§ 4. История открытия и изучения клетки. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живых организмов. Она минимальна потому, что именно на клеточном уровне возможны основные процессы жизни: обмен веществ, рост и размножение. Отдельные части клетки сами по себе не могут выполнять весь комплекс этих функций, а одноклеточный организм осуществляет их одной клеткой.

Клеточная теория — система обобщений о строении и жизнедеятельности организмов, основанная на представлении о клетке как их общей основе. Она помогает сопоставлять разные организмы и объяснять, что общего в их устройстве. Теория также связывает сведения о строении клеток с тем, как живые системы функционируют.

Клеточное строение — организация организма, при которой его структурной основой служит одна или множество клеток. У одноклеточного организма клетка одна, у многоклеточного — их много, и они могут различаться по строению и функциям. Это понятие позволяет описывать уровень организации живого, не смешивая отдельную клетку с целым многоклеточным организмом.

Клеточная преемственность — принцип, согласно которому новые клетки возникают только в результате деления уже существующих. Он объясняет, откуда берутся клетки при росте и обновлении организма. Благодаря этому принципу клеточную жизнь рассматривают как непрерывный процесс, а не как возникновение клеток из неживого вещества.

Как это устроено

Первые микроскопы были несовершенны: их увеличения и чёткости не хватало для подробного изучения мелких объектов. По мере улучшения линз учёные стали различать детали, невидимые невооружённым глазом, и сравнивать разные образцы. Поэтому микроскопия постепенно превратилась из способа рассматривать необычные предметы в метод исследования клеток и микроорганизмов.

В XVII веке Роберт Гук изучал под микроскопом тонкий срез пробки. Он увидел множество небольших полостей, похожих на комнаты, и назвал их клетками. Пробка состоит из отмерших клеток, поэтому содержимого в них уже не было: наблюдателю были видны главным образом стенки. Это наблюдение дало название клетке, но ещё не раскрыло её роль в живом организме.

Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскопы и направил их на изучение разнообразных образцов. В отличие от Гука, он наблюдал живые клетки, а также одноклеточные организмы — существ, тело которых состоит из одной клетки. Такие наблюдения показали, что в микромире есть активные формы жизни, а не только пустоты в тканях. Благодаря этому представления о разнообразии живого значительно расширились.

Маттиас Шлейден изучал растения, а Теодор Шванн — животных и сравнивал результаты наблюдений. Сходство клеток в тканях разных организмов помогло учёным заключить, что растения и животные имеют клеточное строение. Основные положения их клеточной теории состояли в том, что организмы состоят из клеток, а клетка является общей структурной единицей живого. Дальнейшие исследования уточнили эту идею, связав строение клетки с жизнедеятельностью организма.

Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию принципом: каждая клетка возникает из другой клетки. Он опирался на наблюдения деления, а не на предположение о самопроизвольном появлении клеток. Это положение объясняет рост и обновление тканей: число клеток увеличивается благодаря делению уже существующих. Так теория показала непрерывность клеточной жизни от клетки к клетке.

Основные этапы открытия и изучения клетки

Таблица показывает, как отдельные наблюдения постепенно сложились в общую теорию. Сопоставляйте вклад исследователей: одни открывали новые объекты, другие обобщали данные или уточняли объяснение. Такой порядок помогает увидеть, почему открытие клетки нельзя приписать только одному учёному.

Разбор задач

Задача 1. Установите, какое наблюдение позволило Роберту Гуку ввести термин «клетка», и объясните, что именно он увидел. Важно различить сам факт наблюдения и его биологическое значение. Для этого нужно учесть, из какого материала был сделан образец.

1. Гук рассматривал под микроскопом тонкий срез пробки.
2. Пробка состоит из отмерших клеток, поэтому их живое содержимое уже исчезло.
3. Увиденные им небольшие полости, разделённые стенками, напомнили комнаты; Гук назвал их клетками.

Ответ. Термин появился после наблюдения среза пробки. Гук видел преимущественно стенки и пустые полости отмерших клеток, а не живое содержимое. Поэтому его наблюдение открыло название и очертания клеток, но не позволило изучить их жизнедеятельность.

Задача 2. Распределите положения клеточной теории между выводами Шлейдена и Шванна и дополнением Вирхова. Необходимо отделить вывод о сходстве строения организмов от утверждения о происхождении новых клеток. Подсказка: учёные решали разные вопросы — из чего состоят организмы и откуда берутся клетки.

1. Сначала сформулируйте общий вывод Шлейдена и Шванна: растения и животные имеют клеточное строение, а клетка — общая структурная единица организмов.
2. Затем выделите дополнение Вирхова, которое отвечает не на вопрос о составе организма, а на вопрос о происхождении клеток.
3. Запишите принцип Вирхова: новые клетки образуются только из уже существующих клеток, в частности при их делении.

Ответ. К выводам Шлейдена и Шванна относится идея общего клеточного строения растений и животных и роли клетки как единицы строения. Вирхов дополнил теорию принципом клеточной преемственности. Эти положения дополняют друг друга, но описывают разные стороны жизни.

Задача 3. Одноклеточный организм состоит из одной клетки. Объясните, как это согласуется с клеточной теорией и почему такую клетку можно считать целым организмом. Проверьте, выполняет ли клетка основные функции жизни, а не только служит частью более крупного тела. Тогда станет ясно, что слово «единица» не означает обязательную принадлежность к многоклеточному организму.

1. Клеточная теория утверждает, что клетка является единицей строения и жизнедеятельности организмов.
2. У одноклеточного организма эта единица одновременно составляет всё тело.
3. Одна клетка самостоятельно выполняет необходимые жизненные функции, поэтому может существовать как целый организм.

Ответ. Одноклеточный организм полностью соответствует клеточной теории: он построен из клетки. Эта клетка не просто часть организма, а целая живая система, которая обеспечивает его жизнедеятельность. У многоклеточных организмов те же основные функции распределены между множеством клеток.

Типичные ошибки

• Считать, что Гук наблюдал живые клетки. Путаница возникает потому, что именно его считают открывателем термина «клетка». Но образцом была пробка из отмерших клеток, и видны были главным образом стенки. Проверка: вспомните, что живые клетки наблюдал Левенгук.
• Приписывать открытие клетки одному учёному. Часто запоминают имя Гука, потому что он дал клетке название. Однако изучение шло постепенно: Левенгук наблюдал живые объекты, Шлейден и Шванн обобщали сведения, Вирхов дополнил теорию. Проверка: попробуйте назвать вклад каждого исследователя, не подменяя имена друг другом.
• Сводить клеточную теорию к утверждению, что организмы состоят из клеток. Такое сокращение оставляет за рамками роль клетки в строении и жизнедеятельности, а также её происхождение. Проверка: назовите клетку единицей строения и функций, затем добавьте принцип возникновения новых клеток из существующих.
• Считать, что клетки возникают самопроизвольно. Так можно подумать, если не учитывать наблюдения деления и принцип Вирхова. Согласно клеточной преемственности, новая клетка образуется из уже существующей. Проверка: спросите себя, из какой клетки могла возникнуть данная клетка.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о назначении микроскопа и о разнице между наблюдением и выводом. Прибор показывает объект, а учёный на основе увиденного формулирует объяснение его строения. Это различие помогает не путать полости, замеченные Гуком, с живым содержимым клеток.

Клеточное строение связано с разнообразием организмов: одноклеточность и многоклеточность описывают, сколько клеток образует организм и как они организованы. В дальнейшем клеточная теория станет основой изучения строения клетки, деления и размножения организмов. Понимание клеточной преемственности помогает объяснить, как клеточные поколения связаны между собой.

Что запомнить

• Клетка — основная структурная и функциональная единица живого.
• Термин «клетка» ввёл Роберт Гук после наблюдения пробки.
• Левенгук наблюдал живые клетки и одноклеточные организмы.
• Шлейден и Шванн обобщили данные о клеточном строении растений и животных.
• Вирхов сформулировал принцип возникновения клетки из другой клетки.
• Клеточная теория объединяет знания о строении и жизнедеятельности организмов.