§ 1. Клетка: история изучения. Клеточная теория

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живых организмов. Она может существовать самостоятельно, как организм, или входить в состав многоклеточного тела. Это определение помогает рассматривать жизнь и на уровне отдельной клетки, и на уровне целого организма.

Клеточная теория — учение об общих принципах клеточного строения и развития организмов. Она утверждает, что клетка служит основной единицей строения и жизнедеятельности, клетки сходны по основным принципам организации, а новые возникают из уже существующих. Теория нужна, чтобы объяснять общие черты живых организмов.

Одноклеточный организм — организм, в котором одна клетка выполняет все жизненные функции. Она получает вещества, использует энергию, реагирует на изменения среды и размножается. Понятие показывает, что клетка может быть не только частью организма, но и целым организмом.

Многоклеточный организм состоит из множества клеток, обычно различающихся по строению и функциям. Одни клетки могут, например, проводить сигналы, другие — защищать тело. Это понятие помогает понять, как разделение работы между клетками обеспечивает жизнь сложного организма.

Как это устроено

Клетку открыли не сразу: её размеры слишком малы для наблюдения невооружённым глазом. Роберт Гук рассматривал под микроскопом тонкий срез пробки и увидел в нём множество ячеек. Он назвал их клетками, потому что они напоминали маленькие комнаты. Однако пробка состоит из отмерших клеток, поэтому учёный наблюдал в основном их стенки, а не живое содержимое.

Усовершенствование микроскопов позволило различать более мелкие объекты и рассматривать живой материал. Антони ван Левенгук наблюдал движущиеся одноклеточные организмы и живые клетки, поэтому стало понятно, что микроскопический мир не ограничен пустыми ячейками пробки. Позже исследователи обнаруживали отдельные клеточные структуры. Роберт Броун описал ядро в растительных клетках, расширив представление об их внутреннем устройстве.

Накопившиеся наблюдения требовали общего объяснения. Маттиас Шлейден пришёл к выводу, что растения имеют клеточное строение, а Теодор Шванн показал, что такой принцип относится и к животным. Их работы объединили сведения о разных группах организмов и стали основой клеточной теории. Так разрозненные наблюдения превратились в представление об общем плане строения живого.

Одного утверждения о клеточном строении было недостаточно: нужно было объяснить, откуда берутся клетки. Рудольф Вирхов сформулировал принцип, согласно которому каждая клетка возникает из другой клетки, а не появляется самопроизвольно. Современная клеточная теория также рассматривает клетку как основную единицу строения и жизнедеятельности и подчёркивает сходство клеток по основным принципам организации. Эти положения описывают и устройство организмов, и непрерывность клеточной жизни.

Клеточная теория стала основой биологии, потому что связывает общие свойства живого с процессами внутри клеток. Если клетки составляют организмы и выполняют жизненные функции, то изменения на клеточном уровне могут влиять на работу целого тела. Общие принципы клеточного устройства помогают объяснить единство разных организмов. При этом клеточная теория применима и к одноклеточным: их единственная клетка самостоятельно выполняет все необходимые функции.

История изучения клетки и вклад исследователей

Используйте таблицу, чтобы сопоставлять не только имена, но и последовательность развития идей. Сначала учёные научились видеть клетки, затем описали их живые формы и внутренние структуры. Позднее отдельные наблюдения объединили в теорию и объяснили происхождение новых клеток.

Разбор задач

Почему ячейки на срезе пробки не давали полного представления о живой клетке?

Условие. Роберт Гук увидел под микроскопом ячейки в тонком срезе пробки и описал их как клетки. Нужно объяснить, почему это наблюдение не раскрыло устройство живой клетки. Для решения важно различить оболочку клетки и её содержимое.

1. Определяем материал. Пробка образована отмершими клетками, а не живой тканью. Поэтому в наблюдаемых ячейках не сохранилось живое содержимое.
2. Сопоставляем наблюдение с выводом. Гук видел главным образом стенки, оставшиеся после гибели клеток. По ним нельзя было судить обо всех частях и процессах внутри живой клетки.
3. Формулируем ограничение. Наблюдение позволило описать ячеистую структуру пробки и ввести термин, но не показать клетку как живую систему. Для этого нужны были другие объекты и дальнейшие исследования.

Ответ. Ячейки пробки были полостями, образованными стенками отмерших клеток; их живого содержимого Гук не видел. Поэтому его открытие было важным шагом, но не полным описанием живой клетки.

Соотнесите исследователей с результатами открытий

Условие. Нужно распределить четыре результата: открытие клеток пробки, наблюдение живых одноклеточных организмов, обнаружение ядра и обоснование клеточного строения растений и животных. В задании проверяется, умеем ли мы отличать вклад каждого исследователя. Сначала удобно связать наиболее характерное наблюдение с именем, а затем проверить оставшиеся соответствия.

1. Клетки пробки описал Роберт Гук: именно он ввёл термин «клетка» после наблюдения среза.
2. Живые одноклеточные организмы наблюдал Антони ван Левенгук, использовавший микроскопы для изучения микроскопического мира.
3. Ядро в растительных клетках обнаружил Роберт Броун; это открытие касалось внутренней структуры клетки.
4. Клеточное строение растений и животных обосновали Маттиас Шлейден и Теодор Шванн, обобщившие результаты исследований.

Ответ. Гук — клетки пробки; Левенгук — живые одноклеточные организмы; Броун — ядро; Шлейден и Шванн — клеточное строение растений и животных. Разделение по конкретным результатам не позволяет приписать все открытия одному учёному.

Применима ли клеточная теория только к многоклеточным организмам?

Условие. Ученик утверждает, что клеточная теория относится только к многоклеточным организмам, потому что у одноклеточных нет тканей. Нужно проверить логику утверждения и установить, обязательны ли ткани для клеточной теории. Для этого обратимся к определению одноклеточного организма и основным положениям теории.

1. Вспоминаем, что клеточная теория говорит о клетке как основной единице строения и жизнедеятельности организмов. В этих положениях нет требования, чтобы организм обязательно состоял из множества клеток.
2. Проверяем пример одноклеточного организма. Его единственная клетка самостоятельно выполняет все жизненные функции, поэтому клеточное строение у него есть, хотя тканей нет.
3. Делаем вывод: отсутствие тканей не отменяет клеточной организации. Ткани характерны для многих многоклеточных организмов, но не являются условием применимости теории.

Ответ. Утверждение неверно: клеточная теория применима к одноклеточным организмам. Их одна клетка выполняет все жизненные функции и одновременно является целым организмом.

Типичные ошибки

Считать, что Роберт Гук открыл живую клетку. Так думают, потому что именно с его наблюдением связывают появление термина «клетка». Но на срезе пробки он видел преимущественно стенки отмерших клеток. Проверьте себя: можете ли вы объяснить, чем наблюдение пробки отличается от изучения живой клетки?

Приписывать открытие клетки одному учёному. Такое упрощение возникает, когда историю сводят к одному известному имени. На деле знания расширялись постепенно: исследователи наблюдали клетки, находили структуры и обобщали результаты. Проверка проста: назовите хотя бы несколько учёных и вклад каждого.

Считать клетку лишь частью многоклеточного организма. Обычно внимание уделяют тканям и органам, поэтому самостоятельность клетки может остаться незамеченной. Однако одноклеточный организм состоит из одной клетки, которая выполняет все жизненные функции. Проверьте себя вопросом: может ли клетка быть целым организмом?

Считать, что новые клетки возникают самопроизвольно. Эту ошибку допускают, если забывают положение теории о происхождении клеток. Согласно ему, каждая новая клетка появляется из уже существующей клетки. Проверяя ответ, ищите идею непрерывности клеток, а не самозарождения.

Связь с другими темами

Перед изучением клетки полезно знать общие признаки живых организмов и понимать, что микроскоп открывает доступ к объектам, невидимым невооружённым глазом. Клеточная теория станет основой для тем о строении клетки, обмене веществ, клеточном делении и размножении организмов. Сравнивая одноклеточных и многоклеточных, можно увидеть, как одна клетка выполняет все функции самостоятельно или специализируется в составе организма. Так клеточный уровень связывается с жизнью целого организма.

Что запомнить

• Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
• Клетку открыли благодаря развитию микроскопии.
• Гук описал ячейки пробки и ввёл термин «клетка».
• Представления о клетке формировались благодаря трудам многих исследователей.
• Клеточная теория распространяется и на одноклеточные, и на многоклеточные организмы.
• Новые клетки возникают из уже существующих клеток.