§ 5. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Это значит, что организм построен из клеток, а в них протекают необходимые для жизни процессы. Понятие помогает рассматривать живое и на уровне целого организма, и на уровне его мельчайших частей.

Клеточная теория — учение о клеточном строении организмов и общих закономерностях жизни клеток. Она объединяет наблюдения о том, из чего состоят организмы и как связаны между собой клетки. Благодаря теории отдельные факты о клетках складываются в общую картину живого.

Одноклеточный организм — организм, состоящий из одной клетки. Эта клетка самостоятельно выполняет все функции, необходимые для жизни: получает вещества, использует энергию и обеспечивает продолжение существования организма. Определение показывает, что для жизни не всегда требуется множество клеток.

Многоклеточный организм — организм, состоящий из множества клеток, обычно различающихся строением и функциями. Одни клетки могут выполнять одни задачи, другие — иные, поэтому работа организма распределена между ними. Это понятие помогает понять, почему клеточное разнообразие важно для устройства тканей и органов.

Как это устроено

Клетки удалось обнаружить благодаря развитию микроскопии: приборы позволили рассмотреть структуры, слишком маленькие для невооружённого глаза. Наблюдения разных объектов показали, что клеточное строение встречается у многих живых организмов. Без возможности сравнивать такие наблюдения учёные не смогли бы перейти от отдельных описаний к общему объяснению. Так микроскоп стал важным условием появления клеточной теории.

Маттиас Шлейден изучал растения, а Теодор Шванн — животных, и их исследования привели к представлению, что организмы обеих групп имеют клеточное строение. Сопоставление результатов помогло увидеть общий принцип там, где раньше изучали разные объекты. Однако оставался вопрос, откуда берутся новые клетки. Рудольф Вирхов дополнил теорию положением о происхождении каждой клетки от предшествующей, объяснив связь клеточных поколений.

Клетку считают структурной единицей, потому что из клеток построены организмы. Её называют функциональной единицей, потому что жизненные процессы происходят внутри клеток, а не только на уровне целого тела. Например, клетки участвуют в обмене веществ и преобразовании энергии. Поэтому клетка одновременно является частью строения организма и местом выполнения его жизненных функций.

Положение о происхождении новых клеток от предшествующих означает, что клетка не возникает сама по себе из неживого вещества. Обычно новая клетка появляется при делении уже существующей. В результате передаётся непрерывность клеточных поколений: старые клетки дают начало новым. Деление также позволяет увеличивать число клеток при росте и обновлении многоклеточного организма.

У клеток разных организмов есть общие черты строения и жизнедеятельности, поэтому живое можно рассматривать как взаимосвязанный мир. Это сходство подтверждает единство организмов и помогает искать общие закономерности их жизни. При этом клетки не обязаны выглядеть одинаково: в многоклеточном организме они специализируются. Различия возникают потому, что клеткам нужно выполнять разные задачи в составе целого организма.

Основные положения клеточной теории

Чтобы пользоваться таблицей, сначала назовите положение, затем своими словами объясните его содержание. Последний столбец помогает увидеть, какой общий вывод следует из каждого положения. Вместе строки показывают, как клеточная теория связывает строение организмов, жизнь клеток и преемственность поколений.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему бактерию относят к одноклеточным организмам, а не к многоклеточным. Здесь нужно определить не размер бактерии, а число клеток, из которых состоит организм, и понять, кто выполняет его жизненные функции. Для решения применим определение одноклеточного организма.

1. Уточняем, что бактерия состоит из одной клетки.
2. Сопоставляем это с определением: у одноклеточного организма одна клетка выполняет необходимые для жизни функции.
3. Делаем вывод, что бактерию относят к одноклеточным, а не к многоклеточным организмам.

Ответ: бактерия является одноклеточным организмом, потому что состоит из одной клетки, которая обеспечивает её жизнедеятельность.

Задача 2. В ткани обнаружены многочисленные клетки, различающиеся формой и функциями. Как это согласуется с клеточной теорией? Кажется, что различия могут противоречить общему клеточному строению, но теория не утверждает, что все клетки одинаковы. Нужно учесть и общее происхождение клеток, и разделение задач в многоклеточном организме.

1. Определяем, что ткань принадлежит многоклеточному организму и состоит из множества клеток.
2. Учитываем, что в таком организме клетки могут специализироваться и выполнять разные функции.
3. Связываем различия формы с задачами клеток и отделяем их от общих черт клеточного строения.

Ответ: различия клеток согласуются с теорией: клетки образуют организм, сохраняют общие свойства, но могут специализироваться для выполнения разных функций.

Задача 3. После деления клетки образовались две дочерние клетки. Какое положение клеточной теории подтверждает этот факт и почему? Важно не просто заметить увеличение числа клеток, а определить, откуда появились дочерние клетки. Условие прямо показывает связь между существовавшей клеткой и клетками, возникшими после её деления.

1. Находим исходную клетку, которая разделилась.
2. Устанавливаем, что две дочерние клетки возникли из одной предшествующей клетки.
3. Соотносим наблюдение с положением о происхождении новых клеток от уже существующих.

Ответ: факт подтверждает положение «каждая клетка — из клетки»: деление одной клетки даёт начало новым клеткам и обеспечивает непрерывность клеточных поколений.

Типичные ошибки

Ошибка: считать клетку только частью строения организма. При таком взгляде забывают, что клетка не просто образует тело, а участвует в жизненных процессах. Так бывает, если запомнить только слово «структурная» и упустить слово «функциональная». Проверьте себя: можете ли вы объяснить, что клетка и строит организм, и обеспечивает процессы его жизни?

Ошибка: утверждать, что любой организм состоит из множества клеток. Это утверждение исключает одноклеточные организмы, хотя их жизненные функции выполняет одна клетка. Ошибку допускают, когда знакомые растения и животные принимают за образец всех живых существ. Проверьте число клеток: организм может быть как одноклеточным, так и многоклеточным.

Ошибка: считать, что клетки самопроизвольно возникают из неживого вещества. Такое представление противоречит положению клеточной теории о происхождении новых клеток от предшествующих. Его могут принять, если не учитывать, что клетка образуется при делении другой клетки. Для проверки спросите себя, какая клетка была исходной для новой.

Ошибка: считать все клетки одинаковыми. Общие черты клеток не отменяют различий, связанных со специализацией. Ошибка возникает, если смешать единство клеточного строения с полным совпадением формы и функций. Проверьте вывод: общими могут быть основные свойства, а задачи клеток в организме — разными.

Связь с другими темами

Перед изучением клеточной теории полезно знать признаки живого и различать одноклеточные и многоклеточные организмы: это помогает понять, что именно объединяет клеточную теория. Позже её положения понадобятся при изучении строения клетки, деления клеток и размножения организмов. Представление о сходстве и специализации клеток помогает объяснить, как формируются ткани и органы. Так клеточная теория связывает общие признаки живого с устройством конкретного организма.

Что запомнить

• Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
• Организмы бывают одноклеточными и многоклеточными.
• В многоклеточном организме клетки могут специализироваться.
• Новые клетки возникают из уже существующих клеток.
• Общие черты клеток подтверждают единство живого.
• Клеточная теория объединяет знания о клеточном строении и жизнедеятельности организмов.