Клеточная теория
Впервые клеточное строение наблюдал английский естествоиспытатель Р. Гук в 1665 г. у растений с помощью усовершенствованного им микроскопа; он же ввел термин «клетка». Английский ботаник Р. Броун в 1831 г. описал ядро растительной клетки. Но первые шаги к раскрытию и пониманию роли клеточного ядра сделал немецкий ботаник М. Шлейден в 1838 г. Немецкий зоолог Т. Шванн кроме собственных исследований использовал данные М. Шлейдена, Я. Пуркине и других ученых, указав на общий принцип клеточного строения и роста тканевых структур животных и растений. Ему принадлежит заслуга оформления клеточной теории, соответствовавшей уровню развития науки того времени (1839). В дальнейшем клеточная теория была распространена и на одноклеточные организмы, были сформированы представления о ядре и цитоплазме как о главнейших компонентах клетки. Немецкий ученый Р. Вирхов в 1858 г. обосновал принцип преемственности клеток путем их деления — каждая клетка из клетки.
Все основные положения клеточной теории сохранили значение и сейчас. В современном виде теория содержит четыре основных вывода:
1. Клетка является наименьшей, элементарной единицей живого, вне клетки нет жизни. Этот постулат клеточной теории распространяется как на эукариотические, так и на прокариотические клетки, как на одноклеточные, так и на многоклеточные организмы.
2. Клетки увеличиваются в числе, размножаются, только путем деления исходной (родительской) клетки, чему предшествует процесс удвоения ее генетического материала (ДНК). Следовательно, деление клетки приводит к равномерному и равнокачественному распределению молекул ДНК по двум новым (но одинаковым по содержанию и по свойствам их ДНК) клеткам. Но для того чтобы удвоить ДНК (хромосомы) и соответственно удвоить свою массу и размеры, а потом разделиться, исходной клетке необходимо провести огромную синтетическую работу: из простых веществ создать сложные полимерные органические молекулы. Поэтому-то клеточная теория гласит, что клетка может происходить только от клетки (закон Р. Вирхова). Любые другие пути воз никновения клеток науке не известны.
3. Клетки сходны по своим основным свойствам и строению (гомологичны). Это положение теории подразумевает, что такая гомология клеток определяется общностью их происхождения. Конечно, прокариотические клетки устроены проще, чем эукариотические, но те и другие имеют в принципе очень сходные пути обмена веществ, сходные основные структурные части (мембраны, рибосомы, сократимые нити и др.). Поэтому есть все основания считать, что эукариотические клетки произошли от общих предков с прокариотическими.
Клетки эукариотических многоклеточных организмов необычайно разнообразны как по форме, так и по внутренней организации. Однако все они содержат одни и те же органоиды, у них одни и те же общие обменные процессы. Различие же — в специализации: нервные клетки, например, предназначены для образования и передачи нервного сигнала, мышечные — для создания механической тяги. У последних сильно развита специальная система фибрилл (нитей), укорачивание которых приводит к сокращению мышц. В нервной клетке тоже есть элементы сократимого аппарата, но он выражен слабо. Зато в нервных клетках сильно развита система специальных каркасных нитчатых структур — цитоскелет, который поддерживает многоотростчатую форму нервной клетки, а ее плазматическая мембрана особо специализирована для проведения электрического сигнала.
Другими словами, сходство разных клеток заключается в сходстве основных жизненных процессов, которые идут на общих для всех клеток структурах (органоидах), а различие их определяется разной специализацией в составе многоклеточного организма; у одноклеточных — их приспособлением к среде обитания.
4. У многоклеточных эукариотических организмов возникновение разных по свойствам клеток — дифференцировка клеток (см. Клеточная специализация (дифференцировка) определяется тем, что в разных органах, в разных клетках активированы, т. е. работают, разные гены. Действительно, если клетка происходит от клетки и делению ее предшествует копирование (удвоение) генетического материала (хромосом), то по мере роста зародыша все клетки должны обладать одинаковым набором генов и одинаковыми свойствами. Но по мере развития эмбриона у него появляются разные клеточные системы — ткани, с разными свойствами (покровные, соединительные, нервные, мышечные).
Чем же определяется возникновение этих различий? Современная биология объясняет появление клеточных различий (дифференцировки) тем, что в разных специализированных клетках активируются различные гены (например, гены, определяющие особое развитие сократимых структур в мышцах). В то же время гены, обеспечивающие жизнеспособность клеток, их общий обмен веществ, активны в любых клетках, что и определяет сходство их общих химических и структурных черт организации.
