КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Развитие представлений о клеточном строении организмов свя­зано с достижениями физики и созданием оптических приборов. В 1665 г. английский физик Р. Гук использовал весьма несовершен­ный микроскоп для исследования тонких срезов пробки и обна­ружил мелкие, отделенные друг от друга стенками, ячейки, ко­торые он назвал клетками (cell — англ. «клетка», «келья»). Хотя Р.Гук исследовал мертвую ткань и на срезах видел не сами клет­ки, а только их мертвые стенки, его работа положила начало мик­роскопическому исследованию растений. Микроскопическое изу­чение животных клеток началось значительно позже, что опреде­лялось рядом технических трудностей, связанных с организацией животных тканей. Однако постепенно, на протяжении двух веков был собран большой описательный материал о клеточном строе­нии животных и растительных организмов.

В начале XIX в. в связи с усовершенствованием микроскопа и разработкой методов фиксации и окраски тканей были сделаны важнейшие цитологические открытия. Стало очевидным, что жи­вотные организмы, так же как и растительные, состоят из клеток. Главным в организации клетки стали считать ее содержимое: про­топлазму (Пуркинье, 1830) и ядро (Браун, 1831), а не клеточную стенку, как думали раньше. Но только в 1838 г. ботаник Шлейден и зоолог Шванн, обобщив морфологические наблюдения, накоп­ленные за два века, поняли универсальное значение клеток и сфор­мулировали "клеточную теорию". Фактически это была констата­ция общебиологических закономерностей, т.е. фундамент органи­зации всего живого.

Спустя 20 лет немецкий анатом Р. Вирхов сделал другое важ­ное обобщение: клетка может возникнуть только из предшеству­ющей клетки. Когда было выяснено, что сперматозоид и яйцо — тоже клетки, соединяющиеся друг с другом в процессе оплодот­ворения, стало понятно, что жизнь из поколения в поколение — это непрерывная последовательность клеток.

Важнейшие вехи цитологических открытий приведены в Табл.Х.1.

Основные положения клеточной теории, обобщившей важней­шие открытия XIX в., актуальны и в наше время, когда современная цитология, вобрав в себя достижения генетики, молекуляр­ной и физико-химической биологии, превратилась в бурно раз­вивающуюся клеточную биологию.

Основные положения клеточной теории следующие.

1. Клетка — элементарная единица живого. Современная экспе­риментальная цитология полностью доказала этот постулат. Толь­ко клетка является наименьшей единицей живого и представляет собой открытую (обменивающуюся с внешней средой), саморе­гулирующуюся, самовоспроизводящуюся систему, важнейшим функционирующим звеном которой являются белки и нуклеино­вые кислоты.

Современная биология располагает возможностью выделения любых компонентов клетки (вплоть до конкретных молекул). Мно­гие из них при создании соответствующих условий могут самосто­ятельно функционировать. Так, в пробирке можно вызвать сокра­щение актино-миозинового комплекса, добавив АТФ. Можно ис­кусственно синтезировать белки и нуклеиновые кислоты, но это всего лишь часть живого. Для работы комплексов, выделенных из клетки, нужны дополнительные субстраты, ферменты, энергия и т.д. Только клетки как саморегулирующиеся системы наделены всем необходимым для поддержания полноценной жизнедеятельнос­ти.

2. Все клетки имеют общий план строения. Это правило распро­страняется на прокариотические и эукариотические (одноклеточ­ные и многоклеточные) организмы. Общий принцип организации клеток определяется необходимостью осуществлять ряд обя­зательных функций, направленных на поддержание жизнедеятель­ности самих клеток. Так, у всех клеток есть оболочка, отграничи­вающая клетку от окружающей среды, изолирующая ее содержи­мое и одновременно контролирующая поток веществ в клетку и из нее.

Каждая клетка осуществляет энергетический обмен, способна к воспроизводству, биосинтезу белка и т. д.Эти функции выпол­няют внутриклеточные структуры — органоиды, имеющие общий план строения и работающие по единым механизмам.

Вместе с тем клетки характеризуются значительным разнооб­разием, связанным с функциональной специализацией. Это от­четливо прослеживается у многоклеточных организмов. Так, нер­вные, мышечные, эпителиальные клетки резко отличаются друг от друга преимущественным развитием разных органоидов. При­обретение клетками черт функциональной специализации, необ­ходимой для выполнения конкретных функций (генерация и про­ведение электрических импульсов в нейронах, сокращение мы­шечных клеток, секреция железистых клеток), — результат кле­точной дифференцировки в процессе онтогенеза.

3. Клетка только от клетки. Размножение (увеличение числа) клеток про- и эукариот происходит только путем деления пред­шествующих клеток. Обязательным условием деления является процесс предварительного удвоения генетического материала (реп­ликация ДНК). Все клетки организма родственны, так как разви­ваются одинаковым образом и из одного источника (в этом смыс­ле все клетки гомологичны). Миллиарды разнообразных клеток живого организма произошли в результате бесчисленного числа делений одной клетки — оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), служащей началом жизни всякого организма.

4. Клетки и организм. Многоклеточные организмы представля­ют собой ассоциации специализированных клеток, объединенных в целостные системы, которые регулируются межклеточными, гу­моральными и нервными механизмами. Кроме клеток в состав многоклеточных организмов входят неклеточные компоненты: меж­клеточное вещество соединительной ткани, плазма крови, твер­дый матрикс кости. К клеточным структурам относятся также ги­гантские многоядерные образования, например поперечнополо­сатые мышечные волокна. Однако современные исследования по­казали, что такие структуры являются результатом слияния от­дельных клеток.

Таким образом, рост, развитие, обмен веществ, наследствен­ность, эволюция, болезни, старение и смерть отражают многооб­разные аспекты деятельности различных клеток организма.