§ 7. Возникновение представлений о клетке. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — основная структурная и функциональная единица живого организма. Она обменивается веществами с окружающей средой, растёт и может размножаться. Это определение помогает увидеть в клетке не просто часть тела, а наименьшую единицу, которая самостоятельно выполняет важные жизненные процессы.

Клеточное строение организмов — такая организация живых существ, при которой их тело состоит из одной или многих клеток. Одноклеточный организм выполняет все необходимые функции в одной клетке, а у многоклеточного клетки могут различаться и работать совместно. Это понятие позволяет сравнивать организмы, несмотря на различия в размерах и сложности их устройства.

Клеточная теория — обобщение, согласно которому клетка является общей единицей строения и жизнедеятельности организмов, а новые клетки возникают из уже существующих. Теория объединяет результаты наблюдений разных учёных в систему общих положений. Благодаря ей можно объяснять, как устроены живые существа и откуда берутся клетки, необходимые для роста и обновления организма.

Как это устроено

Невооружённым глазом нельзя рассмотреть большинство клеток и мелких деталей тканей. Поэтому учёные долго могли видеть только общий вид органов и организмов, но не понимали, из каких частей они состоят. Развитие микроскопии увеличило изображение и позволило изучать строение тканей; чем точнее становились приборы, тем больше деталей удавалось обнаружить.

Английский учёный Роберт Гук рассматривал под микроскопом тонкий срез пробки. В нём он увидел множество маленьких ячеек, напоминающих комнаты, и ввёл в научный обиход название «клетка». Пробка состоит из отмерших клеток, поэтому Гук наблюдал в основном их оболочки, а не живое содержимое; это различие важно, чтобы не приписывать ему наблюдение живых клеток.

Голландский исследователь Антони ван Левенгук совершенствовал микроскопы и получал более чёткие увеличенные изображения. Благодаря этому он наблюдал живые клетки и микроорганизмы, то есть существ, невидимых без прибора. Его исследования показали, что микроскопический мир разнообразнее, чем можно было заключить по одним только срезам растительных тканей.

Дальнейшие исследования растений и животных помогли перейти от описания отдельных клеток к сравнению целых организмов. Маттиас Шлейден изучал растения, а Теодор Шванн — животных; каждый находил клетки в исследуемых тканях. Сопоставив данные, учёные пришли к выводу об общем клеточном строении растений и животных, поэтому их работа стала основой клеточной теории.

Наблюдений Шлейдена и Шванна было недостаточно, чтобы объяснить, как появляются новые клетки. Рудольф Вирхов дополнил теорию положением о том, что каждая клетка возникает из ранее существовавшей клетки. Если бы клетки самопроизвольно появлялись из неживого вещества, для этого не требовалась бы материнская клетка; наблюдение деления показало последовательность происхождения клеток и исключило такое объяснение.

Как складывались представления о клетке

Таблица показывает, как отдельные наблюдения постепенно сложились в общую теорию. Чтобы разобраться в вопросе, сначала найдите учёного, затем сопоставьте его вклад с тем, какое знание он добавил. Особенно важно отличать наблюдение клеток от обобщения данных о строении организмов.

Разбор задач

Кто описал ячейки в пробке?

Условие. Ученик изучает изображение среза пробки, на котором видны мелкие ячейки. Нужно определить, кто впервые описал подобные структуры и что именно он наблюдал.

1. Срез пробки и ячеистый рисунок связывают с исследованием Роберта Гука.
2. Гук назвал увиденные полости клетками, потому что они напоминали маленькие комнаты.
3. Пробка образована отмершими клетками, поэтому на изображении видны главным образом их пустые оболочки, а не живое содержимое.

Ответ. Подобные структуры описал Роберт Гук. Он наблюдал преимущественно оболочки отмерших клеток и ввёл название «клетка».

Какой общий вывод сделали Шлейден и Шванн?

Условие. Сравните утверждения «растения состоят из клеток» и «животные состоят из клеток». Требуется сформулировать вывод, который сделали Шлейден и Шванн.

1. Первое утверждение относится к растениям, второе — к животным.
2. Оба наблюдения указывают на одну и ту же основу строения — клетку.
3. Сопоставив результаты, учёные обобщили их: растения и животные имеют клеточное строение.

Ответ. Шлейден и Шванн пришли к выводу, что клетка — общая единица строения растений и животных. Это обобщение стало основой клеточной теории.

Откуда возникают новые клетки?

Условие. В образце ткани обнаружили клетки, возникающие при делении уже существующих клеток. Нужно определить, какое положение теории подтверждает наблюдение и почему.

1. Наблюдение показывает, что перед появлением новой клетки уже была другая клетка.
2. Именно это описывает положение, сформулированное Рудольфом Вирховым.
3. Деление подтверждает непрерывность происхождения клеток и не оставляет оснований считать, что они возникают самопроизвольно.

Ответ. Наблюдение подтверждает положение Вирхова: каждая новая клетка происходит из ранее существовавшей. Оно объясняет образование клеток при росте и обновлении тканей.

Типичные ошибки

Считать, что Гук наблюдал живые клетки, — ошибка: пробка состоит из отмерших клеток, и учёный видел главным образом их оболочки. Так думают, потому что слово «клетка» часто связывают с живым содержимым. Проверьте себя вопросом: что именно рассматривал Гук? Если ответ — срез пробки и пустые ячейки, наблюдение описано верно.

Неверно приписывать открытие клеточного строения одному учёному. К такому выводу пришли постепенно, благодаря наблюдениям и обобщениям нескольких исследователей, но имя одного учёного легче запомнить. Чтобы проверить себя, разделите вклад: Гук и Левенгук наблюдали, Шлейден и Шванн обобщили данные о растениях и животных, Вирхов дополнил теорию.

Наблюдение отдельных клеток ещё не означает, что сформулирована клеточная теория. Это разные этапы работы: сначала учёный видит объект, затем сравнивает результаты и делает общий вывод о строении организмов. Проверьте себя: можете ли вы назвать не только того, кто увидел клетки, но и положение, которое удалось обосновать?

Представление о самопроизвольном возникновении клеток противоречит клеточной теории. Эту ошибку допускают, если забывают, что Вирхов добавил отдельное положение о происхождении новых клеток. Проверка проста: при делении новая клетка появляется из уже существующей, а не возникает сама по себе.

Связь с другими темами

Для понимания этой темы нужно знать, что живые организмы имеют общие признаки, и представлять, зачем нужен микроскоп: он позволяет изучать объекты, невидимые невооружённым глазом. Клеточная теория станет основой для дальнейшего изучения строения клетки и тканей. Она также помогает разбираться в размножении и наследственности, потому что эти темы связаны с клетками и их делением.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица живого.
• Роберт Гук ввёл термин «клетка», изучая срез пробки.
• Левенгук наблюдал живые клетки и микроорганизмы.
• Шлейден и Шванн обобщили данные о клеточном строении растений и животных.
• Вирхов сформулировал положение о возникновении новых клеток из ранее существовавших.
• Клеточная теория возникла благодаря развитию микроскопии и накоплению наблюдений.