Клеточная теория Т. Шванна. Клеточная теория. Основные положения современной клеточной теории

Появление в научной среде в середине XIX века клеточной теории, авторами которой являлись Шлейден и Шванн, стало настоящей революцией в развитии всех без исключения направлений биологии.

Еще один творец клеточной теории, Р. Вирхов, известен таким афоризмом: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Великий русский физиолог Иван Павлов, имя которого известно всем, сравнивал науку со стройкой, где все взаимосвязано и для всего имеются свои предшествующие события. «Постройку» клеточной теории разделяют с официальными авторами все ученые-предшественники. На чьих же плечах стояли они?

Начало

Создание теории о клетке началось около 350 лет назад. Известный английский ученый Роберт Гук в 1665 году изобрел прибор, который назвал микроскопом. Игрушка так его занимала, что он рассматривал все, что попадалось под руку. Результатом его увлечения стала книга «Микрография». Гук написал ее, после чего увлеченно начал заниматься совсем другими исследованиями, а про свой микроскоп совсем забыл.

Но именно запись в его книге под №18 (он описал ячейки обычной пробки и назвал их клетками - англ. cells) прославила его как первооткрывателя клеточного строения всего живого.

Роберт Гук забросил увлечение микроскопом, но его подхватили ученые с мировыми именами - Марчелло Мальпиги, Антони ван Левенгук, Каспар Фридрих Вольф, Ян Эвангелиста Пуркинье, Роберт Броун и другие.

Усовершенствованная модель микроскопа дает возможность французу Шарлю-Франсуа Бриссо де Мирбелю сделать вывод, что все растения образованы из специализированных клеток, объединенных в ткани. А Жан Батист Ламарк переносит идею о тканном строении и на организмы животного происхождения.

Маттиас Шлейден

Маттиас Якоб Шлейден (1804-1881) в двадцать шесть лет обрадовал семью тем, что бросил перспективную адвокатскую практику и пошел учиться на медицинский факультет того же Геттинского университета, в котором получил образование юриста.

Сделал он это не зря - в 35 лет Маттиас Шлейден становится профессором Йенского университета, изучает ботанику и физиологию растений. Его цель - узнать, как образуются новые клетки. В своих работах он правильно определил главенство ядра в образовании новых клеток, но заблуждался на счет механизмах процесса и отсутствия сходства клеток растений и животных.

После пяти лет трудов он пишет статью под названием «К вопросу о растениях», доказывая клеточное строение всех частей растений. Рецензентом статьи, кстати, был физиолог Иоганн Мюллер, ассистентом которого в то время трудится будущий автор клеточной теории Т. Шванн.

Теодор Шванн

Шванн (1810-1882) с детства мечтал стать священником. В Боннский университет он пошел учиться на философа, выбрав эту специализацию как более близкую к будущей карьере священнослужителя.

Но юношеский интерес к наукам естественным победил. Теодор Шванн окончил университет на медицинском факультете. Всего пять лет он проработал ассистентом физиолога И. Мюллера, но за эти годы он сделал такое количество открытий, что хватило бы нескольким ученым. Достаточно сказать, что в желудочном соке он обнаружил пепсин, в нервных окончаниях - специфическую оболочку волокна. Начинающий исследователь заново открыл дрожжевые грибы и доказал их причастность к процессам брожения.

Друзья и соратники

Научный мир Германии того времени не мог не познакомить будущих соратников. Оба вспоминали встречу за ланчем в маленьком ресторанчике в 1838 году. Шлейден и Шванн непринужденно обсуждали текущие дела. Шлейден рассказал о наличии ядер в клетках растений и его способе рассмотреть клетки с помощью микроскопического оборудования.

Это сообщение перевернуло жизнь обоих - Шлейден и Шванн становятся друзьями и много общаются. Уже через год упорного изучения животных клеток появляется труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений»(1839). Теодор Шванн сумел увидеть сходство в строении и развитии элементарных единиц животного и растительного происхождения. А главный вывод - жизнь находится в клетке!

Именно этот постулат вошел в биологию как клеточная теория Шлейдена и Шванна.

Революция в биологии

Как и фундамент постройки, открытие клеточной теории Шлейдена и Шванна запустило цепную реакцию открытий. Гистология, цитология, патологическая анатомия, физиология, биохимия, эмбриология, эволюционные учения - все науки начали активно развиваться, обнаруживая новые механизмы взаимодействия в живой системе. Немец, как Шлейден и Шванн, основатель патанатомии Рудольф Вирхов в 1858 году дополняет теорию положением «Всякая клетка от клетки» (на латинском - Omnis cellula е cellula).

А россиянин И. Чистяков (1874) и поляк Э. Стразбургер (1875) открывают митотическое (вегетативное, не половое) деление клеток.

Из всех этих открытий, как из кирпичиков, строится клеточная теория Шванна и Шлейдена, основные постулаты которой неизменны и сегодня.

Современная клеточная теория

Хотя за сто восемьдесят лет с того времени, когда Шлейден и Шванн формулировали свои постулаты, получены экспериментальные и теоретические знания, заметно расширившие границы познаний о клетке, основные положения теории почти такие же и выглядят вкратце следующим образом:

Единицей всего живого является клетка - самообновляющаяся, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся (тезис единства происхождения всех живых организмов).
Все организмы на планете имеют схожее строение клеток, химический состав и процессы жизнедеятельности (тезис гомологичности, единства происхождения всего живого на планете).
Клетка - это система биополимеров, способная воспроизводить себе подобное из не подобного себе (тезис основного свойства жизни как определяющего фактора).
Самовоспроизведение клеток осуществляется путем деления материнской (тезис наследственности и преемственности).
Многоклеточные организмы формируются из специализированных клеток, образующих ткани, органы, системы, которые находятся в тесной взаимосвязи и взаимной регуляции (тезис организма как системы с тесными межклеточными, гуморальными, нервными взаимосвязями).
Клетки морфологически и функционально разнообразны и приобретают специализацию в многоклеточных организмах в результате дифференциации (тезис о тотипотентности, о генетической равнозначности клеток многоклеточной системы).

Окончание "строительства"

Прошли годы, в арсенале биологов появился электронный микроскоп, исследователи подробно изучили митоз и мейоз клеток, строение и роль органелл, биохимию клетки и даже расшифровали ДНК-молекулу. Немецкие ученые Шлейден и Шванн вместе со своей теорией стали опорой и фундаментом для последующих открытий. Но совершенно точно можно сказать, что система знаний о клетке еще не окончена. И каждое новое открытие, кирпичик к кирпичику, продвигает человечество к познанию организации всего живого на нашей планете.

Клеточная теория была сформулирована после более трехсотлетнего периода накопления знаний о строении различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Накопление знаний зависело от развития оптических методов исследований.

Известно, что Роберт Гук (1665) первым наблюдал с помощью увеличительных линз ткани пробки, и которые он подразделил на «ячейки», или «клетки». После его наблюдений появились систематические исследования анатомии растений (Мальпиги, 1671; Грю, 1671), которые показали, что разнообразные части растений состоят из тесно расположенных «пузырьков», или «мешочков». В 1680 году А. Левенгук впервые увидел одноклеточные организмы и клетки животных (эритроциты). Позднее клетки животных были описаны Ф. Фонтана (1781).

С развитием микроскопирования в 19 в. 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). Эти и многочисленные другие наблюдения позволили в 1838 г. немецкому ученому Т. Шванну сделать ряд обобщений, в которых он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой (гомологичны). Эти представления получили дальнейшее развитие в работах русского ученого Р. Вирхова (1858).

Клеточная теория – это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов. Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы.

В настоящее время клеточная теория утверждает:

1. Клетка – элементарная единица живого.

2. Клетка – единая система, состоящая из сопряженных функциональных единиц.

3. Клетки по строению и по основным свойствам сходны (гомологичны).

4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки (клетка от клетки).

5. Многоклеточный организм - сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их дифференцировке.

Клетка – элементарная единица живого. Первое представление о клетке как о самостоятельной жизнедеятельной единице, которая несет в себе полную характеристику жизни, было дано в работах Т. Шванна. К настоящему времени наукой это положение полностью доказано. Клетка – это наименьшая единица живого, вне которой нет жизни.

Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Из клетки можно выделить отдельные ее компоненты и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Например, вне клетки участвуют в синтезе или распаде сложных биоорганических молекул многие ферменты, рибосомы при обеспечении необходимых факторов синтезируют белок и т.д. Однако все эти клеточные компоненты нельзя считать живыми, так как обладают лишь частью набора свойств живого.

Только клетка как таковая является наименьшей единицей, обладающей всеми вместе взятыми свойствами, отвечающими определению «живое».

Что же такое клетка? Ченцов Ю.С. клетке даёт следующее общее определение:«Клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом».

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения относят клетки бактерий и синезеленых водорослей (прокариотические или доядерные клетки), к более высокоорганизованному – клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком (эукариотические или собственно ядерные).У последних обязательной структурой служит клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Прокариотические клетки одеты плазматической мембраной с расположенной снаружи от неё клеточной стенкой, выполняющего роль барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Особенно сильно цитоплазматические мембраны развиты у синезеленых водорослей. За счет плазматической мембраны у прокариот развиваются все внутриклеточные мембранные системы. Отличительным признаком прокариотических клеток является отсутствие морфологически выраженного ядра вместо которого присутствует зона, заполненная ДНК илинуклеоид .

У эукариотических клеток кроме ядра в цитоплазме находится набор органелл . К их числу относят мембранные структуры: системы эндоплазматическго ретикулума, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды (для клеток растений) и немембранные структуры: микротрубочки, микрофиламенты, центриоли (для клеток животных) и др.

Следующим отличием являются размеры клеток. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Например, палочковидные бактерии имеют толщину около 1 мкм, в то время как эукариотические клетки в поперечнике могут достигать десятков мкм.

Одновременно с этим прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего, что позволяет отнести их к клеточной, системе организации живого. Все они имеют плазматическую мембрану, схожие перенос веществ через мембрану, синтез белка на рибосомах, синтез РНК и репликацию ДНК, биоэнергетические внутриклеточные процессы.

Клетка – единая система сопряженных функциональных единиц. Клетка как наименьшая единица живого содержит в себе множество типов внутриклеточных структур, выполняющих разнообразные функции. Каждая из функций является обязательной, без выполнения которой клетка не может существовать. В этом отношении клетка похожа на многоклеточный организм, который обеспечивает свое собственное существование и воспроизведение. В зависимости от выполнения своих специфических функций клетку условно делят на отдельные компоненты. В эукариотических клетках выделяют ядро и цитоплазму. В свою очередь в цитоплазме выделяют гиалоплазму или цитозоль и органеллы. Все органеллы делят на мембранные и немембранные. Мембранные органеллы подразделяют на одномембранные (вакуолярная система, включающая в себя эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, эндо- и экзоцитозные вакуоли, лизосомы, пероксисомы) и двумембранные (митохондрии и пластиды). К немембранным органеллам относят рибосомы и систему цитоскелетных фибрилл.

Каждая из этих морфологических образований представляет собой отдельную систему или подсистему функционирования. Клеточное ядро является системой хранения, воспроизведения и реализации генетической информации, гиалоплазма – системой основного промежуточного обмена, рибосомы – клеточными машинами синтеза белка, цитоскелет – опорно-двигательной системой, вакуолярная система – системой синтеза и внутриклеточного транспорта белковых биополимеров и источником клеточных мембран, митохондрии – органеллами энергообеспечения клетки, пластиды – системой синтеза АТФ и фотосинтеза, плазматическая мембрана – барьерно-рецепторно-транспортной системой клетки.

Аналогичные системы имеются и у прокариот. У них выделяют цитозоль, рибосомы, некоторые элементы цитоскелета, плазматическая мембрана, кроме выполнения пограничной роли участвует в процессах синтеза АТФ и фотосинтеза.

Все эти системы и подсистемы клетки находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, образуют интегрированное единство. Повреждение любой из них может привести к гибели всей системы в целом.

Гомологичность клеток. Клетки организмов как растительного, так и животного происхождения имеют сходство по коренным свойствам и отличие по второстепенным или гомологичны. Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом. Одновременное сходство строения и разнообразие форм позволяет все клеточные функции грубо подразделить на две группы: обязательные и факультативные. Обязательные функции, направлены на поддержание жизнеспособности самих клеток.

Так, у всех прокариотических клеток ДНК нуклеоида обеспечивает генетические свойства клеток, рибосомы цитоплазмы – единственные аппараты синтеза полипептидных цепей. В результате приспособленности к условиям среды обитания прокариотические клетки отличаются друг от друга устройством клеточной стенки, количеством и структурой цитоплазматических выростов, свойствами внутриклеточных вакуолей и мембранных скоплений и др. Однако общее строение прокариотических клеток постоянно.

Аналогичная картина отмечается и для эукариотических клеток. У клеток растений и животных имеется сходство не только в микроскопическом строении этих клеток, но и в деталях строения их отдельных компонентов.

Строение и функции внутриклеточных структур также определяются гомологичностью общеклеточных функций, связанных с поддержанием самой живой системы (синтез нуклеиновых кислот и белков, биоэнергетика клетки и т.д.).

Одновременно с этим существует разнообразие клеток даже в пределах одного многоклеточного организма. Например, по форме мало похожи друг на друга мышечная и нервная клетки.

Вся совокупность отличительных черт этих клетки связана с их специализацией. Главной функцией мышечных клеток стало обеспечение подвижности, нервных – передача нервного импульса. Поэтому всё структурное разнообразие клеток многоклеточного организма можно объяснить выполнением ими специальных функций, на фоне общих, обязательных клеточных функций.

Таким образом гомологичность в строении клеток обуславливается сходством общеклеточных функций, направленных на поддержание жизни самих клеток, а разнообразие является результатом функциональной специализации.

Клетка от клетки. Cформулированное положение знаменитым русским ученым Р. Вирховым «Всякая клетка от клетки» (Omnis cellula e cellula ) в настоящее время считается биологическим законом. Размножение клеток прокариотических и эукариотических происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала .

У эукариотических клеток единственно полноценным способом деления является митоз (или мейоз при образовании половых клеток), при котором равномерно и точно по двум дочерним клеткам распределяются хромосомы, до этого удвоившиеся в числе. Этот тип деления характерен для всех эукариотических, как растительных, так и животных клеток. Прокариотические клетки делятся бинарным способом, при котором также используется специальный аппарат разделения клеток, значительно напоминающий митотический способ деления эукариот. Современная наука отвергает иные пути образования клеток и увеличение их числа.

Клетки могут размножаться прямым делением - амитозом . Однако прямое разделение клеточного ядра, а затем и цитоплазмы, наблюдается только у некоторых инфузорий. При этом амитотически делится только макронуклеус, в то время как генеративные микронуклеусы делятся исключительно путем митоза, вслед за которым наступает разделение клетки (цитотомия). Появление многоядерных клеток в организме является результатом слияния друг с другом нескольких клеток (гигантские многоядерные клетки тел воспаления и др.) или результатом нарушения самого процесса цитотомии.

Клетки и многоклеточный организм. В многоклеточном организме клетка является единственной единицей функционирования. Клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Многоклеточные организмы представляют собой единое целое состоящие из сложных образований клеток, объединенных в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции. Специализация тканей и органов в едином организме, расчлененность его функций дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида.

Жизнь нового организма начинается с зиготы – клетки, получившейся в результате слияния женской половой клетки (ооцита) со спермием. При делении зиготы возникает клеточное потомство, которое также делится, увеличивается в числе и приобретает новые свойства, специализируется, дифференцируется. Рост организма, увеличение его массы есть результат размножения клеток и результат выработки ими разнообразных продуктов (например, промежуточного вещества соединительной ткани).

Следует отметить, что в организме первоосновой всех нормальных и патологических реакций является клетка, в нем все многочисленные свойства и функции выполняются клетками. Например, когда в организм попадают чужеродные белки развивается иммунологическая реакция. При этом в крови появляются белки-антитела, которые связываются с чужими белками и их инактивируют. Аналогичные цепи последовательных функциональных реакций отдельных групп клеток прослеживаются на всех функциональных отправлениях организма.

И наконец, поражение клеток или изменение их свойств является основой для развития всех без исключения заболеваний. Классическим примером клеточной обусловленности развития болезни может служить сахарный диабет, причиной которого является недостаточность функционирования лишь одной группы клеток, так называемых В-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе. Эти клетки вырабатывают гормон инсулин, участвующий в регуляции сахарного обмена организма.

Тотипотентность клеток. Установлено, что организм человека, развившийся всего из одной клетки, зиготы, содержит более 200 различных типов клеток. Современная биология считает, что индивидуальное развитие от одной клетки до многоклеточного зрелого организма является результатом последовательного включения работы разных генных участков хромосом в различных клетках. Последовательная работа разных генов приводит к дифференцировке, то есть появлению клеток со специфическими для них структурами и особыми функциями.

Дифференцировка – это результат избирательной активности разных генов в клетках по мере развития многоклеточного организма. На этом основании, можно утверждать, что любая клетка многоклеточного организма обладает полным набором генетического материала, всеми возможными потенциями для проявления этого материала. Однако в разных клетках одни и те же гены могут находиться или в активном или в репрессированном состоянии. Благодаря этому возможно вырастить зрелое растение из одной его соматической клетки. Опыты на лягушках и растениях показали, что ядра дифференцированных клеток сохраняют все те потенции, которые есть у ядра в зиготе.

Далее было показано, что если после оплодотворения яйцеклетки у возникшей зиготы удалить ядро, а на место его имплантировать ядро из другой зиготы, или же ядро зиготы заменить на ядро из специализированной (дифференцированной) клетки взрослого животного, то развитие эмбриона пройдет нормальным путем, вплоть до появления взрослой лягушки.

Аналогичным путем в безъядерную зиготу млекопитающих можно ввести ядро из ткани взрослого животного и получить клонированную особь, как, например, клонированная овечка Долли.

Из этого следует, что клетки многоклеточных организмов обладают полным набором генетической информации и в этом отношении они равнозначны. Вместе с тем клетки отличаются по объему проявления этой информации, что создаёт возможности для появления специализированных клеток. Из этого представления имеются исключения, показывающие, что при дифференцировке происходит количественное изменение генетического материала. Например, при дроблении яиц аскариды клетки, дающие начало соматическим тканям, теряют часть хромосомного материала (диминуция), при иммунном ответе у плазмоцитов происходит перестройка в области генов, ответственных за синтез антител, после которой они генетически отличаются от остальных клеток.

Общим же положением для растительных и животных организмов является то, что несмотря на различия клеток данного организма в генетическом отношении они однородны, тождественны и тотипотентны.

Все живые организмы состоят из клеток - из одной клетки (одноклеточные организмы) или многих (многоклеточные). Клетка - это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живой материи; это элементарная живая система. Существуют неклеточные организмы (вирусы), но они могут размножаться только в клетках. Существуют организмы, вторично потерявшие клеточное строение (некоторые водоросли). История изучения клетки связана с именами ряда ученых. Р. Гук впервые применил микроскоп для исследования тканей и на срезе пробки и сердцевины бузины увидел ячейки, которые и назвал клетками. Антони ван Левенгук впервые увидел клетки под увеличением в 270 раз. М. Шлейден и Т. Шванн явились создателями клеточной теории. Они ошибочно считали, что клетки в организме возникают из первичного неклеточного вещества. Позднее Р. Вирхов сформулировал одно из важнейших положений клеточной теории: «Всякая клетка происходит из другой клетки...» Значение клеточной теории в развитии науки велико. Стало очевидно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный компонент в морфологическом отношении; клетка является эмбриональной основой многоклеточного организма, т.к. развитие организма начинается с одной клетки - зиготы; клетка - основа физиологических и биохимических процессов в организме. Клеточная теория позволила прийти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и еще раз подтвердила единство всего органического мира.

Современная клеточная теория включает следующие положения:

Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Значение клеточной теории в развитии науки состоит в том, что благодаря ей стало понятно, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный «строительный» компонент, клетка является эмбриональной основой многоклеточного организма, т.к. развитие организма начинается с одной клетки – зиготы. Клетка – основа физиологических и биохимических процессов в организме, т.к. на клеточном уровне происходят, в конечном счёте, все физиологически и биохимические процессы. Клеточная теория позволила придти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и ещё раз подтвердила единство всего органического мира. Все живые организмы состоят из клеток – из одной клетки (простейшие) или многих (многоклеточные). Клетка – это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живой материи; это элементарная живая система. Существует эволюционно неклеточные организмы (вирусы), но и они могут размножаться только в клетках. Различные клетки отличаются друг от друга и по строению, и по размерам (размеры клеток колеблются от 1мкм до нескольких сантиметров – это яйцеклетки рыб и птиц), и по форме (могут быть круглые как эритроциты, древовидные как нейроны), и по биохимическим характеристикам (например, в клетках, содержащих хлорофолл или бактериохлорофилл, идут процессы фотосинтеза, которые невозможны при отсутствии этих пигментов), и по функциям (различают половые клетки – гаметы и соматические – клетки тела, которые в свою очередь подразделяются на множество разных типов).

8. Гипотезы происхождения эукариотических клеток: симбиотическая, инвагинационная, клонирования. Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрии, которые произошли путем изменений симбионтов - аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней.

Сходное происхождение предполагают для жгутиков, предками которых служили симбионты-бактерии, имевшие жгутик и напоминавшие современных спирохет. Приобретение клеткой жгутиков имело наряду с освоением активного способа движения важное следствие общего порядка. Предполагают, что базальные тельца, которыми снабжены жгутики, могли эволюционировать в центриоли в процессе возникновения механизма митоза.

Способность зеленых растений к фотосинтезу обусловлена присутствием в их клетках хлоропластов. Сторонники симбиотической гипотезы считают, что симбионтами клетки-хозяина, давшими начало хлоропластам, послужили прокариотические синезеленые водоросли.

Серьезным доводом в пользу симбиотического происхождения митохондрий, центриолей и хлоропластов является то, что перечисленные органеллы имеют собственную ДНК. Вместе с тем белки бациллин и тубулин, из которых состоят жгутики и реснички соответственно современных прокариот и эукариот, имеют различное строение.

Центральным и трудным для ответа является вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно также могло образоваться из симбионта-прокариота. Увеличение количества ядерной ДНК, во много раз превышающее в современной эукариотической клетке ее количество в митохондрий или хлоропласте, происходило, по-видимому, постепенно путем перемещения групп генов из геномов симбионтов. Нельзя исключить, однако, что ядерный геном формировался путем наращивания генома клетки-хозяина (без участия симбионтов).

Согласно инвагинационной гипотезе , предковой формой эукариотической клетки был аэробный прокариот. Внутри такой клетки-хозяина находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрий, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

Инвагинационная гипотеза хорошо объясняет наличие в оболочках ядра, митохондрий, хлоропластов, двух мембран. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствует таковому в современных прокариотических клетках, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме эукариотической клетки.

Клонирование. В биологии - метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Именно так, на протяжении миллионов лет, размножаются в природе многие виды растений и некоторых животных. Однако сейчас термин "клонирование" обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами. Термин "клон" как таковой происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение, прежде всего, к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве известно уже тысячи лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе. Только у животных все происходит иначе. По мере роста клеток животных происходит их специализация, то есть клетки теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре многих поколений.

Для подготовки к ЕГЭ по биологии мы рекомендуем использовать ресурс " ".

Клеточная теория – одно из величайших научных обобщений 19 века.

В основу клеточной теории , сформулированной в 1839 г. Т. Шванном и М. Шлейденом, лежат работы многих ученых, в том числе Р. Гука, А. Левенгука, Р. Броуна, Л.Окена и др. Ее развитие стало возможным благодаря появлению и совершенствованию микроскопических исследований. Р. Вирхов (1858) внес существенное уточнение в последнее положение клеточной теории.

Как любая научная теория, она не только обобщает имеющиеся факты, но и обладает прогностическими функциями. Основные положения клеточной теории получили свое подтверждение и развитие в работах Р. Вирхова, К. Бэра, Т. Моргана, Н. Кольцова и др. Они создали так называемую клеточную теорию . Сущность ее заключалась в окончательном признании того факта, что все организмы, как растительные, так и животные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизованными, состоят из простейших элементов - клеток . См. " ".

Основные положения современной клеточной теории:

1.Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюции от безъядерных (прокариот) к ядерным (эукариотам), от предклеточных организмов к одно- и многоклеточным.

2. Новые клетки образуются путем деления ранее существовавших.

3. Клетка является микроскопической живой системой, состоящей из цитоплазмы и ядра, окруженных мембраной (за исключением прокариот).

4. В клетке осуществляются: а) метаболизм –обмен веществ; б) обратимые физиологические процессы – дыхание, поступление и выделение веществ, раздражимость, движение; в) необратимые процессы – рост и развитие.

5. Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и простейшие, одноклеточные водоросли и грибы). Все многоклеточные организмы также состоят из клеток и их производных. Рост, развитие и размножение многоклеточного организма – следствие жизнедеятельности одной (зигота) или нескольких клеток (культура тканей).

Практическое и мировоззренческое значение клеточной теории.

Практическое значение клеточной теории состоит в том, что данные, полученные в результате ее развития, применяются в медицине, биологии, сельском хозяйстве, биотехнологии. На основе этих данных разработаны методы генной инженерии, культивирования тканей, селекции микроорганизмов.

Мировоззренческое значение клеточной теории определяется ее ролью в понимании общности происхождения живого и неживого, в обнаружении элементарной единицы строения и происхождения живых систем.

Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р.Гуку, который в 1665 г. в сконструированном им микроскопе впервые рассматривал тонкий срез пробки. На срезе четко просматривалась структура, похожая на пчелиные соты, построенные из ячеек. Элементы тонкого слоя пробки Р.Гук назвал латинскими словом?се11и!а?, что означает ячейка, или клетка. Значительный вклад в изучение клетки внес А. Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы, в том числе бактерии. В 1831 г. английский ботаник Р.Броун обнаружил в клетках ядро. Это открытие послужило важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных.
В 1838-1839 гг. немецкие ученые ботаник М.Шлейден и зоолог Т.Шванн обобщили имевшиеся знания о клетке в единую теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.
Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах немецкого ученого Р.Вирхова, внесшего в 1858 г. существенное дополнение: клетка может возникнут только из предшествующей клетки в результате ее деления. Кроме того, русский ученый К. Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки. Это открытие показало, что клетка? не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.
Идея о том, что все организмы построены из клеток стала одним из наиболее важных теоретических достижений в истории биологии, поскольку создала единую основу для изучения всех живых существ. На клеточном уровне даже наиболее отдаленные виды весьма схожи по строению и биохимическим свойствам, что указывает на общность их происхождения и эволюционного развития.
Дальнейшие успехи науки о клетке связаны с усовершенствованием приборов и развитием физических и химических методов исследования. Комплексное использование электронного микроскопирования и микрохимических методов анализа позволило в мельчайших деталях изучить строение и химический состав всех структурных компонентов клетки? ядра, митохондрий, хлоропластов, рибосом и др. Кроме того, это дало возможность доказать неразрывную связь между структурой клетки и ее функцией.
С самого начала развития представлений о клеточном строении возникал вопрос о соотношении клетки и целого организма. С одной стороны, предполагалось, что жизнедеятельность организма представляет собой сумму функционирующих клеток, с другой? утверждалось, что их существование является качественно отличным и обусловлено?жизненной силой?. Благодаря открытию митотического деления и молекулярной биологии сформировали современные представления о структуре и функциях клетки, о клеточном уровне в иерархии живой природы.
Современная клеточная теория включает следующие положения:
1) клетка как элементарная живая структура, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению, лежит в основе строения и развития живых организмов; 2) клеткам присуще мембранное строение;
3) размножение клеток происходит путем их деления и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
4) у всех организмов клетки построены по единому принципу, сходны по химическому составу и характеру химических реакций, основным явлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
Цитология бурно развивается и в наши дни, благодаря чему мы имеем достаточно точные представления о химическом составе, строении и функциях всех частей тела клетки.