Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы.

Клеточная теория

Поверхностный аппарат клетки. Плазматическая мембрана.

Строение эукариотической клетки (общий обзор) Морфо-функциональные компартменты клетки.

Основы цитологии. Клеточная теория. 2.Происхождение эукариотической клетки.

Клеточная теория - это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Появлению и формулированию отдельных положений клеточной теории предшествовал довольно длительный (более трехсот лет) период накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Этот период был связан с развитием применения и усовершенствования различных оптических методов исследований.

Роберт Гук (1665) первым наблюдал с помощью увеличительных линз подразделение тканей пробки на «ячейки», или «клетки». Его описания послужили толчком для появления систематических исследований анатомии растений (Мальпиги, 1671; Грю, 1671), которые подтвердили наблюдения Роберта Гука и показали, что разнообразные части растений состоят из тесно расположенных «пузырьков», или «мешочков». Позднее А. Левенгук (1680) открыл мир одноклеточных организмов и впервые увидел клетки животных (эритроциты). Позднее клетки животных были описаны Ф. Фонтана (1781); но эти и другие многочисленные исследования не привели в то время к пониманию универсальности клеточного строения, к четким представлениям о том, что же являет собой клетка. Прогресс в изучении микроанатомии и клетки связан с развитие микроскопирования в XIX в. К этому времени изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма (Пуркиня, 1830). В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки - ядро (Браун, 1833).

Все эти многочисленные наблюдения позволили Т. Шванну в 1838 г. сделать ряд обобщений. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой (гомологичны). «Заслуга Т. Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он научил исследователей понимать их значение» (Вальдейер, 1909).

Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила главным фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, для объяснения родственной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и на сегодняшний день, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.

В настоящее время клеточная теория постулирует:

  • 1) Клетка - элементарная единица живого: - вне клетки нет жизни.
  • 2) Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц - органелл или органоидов.
  • 3) Клетки сходны - гомологичны - по строению и по основным свойствам.
  • 4) Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки.
  • 5) Клетки могут существовать как в форме одноклеточных организмов (протистов и бактерий), так и в составе многоклеточного организма. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью разнообразных сигналов (гуморальных, электрических и др).
  • 6) Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.

 

Клетка - элементарная единица живого: - вне клетки нет жизни.

Представление о клетке как о самостоятельной жизнедеятельной единице было дано еще в работах Т. Шванна. Р. Вирхов также считал, что каждая клетка несет в себе полную характеристику жизни: «Клетка есть последний морфологический элемент всех живых тел, и мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне ее» (1858)..

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения можно отнести клетки бактерий и синезеленых водорослей, к более высокоорганизованному - клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком.

Принято называть клетки бактерий и синезеленых водорослей прокариотическими (доядерными клетками), а клетки всех остальных представителей живого - эукариотическими (собственно ядерными), потому что у последних обязательной структурой служит клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.Содержимое прокариотической клетки одето плазматической мембраной, играющей роль активного барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Обычно снаружи от плазматической мембраны расположена клеточная стенка или оболочка - продукт клеточной активности. У прокариотических клеток нет морфологически выраженного ядра, но присутствует в виде так называемого нуклеоида зона, заполненная ДНК.

Но не только присутствие морфологически - выраженного ядра является отличительным признаком эукариотических клеток. У клеток высшего типа (эукариотических) кроме ядра в цитоплазме существует целый набор специальных обязательных структур,органелл, выполняющих отдельные специфические функции - например: (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии и др.).

Несмотря на четкие морфологические отличия, и прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего, что и позволяет отнести их к одной, клеточной, системе организации живого. И те и другие одеты плазматической мембраной, обладающей сходной функцией активного переноса веществ из клетки и внутрь ее; синтез белка у них происходит на рибосомах; сходны и другие процессы, такие, как синтез РНК и репликация ДНК, похожи и биоэнергетические процессы.

Возражения против этого тезиса клеточной теории касались того, что часто у животных и грибов кроме отдельных клеток встречаются так называемые симпласты и синцитии, а у растений - плазмодии. По морфологическому описанию - это крупные цитоплазматические образования со множеством ядер, не разделенные на отдельные клеточные территории или, как в случае с растениями – непрерывная цитоплазматическая связь (в виде цитоплазматических мостиков – плазмодесм) клеток друг с другом. Примерами симпластов могут быть мышечные волокна позвоночных или эпидермис у ленточных червей, а также плазмодии в гифах грибов. Однако если проследить за развитием таких «неклеточных» форм, то легко убедиться в том, что они возникают вторично за счет слияния отдельных клеток или же в результате деления одних ядер без разделения цитоплазмы, т.е. без цитотомии.

Клетка от клетки Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки

«Omnis cellula ex cellula».
Всякая клетка — из другой клетки. (Р. Вирхов)

Размножение прокариотических и эукариотических клеток происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала (редупликация ДНК).

У эукариотических клеток единственно полноценным способом деления является митоз (или мейоз при образовании половых клеток). При этом образуется специальный аппарат клеточного деления - клеточное веретено, с помощью которого равномерно и точно по двум дочерним клеткам распределяются хромосомы, до этого удвоившиеся в числе. Этот тип деления наблюдается у всех эукариотических, как растительных, так и клеток животных и грибов. Прокариотические клетки, делящиеся так называемым бинарным образом, также используют специальный аппарат разделения клеток, значительно напоминающий митотический способ деления эукариот..

В настоящее время данное утверждение полностью доказано и не вызывает сомнений, но именно оно связано с драматическими и порой трагическими событиями в истории биологии в нашей стране.

Российские биологи с самого начала появления клеточной теории были ее приверженцами и проводниками. В 20 – 30 е годы отечественная цитология, генетика и другие биологические науки были на самых передовых позициях в мире. Достаточно назвать такие всемирно известные фамилии как: Н.И. Вавилов, Н.К.Кольцов, Ю.А.Филипченко, А.А.Заварзин, А.С. Догель, В.А.Догель, Ю. И. Полянский, Г.Д.Карпеченко, Н. В. Тимофеев-Ресовский, и многие другие. Они всячески поддерживали современные по тому времени идеи по теории наследственности, основ организации клеток и тканей, генетики и селекции

Но в 30-ые годы в нашей стране начало набирать силу антинаучное учение Т.Д.Лысенко о наследовании приобретенных признаков (неоламаркизм), началась необоснованная критика основ генетики и селекции, цитологии и зарождающейся молекулярной биологии и биохимии. Используя политическую обстановку в стране в конце 30-х годов, «лысенковцы» развернули кампанию травли ученых, которые не поддерживали их «биологии». Многие десятки ученых были репрессированы, уволены с работы, отстранены от науки. Многие погибли в ссылках и лагерях. «Лысенковщина» затронула все области биологии: от генетики до физиологии, от академической науки до средней школы. В 1948 году на сессии ВАСХНИЛ и позже на сессии АН СССР были разгромлены, в буквальном смысле слова, ведущие биологические школы страны: физиолога Л.А.Орбели, зоолога И.И.Шмальгаузена, цитологов Д.Н.Насонова и В.Я Александрова и многие другие. Особенно пострадала наука о клетке – цитология. Здесь особо необходимо отметить лжеучение О.Б.Лепешинской, которое утверждало возможность зарождения клеток из «живого бесструктурного вещества», например, из протухшего яичного желтка. Отрицалось существование и роль хромосом в наследственности. Использованное Т.Д.Лысенко в своих целях (далеко не научных!), оно нанесло большой вред нашей биологии, привело к задержке многих перспективных исследований.

Одно время считали, что клетки могут размножаться прямым делением, путем так называемого амитоз