§19. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живых организмов. Это значит, что клетка служит и частью строения организма, и местом, где происходят процессы жизни: обмен веществ, рост и размножение. Такое определение помогает увидеть в клетке не просто мельчайшую деталь тела, а работающую систему.

Клеточная теория — совокупность положений о клеточном строении организмов, общности клеток и их происхождении. Она объединяет результаты исследований разных учёных и позволяет объяснять, что общего у клеток растений, животных и других организмов. Теория нужна, чтобы рассматривать клеточное строение не как отдельное наблюдение, а как закономерность живой природы.

Клеточный уровень организации — уровень организации живого, на котором основные процессы жизнедеятельности протекают в клетке. Клетки могут объединяться в ткани, органы и системы органов, но именно на клеточном уровне осуществляются многие процессы, необходимые для их работы. Это понятие помогает связать устройство организма с работой его мельчайших структурных единиц.

Как это устроено

Клеточная теория возникла не сразу: для её появления нужно было научиться видеть клетки и сравнивать их. Роберт Гук, рассматривая пробку в микроскоп, заметил ячейки и ввёл название «клетка», но видел преимущественно их оболочки. Позднее Антони ван Левенгук наблюдал живые клетки и микроорганизмы, поэтому стало ясно, что микроскопические структуры могут быть живыми. Развитие наблюдений дало материал, который учёные смогли сопоставить.

Маттиас Шлейден изучал растения, а Теодор Шванн — животных, то есть исследовал разные группы организмов. Сравнение их данных показало, что и растительные, и животные организмы состоят из клеток. Именно обобщение наблюдений, а не один опыт, позволило сформулировать общий вывод о клеточном строении организмов. Так теория связала отдельные факты в единое объяснение.

Поначалу оставался вопрос, откуда берутся новые клетки. Рудольф Вирхов сформулировал положение «всякая клетка — от клетки»: клетка возникает путём деления другой клетки. Это дополнило теорию объяснением происхождения клеток и отвергло представление, будто они самопроизвольно появляются из неживого вещества. Наблюдение деления позволило объяснить и увеличение числа клеток при росте организма.

Современная клеточная теория подчёркивает не только наличие клеток, но и их общие свойства. Клетки разных организмов имеют сходный химический состав и используют общие принципы обмена веществ. В них хранится наследственная информация, которая при делении передаётся дочерним клеткам. Эти сходства указывают на единство живой природы и помогают исследовать наследственность и работу клеток.

Клеточная теория применима как к одноклеточным, так и к многоклеточным организмам, потому что те и другие имеют клеточное строение. У одноклеточного организма одна клетка выполняет все необходимые функции, поэтому она фактически является целым организмом. У многоклеточного организма клеток много, и большинство из них выполняет специализированные задачи, например участвует в сокращении, защите или передаче сигналов. Разделение функций позволяет организму работать согласованно.

Основные положения клеточной теории

Используйте таблицу, чтобы отделять само положение теории от его биологического значения. Например, происхождение клеток объясняет, откуда появляются новые клетки, а передача информации — почему они сохраняют наследственные свойства. Вместе строки показывают связь строения, размножения и согласованной работы клеток.

Разбор задач

Задача 1

Ученик утверждает, что клетка — структурная единица только растений и животных. Нужно исправить утверждение и назвать другие группы организмов, строение которых подтверждает клеточную теорию. При ответе важно не спутать клеточные организмы с неклеточными формами жизни.

1. Вспоминаем общее положение: клеточное строение характерно для живых организмов, а не только для растений и животных.
2. Дополняем примеры: клетками обладают бактерии и грибы; одноклеточные организмы также состоят из одной клетки.
3. Уточняем границу применения положения: вирусы не состоят из клеток и относятся к неклеточным формам жизни.

Ответ: клетка — структурная единица не только растений и животных, но также бактерий, грибов и одноклеточных организмов. Вирусы не подтверждают клеточное строение, поскольку у них нет клеток. Поэтому исходное утверждение слишком узкое.

Задача 2

В препарате обнаружены одноклеточные организмы. Нужно объяснить, как одна клетка обеспечивает их существование, и сравнить её роль с ролью клетки в организме человека. Сравнение следует строить не по размеру клетки, а по выполняемым ею функциям. Так станет ясно, почему клетка может быть и целым организмом, и частью организма.

1. Определяем, что организм состоит из одной клетки, поэтому все необходимые функции сосредоточены в ней.
2. Указываем, что эта клетка осуществляет обмен веществ, растёт, реагирует на условия среды и может размножаться.
3. Сравниваем с человеком: его клетки входят в состав многоклеточного организма и обычно выполняют отдельные специализированные задачи.

Ответ: у одноклеточного организма одна клетка обеспечивает его жизнедеятельность как целого. В организме человека клетка обычно не выполняет все функции самостоятельно, а специализируется и взаимодействует с другими клетками. Следовательно, роль клетки зависит от уровня организации организма.

Задача 3

Клетки ткани делились, и в дочерних клетках обнаружили наследственную информацию, сходную с информацией материнской клетки. Нужно определить, какие положения клеточной теории объясняют наблюдение. Важно связать не только появление новых клеток, но и сохранение информации при делении.

1. Фиксируем факт деления: дочерние клетки образовались из материнской, а не возникли самостоятельно.
2. Соотносим его с положением «всякая клетка — от клетки», которое объясняет происхождение новых клеток.
3. Учитываем сходство наследственной информации: оно соответствует положению о передаче наследственной информации при делении.

Ответ: наблюдение объясняют два положения: новые клетки происходят от предшествующих клеток, а при делении передаётся наследственная информация. Первое описывает происхождение дочерних клеток, второе — преемственность их наследственных свойств. Вместе эти положения объясняют оба факта задачи.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что клеточную теорию сформулировал один учёный. Так думают, потому что удобно связывать научную идею с одним известным именем, но теория складывалась из наблюдений и выводов многих исследователей. Проверьте себя: различайте вклад Гука и Левенгука, обобщение Шлейдена и Шванна и дополнение Вирхова.

Ошибка — приписывать Вирхову открытие клеток. Его вклад состоял не в обнаружении клетки, а в положении о происхождении каждой клетки от другой клетки; путаница возникает из-за того, что его имя часто упоминают рядом с историей теории. Чтобы проверить ответ, спросите себя, относится ли учёный к первоначальным наблюдениям или к объяснению клеточного деления.

Ошибка — считать клетку отдельным организмом в любом случае. У одноклеточного она действительно выполняет функции целого организма, но у многоклеточного обычно отвечает только за часть общей работы. Проверка простая: выясните, может ли клетка самостоятельно обеспечивать все функции организма или она зависит от взаимодействия с другими клетками.

Ошибка — относить вирусы к клеточным организмам. Их рассматривают вместе с живыми формами, поскольку они содержат наследственный материал и размножаются в клетках хозяина, однако собственного клеточного строения у них нет. Проверьте себя вопросом: состоит ли объект из клетки и способен ли самостоятельно выполнять полный набор жизненных процессов?

Связь с другими темами

Для понимания клеточной теории нужны знания о признаках живого, основных частях клетки и различиях между одноклеточными и многоклеточными организмами. Сама теория служит основой для изучения строения и деления клеток, тканей и развития организмов. Она также помогает разбираться в наследственности и специализации клеток, а понимание работы клеток позволяет объяснять причины нарушений в организме.

Что запомнить

• Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
• Организмы имеют клеточное строение, кроме неклеточных форм жизни.
• Клетки разных организмов имеют общие черты химического состава и жизненных процессов.
• Новые клетки возникают при делении предшествующих клеток.
• При делении клеток передаётся наследственная информация.
• У многоклеточных организмов клетки специализируются и взаимодействуют.