4. Розвиток вчення про клітину

Клітинна теорія не зразу була прийнята всима біологами і навколо неї довгий час велись дискусії, які продовжувались і в 20 ст. Деякі вчені висловлювали сумніви, щодо універсальності клітинної теорії. На їх думку, вона не придатна для деяких живих істот /вірусів, бактерій, синьо-зелених водоростей/. Але подальше вдосконалення методів дослідження, дозволило одержати нові дані, які повністю підтвердили правильність клітинної теорії, а деякі виключення найшли необхідне пояснення. Ці нові дані дали змогу внести певні зміни і доповнення до вчення про клітину.

Так, узагальнюючи дані своїх сучасників і свої спостереження німецький патолог Рудольф Вірхов в 1858 році формулює знамените правило "Omnis cellula a cellule" (кожна клітина від клітини). У цьому положенні сконцентровані думки і висновки Вірхова про те, що клітини виникають лише шляхом розмноження. Виступаючи проти широко розповсюдженої теорії цитогенезу і поставивши на її місце процес ділення клітини як єдиний спосіб її розмноження, Вірхов вважав, що він не тільки не заперечує клітинної теорії, а навпаки підводить під неї міцний фундамент. Сьогодні сформульоване Вірховим правило можна вважати біологічним законом, так як розмноження клітин, як прокаріотичних так і еукаріотичних, відбувається лише шляхом поділу вихідної клітини, якому передує редуплікація ДНК.

Вірхов намагався внести свої доповнення і до другого положення клітинної теорії, яке ним було прийняте і яке в його трактуванні одержало назву теорії "клітинної держави". Цю теорію підтримував і розвивав Макс Ферворн /1863-І92І/. В одній із своїх робіт він писав, що організми є "клітинними державами", причому організованими досить раціонально". "Клітинну державу" рослинних організмів він називав республіканською, організацію тіла тварин він порівнював з монархічним ладом, через вплив на діяльність останніх нервової системи. Помилковість його концепцій в тому, що він не розрізняв специфічних особливостей співіснування клітин в організмі і індивідумів в суспільстві.

Значне поліпшення мікросокопічної техніки дало можливість у 1876 році відкрити клітинний центр, у 1984 - мітохондрії, у 1898- апарат Гольджі.

В 60-х роках 19 століття Ремак описав амітоз, а пізніше був відкритий і основний спосіб ділення клітини - мітоз. Першовідкривача мітозу встановити важко, так як в цьому питанні є вклад багатьох вчених. Такі терміни як мітоз, амітоз, хроматин були введені в кінці 80-х на початку 90-х років 19 ст. Флемінгом. В ці ж роки були детально досліджені цитологічні основи статевого розмноження. Відкриття мейотичного поділу, запліднення у тварин і рослин дало можливість зрозуміти роль ядра в спадковості. В 1901 році після перевідкриття законів Менделя Чермаком, Корренсом і Де Фрізом із злиттям цитологіі і генетики народилась хромосомна теорія спадковості і цитогенетика.

Великий внесок у розвиток вчення про клітину у другій половині 19 століття і на початку 20 зробили вітчизняні цитологи. Так І.Д.Чистяков в 1874 році описав фази мітотичного поділу. В.І.Бєляєв в 1898 році вперше відкрив і описав мейоз у рослин. В цьому ж році видатний російський вчений С.Г.Навашин відкрив явище подвійного запліднення у покритонасінних рослин, що поклало початок новій ері досліджень у біологічній науці.

Застосування електронної мікроскопії дало можливість відкрити такі важливі органоїди клітини, як ендоплазматична сітка, рибосоми, лізосоми та створило передумову для переходу від вивчення мікроскопічної і субмікроскопічної організації клітини до дослідження її молекулярної організації. Все це ггривело до відкриття ролі ДНК як носія спадкової інформації в клітині та до розшифрування генетичного коду, а також з'ясування основних етапів синтезу білка в клітині. Слід зазначити, що цитологія в наш час перетворилася в клітинну біологію, її змістом стало вивчення основних загальнобіологічних питань на мікроскопічному, субмікроскопічному /електронно-мікроскопічному/, макромолекулярному і молекулярному рівнях. В центрі уваги сучасної цитології виявилися не лише структури клітини, але ще в більшій мірі ті речовини, з яких вони побудовані, а також найбільш загальні процеси, що протікають в клітині і створюють основу її життєдіяльності /синтез білка, активний транспорт речовин, генерація енергії і т.п./. Яскравим підтвердженням актуальності цього нового напрямку цитології є не лише те, що "Молекулярной биологией клетки" названий один з найбільш поширених підручників цитології, але й той факт, що протягом останніх 30 років міжнародні конгреси цитологів іменуються конгресами по біології клітини.

Розвиток цитології цілком підтвердив основні положення клітинної теорії. Клітина справді виявилася елементарною одиницею живої матерії, адже такі властивості матерії, як здатність розмножуватися, видозмінюватися і реагувати на подразнення, в більш дрібних одиницях матерії не проявляються. Якщо клітину подрібнити, як це роблять вчені то окремі клітинні структури /системи/ ще зберігають свої функції, часом складні і багатогранні /поглинають кисень, зброджують цукри і навіть створюють нові молекули/, але ці функції самі по собі не є життям. Зруйнована клітина вже не здатна існувати невизначено довго, тому ми робимо висновок, що клітина це найелементарніша одиниця, здатна підтримувати життя.

Сьогодні клітинна теоря постулює:

І - клітина - елементарна одиниця живого;

2 - клітини різних організмів гомологічні по своїй будові;

3 - розмноження клітин відбувається шляхом ділення вихідної клітини;

4 - багатоклітинні організми являють собою складні ансамблі клітин, об'єднані в цілісні, інтегровані системи тканин і органів, підпорядкованих і зв'язаних між собою міжклітинними, гуморальними і нервовими формами регуляції.

А як же віруси? Віруси мають більш дрібні розміри і менш складні ніж клітини, проте вони не можуть жити незалежно, тобто поза клітинами в яких вони паразитують.

Одержані дані показали, що клітини різного походження характеризуються спільністю структурної організації і принциповою схожістю фізіологічних, біохімічних та репродуктивних процесів, які лежать в основі їх життєдіяльності і зумовлюють безперервність існування живої матерії в часі. Спільність структурної організації клітин виявляється в єдиному плані їх будови. До складу клітини входять два основних компоненти - цитоплазма і ядро. Спільними для всих клітин органоїдами є мітохондрії, рибосоми, апарат Гольджі, клітинний центр, лізосоми. Вci структури клітини мають однакову молекулярну організацію і подібний хімічний склад. Всі клітини розмножуються поділом, молекулярні механізми якого для різних клітин подібні.

Які ж головні особливості клітини? Люба клітина оточена мембраною, яка відділяє її від зовнішнього світу. Мембрана проникна лише вибірково - вхід в клітину і вихід із неї різних метаболітів і іонів знаходиться під постійним контролем мембранних систем. Все це забезпечує створення в клітині свого, особливого "мікросвіту", який зберігається майже незмінним при любих змінах оточуючого середовища.

Клітина - досконала біоенергетична машина. За рахунок створення різниці потенціалів на мембрані, перетворень енергетично багатих сполук типу АТФ клітина виробляє енергію, необхідну для її функціонування. К.К.Д. її енергетичних установок досить високий, і при сприятливих умовах, на хорошому поживному середовищі, клітина може не лише забезпечувати свої внутрішні потреби, але й бути активним агентом, який використовується для переробки підходящого субстрату. Прикладом можуть служити клітини мікроорганізмів, що переробляють парафіни в кормовий білок.

Клітина-потужна інформаційна система з якою навряд чи можуть посперечатися найсучасніші електронно-обчисловальні комплекси. Вона працює за єдиною, узгодженою програмою, де всі процеси взаємозв'язані, взаємозалежні, строго фіксовані в просторі і часі. Головні банки даних зосереджені в клітинному ядрі, вони містяться в структурі гігантської молекули ДНК. Ємкість інформаційних клітинних систем, що використовують хімічний принцип запису інформації, колосальна і не має аналогів в тих системах що сьогодні використовує людина. Роль інформаційних стрічок і дисків виконують нуклеїнові кислоти і білки.

В клітині щосекундно здійснюються тисячі перетворень, її з повним правом можна порівняти з мініатюрним хімічним заводом, де здійснюється виробництво сотень продуктів, в т.ч. досить складних; всі процеси не лише повністю скоординовані і "автоматизовані", але й базуються на істинно "безвідходній технології".

Нарешті, клітина- це запутаний лабіринт структур, що зв'язані сіткою переходів, каналів, по яких безперервно рухаються продукти різноманітних перетворень і синтезів. Безперервний рух, безкінечні потоки речовин- причому без аварій і дорожних пригод- це і є основа тих процесів життєдіяльності, які не перестають нас дивувати.