Раздел 2. Учение о клетке

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Она способна поддерживать жизненные процессы, а в организме входит в состав более сложных структур. Понятие клетки помогает связать устройство живого с происходящими в нём процессами.

Клеточная теория — учение об общих принципах клеточного строения и развития организмов. Она утверждает, что организмы состоят из клеток, клетки сходны по основным признакам, а новые клетки возникают из предшествующих. Эти положения объединяют наблюдения за клетками и объясняют их происхождение.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. Их наследственный материал не отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой. К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии; этот термин позволяет обозначить особый тип клеточной организации.

Эукариоты — организмы, клетки которых содержат оформленное ядро и мембранные органоиды. К ним относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие внутренних структур позволяет разделять процессы внутри клетки и выполнять разные функции.

Как это устроено

Клетку считают единицей строения, потому что тело многоклеточного организма состоит из клеток или образованных ими структур. Она является и единицей жизнедеятельности: внутри неё идут обмен веществ и превращения энергии, поддерживающие жизнь. Рост организма связан с увеличением размеров клеток и их числа, а размножение клеток обеспечивает появление новых клеток и развитие организма.

Клеточная теория складывалась благодаря наблюдениям за растительными и животными тканями в микроскоп. Исследователи обнаружили, что ткани образованы клетками, а затем выяснили, что клеточное строение характерно для разных групп организмов. Наблюдения делящихся клеток позволили заключить, что новые клетки появляются из уже существующих, а не возникают самопроизвольно. Сопоставление этих фактов помогло сформулировать общие положения теории.

Главное различие прокариот и эукариот связано с организацией наследственного материала. У прокариот нет оформленного ядра, поэтому наследственный материал расположен в цитоплазме; мембранных органоидов у них также нет. У эукариот наследственный материал заключён в ядре, а мембранные органоиды создают внутри клетки отдельные участки для разных процессов. Поэтому эукариотическая клетка обычно сложнее устроена.

У клеток разных организмов есть общие черты: клеточная оболочка, цитоплазма, наследственный материал и структуры, участвующие в синтезе белка. При этом клетки не полностью одинаковы: отличаются их форма, размеры, внутреннее устройство и набор функций. Сходство основных клеточных признаков у разных организмов указывает на общность происхождения живого. Различия же отражают приспособление клеток к разным условиям и задачам.

Строение клетки связано с тем, что ей нужно делать: особенности её частей помогают выполнять определённые процессы. В многоклеточном организме клетки со сходными задачами объединяются в ткани, ткани входят в состав органов, а органы взаимодействуют в системах органов. Такая организация позволяет распределить работу между разными частями тела. В результате целый организм действует как единое целое, хотя его клетки могут сильно различаться.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Сначала сравните наличие оформленного ядра: это основной признак, по которому различают два типа клеток. Затем проверьте расположение наследственного материала и наличие мембранных органоидов. Размер и перечень представителей дополняют сравнение, но сами по себе не заменяют главного признака.

Разбор задач

Задача 1. Установите, к прокариотам или эукариотам относятся бактерия и клетка растения. Для решения важно не опираться только на то, одноклеточный организм или многоклеточный. Нужно использовать устройство клетки и прежде всего проверить наличие оформленного ядра.

1. Вспоминаем критерий: у прокариот нет оформленного ядра, у эукариот оно есть.
2. Бактерия относится к прокариотам: её наследственный материал не заключён в ядро.
3. Растительная клетка имеет оформленное ядро и мембранные органоиды, поэтому относится к эукариотам.

Ответ: бактерия — прокариот, клетка растения — эукариот.

Задача 2. В клетке обнаружены ядро, митохондрии и рибосомы. Определите тип клетки и обоснуйте ответ. Наличие ядра уже служит главным указанием, а остальные названные структуры помогают уточнить характеристику. Не нужно принимать рибосомы за признак только одного типа клеток.

1. Сопоставляем ядро с основным различием: оформленное ядро характерно для эукариот.
2. Митохондрии — мембранные органоиды, которые также характерны для эукариотической клетки.
3. Рибосомы участвуют в синтезе белка и встречаются у клеток обоих типов, поэтому отдельно тип не определяют.

Ответ: это эукариотическая клетка, потому что в ней есть ядро и мембранные органоиды.

Задача 3. Одноклеточный организм выполняет все жизненные функции одной клеткой. Объясните, почему это не противоречит представлению о клетке как единице строения и жизнедеятельности. Здесь нужно различать понятия «клетка» и «организм»: они не всегда обозначают разные объекты. Важно проверить, может ли одна клетка самостоятельно поддерживать жизнь.

1. Клеточная теория описывает клетку как единицу строения и жизнедеятельности организмов.
2. У одноклеточного организма клетка одновременно составляет всё тело и выполняет необходимые жизненные функции.
3. Значит, одна клетка может быть частью многоклеточного организма или самостоятельным организмом.

Ответ: противоречия нет: одноклеточный организм состоит из одной клетки, которая выполняет все функции целого организма.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что ядро есть у всех клеток. Так думают, потому что многие знакомые клетки растений и животных действительно имеют ядро; проверить себя можно, вспомнив исключение: прокариоты, например бактерии, оформленного ядра не имеют.

Ошибка — путать клетку с организмом и утверждать, что клетка всегда является лишь частью тела. Это заблуждение возникает при изучении многоклеточных организмов; проверьте себя на примере бактерии: одна клетка может быть самостоятельным организмом.

Ошибка — считать клетки разных организмов полностью одинаковыми. Общие признаки клеток легко принять за полное совпадение, но их устройство зависит от группы организма и выполняемой функции; чтобы проверить ответ, отличайте общие черты от различий в форме, размере и специализации.

Ошибка — утверждать, что клетки возникают самопроизвольно. Такое представление может возникнуть, если не учитывать размножение клеток; клеточная теория указывает, что новая клетка образуется из предшествующей. Проверка проста: вспомните положение теории о происхождении клеток.

Связь с другими темами

Для изучения клетки нужно знать основные признаки живого и отличать живые организмы от неживых объектов. Эти знания помогут дальше разбирать обмен веществ, наследственность, размножение и индивидуальное развитие организмов: все эти процессы связаны с работой клеток. Клеточная теория соединяет цитологию — науку о клетке — с эволюционным учением, поскольку общность клеточного строения служит свидетельством родства организмов.

Что запомнить

• Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
• Новые клетки образуются из предшествующих клеток.
• Клетки организмов имеют общие черты строения и жизнедеятельности.
• У прокариот нет оформленного ядра.
• У эукариот есть ядро и мембранные органоиды.
• Строение клетки связано с выполняемыми ею функциями.