§ 5. Клетка — основа жизни

Определения и обозначения

Клетка — минимальная структурная и функциональная единица живого организма. Она может осуществлять основные жизненные процессы: обмен веществ, рост, развитие и размножение. Поэтому клетку считают не просто частью организма, а его наименьшей живой единицей.

Клеточная теория — совокупность положений о клеточном строении организмов, происхождении клеток и роли клетки в жизни. Согласно ей, большинство организмов состоит из клеток, клетки сходны по основным признакам, а новые клетки возникают из предшествующих. Эта теория помогает объяснить общие свойства организмов и связь между ними.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра, то есть участка с наследственным материалом, отделённого ядерной оболочкой. К прокариотам относят бактерий и архей. Такое определение позволяет отличить их клетки от клеток организмов с ядром.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро и мембранные органоиды — внутренние структуры, окружённые мембранами. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие ядра и органоидов связано с более сложной внутренней организацией клетки.

Как это устроено

Клетки стали объектом изучения благодаря развитию микроскопии: с помощью увеличения учёные смогли увидеть структуры, недоступные невооружённому глазу. Наблюдения разных исследователей накапливались и позволили сравнивать клетки организмов. Так возникла клеточная теория, изменившая представление о живой природе: организмы стали рассматривать как системы, построенные из клеток. Новые исследования уточняли эту теорию, но её основные положения сохранились.

Клетку считают общей основой строения, потому что из клеток состоят организмы, кроме неклеточных форм жизни. Внутри клетки идут процессы, поддерживающие её существование и работу организма. У одноклеточного существа одна клетка выполняет все необходимые функции, а в многоклеточном клетки действуют совместно. Разнообразие размеров и форм не отменяет их общего значения: клетка остаётся единицей строения и жизнедеятельности.

Общие черты клеток объясняются тем, что жизнь имеет единое клеточное основание. Клеточная теория связывает строение организма с работой составляющих его клеток и подчёркивает сходство клеток по основным признакам. Утверждение о происхождении клеток от предшествующих объясняет непрерывность жизни: клетка появляется в результате деления другой клетки, а не самопроизвольно. Вместе эти положения показывают единство живого мира.

Главное различие между прокариотической и эукариотической клетками — наличие оформленного ядра. У эукариот наследственный материал заключён в ядре, отделённом оболочкой; внутри также есть мембранные органоиды. У прокариот ядра нет, а наследственный материал расположен в клетке не в окружённом оболочкой ядре. Поэтому внутреннее пространство прокариот организовано проще, хотя оно также обеспечивает жизнедеятельность клетки.

Клеточное строение не означает, что все клетки организма одинаковы. В многоклеточном организме клетки специализируются: их строение и форма связаны с тем, какую работу они выполняют. Например, мышечные клетки способны сокращаться, а нервные участвуют в передаче сигналов. Разделение функций помогает клеткам работать согласованно и поддерживать существование целого организма.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Сначала сравните наличие ядра: это самый наглядный признак, который разделяет две группы. Затем проверьте, где находится наследственный материал и есть ли мембранные органоиды. Строка об общих признаках напоминает, что различия в организации не отменяют общих свойств клеток.

Разбор задач

Задача 1. Ученик утверждает, что клетка — наименьшая единица жизни, потому что её нельзя увидеть без микроскопа. Объясните, в чём неточность этого обоснования.

1. Отделим размер объекта от его биологической роли: видимость без микроскопа не определяет, является ли объект живой единицей.
2. Проверим, что делает клетку основной единицей: в ней происходят жизненные процессы, а не просто имеется малый размер.
3. Сформулируем обоснование через признаки клетки, а не через возможности человеческого глаза.

Ответ. Микроскоп нужен для наблюдения клетки, но её невидимость невооружённым глазом не объясняет, почему она считается единицей жизни. Основание в том, что клетка выполняет основные жизненные процессы и входит в состав организмов. Кроме того, существуют неклеточные формы жизни, поэтому утверждение о клетке как наименьшей части любого организма требует оговорки.

Задача 2. В образце обнаружены клетки без оформленного ядра. Определите, к какой группе клеток они относятся, и назовите ещё один признак, который поможет подтвердить вывод.

1. Сопоставим наблюдение с главным различием групп: оформленное ядро есть у эукариот, но отсутствует у прокариот.
2. Поэтому клетки образца относим к прокариотическим.
3. Для проверки выясним, есть ли мембранные органоиды и как расположен наследственный материал: у прокариот нет мембранных органоидов, а материал не заключён в оформленном ядре.

Ответ. Это прокариотические клетки. Дополнительный признак — отсутствие мембранных органоидов; также можно проверить, что наследственный материал не находится внутри ядра, окружённого оболочкой. Один лишь признак одноклеточности не подходит, потому что одноклеточными бывают и эукариоты.

Задача 3. Одноклеточный организм выполняет все жизненные процессы одной клеткой, а в многоклеточном организме клетки специализированы. Объясните, почему оба примера согласуются с клеточной теорией.

1. В одноклеточном организме одна клетка составляет весь организм, поэтому ей приходится выполнять все необходимые функции.
2. В многоклеточном организме много клеток, и они могут распределять работу между собой.
3. Свяжем оба случая с теорией: организм имеет клеточное строение, а клетка остаётся единицей жизнедеятельности, даже если её функции зависят от совместной работы с другими клетками.

Ответ. Оба примера показывают, что клетка лежит в основе строения и жизнедеятельности организма. У одноклеточного организма функции выполняет одна клетка, а в многоклеточном они распределены между специализированными клетками. Различие в распределении работы не противоречит общему клеточному строению.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что клеточная теория требует полной одинаковости клеток. Её положения говорят об общих чертах и роли клеток, а не о тождестве их формы, размеров и функций; путаница возникает из-за слова «общие». Проверьте себя вопросом: могут ли клетки одного организма выполнять разные задачи? Да, специализация делает их различными.

Ошибка: называть клетку наименьшей частью любого организма без оговорок. Большинство организмов имеет клеточное строение, но существуют неклеточные формы жизни; их часто забывают, сосредоточившись на обычных животных, растениях и грибах. Уточняйте, что клетка — основная единица строения и жизнедеятельности клеточных организмов.

Ошибка: приравнивать прокариот к одноклеточным, а эукариот — к многоклеточным. Тип клетки определяют по наличию ядра и особенностям организации, а не по числу клеток в организме; эукариоты бывают одноклеточными. Чтобы проверить классификацию, сначала спросите, есть ли оформленное ядро.

Ошибка: считать, что новые клетки возникают самопроизвольно. Такое представление не соответствует клеточной теории: клетка образуется при делении предшествующей клетки. Проверка проста: объясните происхождение новой клетки через предшествующую, а не через появление из неживого вещества без клеточного источника.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать основные признаки живого и уметь отличать живые организмы от неживых объектов. История клеточной теории связана с развитием биологии и микроскопических исследований: наблюдения клеток помогли изменить представления об устройстве жизни. Эти знания пригодятся при изучении строения клетки, обмена веществ и деления клеток. Они также помогают понять, как из клеток образуются ткани и органы и почему их работа зависит от клеточных процессов.

Что запомнить

• Клетка — основная структурная и функциональная единица живого.
• Организмы имеют клеточное строение, за исключением неклеточных форм жизни.
• Новые клетки возникают из предшествующих клеток.
• Клетки организмов имеют общие черты строения и жизнедеятельности.
• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• Эукариоты имеют ядро и мембранные органоиды.
• Клетки многоклеточного организма могут специализироваться и выполнять разные функции.