6. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Она является структурной, потому что из клеток построены организмы, и функциональной, потому что именно в клетках происходят процессы, поддерживающие жизнь. Это понятие помогает увидеть связь между строением организма и тем, как он живёт.

Клеточная теория — обобщение, согласно которому клетка является основой строения, развития и жизнедеятельности организмов. Она объединяет сведения о разных живых существах и помогает объяснить, что общего у них, несмотря на внешние различия. С её помощью клетку рассматривают не только как часть организма, но и как участника его развития.

Клеточное строение — организация организма из одной или множества клеток. У одноклеточного организма одна клетка выполняет все необходимые для жизни функции, а тело многоклеточного состоит из большого числа клеток. Это различие помогает понять, почему клетка может быть и самостоятельным организмом, и частью более сложной системы.

Клеточное происхождение — принцип, согласно которому новые клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. Он объясняет связь между клетками разных поколений и показывает, что клеточная жизнь продолжается через размножение клеток. Этот принцип важен для понимания роста и развития организма.

Как это устроено

Наблюдать клетки стало возможно благодаря развитию микроскопа: многие из них слишком малы, чтобы увидеть их невооружённым глазом. По мере совершенствования оптических приборов учёные могли рассматривать клеточное строение разных объектов и сопоставлять наблюдения. Так отдельные описания постепенно сложились в общее представление о живых организмах. Именно накопление данных позволило перейти от изучения отдельных клеток к формулированию теории.

М. Шлейден изучал растения, а Т. Шванн — животных; сопоставив результаты, они пришли к выводу, что клетка служит общей основой строения живых организмов. Их идея была важна потому, что связывала два больших царства живого единым принципом. Позднее Р. Вирхов уточнил представления о клетках, указав, что новая клетка появляется из уже существующей. Это уточнение объяснило, как клеточная организация сохраняется и передаётся при размножении клеток.

Клетку называют общей структурной и функциональной основой организмов, потому что клетки образуют их тела и обеспечивают процессы жизнедеятельности. Разные организмы сильно отличаются размерами и формами, но клеточный принцип объединяет их. Разнообразие клеток не противоречит этому единству: общими остаются основные принципы организации, а отдельные клетки могут выполнять разные задачи. Поэтому клеточная теория объясняет одновременно сходство живого и его разнообразие.

Положения теории связывают устройство организмов с непрерывностью клеточной жизни. Если организм состоит из клеток, то его рост и обновление связаны с появлением новых клеток, а не с возникновением их из ничего. Деление существующих клеток обеспечивает преемственность: каждая новая клетка происходит от предшествующей. Так теория помогает объяснить развитие организма через процессы на клеточном уровне.

Одноклеточный организм устроен так, что одна клетка самостоятельно обеспечивает его жизнедеятельность. В многоклеточном организме клетки часто специализируются, то есть приспосабливаются к выполнению определённых функций. Они взаимодействуют друг с другом, поэтому работа организма зависит от согласованности множества клеток. Общим остаётся клеточное строение, а различается уровень организации и распределение функций.

Основные положения клеточной теории и их значение

В таблице собраны ключевые положения теории и то, какие стороны жизни они помогают объяснить. Читайте строки как связь между общим утверждением и его смыслом, а не как перечень отдельных терминов. Вместе эти положения показывают единство клеточного строения и происхождения клеток.

Разбор задач

Задача 1. Объяснить, почему бактерию относят к клеточным организмам, хотя она состоит из одной клетки.

1. Определяем, что значит «клеточный организм»: его тело образовано клеткой или клетками.
2. У бактерии одна клетка, но это не исключает её из числа клеточных организмов: клетка и есть всё её тело.
3. Проверяем, может ли эта клетка самостоятельно обеспечивать жизнедеятельность организма. Для одноклеточного организма все необходимые функции выполняет одна клетка.

Ответ: бактерию относят к клеточным организмам, потому что её тело состоит из клетки. Эта клетка самостоятельно обеспечивает жизнедеятельность всего организма.

Задача 2. Пояснить, как положение клеточной теории о происхождении клеток применимо к росту многоклеточного организма.

1. Вспоминаем принцип: новые клетки возникают при делении уже существующих клеток.
2. При росте организма число его клеток увеличивается за счёт деления тех клеток, которые уже есть.
3. Затем потомки клеток могут специализироваться и выполнять разные функции, поэтому увеличение числа клеток сопровождается изменением организации организма.

Ответ: рост многоклеточного организма обеспечивается делением уже имеющихся клеток. Их потомки могут специализироваться и включаться в работу разных частей организма.

Задача 3. Сравнить клеточную организацию одноклеточного организма и ткани многоклеточного организма, обосновав общность и различия.

1. Находим общее: и одноклеточный организм, и ткань многоклеточного связаны с клеточной организацией.
2. Уточняем роль клетки в каждом случае. Одна клетка одноклеточного организма обеспечивает жизнедеятельность всего организма.
3. В ткани клетки многоклеточного обычно специализируются и выполняют совместную работу; отдельно взятая клетка, как правило, не обеспечивает жизнь всего организма.

Ответ: общность заключается в том, что оба примера связаны с клетками. Различие — в самостоятельности: клетка одноклеточного организма действует как целый организм, а клетки ткани взаимодействуют и выполняют специализированные функции.

Типичные ошибки

Ошибка — считать клетку только частью строения организма. Так думают, когда представляют тело как набор клеточных «кирпичиков», но забывают, что в клетках протекают процессы жизнедеятельности. Чтобы проверить себя, спросите: объясняет ли ваше определение, что клетка не только образует организм, но и участвует в его работе?

Ошибка — утверждать, что все клетки одинаковы по форме и функциям. Её допускают, если путают общие принципы клеточного строения с полным совпадением свойств клеток. Проверьте себя: допускаете ли вы специализацию клеток в многоклеточном организме? Если нет, вы не учитываете их разнообразие.

Ошибка — считать, что новые клетки возникают самопроизвольно. Такое представление может появиться, если рассматривать рост организма без причинной связи с делением клеток. Проверка простая: вспомните положение о клеточном происхождении — каждая новая клетка должна происходить от уже существующей.

Ошибка — смешивать клетку одноклеточного организма с клеткой многоклеточного. Причина в том, что обе являются клетками, но их роль различна. Спросите себя, может ли отдельная клетка обеспечивать жизнедеятельность всего организма: у одноклеточного — да, а клетка многоклеточного обычно выполняет специализированную функцию и взаимодействует с другими.

Связь с другими темами

Для понимания клеточной теории полезно знать основные признаки живого: они помогают увидеть, почему клетка связана не только со строением, но и с жизнедеятельностью. Представление об уровнях организации живой природы показывает, как клеточный уровень соотносится с тканями и организмом. Назначение микроскопа важно потому, что именно он позволяет наблюдать объекты, недоступные невооружённому глазу. Клеточная теория становится основой для дальнейшего изучения строения клетки, клеточного деления, тканей и развития организмов.

Что запомнить

• Клетка — основа строения и жизнедеятельности организмов.
• Организмы бывают одноклеточными и многоклеточными.
• Клетки разных организмов имеют общие принципы организации.
• Клетки многоклеточного организма могут специализироваться и взаимодействовать.
• Новые клетки образуются при делении уже существующих клеток.
• Клеточная теория объединяет знания о строении, жизнедеятельности и развитии организмов.