5.5. Клеточная теория строения организмов

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Это значит, что из клеток построено тело живых существ, а внутри клеток происходят процессы, необходимые для жизни. У одноклеточного организма клетка выполняет все функции самостоятельно, а у многоклеточного — обычно лишь часть общей работы. Поэтому клетку рассматривают и как строительную основу организма, и как действующую живую систему.

Клеточная теория — обобщение о клеточном строении организмов, общности клеток и их происхождении. Она объединяет наблюдения за клетками в систему общих положений, применимых к живому миру. Теория помогает объяснить, почему организмы при всём разнообразии имеют общие черты и как появляются новые клетки. На неё опираются при изучении строения и развития живых существ.

Одноклеточный организм — организм, в котором одна клетка выполняет все функции жизнедеятельности. Она получает вещества и энергию, реагирует на условия среды, растёт и размножается. Поэтому одна клетка здесь не просто часть организма, а весь организм целиком. К этому типу относятся, например, амёба и многие бактерии.

Многоклеточный организм — организм, состоящий из множества клеток, обычно различающихся строением и функциями. Клетки могут специализироваться: например, одни сокращаются, а другие передают сигналы. Вместе они образуют ткани и органы и выполняют задачи, которые отдельной клетке не под силу. Это определение помогает понять, почему целый организм зависит от взаимодействия своих частей.

Как это устроено

Клеточную теорию стало возможно создать после развития микроскопии: многие клетки слишком малы, чтобы увидеть их невооружённым глазом. В XVII веке Роберт Гук, рассматривая пробку под микроскопом, описал ячеистую структуру и ввёл в употребление слово «клетка». Позднее Антони ван Левенгук наблюдал микроскопические организмы и живые клетки. Эти открытия дали учёным возможность сравнивать строение разных организмов, а не делать выводы только по внешнему виду.

В XIX веке М. Шлейден пришёл к выводу о клеточном строении растений, а Т. Шванн сопоставил эти наблюдения с данными о животных. Сходство обнаруженных клеток позволило учёным сформулировать общее положение: растения и животные построены из клеток. Так отдельные наблюдения превратились в теорию, объясняющую устройство организмов в целом. Позднее Р. Вирхов добавил, что новые клетки возникают из уже существующих, а не появляются сами собой.

Основные положения теории связывают строение организма с его жизнедеятельностью. Клетка является единицей строения, потому что из клеток состоят организмы, и единицей жизнедеятельности, потому что в них идут процессы, поддерживающие жизнь. Если организм многоклеточный, его работа складывается из деятельности многих клеток. Положение о происхождении клеток дополняет эти идеи: рост и обновление тканей происходят благодаря появлению новых клеток из ранее существовавших.

Клетки организмов могут отличаться размером, формой и выполняемыми задачами, но имеют общие основные признаки клеточного строения и жизнедеятельности. Это сходство важно не потому, что клетки одинаковы во всех деталях, а потому, что у них есть общий клеточный принцип организации. Он указывает на общность происхождения организмов и позволяет сравнивать их строение. Различия же возникают в ходе специализации: клетка приобретает особенности, нужные для конкретной функции.

В многоклеточном организме специализированные клетки не действуют как независимые организмы: они обмениваются веществами и сигналами, объединяются в ткани и согласуют работу. Благодаря этому организм сохраняет целостность, хотя отдельные клетки выполняют разные задачи. Одноклеточный организм устроен иначе: его единственная клетка самостоятельно обеспечивает все функции, необходимые всему организму. Сравнение этих типов показывает, что клетка может быть как целым организмом, так и частью более сложной системы.

Основные положения клеточной теории

Сначала прочитайте положение, затем сопоставьте его с содержанием: так видно, какое именно обобщение утверждает теория. Столбец «Значение» помогает связать положение с его ролью в объяснении жизни. При решении задач найдите наблюдение, которое подтверждает соответствующую строку.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему амёбу относят к одноклеточным организмам, хотя она самостоятельно питается, передвигается и размножается. Нужно установить не число наблюдаемых действий, а то, какая система их выполняет. Важно также определить, является ли амёба частью организма или организмом целиком. Разберём это по шагам.

1. Установим, сколько клеток образуют тело амёбы: оно состоит из одной клетки.
2. Соотнесём функции с этой клеткой: она сама получает пищу, перемещается и обеспечивает размножение.
3. Сделаем вывод: отдельные клетки не объединены в многоклеточное тело, а одна клетка выполняет функции всего организма.

Ответ: амёба — одноклеточный организм, потому что её единственная клетка самостоятельно выполняет функции жизнедеятельности. Разнообразие этих функций не превращает её в многоклеточное существо. Напротив, оно показывает, насколько самостоятельной может быть одна клетка.

Задача 2. Установите, какое положение клеточной теории подтверждает наблюдение: новые клетки появляются при делении уже существующих клеток. Вопрос прямо связывает процесс появления клеток с их предшественниками. Поэтому нужно выбрать положение не о строении или сходстве клеток, а об их происхождении. Проверим, что следует из наблюдения.

1. Выделим главное в условии: клетка появляется в результате деления другой, уже существовавшей клетки.
2. Сопоставим это с положениями теории: именно так описывается непрерывность клеточного происхождения.
3. Исключим другие положения: наблюдение само по себе не говорит о сходстве клеток или устройстве целого организма.

Ответ: наблюдение подтверждает положение о том, что новые клетки возникают из ранее существовавших клеток. Оно показывает, что клеточное размножение происходит не самопроизвольно. Такое происхождение клеток обеспечивает увеличение их числа при росте и обновлении организма.

Задача 3. Объясните, как различия между клетками мышечной и нервной ткани согласуются с клеточной теорией и почему они не опровергают единство клеточного строения организмов. Нужно одновременно учесть сходство клеток и их специализацию. Различия в форме и работе сами по себе не означают, что клетка одного типа устроена по совершенно иному принципу. Рассмотрим, как эти два факта сочетаются.

1. Определим, чем клетки отличаются: мышечные клетки приспособлены к сокращению, а нервные — к восприятию и передаче сигналов.
2. Отделим особенности функции от общих признаков: обе группы остаются клетками и имеют основные черты клеточного строения.
3. Свяжем специализацию с устройством организма: разные клетки выполняют разные задачи, взаимодействуя в составе тканей и органов.

Ответ: различия мышечных и нервных клеток связаны с их специализацией. Они не опровергают клеточную теорию, потому что общность клеточного строения сочетается с приспособлением к разным функциям. Вместе эти клетки обеспечивают работу целого организма.

Типичные ошибки

Ошибка — считать клетку только частью строения организма и не учитывать её роль в жизнедеятельности. Так думают, когда запоминают образ клетки как «кирпичика», но забывают, что в ней происходят необходимые живому процессы. Проверьте себя вопросом: может ли клетка одноклеточного организма не только образовать тело, но и выполнять функции жизни? Если да, значит, клетка — не только структурная единица.

Ошибка — утверждать, что клетки возникают самопроизвольно. Такое представление путают с появлением новых клеток при росте организма, не прослеживая их происхождение. Клеточная теория связывает новую клетку с делением уже существующей. Для самопроверки спросите, из какой клетки возникла новая: если ответ «ни из какой», он противоречит теории.

Ошибка — принимать сходство клеток за их полную одинаковость. Она появляется, если воспринимать общее положение теории буквально и не учитывать специализацию. Клетки разных тканей могут иметь различную форму и выполнять неодинаковые функции, сохраняя основные клеточные признаки. Проверьте, разделяете ли вы два вопроса: что у клеток общее и чем они приспособлены к своей работе.

Ошибка — представлять многоклеточный организм простым набором независимых клеток. Это упускает обмен веществами и сигналами, а также согласование работы клеток. Организм сохраняет целостность именно благодаря взаимодействию его частей. Для проверки представьте, может ли специализированная клетка выполнять свою роль вне связей с другими клетками так же, как в составе организма.

Связь с другими темами

Для понимания клеточной теории нужны знания об основных признаках живого: они помогают увидеть, какие функции должна обеспечивать клетка. Представления о различиях одноклеточных и многоклеточных организмов позволяют сравнить самостоятельную клетку с системой взаимодействующих клеток. Тема опирается на знакомство с клеточным строением и работой микроскопа: без наблюдений за клетками теория не могла бы сформироваться. Позднее она станет основой для изучения строения клетки, тканей и органов, а также размножения и развития организмов.

Что запомнить

• Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности организмов.
• Организмы бывают одноклеточными и многоклеточными.
• Новые клетки образуются из уже существующих клеток.
• Клетки разных организмов имеют общие основные признаки.
• Клетки многоклеточного организма могут специализироваться и взаимодействовать.
• Клеточная теория подтверждает единство живого мира.