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.
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.
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.