Создание клеточной теории
Несмотря на чрезвычайно важные открытия XVII - XVIII вв., вопрос о том, входят ли клетки в состав всех частей растений, а также построены ли из них не только растительные, но и животные организмы, оставался открытым. Лишь в 1838-1839 гг. вопрос этот был окончательно решен немецкими учеными ботаником Маттиасом Шлейденом и физиологом Теодором Шванном . Они создали так называемую клеточную теорию. Сущность ее заключалась в окончательном признании того факта, что все организмы, как растительные, так и животные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизованными, состоят из простейших элементов - клеток ( Рис. 1. )
Матиас Шлейден (1804-1881) - немецкий биолог. Основные направления научных исследований - цитология и эмбриология растений. Его научные достижения способствовали созданию клеточной теории.
Теодор Шванн познакомившись с работами М. Шлейдена о роли ядра в клетке и сопоставив ее данные со своими, сформулировал клеточную теорию. Это было одним из великих открытий XIX в.
В работе "Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений" (1839) Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории:
- Все организмы состоят из одинаковых частей - клеток; они образуются и растут по одним и тем же законам.
- Общий принцип развития для элементарных частей организма - клеткообразование.
- Каждая клетка в определенных границах есть индивидуум, некое самостоятельное целое. Но эти индивидуумы действуют совместно, так, что возникает гармоничное целое. Все ткани состоят из клеток.
- Процессы, возникающие в клетках растений, могут быть сведены к следующему:
1) возникновение новых клеток;
2) увеличение в размерах клеток;
3) превращение клеточного содержимого и утолщение клеточной стенки.
М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно считали, что клетки в организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто выдающимся немецким ученым Рудольфом Вирховым . Он сформулировал (в 1859 г.) одно из важнейших положений клеточной теории: "Всякая клетка происходит из другой клетки", утвердив мнение о преемственности образования клеток. "Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение - только от растения". Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный компонент в морфологическом отношении, так как именно из клеток состоят ткани и органы. Поскольку развитие всегда начинается с отдельной исходной клетки, то можно сказать, что она представляет собой эмбриональную основу многоклеточного организма.
Клетка - основа многоклеточных организмов и в физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей. Надо, однако, помнить, что жизнь простейшего одноклеточного организма богаче и разнообразнее самой сложной и относительно самостоятельной клетки многоклеточного организма, хотя некоторая аналогия функциональной деятельности имеется. Клетка - сложная, целостная система, образованная из взаимодействующих компонентов. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы - обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. Клетка выполняет функцию связи между индивидуумом и видом, поскольку в ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие его особей. С введением в цитологию современных физических и химических методов исследования, таких, как изотопное мечение живых клеток, дифференциальное центрифугирование , позволяющее разделять клетку на составные части, стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки ( рис. 2 ).
Дальнейшее разделение растворимых ферментов, ДНК и РНК можно произнести методом электрофореза .
Изобретенный в 30-х годах XX в. электронный микроскоп, дающий увеличение до 10 в 6-ой степени раз, позволяет увидеть взаимное расположение компонентов клеток ( рис. 4 ). Было выявлено удивительное сходство в тонком строении клеток разных организмов. Все клетки покрыты оболочкой - плазматической мембраной. Эукариотические клетки содержат ядро - информационный центр, в котором находятся хромосомы. Количество и форма хромосом у каждого вида организмов строго специфичны. В них записана наследственная (генетическая) информация обо всех структурах и функциях отдельной клетки и всего организма в целом. Ядерная оболочка отделяет генетический материал от остальной части клетки - цитоплазмы . Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость. В нее погружены органеллы - внутриклеточные структуры, имеющие определенную форму и выполняющие специфические функции. Некоторые органеллы являются "фабриками" по созданию веществ, необходимых самой клетке, другие работают "на экспорт". Есть органеллы, выполняющие функции мусорщиков,- в них разрушаются соединения, не нужные клетке в данный момент. "Энергетические" органеллы трансформируют один вид энергии в другой, необходимый клетке, например энергию солнечного излучения в энергию химических связей. Несмотря на принципиальное сходство внутренних структур, клетки могут очень сильно отличаться по размеру и форме. Так, одна из самых крупных клеток - яйцеклетка страуса - имеет диаметр 10 см. А малярийный плазмодий , устроенный не проще яйцеклетки, столь мал (5 мкм), что паразитирует внутри эритроцитов человека. Эритроциты имеют дисковидную двояковогнутую форму и могут легко проходить по самым мелким капиллярам. Нервные клетки имеют причудливую форму с многочисленными отростками, некоторые из них могут быть длиннее 1 м ( рис. 5 ). Клетки объединяет способность к обмену веществ и энергии, росту, развитию, размножению, к реакции на раздражения из внешней среды. Иначе говоря, они обладают всеми признаками и свойствами, необходимыми для поддержания жизни.
Основные положения клеточной теории на современном уровне развития биологии можно сформулировать следующим образом: Клетка - элементарная живая система, основа строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития прокариот и эукариот. Вне клетки жизни нет. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу. Рост и развитие многоклеточного организма - следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток. Клеточное строение организмов - свидетельство того, что все живое имеет единое происхождение.
