4 Клеточное строение живых организмов

4.1 Становление клеточной теории

Сегодня наукой установлено точно, что минимальной живой системой является клетка. Наука, изучающая живую клетку, называется цитологией. Она изучает строение клеток, их функционирование как элементарных живых систем, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление их к условиям среды и др. Также цитология изучает особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология может быть названа физиологией клетки.

В основе цитологии лежит утверждение, что все живые организмы (животные, растения, бактерии) состоят из клеток и продуктов их жизнедеятельности, так как элементарной единицей живого и основной единицей строения и развития всех живых существ является клетка. Новые клетки образуются путем деления существовавших ранее клеток. Все клетки сходны по химиче-скому составу и обмену веществ. Активность организма как целого слагается из активности и взаимодействия отдельных клеток.

Перечисленные нами положения современной цитологии почти не отличаются от основных положений клеточной теории, созданной немецкими учеными Т. Шванном и М. Шлейденом. Но они не являются единственными авторами этой теории, они лишь смогли ясно и убедительно сформулировать ее положения. А открытие существования клеток и их исследование начинаются в конце XVII в. с изобретением первого микроскопа. Впервые клетка была описана английским ученым Робертом Гуком, когда он рассматривал кусочек пробки. Поскольку его микроскоп был не очень совершенным, то, что он увидел, было на самом деле стенками отмерших клеток. Потребовалось почти двести лет, чтобы биологи поняли, что главную роль играют не стенки клетки, а ее внутреннее содержимое. Среди предшественников клеточной теории также следует назвать А. Левенгука, показавшего, что ткани многих растительных организмов построены из клеток, он же описал эритроциты, одноклеточные организмы и бактерии.

Значительное продвижение в изучении клеток произошло в начале XIX в., когда их стали рассматривать как индивидуумы, обладающие жизненными свойствами. В 1830-е гг. было открыто и описано клеточное ядро, что привлекло внимание ученых к содержимому клетки. Тогда же удалось увидеть деление растительных клеток. На основе этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии XIX в. Именно она дала решающие доказательства единства всей живой природы, послужила фундаментом для развития эмбрио-логии, гистологии, физиологии, теории эволюции, а также понимания индивидуального развития организмов.

4.2 Строение и размножение клеток

С появлением клеточной теории «оболочечный» период в цитологии закончился. Клетку стали представлять в виде комка протоплазмы с ядром внутри. Термин «протоплазма» был предложен в 1840 г. для обозначения всего, что находилось внутри клеточных стенок. К концу XIX в. были обнаружены составные части протоплазмы – митохондрии, сетчатый аппарат, нуклеиновые кислоты. Тогда же было изучено деление клеток.

По современным представлениям, клетки могут существовать как самостоятельные организмы (например, простейшие), так и в составе многоклеточных организмов, где есть половые клетки, служащие для размножения, и соматические клетки (клетки тела). Соматические клетки различаются по строению и функциям – существуют нервные, костные, мышечные, секреторные клетки. Размеры клеток могут варьироваться от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). В живом организме находятся миллиарды разнообразных клеток, форма которых может быть самой причудливой (паук, звезда, снежинка и пр.).

Несмотря на большое разнообразие клеток и их функций, все они состоят из трех основных частей – плазматической мембраны, контролирующей переход вещества из окружающей среды в клетку и обратно, цитоплазмы с разнообразной структурой и клеточного ядра, в котором содер-жится генетическая информация. Кроме того, все животные и некоторые растительные клетки содержат центриоли – цилиндрические структуры, образующие клеточные центры. У раститель-ных клеток также есть клеточная стенка (оболочка) и пластиды – специализированные структуры клеток, часто содержащие пигмент, от которого зависит окраска клетки.

Клеточная мембрана состоит из двух слоев молекул жироподобных веществ, между которыми находятся молекулы белков. Мембрана поддерживает нормальную концентрацию солей внутри клетки. При повреждении мембраны клетка погибает.

Цитоплазма представляет собой водно-солевой раствор из ферментов и других веществ в растворенном и взвешенном состояниях. В цитоплазме располагаются органеллы, окруженные своими мембранами:

 митохондрии – мешковидные образования с дыхательными ферментами, в которых высво-бождается энергия;

 рибосомы – органеллы, состоящие из белка и РНК, с помощью которых идет синтез белка;

 эндоплазматическая сеть – общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой осуществляется транспорт веществ; на мембранах этих каналов находятся ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность клетки;

 клеточный центр, состоящий из двух центриолей. С него начинается процесс деления клетки;

 ядро – важнейшая часть всех клеток (кроме бактериальных), в которой находятся хромо-сомы – длинные нитевидные тельца, состоящие из ДНК и присоединенного к ней белка, поэтому ядро хранит и воспроизводит генетическую информацию, а также регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Клетки растут и размножаются путем деления на две дочерние клетки. При этом дочерним клеткам передается полный набор хромосом, несущих генетическую информацию. Перед деле-нием число хромосом удваивается. Такое деление клеток, обеспечивающее одинаковое распреде-ление генетического материала между дочерними клетками, называется митозом.