Глава 2

Явления и закономерности жизни на клеточном уровне

Изучив главу, вы сможете характеризовать:

  состав и строение клетки;

  свойства клеточных органоидов;

  процессы жизнедеятельности клетки.

Вы сумеете:

  определять различия в строении клеток эукариот и прокариот;

  оценивать роль автотрофов и гетеротрофов в природе;

  объяснять значение обмена веществ в жизнедеятельности клетки;

• сравнивать механизмы протекания процессов биосинтеза белка, фотосинтеза и дыхания.

 

Параграф 5. Многообразие клеток

Вспомните

  какой структурный уровень организации жизни характеризует клетка;

  что существуют одноклеточные и многоклеточные организмы.

 

    Из истории изучения многообразия клеток. История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники. О существовании клеток стало известно лишь в XVII в. В 1665 г. английский естествоиспытатель Р. Гук, оценив значение увеличительного прибора, впервые применил его для исследования срезов некоторых растительных и животных тканей. Под микроскопом он обнаружил структуры, похожие по строению на пчелиные соты, и назвал их «ячейками», или «клетками». С тех пор этот термин прочно утвердился в биологии.

    В 1674 г. голландский натуралист А. ван Левенгук впервые рассмотрел под самодельным микроскопом некоторых простейших и отдельные клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).

    В 30-х г. XIX в. шотландский учёный Р. Браун обнаружил в клетках растений круглое плотное образование, которое он назвал ядром.

    В 1838 г., обобщая имевшиеся к тому времени сведения о клетке, немецкий ботаник М.Я. Шлейден первым пришёл к заключению о том, что ядро является обязательным структурным элементом всех растительных клеток. В 1839 г. немецкий физиолог Т. Шванн, основываясь на работах Шлейдена, изложил основы клеточной теории, согласно которой все ткани животных и растительных организмов состоят из клеток, клетки растений и животных имеют общий принцип строения, каждая отдельная клетка самостоятельна, а жизнедеятельность всего организма проявляется как совокупность жизнедеятельности отдельных групп клеток.

    Появление клеточной теории Шлейдена и Шванна обусловило дальнейшее развитие учения о клетке. В 1858 г. немецкий патолог Р. Вирхов доказал, что клетки возникают только путём воспроизведения себе подобных. Ему принадлежит афористическое утверждение: «Каждая клетка — от клетки». В конце XIX в. была выдвинута гипотеза о том, что информация о наследственных свойствах организмов заключена в ядре.

    Крупный вклад в развитие учения о клетке внесли русские учёные. В 1892 г. И.И. Мечников открыл явление фагоцитоза (от греч. phagos — «пожиратель», kytos — «клетка») — активного захватывания и поглощения различных частиц одноклеточными организмами и даже клетками многоклеточных организмов. В 1898 г. С.Г. Навашин описал особый тип оплодотворения — двойное оплодотворение, свойственное всем цветковым растениям.

    В начале XX в. были разработаны методы культивирования клеток в пробирке и сконструирован первый электронный микроскоп. В результате наука обогатилась сведениями о мельчайших, ранее не известных клеточных структурах. Было доказано, что клетки всех организмов, несмотря на их разнообразие, сходны по строению, химическому составу и проявлениям своей жизнедеятельности.

    Дальнейшие исследования показали, что ядерные структуры клетки служат основой передачи наследственных свойств организмов.

 

    Мир клеток живой природы

. Клетки чрезвычайно разнообразны. Они различаются по своим размерам, структуре, форме и функциям. Размеры клеток варьируют от 0,1—0,25 мкм (некоторые бактерии) до 15—21 см (яйцо страуса в скорлупе).

    Есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как особи популяций и видов. Их жизнедеятельность зависит не только от слаженной работы внутриклеточных структур, но и от особенностей существования клетки как самостоятельного организма (добывание пищи, способ питания, размножение, подвижность в окружающей среде, активное и неактивное переживание неблагоприятных условий и пр.).

Клетки свободноживущие (1) и образующие ткани (2)

 

Одноклеточных организмов чрезвычайно много. Их представители встречаются среди всех царств живой природы и населяют все среды  жизни на нашей планете.

 

    У многоклеточных организмов разные клетки выполняют различные функции. Клетки, сходные по строению, расположенные рядом, объединённые межклеточным веществом и предназначенные для выполнения определённых (специализированных) функций в организме, образуют ткани. Ткани возникли в ходе эволюционного развития одновременно с появлением многоклеточности, так как специализация клеток и, следовательно, тканей способствовала лучшему обеспечению процессов жизнедеятельности целостного организма.

    У животных различают четыре типа (группы) тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную; у растений — пять типов (групп) тканей: образовательную, покровную, проводящую, механическую, основную.

    Клетки всех организмов на Земле принципиально сходны по своему строению, химическому составу и основным проявлениям жизни. При этом процессы жизнедеятельности (дыхание, биосинтез, обмен веществ) происходят в клетках независимо от того, являются они одноклеточными организмами или составными частями многоклеточного организма.

 

Жизнь многоклеточного организма зависит от жизнедеятельности его отдельных клеток и их групп, выполняющих особые, специализированные функции.

 

    Свойства клетки. Особенность клетки определяется специфичностью её составных компонентов, упорядоченностью происходящих в ней как в целостной системе процессов. Живая клетка осуществляет процессы, от которых зависит её жизнь: она поглощает пищу, извлекает из неё энергию, избавляется от отходов обмена веществ, поддерживает постоянство своего химического состава и воспроизводит саму себя. Всё это позволяет рассматривать клетку как особую единицу живой материи, как элементарную живую систему — биосистему клеточного уровня организации жизни.

 

Клетка — основная структурная и функциональная единица жизни.

 

    Из клеток состоят все живые существа — от одноклеточных до крупных растений, животных и человека. У всех организмов клетки функционируют, с одной стороны, как самостоятельные биосистемы, а с другой — как взаимосвязанные части целого.

 

    Два типа клеток.

В первой половине XX в. было обнаружено, что в клетках бактерий нет оформленного ядра, отделённого от цитоплазмы мембраной, хотя присутствует само ядерное вещество, несущее наследственную информацию. В клетках растений, животных и грибов ядро хорошо сформировано и отграничено от цитоплазмы.

    Клетки, не имеющие оформленного ядра, называют прокариотическими (лат.pro — «перед», «раньше» и греч. karyon — «ядро»), а имеющие ядро — эукариотическими (лат. ей — «полностью» и греч. karyon — «ядро»). По этому признаку все организмы делят на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

 

    Клетки прокариот имеют достаточно простое строение, так как сохраняют черты первых организмов, возникших на Земле. Эукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными, их клетки имеют более сложное строение, чем у прокариот, и отличаются большим разнообразием.

 

Клетки бактерий и цианобактерий

Разнообразие форм клеток прокариот: бактерии и цианобактерии

    Жизнедеятельность организма зависит от согласованного функционирования всех его частей, мельчайшей из которых является клетка. За прошедшие миллиарды лет строение клетки не только усложнилось — она оказалась способной жить и активно функционировать в составе специализированных тканей многоклеточных организмов, сохраняя при этом свойства биосистемы и являясь основной структурной единицей жизни. В процессе воспроизведения клетки осуществляется передача наследственной информации, что обеспечивает непрерывность жизни на Земле.

Разнообразие форм клеток эукариот — растений и животных: 1 — спирогира; 2 — эвглена зелёная; 3 — клетка нервной ткани многоклеточного организма; 4 — клетка мышечной ткани многоклеточного организма; 5 — сувойка

Животная и растительная клетки

1. Назовите признаки сходства и различия клеток одноклеточных и многоклеточных организмов.

2.  Что лежит в основе деления всех организмов на прокариот и эукариот?

3.  Почему клетку называют структурной единицей жизни?

4.  Сравните особенности жизнедеятельности свободноживущей клетки и клетки многоклеточного организма.