Клетка как единица развития, структурная и функциональная единица живого

Цель: формирование целостного представления о клетке как сложнейшей системе, которая является началом всего живого.

Тезисы: клетка, растительная и животная клетка

Клетки - это структурные и функциональные единицы живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, сложилось постепенно в XIX в. в результате микроскопических исследований. Наука, занимающаяся микроскопическим изучением клетки, называлась в то время цитологией. Позже, в конце XIX в., а затем уже в XX в., изучение клеток приобрело в значительной мере экспериментальный характер, и теперь существует целая большая отрасль науки, именуемая биологией клетки, которая использует самые разнообразные методы для того, чтобы постичь жизнедеятельность организмов на клеточном уровне. Подобно биохимикам, клеточные биологи часто исследуют фундаментальные процессы, а потому биология клетки, так же как и биохимия, является в биологии объединяющим предметом.

Можно вполне убедительно обосновать клеточную основу жизни. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, т. е. способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве "сырья", и выводить наружу накапливающиеся "отходы". Таким путем, т. е., выполняя работу, эта система может сохранять стабильность. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана; она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки.

Клетка является обособленной, наименьшей по размерам структурой, обладающей всеми основными признаками живого: обменом веществ и энергии, саморегуляцией, раздражимостью, способностью расти, развиваться и размножаться, хранить наследственную информацию и передавать её дочерним клеткам при делении. У отдельных компонентов клетки все эти свойства в совокупности не проявляются. Из клеток состоят все живые организмы, вне клетки нет жизни. Поэтому клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живых организмов.

В каждой клетке имеются цитоплазма и генетический материал в форме ДНК. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и воспроизводит самое себя, благодаря чему образуются новые клетки. Убеждение, что новые клетки происходят только от других, ранее существовавших клеток также принадлежит к числу открытий XIX в.; это весьма важный пункт клеточной теории.

Термин "протоплазма" был предложен в XIX в. для обозначения живого содержимого клеток; в ту пору в протоплазме было трудно что-либо разглядеть и ее представляли как некую жидкость, в которой и происходят все жизненные процессы. Теперь - главным образом благодаря успехам электронной микроскопии - мы знаем, что в протоплазме существует "разделение труда" и что каждая из ее обособленных более мелких структур выполняет свою особую функцию. Такие четко очерченные структуры были названы органеллами, что в переводе означает "маленькие органы". Первым среди органелл было открыто ядро, которое в 1831 г. описал Роберт Браун. Ядро имеется во всех эукариотических клетках. Это самая крупная и самая важная органелла, поскольку в ядре содержится ДНК и, следовательно, именно оно регулирует клеточную активность. Самые мелкие органеллы - рибосомы - присутствуют во всех клетках, как прокариотических, так и эукариотических. Некоторые органеллы встречаются только в специализированных клетках. Таковы, например, хлоропласты, которые можно обнаружить только в клетках, обладающих способностью к фотосинтезу.

Для поддержания жизнедеятельности клетка должна постоянно обмениваться веществами с окружающей её средой. Потребности клетки в поступлении питательных веществ, кислорода, в выведении конечных продуктов обмена определяются её объёмом, а интенсивность транспорта веществ зависит от площади поверхности. Таким образом, с увеличением размеров клеток, их потребности растут пропорционально кубу (х³) линейного размера (х), а транспорт веществ "отстаёт", т.к. увеличивается пропорционально квадрату (х²). Как следствие в клетках тормозится скорость протекания процессов жизнедеятельности. Поэтому большинство клеток имеет микроскопические размеры.

Растения и животные состоят из множества мелких клеток, а не из одной (или нескольких) огромных потому что:

● Клеткам "выгодно" иметь мелкие размеры (причина этого освещена в предыдущем абзаце).

● Одной или нескольких клеток было бы недостаточно для выполнения всех специфических функций, лежащих в основе жизнедеятельности таких высокоорганизованных организмов, как растения и животные. Чем выше уровень организации живого организма, тем больше типов клеток входит в его состав и тем сильнее выражена клеточная специализация.

● В многоклеточном организме постоянно происходит обновление клеточного состава – клетки погибают и заменяются другими. Гибель одной (или нескольких) огромных клеток приводила бы к смерти всего организма.