§ 10. Клеточная теория строения организмов

Определения и обозначения

Клетка — структурная, функциональная и генетическая единица живого организма. Она образует тело, выполняет жизненные процессы и содержит наследственную информацию. Это понятие помогает понять, как связаны строение организма, его работа и передача признаков потомству.

Клеточная теория — система положений о клеточном строении, жизнедеятельности и размножении организмов. Она объединяет наблюдения о разных живых существах в общую научную картину. Благодаря теории можно объяснить единство и разнообразие живого.

Одноклеточный организм — организм, в котором одна клетка выполняет все жизненные функции. Такая клетка питается, получает энергию, реагирует на раздражители и размножается. Примеры — амёба, инфузория и многие бактерии.

Многоклеточный организм — организм, состоящий из множества взаимосвязанных клеток, специализированных по строению и функциям. Одни клетки образуют ткани, другие обеспечивают движение, защиту или передачу сигналов. Такое разделение труда делает организм более сложным и эффективным.

Как это устроено

Развитие клеточной теории стало возможным после изобретения и усовершенствования микроскопа. В 1665 году Роберт Гук рассмотрел тонкий срез пробки и увидел множество ячеек, которым дал название «клетки». Позже Антони ван Левенгук наблюдал живые клетки, бактерий и простейших, а исследования других учёных показали клеточное строение тканей растений и животных.

Клетку считают основной структурной и функциональной единицей, потому что именно из клеток складывается организм и именно в них идут главные процессы жизни. Клетки могут быть круглыми, вытянутыми, разветвлёнными и иметь разные задачи, но сохраняют общие признаки: оболочку, внутреннее содержимое, наследственный материал и способность к обмену веществ. Разнообразие формы не опровергает теорию, а показывает, как строение приспосабливается к функции.

В 1838 году Маттиас Шлейден пришёл к выводу, что растения состоят из клеток. В 1839 году Теодор Шванн распространил этот вывод на животных и сформулировал общие положения клеточной теории. Причиной такого объединения стали сходство клеточного строения растений и животных и наличие в их клетках общих жизненных процессов.

Рудольф Вирхов дополнил теорию положением: «каждая клетка происходит от клетки». Оно стало важным, потому что объяснило рост и восстановление организма не возникновением клеток из пустоты, а делением уже существующих клеток. Этот принцип также подтвердил непрерывность жизни: клеточные поколения связаны между собой.

Клеточная теория объясняет единство живых организмов сходством их клеток. В клетках встречаются одни и те же основные химические вещества, происходят обмен веществ, получение энергии и хранение наследственной информации. Поэтому даже очень разные организмы имеют общий план жизнедеятельности, хотя их клетки могут сильно различаться.

Основные положения клеточной теории и их значение

В таблице сначала указано положение теории, затем его смысл и значение для биологии. Используйте её, чтобы отличать сам научный вывод от объяснения его роли. Особое внимание обратите на связь между клеточным строением, делением и единством живого.

Разбор задач

Амёба и человек

Условие. Определите, является ли клетка самостоятельным организмом у амёбы и частью организма у человека. Объясните различие. Нужно установить, выполняет ли одна клетка все жизненные функции или входит в систему специализированных клеток.

1. У амёбы одна клетка поглощает пищу, дышит, перемещается, реагирует на раздражители и размножается.
2. Следовательно, клетка амёбы является целым одноклеточным организмом.
3. У человека клеток много, и они разделяют работу: например, нервные клетки проводят сигналы, а мышечные обеспечивают движение.
4. Значит, клетка человека является частью многоклеточного организма и взаимодействует с другими клетками.

Ответ. У амёбы клетка самостоятельна, потому что выполняет все жизненные функции. У человека клетка — структурная и функциональная часть организма, так как её возможности связаны с работой других специализированных клеток.

Разные клетки одного организма

Условие. Эпителиальная, мышечная и нервная клетки имеют разную форму и функции. Нужно выяснить, противоречит ли это клеточной теории. Для решения сравним различия клеток с общими признаками клеточного строения.

1. Эпителиальная клетка защищает поверхность тела, мышечная сокращается, а нервная принимает и передаёт сигналы.
2. Разные функции требуют разной формы и набора внутренних структур, поэтому клетки специализируются.
3. При этом все они являются клетками: имеют клеточную организацию, обмениваются веществами и используют наследственную информацию.
4. Следовательно, разнообразие связано не с нарушением теории, а с разделением труда в многоклеточном организме.

Ответ. Различия формы и функций не противоречат клеточной теории. Они показывают специализацию клеток при сохранении общих признаков клеточного строения.

Происхождение новых клеток

Условие. Оцените утверждение: «Клетки многоклеточного организма возникают из межклеточного вещества». Сформулируйте правильное положение и приведите пример. Ошибку можно проверить по вопросу о том, что происходит с уже существующими клетками при росте.

1. Межклеточное вещество может окружать клетки и участвовать в образовании тканей, но само по себе не превращается в новую клетку.
2. Рост организма связан с делением клеток, при котором из одной клетки образуются две дочерние.
3. Например, клетки кожи постоянно делятся, благодаря чему обновляется эпителий и заживают повреждения.
4. Значит, правильное положение теории — новые клетки возникают только из уже существующих клеток.

Ответ. Утверждение неверно. Новые клетки образуются делением существующих клеток; примером служит обновление клеток кожи.

Типичные ошибки

Клетка только часть многоклеточного организма. Так считают, потому что чаще изучают клетки человека и животных. Проверьте себя вопросом: может ли одна клетка самостоятельно питаться, получать энергию и размножаться; у амёбы ответ положительный.

Все клетки одинаковы по форме и функциям. Ошибка возникает из-за смешения общих признаков клетки с её специализацией. Вспомните: нервная, мышечная и эпителиальная клетки различаются, но сохраняют клеточное строение.

Всю теорию создал один учёный. При таком подходе теряется последовательность открытий: Гук и Левенгук сделали наблюдения, Шлейден и Шванн обобщили их для растений и животных, а Вирхов дополнил теорию. Проверяйте ответ по вкладу каждого исследователя.

Клетки возникают из неклеточного вещества. Такую ошибку допускают, когда рост представляют как простое накопление вещества. Правильная проверка — вспомнить положение Вирхова: новая клетка появляется из уже существующей в результате деления.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о признаках живых организмов, уровнях организации природы, устройстве светового микроскопа и основных частях клетки. Далее клеточная теория пригодится при изучении строения клетки, митоза, тканей, органов, развития и наследственности. С историей связаны открытия микроскопии, с химией — состав клетки, а с темой роста — клеточное деление.

Что запомнить

• Клетка — основная структурная и функциональная единица живого.
• Все организмы состоят из клеток или продуктов их жизнедеятельности.
• Одноклеточный организм выполняет все жизненные функции одной клеткой.
• В многоклеточном организме клетки специализируются и взаимодействуют.
• Новые клетки возникают только из уже существующих клеток.
• Клетки разных организмов имеют сходный химический состав и основные процессы обмена веществ.