Клетка - структурно-функциональная единица всех живых организмов, для которой характерен свой ​​метаболизм и способность к воспроизводству. От среды, которая его окружает, клетка отграничена плазматической мембраной. Различают два основных типа клеток: прокариотических, что не сформировавшегося ядра, характерные для бактерий и архей, и эукариотические, в которых имеется ядро, свойственные для всех других клеточных форм жизни, включая растений, грибов и животных. К неклеточных форм жизни принадлежат только вирусы, но они не имеют собственного метаболизма и не могут размножаться вне клеток-живитей.

Все организмы делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. В одноклеточных относятся бактерии, археи, некоторые водоросли и грибы, а также простейшие. Колониальные и многоклеточные организмы состоят из большого количества клеток. Разница между ними заключается в том, что колониальные организмы состоят из недифференцированных или слабо дифференцированных клеток, которые могут выживать друг без друга. Клетки многоклеточных организмов более-менее специализированные на выполнении определенных функций и зависящие друг от друга в процессах жизнедеятельности. В многоклеточных организмов принадлежит числе и человек, тело которого состоит примерно из 10 клеток.

История открытия и исследования клеток

Большинство эукариотических клеток имеют размеры до 100 мкм, а прокариотических еще на порядок меньше, поэтому человек не может видеть их невооруженным глазом. Открытие и исследование клеток стало возможным только после изобретения Янсеном оптического микроскопа (1590 года). К важнейшим событиям, связанным с ранним развитием клеточной биологии относятся
1665 - Роберт Гук впервые увидел мертвые клетки, изучая строение пробки под микроскопом. Гук считал, что клетки пустые, а живым веществом являются клеточные стенки.
1650-1700 - Антони ван Левенгук впервые наблюдал под микроскопом живые клетки, в частности простейшие, а также эритроциты.
1831-1839 - Роберт Браун описал ядро, как сферическое тельце, имеющееся в растительных клетках.
1838-1839 - ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн, объединив идеи разных ученых, создали клеточную теорию, согласно которой клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.
1840 - Пуркинье предложил название протоплазма для обозначения клеточного содержимого, убедившись в том, что именно содержание, а не клеточные стенки, является живым веществом.
1855 - Вирхов доказал, что все клетки образуются из других клеток путем деления.
1866 - Геккель установил, что сохранение и передачу наследственных признаков осуществляет ядро.
1866-1898 - описаны основные компоненты клетки, которые можно увидеть под оптическим микроскопом. Цитология приобретает характер экспериментальной науки.
1900 - за появлением генетики начинает развиваться цитогенетика, изучающая поведение хромосом во время деления и оплодотворения, ее влияние на наследственные признаки организмов.
1946 - в биологии началось использование электронного микроскопа, что позволило изучать ультраструктуры клеток.

Клеточная теория

Клеточную теорию сформулированы в 1838-1839 годах ботаником Матиасом Шлейденом и зоологом Теодор Шванн. Эти ученые доказали принципиальную сходство между собой животных и растительных клеток, и на основе всех накопленных к тому времени знаний постулировали, что клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов. 1855 Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию утверждению лат. «Omnis cellula eх cellula» - «Каждая клетка - из клетки».

Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неоспоримым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей актуальности, однако после создания она была дополнена, и теперь она включает следующие утверждения:
Клетка - элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.
Клетка - целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов - органелл.
Клетки разных организмов похожи (гомологичные) по строению и основными свойствами и имеют общее происхождение.
Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после репликации ее ДНК: клетка - от клетки.
Многоклеточный организм - это новая система, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и нервных.
Клетки многоклеточных организмов имеют одинаковый набор генетической информации, но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологической и функциональной разнообразия - дифференциации.

Вспомните из разделов 6 и 7 классов, когда начались первые исследования растительных и животных клеток. Какие приборы используются для изучения клеточного строения организмов?

Рис. 36. Микроскоп Роберта Гука и срез пробки, увиденный им

Большинство организмов Земли имеют клеточное строение. Клетка - это структурно-функциональная единица живого, способная к самовоспроизведению, для которой характерны все признаки живого.

История открытия клеточного строения организмов. Открытие клетки произошло в середине XVII в. Тогда английский естествоиспытатель Роберт Гук (1635- 1703) с помощью микроскопа впервые увидел и описал клеточное строение растений.

Рассматривая тонкий срез пробки при сильном увеличении микроскопа, Гук был поражен ее сложной структурой. Он писал: «Взяв кусочек чистой светлой пробки, я отрезал от него острым, как бритва, перочинным ножом очень тонкую пластинку. Когда затем я стал разглядывать его под микроскопом, ...я ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами... Эти поры, были неглубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками. Такое строение свойственно не одной только пробке» (рис. 36).

Этими словами в 1665 г. Роберт Гук впервые сообщил о существовании клетки. Он же первым применил и термин «клетка» (cellula) для обозначения увиденной им клеточной стенки. Этот термин прочно вошел в биологию, а его открытие положило начало исследованию клеточного строения организмов.

Дальнейшее изучение клеточного строения организмов связано с именем голландского исследователя А. Левенгука. Линзы, изготовленные ученым, давали увеличение в 300 раз, что позволило сделать ряд больших открытий: описать бактерий, простейших (инфузорий), эритроциты, сперматозоиды. После публикации своих исследований Левенгук получил широкую известность как крупнейший ученый своего времени (рис. 37).

Рис. 37. Антон ван Левенгук (1632-1723)

Создание первой клеточной теории. Особенно интенсивно клетки стали изучать в XIX в., что было связано с усовершенствованием микроскопов. В 1939 г., обобщив многочисленные микроскопические исследования клеток, немецкие ученые зоолог Теодор Шванн и ботаник Маттиас Шлейден (рис. 38) сформулировали основные положения клеточной теории: 1) все организмы состоят из клеток; 2) клетки представляют собой мельчайшие структурные единицы жизни; 3) клетки в организме возникают путем новообразований из неклеточного вещества.

В некоторых выводах ученые ошиблись. В частности, положение о возникновении новых клеток оказалось неверным. Но основная идея клеточного строения организмов была правильной.

После создания клеточной теории исследования клетки стали ведущими в биологии. Благодаря работам многих ученых было детально изучено строение клеточного ядра, проведен анализ важнейших биологических процессов, происходящих с клетками. Особенно значимыми оказались исследования немецкого врача и ученого Рудольфа Вирхова (рис. 38), который исправил и дополнил клеточную теорию. В 1858 г. он обосновал принцип преемственности клеток: «каждая клетка происходит из клетки путем деления исходной клетки».

Рис. 38. Основоположники клеточной теории (слева направо): Маттиас Шлейден (1804-1881), Теодор Шванн (1810-1882) и Рудольф Вирхов (1821 - 1902)

Клеточная теория в основном была сформулирована. Однако методы исследования клетки были несовершенны, и наука о клетке еще не оформилась в самостоятельную научную дисциплину.

Цитология - наука о клетке. На рубеже XIX-XX вв. возник и сформировался новый раздел биологии - цитология (от греч. китос - сосуд, здесь - клетка и логос - учение) - наука, изучающая строение и функции клеток. Дальнейшее развитие этой науки было непосредственно связано с открытиями в физике, химии и совершенствованием микроскопической техники.

Рис. 39. Микроскопы: 1 - световой; 2 - электронный. Изображения клеток, полученные с различных микроскопов: 3 - светового; 4 - электронного

В настоящее время для изучения клеток ученые пользуются различными методами. Метод микроскопии дает возможность детально изучать внешний облик клеток, их микроструктуру (рис. 39). В световой микроскоп можно увидеть довольно крупные органоиды, например ядро, митохондрии, хлоропласты, аппарат Гольджи. Электронный микроскоп дает увеличение в 1000 раз больше, чем световой, что позволяет детально рассмотреть структуру отдельных органоидов.

С помощью физико-химических и биохимических методов изучены органические и неорганические вещества живого, их функции и пути превращений в клетке. Применение методов культуры клеток и тканей позволило наблюдать за ростом и размножением клеток вне организма, выделять факторы роста, определять влияние различных веществ на клетки, получать клеточные гибриды путем слияния клеток.

Основные положения современной клеточной теории:

1. клетка является структурно-функциональной единицей живого, представляющая собой элементарную живую систему, для которой характерны все основные признаки живого;
2. клетки всех организмов имеют сходный химический состав и общий план строения;
3. новая клетка возникает в результате деления исходной клетки;
4. многоклеточные организмы развиваются из одной исходной клетки;
5. сходство клеточного строения организмов свидетельствует о единстве их происхождения.

Световой микроскоп был существенно усовершенствован в период с 1887-1900 гг. Развитие химии и биохимии привело к разработке новых методов фиксации и окрашивания микропрепаратов. С этого мо мента цитология как наука приобрела экспериментальный характер. В 1930 г. был сконструирован электронный микроскоп, который позволил исследовать ультраструктуру клетки.

Упражнения по пройденному материалу

1. Кем и когда впервые было открыто клеточное строение организмов?
2. Назовите авторов первой клеточной теории и сформулируйте ее основные положения.
3. Почему от момента открытия клеток до становления клеточной теории прошло около 200 лет?
4. Что изучает ци тология?
5. Какими методами пользуются современные ученые-цитологи?
6. В чем преимущества электронного микроскопа по сравнению со световым?

"Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы". В.И. Сивоглазов (гдз)

Истории открытия и изучения клетки. Клеточная теория

Вопрос 1. Расскажите об истории открытия клетки.
Открытие клеточного строения живых организмов стало возможно благодаря появлению микроскопа. Его прототип в 1590 г. изобрел голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен. О первом микроскопе известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке, и имел два увеличительных стекла.
Значение микроскопа для исследования строения срезов растительных и животных объектов впервые оценил английский физик и ботаник Роберт Гук. В 1665 г. на срезах пробки он обнаружил структуры, напоминающие пчелиные соты, и назвал их ячейками или клетками. Однако Гук ошибался, считая, что клетки пустые, а живое вещество - это клеточные стенки.
Голландский натуралист Антони ван Левенгук во второй половине XVII в. усовершенствовал микроскоп и первым увидел живые клетки. Он наблюдал и зарисовал ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и даже их движение в капиллярах.

Вопрос 2. Кем и когда впервые была сформулирована клеточная теория?
Изучение клеток растений и животных позволило обобщить все особенности их строения. В 1838 г. М. Шлейден создал теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга - постановка вопроса о возникновении клеток в организме. В 1839 г. Т. Шванн, основываясь на работах М. Шлейдена, создал клеточную теорию. Основные положения клеточной теории (М. Шлейден и Т Шванн):
1) все ткани состоят из клеток;
2) клетки растений и животных имеют обшие принципы строения, т.к. возникают одинаковыми путями;
3) каждая отдельная клетка самостоятельна, а деятельность организма представляет собой сумму жизнедеятельности отдельных клеток.
Большое внимание на дальнейшее развитие клеточной теории оказал в 1858 и Р. Вирхов. Он не только свел воедино все многочисленные разрозненные факты, но и убедительно показал, что клетки являются постоянной структурой и возникают только путем размножения себе подобных - «всякая клетка происходит из другой клетки в результате деления, точно так же как от растения образуется растение, а от животных животные», т.е. открыл деление клеток.

Вопрос 3. Перечислите современные положения клеточной теории .
В наше время цитология, используя достижения генетики, молекулярной и физико-химической биологии, очень быстро развивается. И хотя основные положения теории Т. Шванна и М. Шлейдена остаются актуальными, полученные данные позволили сформировать более глубокие представления о структуре и функциях клетки. На их основе сформулирована современная клеточная теория. Перечислим ее основные положения:
1) клетка единица строения, функционирования, размножения и развития живых организмов;
2) клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу;
3) размножение клеток происходит путем деления материнской клетки;
4) клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Вопрос 4. Охарактеризуйте значение клеточной теории для развития биологии.
По определению философов, изучавших историю науки (например, Фридриха Энгельса), клеточная теория является одним из величайших открытий XIX в. Она сыграла огромную роль в развитии не только биологии, но и естествознания в целом. Простейшие, бактерии, многие грибы и водоросли представляют собой отдельно существующие друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных организмов - растений, грибов и животных - построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются элементарными структурами, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет собой клетка целостную живую систему или ее часть, она имеет набор признаков и свойств, общих для всех клеток.
Клеточная теория впервые однозначно указала на единство живого мира. С ее появлением исчезла пропасть между царством животных и царством растений. На основе клеточной теории в середине XIX в. возникла цитология - наука, изучающая структуру и функции клетки.
Подумайте, для каких представителей органического мира понятия «клетка» и «организм» совпадают.
Клетка - основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм.
Понятия «клетка» и «организм» совпадают в том случае, если речь идет об одноклеточных организмах. К ним относятся прокариоты, или безъядерные (в частности, бактерии), а из эукариот, или ядерных, - простейшие (такие, как инфузория туфелька, хламидомонада, эвглена зеленая). Их тело состоит из одной клетки, которая реализует все функции организма - обмен веществ, раздражимость, размножение, движение. Выполнению этих функций способствуют разнообразные органоиды, в том числе специального назначения (например, жгутики и реснички обеспечивают движение). Одноклеточные организмы часто способны образовывать скопления - колонии. Однако к колонии еще неприменимо понятие «многоклеточный организм», поскольку входящие в ее состав клетки имеют однотипное строение (не подразделяются на ткани), слабо взаимодействуют друг с другом и, будучи изолированы от колонии, без особых проблем продолжают самостоятельно существовать и размножаться.