Основы биологии

Цитология



Клетка — элементарная единица живого

Клетка считается элементарной структурной, функциональной и информационной (генетической) единицей живого на Земле. Это значит, что основные свойства живой материи (такие как обмен веществ и превращение энергии, размножение, раздражимость, гомеостаз и др.) могут проявляться только на клеточном и более высоких уровнях организации.

Клетки лука (на разных стадиях клеточного цикла, продольный срез)

Вирусы нередко называют неклеточной формой жизни. Да, это самостоятельный организм неклеточного строения. Однако размножение вирусов, синтез составляющих их белков и нуклеиновых кислот возможен лишь в клетке, которую они заражают. Вне клетки-хозяина вирусы не способны проявлять свойства живого. Вне клетки — вирус это стабильный молекулярный комплекс без обмена веществ.

Клетка представляет собой сложную систему взаимодействующих молекул, молекулярных комплексов, формируемых ими структур. Лишь будучи организованными в клетку, все вместе они дают такой "эффект" как жизнь, которая определяется наличием ряда свойств живого.

Конечно, в биологии выделяют молекулярный уровень живого. Однако им подчеркивают, что живые организмы состоят из иного типа молекул по-сравнению с неживой природой. Для живого характерно протекание особых химических реакций (редупликация ДНК, синтез АТФ, белка и др.). Но отдельно взятые органические молекулы и даже их комплексы не проявляют всех основных свойств живого, а значит не могут считаться структурной и функциональной единицей жизни. Они лишь ее составные части.

Первые клетки на Земле появились около 3,5 млрд лет назад в ходе химической, а затем предбиологической эволюции. Биогенез — не единственная гипотеза происхождения жизни, однако лишь она хотя бы частично подтверждена лабораторными опытами и имеет научное обоснование.

Первыми появились клетки прокариотического типа. На сегодняшний день они представлены бактериями и археями. Прокариоты устроены проще (у них нет клеточного ядра и других мембранных органелл, существенно меньше генетического материала), в процессе своей эволюции они так и не образовали многоклеточных форм жизни. Однако у прокариот наблюдается более разнообразные варианты обмена веществ.

От прокариотических клеток, предположительно путем симбиогенеза, произошли клетки эукариот. Они имеют более сложное строение и большой геном. Их расцвет начался только около 1 млрд лет назад, и за это время в процессе своей эволюции они образовали почти все разнообразие жизни на Земле.

К эукариотам относятся простейшие (одноклеточные эукариоты), растения, животные и грибы. Сохраняя общий план строения и функциональности, клетки разных групп имеют некоторые отличия между собой. Так у клеток животных отсутствует клеточная стенка и хлоропласты (последних нет и у грибов).

Изучением строения клеток занимается наука цитология. В современной биологии термин «цитология» часто заменяют на «клеточная биология».

Появившись на Земле, клетка стала основой строения, жизнедеятельности и развития всех живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных. Клетка является наименьшей по размерам обособленной живой структурой, при этом отличается сложным строением. В ней заложены механизмы обмена веществ, хранения и использования биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости.

Понимание наукой фундаментальной роли клетки в организации живой материи нашло свое отражение в клеточной теории, разработанной в 30-50-х годах XIX века. До этого на протяжении веков ученые постепенно осознавали, что в основу жизни на Земле положена такая структура как клетка, что все живые организмы, несмотря на их огромное разнообразие, имеют клеточное строение. В XVII веке клетки впервые увидел в микроскоп Р. Гук.

Клетки крови

В дальнейшем совершенствование техники позволило ученым изучить клеточные структуры и химические реакции, протекающие в клетках. Были открыты многие закономерности клеточной организации, характерные для клеток всех организмов. Ученые выяснили, как протекает клеточный обмен веществ, размножение клеток, передача наследственных признаков, как в генетическом материале появляются изменения (мутации) и другое.

Важное значение имеет клеточная мембрана. Она, огораживая внутреннее содержимое от внешней среды, обладая избирательной проницаемостью, дает возможность клеточному содержимому действовать как единое целое, организованное в систему, что и делает клетку структурной и функциональной единицей живого.

Первые клетки могли появиться в условиях древней Земли, когда условия на планете были совершенно другими, чем сейчас. В первичном бульоне (тогдашний мировой океан) белковые капли могли объединяться с нуклеиновыми кислотами, а когда их окружала липидная (жировая) оболочка, то возникло что-то наподобие клетки (но еще далеко не живой). Далее происходил отбор на наиболее устойчивые. В некоторых из таких протобионтов появились химические взаимодействия между нуклеиновыми кислотами и белками, что в последствии легло в основу жизни.

Первыми настоящими клетками были прокариоты (бактерии и археи). У них нет ядра и других мембранных органелл. Наследственный материал организован не в хромосомы, а в кольцевой нуклеоид, находящийся в цитоплазме.

Позже от прокариот произошли эукариоты. Это могло произойти в результате объединения в одну клетку нескольких клеток прокариот. Именно эволюция эукариот дала все разнообразие жизни на Земле. Эукариотические клетки смогли образовывать настоящую многоклеточность.

Итак, клетка, возникнув в определенных условиях как обособленная система взаимодействующих молекулярных комплексов, стала проявлять удивительные свойства, не характерные для отдельно взятых органических веществ. Эти свойства на сегодняшний день и составляют основу жизни, в процессе эволюции они стали проявляться на уровнях выше клеточного. Так обмен веществ, поток энергии, гомеостаз характерен и для организма и для биогеоценоза. Размножаются и обладают раздражимостью не только клетки, но и целые организмы. Но в любом случае, клетка остается элементарной структурной и функциональной единицей живого.

Разделы сайта