Свойства клетки[править]
Большинство клеток многоклеточного организма не имеют непосредственной связи с внешней средой. Средой обитания клеток является межклеточная, тканевая жидкость. Между клеткой и этой жидкостью постоянно осуществляется обмен различными соединениями. Совокупность всех видов превращений веществ и энергии в клетках, а значит, и в организме, называется обменом веществ. Обмен веществ и энергии обеспечивает процессы жизнедеятельности клетки и ее связь с окружающей средой.
Всем живым клеткам свойственна раздражительность — способность реагировать на действие раздражителей (света, температуры, механических и химических воздействий).
Некоторые клетки (например, нервные) могут переходить из состояния покоя в состояние возбуждения или торможения. Способность клеток к возбуждению — специфической реакции, которая выражается в быстром изменении электрического заряда плазматической мембраны, получила название возбудимости.
Принципиальным отличием всех возбудимых клеток от невозбудимых является их способность изменять проницаемость своей мембраны в ответ на действие раздражителей.
Нервные и мышечные клетки могут проводить электрический импульс. Эта способность называется проводимостью.
Мышечным волокнам, кроме возбудимости и проводимости, свойственна возможность сокращаться. Благодаря ей они изменяют свою форму и размеры и таким образом выполняют двигательную функцию.
Для клеток внутренних органов характерна секреция — образование и выведение определенных веществ (секретов) из клетки за ее пределы. Различают внешнюю (например, желудочный сок, молоко, слюна) и внутреннюю (вещества из клеток попадают в кровь или лимфу) секреции.
В основе роста тканей и восстановления количества клеток лежит процесс деления. Все новые клетки образуются путем деления существующих. Однако некоторые клетки в результате высокой специализации функцию деления потеряли. К таким клеткам относятся отдельные клетки крови, нервной системы, мышечные клетки сердца и др.
Специализация клеток закрепилась в процессе эволюции. Одни из них приобрели способность охранять организм от факторов внешней среды, вторые — передавать информацию органам и тканям, третьи — обеспечивать движение, четвертые — опору, пятые — выработку необходимых для организма биологических соединений. Специализация отразилась на форме клеток, их строении, продолжительности жизни. Мышечные и большинство нервных клеток стали вытянуты в длину, клетки кожи приобрели плоскую форму. Мужские половые клетки (сперматозоиды) имеют жгутик и способны перемещаться, а белые клетки крови могут двигаться благодаря способности образовывать ложноножки (как амеба). Кроме внешних различий, в клетках изменилось количество органоидов. Например, способные к сокращению или к секреции клетки имеют большое количество митохондрий, которые накапливают энергию. Таким образом, по внешнему виду и количеству органоидов можно судить о функции клетки.
Эволюция в действии — совершенствование поколений
Представь, миллионы лет назад на Земле жили птицеподобные животные, которые не могли летать. Со временем у некоторых из них развилась способность высоко прыгать и, возможно, даже пролетать небольшие дистанции. Совершенно очевидно, что это умение давало им неоспоримые преимущества перед другими видами живых существ. Прыгучие животные могли беспрепятственно скрываться от погони, быстрее перемещались и находили пищу. Поэтому выжили именно эти особи, а их детеныши унаследовали способность высоко прыгать и пролетать небольшие расстояния. И так происходило с каждым поколением, причем потомки еще выше прыгали и еще дольше могли находиться в воздухе. А выживали самые сильные и здоровые, и у них появлялись детеныши, обладавшие выдающимися качествами своих родителей.
В конце концов спустя миллионы лет птицы стали непревзойденными асами полета.
Древнейшие предки птиц
Поделиться ссылкой
История открытия клеток[править | править код]
- Основная статья: Клеточная теория
Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1675 году итальянский врач М. Мальпиги, а в 1682 году — английский ботаник Н. Грю подтвердили клеточное строение растений. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, —) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы (инфузории, амёбы, бактерии). Также Левенгук впервые наблюдал животные клетки — эритроциты и сперматозоиды. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. В —1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками. Ж. Б. Ламарк в 1809 году распространил идею Мирбеля о клеточном строении и на животные организмы. В 1825 году чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а в ввёл термин «протоплазма». В 1831 году английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. С тех пор главным в организации клеток считается не мембрана, а содержимое. Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецким зоологом Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.
В 1878 году русским учёным И. Д. Чистяковым открыт митоз в растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемежко обнаруживают митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а в 1888 году Э. Страсбургер — у растительных.
Современная клеточная теория
Со времени основания клеточной теории осуществлялось развитие учения о клетке как элементарной микроскопической структуре организма. К первой половине 20 века стало ясно первоочередное значение клеточных структур в передаче наследственной информации. Благодаря успехам микроскопической техники обнаружено сложное строение клетки, описаны ее части и их функции. Описан способ образования новых клеток путем деления материнской клеточной структуры.
Все открытия в цитологии были учтены при разработке положений современной клеточной теории.
Рассмотрим сложившиеся к настоящему времени основные положения клеточной теории.
Первое положение клеточной теории изложено еще Теодором Шванном и лишь немного претерпело изменения. Ученый утверждал, что растительный и животный организм состоит из клеточных структур. Со временем науке стали известны и другие царства живых организмов. Поэтому данное положение было сформулировано по-иному.
В чем же суть первого положения современной клеточной теории? Всем известно,что организмы обладают клеточным строением, помимо этой структуры жизнь не существует. Сейчас известны только одни неклеточные существа – вирусы, однако к жизнедеятельности они способны только при проникновении внутрь клетки.
Причем согласно клеточной теории клетка считается функциональной единицей, то есть она способна жить, питаться, осуществлять обмен веществ. В этом она сравнима с целым организмом.
Второе утверждение клеточной теории говорит о том, что клетки обладают единым планом строения, то есть у всех клеточных структур есть оболочка, ядро, цитоплазма, а также другие части. Им характерен одинаковый состав,представленный такими веществами как белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Соответственно, при таком сходстве сохраняется и единый принцип жизнедеятельности.
Третий постулат современной клеточной теории сформулирован еще Рудольфом Вирховым. Именно он утверждал, что клетки могут появляться только из других таких же структур. В дальнейшем это подтвердилось наукой и до настоящего времени иных способов образования клеток не выявлено.
Согласно клеточной теории клетка – это основная единица организмов, хотя она способна и к самостоятельной жизнедеятельности. Действительно, мы знаем, что существуют одноклеточные существа, где клетка исполняет роль целого организма. На клеточном уровне обнаруживаются все свойства живого: способность к саморегуляции, размножение, рост и развитие, обмен веществ. Однако в многоклеточном организме, каждая группа клеток совершает какие-то специфические функции. Такое разделение функций в организме способствовало появлению значительных возможностей для адаптации к среде обитания.
В чем же значение теории клеточного строения организмов для человечества?
Очень хорошо оценил ее роль Ф.Энгельс, обозначив клеточную теорию как одно из главнейших достижений человечества наряду с законом сохранения энергии и эволюционной теорией. В своих трудах он писал, что данное открытие позволило понять единство развития всех живых существ. Однако, клетки способны видоизменяться и это явилось толчком эволюции организмов.
Клеточная теория имела большое значение для становления материалистических представлений в биологии и медицине. Благодаря полученным знаниям развиваются новые области науки – биотехнология, нанотехнология, клеточная инженерия, селекция микроорганизмов.
Плазматическая Мембрана
Плазматическая мембрана, о которой я упоминал раньше, представляет собой систему безопасности клетки. Эта мембрана — хрупкий двойной слой липида, в которой каждый компонент является зеркальным отображением другого. Гидрофильные части повёрнуты друг к другу, а гидрофобные части направленному наружу. Имея такое строение, клеточная мембрана может выполнять множество функций. В своей книге «Основная Биология Клетки» Брюс Албертс и его коллеги отметили:
«Живая клетка – это самовоспроизводящаяся система молекул, которые находятся внутри замкнутого пространства. Замкнутое пространство – это плазматическая мембрана – настолько тонкий и прозрачный жироподобный слой, что его невозможно полностью увидеть при помощи оптического микроскопа. Это простая структура, основанная на слое липидных молекул… Несмотря на то, что она служит барьером, который предохраняет содержимое от вытекания и смешивания его с окружающей средой… плазматическая мембрана на самом деле имеет гораздо больше функций. Питательные вещества должны проходить через мембрану для выживания и роста клетки, а побочные продукты должны выходить из неё. Таким образом, мембрана пронизана насквозь высоко избирательными каналами и насосами, образованными из молекул белка, которые разрешают проход одних веществ внутрь, и позволяют другим веществам выходить из клетки. В то же самое время в мембране находятся другие молекулы белка, которые действуют как чувствительные элементы, которые позволяют клетке реагировать на изменения в ее окружающей среде »(1998, стр. 347).
Эта клеточная мембрана чрезвычайно тонка, и все же, она может выполнять такие функции, как например, помогать нервным клеткам (через натриево-калиевые насосы), помогать в процессе дыхания (красные клетки крови должны удалять и поглощать определённые ионы для тканей организма, чтобы получать кислород и удалить углекислый газ). Томас Хейнз так прокомментировал этот механизм, когда написал:
«Что же возникло первым? Первая клетка не могла образоваться без специальной мембраны, которая удерживала бы её и поддерживала внутри неё нормальные условия, или сама мембрана, которая могла быть образована только живой клеткой? Помните, что ни липиды клеточной мембраны, ни белки, из которых состоят её насосы и каналы, не могут образоваться в природе отдельно без живых клеток» (2002, стр. 47).
Каким образом такая сложная оболочка, как плазматическая мембрана могла возникнуть с помощью исключительно естественных сил?
Мир РНК
Появление теории и ее предшественники
панспермиисм.Молекулы в космосе
Рисунок 2. В космическом пространстве находится множество молекул (в том числе и органических), способных попасть на Землю
La materia orgánica, más antigua que el Sistema Solar
Панспермия
Отрывок комикса на тему теории панспермии
Рисунок 3. Отрывок комикса на тему теории панспермии
Sciency words: Panspermia, рисунок адаптирован
АнаксагорФред ХойлЧандра Викрамасингхпыль в межзвездном пространствемакроэволюции
глобальной электрической цепи
Радикальная гипотеза
Френсис КрикЛесли ОрджелКарл ВёзеТомаса ЧекаTetrahymena thermophilaаутосплайсингрибозимыРазнообразие рибозимов
Рисунок 4. Разнообразие рибозимов. Слева направо: leadzyme, рибозим hammerhead, рибозим twister.
«Википедия»
обратную транскриптазу
РНК у истоков жизни?РНК: начало (мир РНК)
Пластиды
Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.
Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.
Строение хлоропласта
Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.
Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.
Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.
Строение лейкопласта
Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.
Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.
Строение хромопласта
Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.
Лизосомы
Одновременно со всем этим производством, непрерывно образуются побочные продукты и отходы. Лизосомы клетки – это органеллы, с помощью которых производятся и удаляются эти отходы и побочные продукты. В мембране лизосом тщательно расположены определенные ферменты, которые могут переваривать практически любые отходы. Интересно то, что лизосомы выполняют двойную функцию, переваривая также и пищу, которая поступает в клетку. Когда клетке необходимо переварить питательные вещества, мембрана лизосомы сливается с мембраной пищеварительной вакуоли. Затем лизосома может вводить ферменты в пищеварительную вакуоль, чтобы разрушить её. В результате, переваренная пища распространяется через мембрану вакуоли и входит в клетку, чтобы использоваться в качестве энергии и роста клетки. («Лизосомы», 2001).
Если ферменты, находящиеся внутри лизосомы, вышли бы за её пределы, то клетка бы переварила сама себя, и по существу, совершила бы клеточное самоубийство
Это подводит нас к другому важному аспекту клетки — автоматическая смерть клетки. Научная писательница Дженнифер Акерман сделала важное наблюдение относительно смерти клетки:
«В конце 1982 года биолог Боб Хорвиц сделал смелое предположение: клетки умирают в результате естественного процесса роста, потому что они имеют встроенную программу, которая и забирает их жизни. Также как клетки несут информацию о своём размножении, они хранят в себе способ, с помощью которого они умирают — это маленькая программа демонтирования их жизни, их самоубийства»(2001, стр. 100).
Пример этой на вид странной особенности можно обнаружить у лягушки. Когда она начинает превращаться из водоплавающего головастика в лягушку, обитающую на суше, её хвостик исчезает. Куда же он девается? Клетки хвоста лягушки перестают получать сообщение из организма, в котором говорится «оставайтесь живыми!» В этот момент, лизосомы освобождают свои пищеварительные ферменты, которые разрушают клетку, что, в конечном счете, и приводит к исчезновению хвоста.
Где в истории эволюции учёные расположили бы программу, которая фактически убивает клетки? Лозунг эволюции — » выживание наиболее приспособленных.» Согласно этой особенной функции клетки, может стоит заменить это изречение на » самоубийство наиболее приспособленных?»
Но есть здесь и другой момент, который нельзя не заметить. Органеллы клетки часто взаимодействуют друг с другом для того, чтобы максимально защищать клетку. Как позже заметила Акерман: « Для того, чтобы защитить клетку от случайной смерти, части апоптического механизма клетки расположены изолированно в разных местах — в мембране клетки и в её митохондрии». (2001, стр.102). Это » изолирование» является важным для здоровья клетки. Кроме того, оно также работает для окончательного запланированного уничтожения клетки. Если, по мнению эволюционистов, отдельные организмы объединились в начале жизни для того, чтобы образовать клетку, то каким образом они научились взаимодействовать друг с другом? И если они научились этому, то зачем бы они стали взаимодействовать друг с другом для того, чтобы образовать систему, которая позволяет клеточное самоубийство?
П. Кошель
Открытие
клетки относится к тому периоду в истории человечества, когда наука впервые
решилась сбросить с себя звание Ancillae theologiae (служанки богословия) и когда
экспериментальное естествознание, отвечая запросам своего времени, предъявило
права на звание Dominae omnium scientiarum (госпожи над всеми науками). Это
была эпоха господства идеи Фрэнсиса Бэкона (1561–1626) о победе человека над
природой, о победе, которой можно добиться не путем логических ухищрений и
словесных формулировок, а путем опыта и наблюдения.
Воодушевленная
этой идеей небольшая группа людей, начиная с 1645 г., стала собираться по
вечерам в разных кварталах Лондона на частных квартирах. Люди эти раскуривали
трубки и при свете масленых ламп обсуждали устав нового задуманного ими
общества. Это были профессора двух английских университетов, закрывшихся из-за
междоусобной войны, и просто любители искусства и естественных экспериментов,
ставших модными со времен Галилея во Флоренции и Ф.Бэкона в Англии.
Хотя
на собраниях этого общества не велось никаких политических бесед и обсуждались
только эксперименты из различных областей физики, химии, механики и наук о
живой природе, члены общества немного беспокоились. Время было тревожное,
приходилось соблюдать строгую конспирацию, поэтому один из инициаторов создания
общества, физик Р.Бойль (1627–1691), стал называть новую организацию «коллегией
невидимых».
Наконец
в 1660 г. был разработан устав и создано общество для борьбы с метафизикой и
схоластикой, взявшее своим девизом изречение «Не клянись словами никакого
учителя». (Кратко этот девиз был выражен в двух словах: «Ничего на слово».)
Избрав этот девиз, члены общества заявляли тем самым, что в своей деятельности
они не будут, как схоласты, полагаться на слова авторитетов, вроде Аристотеля
или отцов и учителей церкви, а будут признавать только свидетельство научного
опыта.
В
1662 г. некоторые из членов «коллегии невидимых», став к тому времени
влиятельными людьми при дворе Карла II, сумели добиться утверждения королевским
указом не только устава, но и нового названия – «Лондонское Королевское
общество». Состав членов общества был пополнен «совершенно свободными и ничем
не занятыми джентльменами», т.е. людьми состоятельными. В результате у общества
появились средства для печатания докладов в виде отдельных книг, посвященных
наиболее важным работам.
Состав[править]
Клетки живых организмов содержат несколько видов химических соединений с разным строением и свойствами. Состав этих сочетаний может отличаться в разных групп организмов. Большая часть клетки состоит из воды (70−80 %). Она создает благоприятную среду осуществления биохимических реакций, а также может быть результатом биохимических реакций. Состав остальных элементов обычно подается в далях к массе клетки без учета воды.
40−60 % сухой массы клетки состоит из белков, выполняющих различные функции, от строительной и регулятивными к транспортной и многих других. В свою очередь белки состоят из аминокислот. В большинстве белков к аминокислотам присоединены другие элементы, что придает им специфические свойства.
Кроме белков, аминокислоты составляют пептиды и полипептиды. Они выполняют различные функции, являются гормонами, натуральными антибиотиками и т. д.
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), играют важную роль в передаче наследственной информации, а также в биосинтезе белков.
Углеводы выполняют главную энергетическую функцию, и функцию накопления энергии.
Липиды составляют основу клеточной оболочки, но кроме этого они участвуют почти во всех клеточных процессах (регулятивных, транспортных, коммуникационных, метаболических).
Клетка состоит из следующих химических элементов: кислород (65 % массы тела человека), углерод (18 % массы тела человека), водород (10 % массы тела человека), азот (3 % массы тела человека) и другие элементы, которые составляют менее 2 % массы тела человека.
Общая информация[править]
Может совпадать с одноклеточным или образовывать многоклеточный организм из своих специализированных копий. Типичные размеры: 1−100 μм.
Клетки разделяются на прокариотические и эукариотические.
Единицей энергетического обмена клетки является АТФ, получаемая из глюкозы двумя способами: общим для всех клеток анаэробным гликолизом и специфичным для митохондрий эукариот цитратным циклом.
Как правило, клетки размножаются делением материнской клетки на две дочерние, что является одной из фаз клеточного цикла. У эукариот деление более сложно и состоит из двух фаз: митоза или мейоза (части полового процесса) и последующего цитокинеза.
Клетка постоянно балансирует на пороге тепловой смерти, что объясняется биохимическими свойствами белков — их эффективность растет с повышением температуры. При превышении этого порога начинается массовая денатурация (распад и плавление) клеточных белков.
Ранняя Земля
Во время первых стадий своего формирования Земля кардинально отличалась от той картинки, с которой она ассоциируется у большинства из нас. Было время, когда не существовало жизни и даже намеков на нее. Внешний вид планеты и условия на ней представить довольно сложно, но возможно. После столкновения с Тейей (рис. 1), в результате которого образовалась Луна , вся поверхность Земли превратилась в магму с температурой выше 2000 °С. Началось испарение силикатов и водяного пара. В такой протоатмосфере были метан и углекислый газ, благодаря которым создавался сильнейший парниковый эффект.
Рисунок 1. Так художник Билл Карр (Bill Carr) изобразил последствия столкновения Земли с гипотетической Тейей
Когда на Земле зародилась жизнь?
Официальная «дата» зарождения жизни на Земле — 3,5 млрд. лет назад. Именно в это время возникли первые живые существа, населившие новую планету — сине-зеленые водоросли (простейшие цианобактерии). Они зародились совершенно уникальным образом в только что возникших океанах Земли и стали первыми «производителями» одного из главных элементов атмосферы нашей планеты — кислорода.
Цианобактерии
Несмотря на то, что время возникновения на Земле жизни научно доказано, тем не менее, некоторые геохимики, исследовав состав нашей планеты, утверждают, что жизнь на земном шаре возникла намного раньше — 4,4 млрд. лет назад, почти сразу же после рождения новой планеты.
Что возникло раньше: яйцо или курица?
Загадка кажется смешной, но в ней есть глубокий смысл. Подумай сам: если бы не было курицы, то не существовало бы и яиц, а с другой стороны, как появилась курица? Из яйца? Что все-таки было первым? Ответ на этот очень сложный вопрос касается не только курицы и яйца, но и всех форм жизни.
§ 10. Клеточная теория. Общий план строения клетки
Клеточная теория. В первой половине XIX в. происходило углубление представлений о строении клетки, что связано с существенными улучшениями конструкции микроскопов. В клетках были обнаружены ядро и некоторые другие структуры. До этого считалось, что живыми являются клеточные стенки, а внутри клетки или пусты, или заполнены «питательным соком». В 1840-х гг. ученые пришли к пониманию того, что важнейшие процессы жизнедеятельности протекают именно внутри клеток, а не в клеточных стенках.
*В 1825 г. чешский анатом и физиолог Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке курицы. Позже он пришел к выводу, что именно внутреннее содержимое клеток, а не их оболочки, представляет собой живое вещество. Пуркине и его ученики исследовали микроскопическое строение ряда тканей и органов млекопитающих и человека. Однако, сравнивая клетки животных с клетками растений, Пуркине все же не пришел к выводу об их сопоставимости и единстве происхождения.
Британский ботаник Р. Броун в 1831 г. ввел термин «ядро» и описал его как сферическое плотное внутриклеточное тельце. Он же высказал предположение о том, что ядро является постоянным компонентом растительной клетки.*
В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден доказал, что различные органы растений состоят из клеток. Кроме того, ученый указал на значимость ядра для жизнедеятельности клетки.
Создателем клеточной теории стал немецкий зоолог Т. Шванн. Он установил, что ткани животных состоят из клеток, каждая из которых имеет ядро. Сопоставляя собственные наблюдения с трудами Шлейдена, Шванн пришел к выводу о том, что на микроскопическом уровне животные и растения устроены по единому плану. В 1839 г. была опубликована его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этой книге были выражены основные идеи клеточной теории: все организмы состоят из клеток, при этом клетки растений и животных сходны по строению и процессам жизнедеятельности. Создание клеточной теории было одним из величайших открытий в естествознании XIX в., наряду с эволюционной теорией и законом сохранения и превращения энергии.
*Главной ошибкой Шванна было высказанное вслед за Шлейденом мнение о том, что клетки растений и животных возникают из бесструктурного неклеточного вещества. Интересно, что именно этот ошибочный взгляд на способ образования клеток позволил Шванну прийти к выводу об их сходстве у растений и животных.*
В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов дополнил клеточную теорию. Он сформулировал принцип «Каждая клетка — от клетки», т. е. клетки образуются из других клеток в результате деления. *Вирхов также предположил, что в основе всех заболеваний лежит изменение структуры и функций клеток. Клеточная теория в толковании Вирхова стала общепринятой основой как биологии, так и медицины.*
В дальнейшем учение о клетке оказалось в центре внимания всей биологической науки и бурно развивалось. Для изучения клеток и их компонентов стали использовать разнообразные физические и биохимические методы. Это позволило понять сложность строения клеток и многообразие протекающих в них процессов.
Клеточная теория, главные положения которой были сформулированы в середине XIX в., является одной из основополагающих идей современной биологии. Она утверждает единство принципа строения и развития всех организмов, имеющих клеточное строение. Клеточная теория стала одной из предпосылок возникновения эволюционного учения, фундаментом для развития таких дисциплин, как гистология (наука о тканях), эмбриология (наука о зародышевом развитии организмов), физиология и др.
Современная клеточная теория включает следующие основные положения.
1. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живых организмов, обладающая всеми признаками и свойствами живого.
2. Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и процессам жизнедеятельности.
3. Все клетки образуются только в результате деления исходных (материнских) клеток.
4. Клетки большинства многоклеточных организмов специализируются по функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы и системы органов.
Открытие клеточного ядра. Шлейден и его теория цитогенеза
В состав жилок листа входят волокна, придающие механическую прочность, и проводящие ткани, элементы которых обеспечивают транспорт растворов. Следовательно, лист (орган растения) образован разными тканями, клетки которых выполняют определённые функции.
5. До 1830-х гг. было распространено мнение о том, что клетки — это «мешочки» с питательным соком, при этом главной частью клетки считалась её оболочка. Чем могло быть обусловлено такое представление о клетках? Какие открытия способствовали изменению представлений о строении и функционировании клеток?
Увеличительная способность микроскопов того времени не позволяла детально изучить внутреннее содержимое клеток, однако их оболочки были хорошо различимы
Поэтому учёные обращали внимание прежде всего на форму клеток и строение их оболочек, а внутреннее содержимое считали «питательным соком»
Изменению сложившихся представлений о строении и функционировании клеток в первую очередь способствовали работы Я. Пуркине (обнаружил ядро в яйцеклетке птиц, ввёл понятие «протоплазма») и Р. Броуна (описал ядро в клетках растений, пришёл к выводу, что оно является обязательной частью растительной клетки).
6. Докажите, что именно клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живых организмов.
Клетка является обособленной, наименьшей по размерам структурой, обладающей всеми основными признаками живого: обменом веществ и энергии, саморегуляцией, раздражимостью, способностью расти, развиваться и размножаться, хранить наследственную информацию и передавать её дочерним клеткам при делении. У отдельных компонентов клетки все эти свойства в совокупности не проявляются. Из клеток состоят все живые организмы, вне клетки нет жизни. Поэтому клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живых организмов.
7*. Размеры большинства растительных и животных клеток составляют 20—100 мкм, т. е. клетки являются довольно мелкими структурами. Чем обусловлены микроскопические размеры клеток? Объясните, почему растения и животные состоят не из одной (или нескольких) огромных клеток, а из множества мелких.
Для поддержания жизнедеятельности клетка должна постоянно обмениваться веществами с окружающей её средой. Потребности клетки в поступлении питательных веществ, кислорода, в выведении конечных продуктов обмена определяются её объёмом, а интенсивность транспорта веществ зависит от площади поверхности. Таким образом, с увеличением размеров клеток, их потребности растут пропорционально кубу (х3) линейного размера (х), а транспорт веществ «отстаёт», т.к. увеличивается пропорционально квадрату (х2). Как следствие в клетках тормозится скорость протекания процессов жизнедеятельности. Поэтому большинство клеток имеет микроскопические размеры.
Растения и животные состоят из множества мелких клеток, а не из одной (или нескольких) огромных потому что:
● Клеткам «выгодно» иметь мелкие размеры (причина этого освещена в предыдущем абзаце).
● Одной или нескольких клеток было бы недостаточно для выполнения всех специфических функций, лежащих в основе жизнедеятельности таких высокоорганизованных организмов, как растения и животные. Чем выше уровень организации живого организма, тем больше типов клеток входит в его состав и тем сильнее выражена клеточная специализация.
● В многоклеточном организме постоянно происходит обновление клеточного состава – клетки погибают и заменяются другими. Гибель одной (или нескольких) огромных клеток приводила бы к смерти всего организма.
* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез
Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д
После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.
Дашков М.Л.
Сайт: dashkov.by