химическая энергия пищи потребляется в организме для создания свободной энергии структуры, для построения, возобновления, сохранения этой структуры, а не непосредственно превращается в работу».

К основным свойствам живого можно отнести:

1. Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических

элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных

только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).

2. Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка,

организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие

этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят

отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).

3. Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из

хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого

характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных

саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго

определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней

среды — гомеостаза.

4. Обмен веществ и энергии. Живые организмы — открытые системы,

совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При

изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по

принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней

среды — гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать

сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые

составили начальное звено в длинной цепи реакций.

5. Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой

биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс

самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур,

несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.

6. Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать

наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации,

обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

7. Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда

возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у

потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться

отбором.

8. Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую

информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация

информации происходит во время индивидуального развития — онтогенеза. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с

репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост

сопровождается развитием.

9. Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на

внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству

раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление

формы движения зависит от структуры организма.

(Основный свойства живой материи:

1. Живой способно к самовоспроизведению.

2. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду.

3. Живые организмы получают энергию из окружающей среды используя ее для поддержания высокой упорядоченности.

4. Живые организмы способны передавать потомкам информацию, содержащуюся в единицах наследственности – генах.

5. В процессе передачи информация может видоизменяться (изменчивость живого).

6. Определенный химический состав: белки и нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды.

7. Живые объекты способны к размножению, росту и развитию.

8. Живым объектам характерна приспособляемость к среде обитания (адаптация).)