§ 4. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого. Это значит, что из клеток построены организмы и именно в них происходят процессы жизнедеятельности, например обмен веществ. Понятие помогает увидеть, как строение связано с работой живого организма.

Клеточная теория — учение о клетке как общей основе строения и жизнедеятельности организмов. Она обобщает знания, полученные при наблюдении и сравнении клеток. Благодаря ей отдельные факты о клетках складываются в объяснение общих свойств живого.

Клеточное строение организмов — устройство, при котором организм состоит из одной или множества клеток. Организм из одной клетки называют одноклеточным, а состоящий из многих клеток — многоклеточным. Это различие показывает, что клетка может быть как целым организмом, так и его частью.

Клеточное происхождение — принцип, согласно которому новые клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. Он объясняет, откуда берутся клетки при росте и обновлении организма. Этот принцип также отвергает представление о самопроизвольном появлении клеток.

Как это устроено

Изучение клеток стало возможным благодаря появлению и совершенствованию микроскопа: многие клеточные структуры слишком малы, чтобы увидеть их невооружённым глазом. Сначала исследователи описывали отдельные наблюдения, а затем сравнивали клетки растений и животных. Накопление таких наблюдений позволило перейти от описания отдельных образцов к поиску общих закономерностей. Поэтому развитие приборов и биологических знаний стало основой для появления клеточной теории.

М. Шлейден изучал растения, а Т. Шванн — животных, и учёные сопоставили сведения о клетках разных организмов. Сходство наблюдений подсказало им, что клетка — не особенность только растений или только животных, а общая основа живых организмов. Так были сформулированы основные положения клеточной теории. Значение сравнения состояло в том, что оно помогло обнаружить закономерность, которую нельзя было установить, изучая лишь один вид организмов.

Р. Вирхов дополнил теорию положением о том, что каждая клетка возникает из другой клетки. Это уточнение было необходимо, чтобы объяснить не только устройство организмов, но и появление новых клеток. При делении одной клетки образуются дочерние клетки, поэтому увеличение их числа связано с уже существующими клетками. Так принцип клеточного происхождения объясняет рост организма и размножение клеток.

Общие черты клеток растений, животных и других организмов говорят о единстве живой природы. Клетки различаются по форме и выполняемым задачам, но имеют сходные основные компоненты и в них идут процессы обмена веществ. Обмен веществ — это поступление, преобразование и использование веществ организмом. Благодаря ему клетки получают необходимые материалы и энергию, поэтому сходство клеточных процессов указывает на общность организации живого.

У одноклеточного организма единственная клетка одновременно является и клеткой, и целым организмом: она выполняет все необходимые жизненные функции. В многоклеточном организме клетки многочисленны, а их работа согласована; разные клетки могут выполнять разные задачи. Положения теории применимы к обоим типам организмов, поскольку в обоих случаях основой жизни служат клетки. Вирусы не имеют клеточного строения, поэтому их не относят к клеточным организмам; для размножения им необходима клетка хозяина.

Основные положения клеточной теории и их значение

Используйте таблицу, чтобы связать каждое положение с тем, что оно помогает объяснить. Если нужно разобрать пример, сначала определите, о строении, работе клеток или их происхождении идёт речь. Затем найдите соответствующую строку и примените её содержание к ситуации.

Разбор задач

1. Ученик рассматривает под микроскопом одноклеточную амёбу. Объясните, почему один организм может состоять всего из одной клетки.

1. Определим, о каком организме говорится: амёба одноклеточная, значит, её тело состоит из одной клетки.
2. Вспомним, что клетка — функциональная единица живого, то есть в ней могут протекать жизненные процессы.
3. У одноклеточного организма отдельные клетки не распределяют работу между собой: единственная клетка самостоятельно выполняет необходимые функции.

Ответ: амёба может состоять из одной клетки, потому что эта клетка одновременно является всем организмом и самостоятельно обеспечивает его жизнедеятельность.

2. При сравнении клеток растения и животного обнаружены общие черты строения. Какое положение клеточной теории подтверждает наблюдение?

1. Выделим главное наблюдение: клетки двух разных организмов имеют сходные черты.
2. Сопоставим его с положениями теории: сходство подтверждает, что клетки разных организмов обладают общими особенностями строения и жизнедеятельности.
3. Сделаем вывод о значении наблюдения: оно показывает общность клеточной организации живой природы, хотя конкретные клетки могут различаться.

Ответ: наблюдение подтверждает положение о том, что клетки разных организмов имеют общие черты строения и жизнедеятельности.

3. В ткани многоклеточного организма обнаружено увеличение числа клеток. Объясните этот процесс с точки зрения клеточной теории и укажите, какое её положение лежит в его основе.

1. Установим, что изменилось: в ткани стало больше клеток, то есть увеличилось их число.
2. Свяжем это с клеточным происхождением: новые клетки образуются при делении уже существующих, а не возникают самостоятельно.
3. Применим принцип к ткани: её клетки делятся, и число клеток возрастает. Увеличение числа клеток может обеспечивать рост организма или ткани.

Ответ: число клеток увеличилось в результате деления существующих клеток. В основе объяснения лежит положение клеточной теории о том, что новые клетки возникают только из других клеток.

Типичные ошибки

Ошибка: считать клетку только частью многоклеточного организма. Так думают, потому что многие знакомые ткани состоят из множества клеток. Но клетка может быть самостоятельным организмом: у одноклеточного существа она выполняет все необходимые жизненные функции. Проверьте себя вопросом: может ли одна клетка быть целым организмом? Для амёбы ответ — да.

Ошибка: утверждать, что клетки самопроизвольно возникают из неживого вещества. Это представление не учитывает принцип клеточного происхождения: новая клетка образуется при делении существующей. Ошибку можно проверить, спросив, какое положение теории объясняет появление клеток. Если ответ не связан с делением, рассуждение противоречит клеточной теории.

Ошибка: приписывать формулировку всех положений одному учёному. Теория развивалась благодаря наблюдениям разных исследователей: основные положения сформулировали Шлейден и Шванн, а Вирхов внёс важное дополнение. Чтобы проверить себя, соотнесите вклад каждого с этапом развития теории, а не называйте одного автора для всех положений.

Ошибка: считать вирусы клетками. Их можно принять за клеточные организмы, поскольку они связаны с живыми клетками и способны размножаться. Однако у вирусов нет клеточного строения, а для размножения им нужна клетка хозяина. Проверка простая: если организм сам не имеет клетки, его нельзя назвать клеточным.

Связь с другими темами

Для изучения клеточной теории пригодятся знания о тканях и органах: они помогают представить, как клетки объединяются в части многоклеточного организма. Микроскоп позволяет рассматривать клеточное строение, недоступное обычному зрению. Далее эти положения понадобятся при изучении строения клетки, её деления, размножения и развития организмов. Сравнение клеток растений, животных и других организмов связано с темой единства живой природы.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица живого.
• Организмы имеют клеточное строение.
• Одноклеточный организм состоит из одной клетки.
• Клетки разных организмов имеют общие черты строения и жизнедеятельности.
• Новые клетки возникают при делении существующих клеток.
• Клеточная теория обобщает знания о клетках и единстве живой природы.