Все живое на планете состоит из клеток, а в случае бактерий одна клетка является полноценным живым организмом. И как растения, животные и бактерии отличаются друг от друга по внешнему виду и строению, так и их клетки различаются между собой. Исключение составляют фаги – вирусы, которые являются примером неклеточной жизни.
Ключевые вехи развития клеточной теории
Сам термин «клетка» впервые применил в 1665 году Р. Гук («Микрография») при описании структуры пробки.
В 70-е годы 17 века М. Мальпиги и Н. Грю исследовали клеточное строение растений.
В это же время А. Левенгук открыл и описал бактерии – одноклеточные организмы.
Исследование в 17 и 18 веках носило эпизодический характер, и в связи с несовершенством микроскопов возникало множество ошибочных предположений о клеточном строении.
В 19 веке теория о клеточном строении организмов получила дополнительное подтверждение, что явилось следствием конструктивного усовершенствования оптических микроскопов, в частности использования ахроматических линз.
Ф. Линк и Молднхоуэр на примере растений доказывают, что клетка является обособленной структурой организма, Ф. Мейен описывает клеточный обмен как процесс, самостоятельный для каждой клетки.
Значительный вклад в создание клеточной теории сделал Пуркинье и его ученики. Они проводили исследования животных тканей, в частности тканей человека, и сопоставляли полученные данные с имеющейся информацией по растительным клеткам. Я. Пуркинье первым открыл и описал протоплазму клетки (1825 г.) Однако вывод о гомологии клеток растений и животных в то время сделан не был.
Р. Броун в 1831 году впервые описал клеточное ядро и выдвинул предположение, что оно является частью клетки растений.
В 1838 г. немецкие ученые М. Шлейден (ботаник) и Т. Шванн (зоолог) независимо друг от друга пришли к идее, что живой организм (у М. Шлейдена – растение, а у Т. Шванна – животное) состоит из отдельных клеток.
Опираясь на разработки своих предшественников, М. Шлейден и Т. Шванн сформулировали основы клеточной теории (1838-39 гг.) живых организмов – бактерий, растений и животных.
Основные положения теории М. Шлейдена и Т. Шванна
Важнейшее значение в изучении и понимании процессов в живых организмах имели следующие положения выдвинутой теории:
- все живые организмы состоят из клеток;
- рост растений и животных происходит в результате размножения клеток.
Значимый вклад в развитие клеточной теории внес (1858 г.) Р. Вирхов, выдвинув положение, что клетка бактерий, растений или животных возникает только из клетки, и других возможностей не существует.
Современная теория является развитием положений М. Шлейдена и Т. Шванна, опирающимся на возросшие технические возможности. Она включает в себя следующие ключевые положения о клетке:
- она является элементарной единицей практически всех живых организмов, исключение составляют неклеточные формы – вирусы;
- у бактерий, растений и животных они гомологичны (сходны по основным свойствам и отличаются по второстепенным);
- размножаются путем деления, то есть новые клетки всегда возникают из предыдущих клеточных тканей.
Все живое состоит из клеток. В свете этого постулата ученые не пришли к единому мнению, следует ли считать фаги (вирусы) живыми организмами, ведь основные признаки живого (размножение, обмен веществ и др.) у них отсутствуют и могут проявляться лишь в чужом организме, а сами фаги являются вне ее лишь достаточно сложным химическим соединением.
По своей сути, фаги являются облигатными (не живут вне тела хозяина) паразитами. Они распространены так же широко, как и все другие организмы – воздух, водоемы и суша населены не только ядерными и доядерными формами жизни, но и фагами, которые могут поражать как прокариотов, так и эукариотов.
Фаги являются самой распространенный формой органической материи – в водоемах их содержится огромное количество – в 1 мл воды насчитывается до единиц фагов.
Известно, что вирусы могут поражать не только бактерии, такие фаги называют бактериофагами, но и всех эукариотов – растения, грибы и животных. Таким образом, роль фагов становится очевидной – они являются важным звеном в механизме регуляции численности всего живого на планете.
Доядерные и ядерные формы жизни
Все живое можно разделить на 2 группы:
- прокариоты (бактерии и архебактерии);
- эукариоты (растения и животные).
Несмотря на общее происхождение, клетки бактерий имеют не так много схожих признаков с растениями и животными, к ним относятся:
- наличие наружного замкнутого слоя – фосфолипидной мембраны;
- присутствие наследственного материала – рибосомы и хромосомы.
Строение прокариотических и эукариотических клеток, представленное как сравнительная характеристика, наглядно показано в таблице:
| Свойство | Доядерные (прокариоты) | Ядерные (эукариоты) |
| Размер | 2-10 мкм | 10-100 мкм |
| Форма клетки | Для различных видов бактерий характерны свои формы – они могут быть круглыми (кокки), палочковидными или спиралевидной формы (спириллы и вибрионы) | Клетка растения имеет фиксированную прямоугольную форму, а для животных характерна неправильная округлая форма |
| Наличие капсулы | Присутствует у отдельных видов; не является характерной чертой прокариотов | Отсутствует |
| Клеточная стенка | Присутствует у всех бактерий | Характерно наличие у растений и грибов, а у животных отсутствует |
| Плазматическая мембрана | Есть | Есть |
| Ядро клетки | Нет | Есть |
| Хромосомы | Как таковых хромосом нет; генетический материал содержит нуклеоид – закольцованная спаренная молекула ДНК; линейные молекулы ДНК редко встречаются у прокариотов | Нуклеопротеидные структуры ядра эукариотов, являются носителем генетической информации; кариотип – совокупность всех хромосом клетки – является специфическим признаком конкретного вида и не подвержен индивидуальным изменениям |
| Тип деления | Прямое | Митоз |
| Наличие пилей | Есть | Нет |
| Органеллы перемещения | Есть – жгутики и реснички | Есть у всех эукариотов (ундулиподии, закрепленные с помощью кинетосом), кроме грибов |
Клеточное строение усложняется от прокариотов к эукариотам. Если организм бактерии состоит из одной клетки, то организмы высших животных, в частности человека, состоят из .
Химический состав
Важной характеристикой живой клетки является ее химический состав.
Клеточное вещество бактерий, растений и животных представляет собой сложный двухфазный коллоид:
- цитоплазматический матрикс, способный переходить от жидкого до твердого агрегатного состояния;
- мембранная система, выполняющая роль более жидкой составляющей.
Элементарный клеточный состав насчитывает более 70 единиц и в процентном соотношении по убыванию распределяется следующим образом:
- кислород – 65%;
- углерод -18%;
- водород – 10%;
- азот – 3%;
- кальций, калий, фосфор, хлор и сера.
Данная группа химических элементов присутствует всегда в значительном количестве и носит название макроэлементов.
Микроэлементы, такие как медь, марганец, селен, кобальт и другие, также являются обязательной частью клетки, но необходимы в малых количествах.
Химические элементы присутствуют не в виде молекул чистого вещества – они образуют различные органические и неорганические соединения, имеющие свою роль в процессе жизнедеятельности организма.
Неорганика организмов
Исключительное значение для жизнедеятельности любой формы – бактерий, растений, грибов или животных – имеет вода.
Это неорганическое соединение является:
- средой для проведения реакций;
- растворителем химических веществ;
- частью механизма выведения продуктов обмена;
- гарантом стабильного температурного режима прокариотов и эукариотов.
Кроме воды, в структуре присутствуют минеральные соли, они являются частью клеточной протоплазмы.
Органические соединения
Основными органическими соединениями, участвующими в строении и жизнедеятельности организмов бактерий, растений, грибов и животных, являются углеводы (простые и сложные), липиды, стероиды, белки, АТФ и нуклеиновые кислоты.
Роль биологических молекул в живых организмах заключается в следующем:
- углеводы (соединение углерода, водорода и кислорода) являются составной частью мембранных систем и важнейшим энергетическим источником;
- липиды (соединение спиртов и жирных кислот) играют роль накопителей энергии;
- стероиды – данные вещества являются гормонами;
- белки – сложные соединения со значительной молекулярной массой; являются строительным материалом, а также катализаторами, гормонами, токсинами и антителами, вследствие деструкции становятся источниками энергии;
- АТФ – осуществляет обмен энергии и вещества, является источником энергии для биохимических процессов;
- нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – являются носителями генетической информации.
Методы изучения клеточной структуры
В связи с микроскопическими размерами изучение строения клеток стало возможным только с появлением микроскопов.
Современная наука использует для исследования цитопроцессов системно-структурные методики, объединяющие микроскопическую технику и цитологические исследования.
Для изучения процессов в клетках бактерий, растений, грибов и животных используются следующие техники микроскопирования:
1. Световая – используются оптические микроскопы, разрешающая способность до 105 крат (проекция на экран); имеет модификации:
- фазово-контрастная – используются оптические микроскопы для получения изображений прозрачных объектов;
- ультрафиолетовая и инфракрасная – оптические микроскопы оснащаются флуоресцентными экранами, объекты изучают в УФ- или ИК-частях спектра;
- люминесцентная – метод основан на появлении люминесценции под воздействием УФ-излучения.
2. Электронная – применение сканирующих электронных микроскопов позволило получить трехмерное изображение клетки, а дополнительное использование замедленной киносъемки дало возможность записать процесс жизнедеятельности самой клетки.
Цитологические исследования используют цитохимические методы – избирательное окрашивание определенных участков цитоплазмы, а также методики авторадиографии – введение радиоактивных изотопов водорода, фосфора или углерода в клетку и отслеживание их на фотоэмульсиях.
Цитологи способны выделить отдельные компоненты клетки методами дифференциального центрифугирования. Применение при анализе хроматографов позволяет разделить биологические молекулы, а их пространственное расположение определяют методами рентгеноструктурного анализа.
Особенности размножения прокариотов и эукариотов
Сравнительная характеристика процесса пролиферации (размножения) доядерных и ядерных организмов выявляет различные процессы, протекающие при размножении в клетках прокариотов и эукариотов.
Размножение безъядерной клетки осуществляется простым делением на 2 равноценные по размеру и составу части, каждая из которых является носителем одинаковой генетической информации.
Эукариотические клетки размножаются по одному из двух механизмов:
- митоз – непрямое деление, основное для ядерных форм; происходит деление ядра с образованием родительского набора хромосом в каждом из дочерних ядер, далее происходит деление самой клетки;
- мейоз – деление клетки с уменьшением хромосомного набора вдвое – образуются гаметы, при оплодотворении происходит слияние гамет, новый организм имеет полный набор хромосом.
Независимо от того, является клетка прокариотом или эукариотом, она всегда связана с жизнью. В отсутствии клетки жизни не существует.
Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.
Загрузка...
