Клеточная теория
Клеточная теория объясняет, почему клетку считают основной единицей строения, жизнедеятельности и размножения организмов. Она объединяет знания о клетке, её происхождении, сходстве и различиях у прокариот и эукариот.
Как возникла клеточная теория
В 1665 году Роберт Гук, рассматривая тонкий срез пробки под микроскопом, увидел множество мелких ячеек и назвал их клетками. Наблюдаемые им полости были уже не живыми клетками, а оболочками растительной ткани. Позже Антони ван Левенгук впервые описал одноклеточные организмы и другие микроскопические формы жизни.
В XIX веке микроскопические исследования растений и животных показали, что все они имеют клеточное строение. Маттиас Шлейден сформулировал положение о клеточном строении растений, а Теодор Шванн распространил его на животных. Рудольф Вирхов дополнил теорию утверждением: новая клетка возникает только из уже существующей клетки.
Гук обнаружил клеточные структуры; Левенгук наблюдал живые микроскопические организмы; Шлейден и Шванн обосновали единство клеточного строения растений и животных; Вирхов сформулировал принцип происхождения клеток от клеток.
Основные положения клеточной теории
1. Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого. 2. Клетки всех организмов сходны по общему плану строения, химическому составу и основным процессам жизнедеятельности. 3. Новые клетки образуются только путём деления исходных клеток. 4. В многоклеточном организме клетки специализированы, взаимодействуют и образуют ткани, органы и системы органов. 5. Наследственная информация клетки хранится в генетическом материале и передаётся дочерним клеткам при делении. 6. Жизнедеятельность организма является результатом согласованной работы его клеток.
Первое положение не означает, что все клетки выглядят одинаково. Например, нервная клетка имеет длинные отростки, мышечная способна сокращаться, а клетка покровной ткани плотно соединена с соседними. Различия формы и строения связаны со специализацией, но любая клетка выполняет базовые жизненные функции: обменивается веществами, использует энергию, реагирует на изменения среды и хранит наследственную информацию.
Общий план строения включает плазматическую мембрану, цитоплазму и генетический материал. У прокариотической клетки нет оформленного ядра, а у эукариотической клетки генетический материал отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой. Это важное различие не отменяет единства клеточного уровня: у прокариот и эукариот сходны многие процессы обмена веществ, синтеза белка и передачи наследственной информации.
| Положение теории | Что оно означает |
|---|---|
| Клетка — единица строения | Организм состоит из одной клетки или из множества клеток. |
| Клетка — единица жизнедеятельности | Основные процессы жизни происходят в клетке или с её участием. |
| Клетки происходят от клеток | Деление обеспечивает рост, обновление и размножение. |
| Единство клеток | Клетки имеют сходный химический состав и общий план организации. |
| Клетки специализируются | В многоклеточном организме разные клетки выполняют разные функции. |
Какое утверждение относится к современной клеточной теории?
Клеточный уровень организации живого
Клеточный уровень — это уровень организации живого, на котором существуют отдельные клетки и одноклеточные организмы. У одноклеточного организма одна клетка выполняет все функции: получает вещества из окружающей среды, перерабатывает их, выделяет продукты обмена, реагирует на раздражители и размножается. Поэтому одноклеточная клетка является одновременно и клеткой, и целым организмом.
У многоклеточного организма функции распределены между клетками. Группы клеток сходного строения и происхождения образуют ткани, ткани — органы, а органы объединяются в системы органов. Такое разделение труда повышает эффективность жизнедеятельности, но делает клетки зависимыми друг от друга. Гибель или нарушение работы части клеток может повлиять на весь организм.
- Клетки объединяются в ткани благодаря межклеточным контактам и общему происхождению.
- Ткани формируют органы, выполняющие определённые функции.
- Органы взаимодействуют в составе систем органов.
- Согласованная работа всех уровней обеспечивает существование целого организма.
Размеры клеток обычно микроскопические, однако они сильно различаются. Некоторые клетки видны только при увеличении, а отдельные клетки или их структуры могут быть заметны невооружённым глазом. Размер не определяет, является ли объект клеткой: важны наличие клеточной организации и способность к самостоятельному выполнению жизненных процессов. Подробнее сравнить диапазоны размеров можно на странице размеры клеток.
Клеточный уровень — уровень живой природы, представленный клетками как самостоятельными элементарными единицами жизни, а у многоклеточных организмов — также взаимодействием и специализацией клеток.
Единство и разнообразие клеток
Сходство клеток проявляется в составе основных веществ: воды, минеральных солей, белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот. Во всех клетках происходят обмен веществ, синтез белков, использование энергии и хранение наследственной информации. Эти признаки подтверждают общее происхождение живых организмов.
Различия связаны с уровнем организации и образом жизни. Прокариоты не имеют ядра и большинства мембранных органоидов. Эукариоты имеют ядро и сложную систему органоидов. Растительные клетки обычно содержат клеточную стенку, пластиды и крупную вакуоль; животные клетки не имеют пластид и клеточной стенки. Однако такие особенности не нарушают общих положений клеточной теории.
Клетка существует не изолированно: через клеточную мембрану она обменивается веществами и сигналами с окружающей средой. Мембрана построена на основе фосфолипидного бислоя, а белки мембраны участвуют в переносе веществ и распознавании сигналов. Поэтому после изучения клеточной теории полезно перейти к теме клетка как открытая система.
Вирусы содержат генетический материал и могут изменяться, но не имеют клеточного строения. Вне клетки хозяина они не осуществляют самостоятельный обмен веществ и не синтезируют белки. Для размножения вирус использует клетку хозяина, поэтому в школьной классификации вирусы относят к неклеточным формам жизни, а не к клеточным организмам.
Показать решение примера Экзаменационный разбор
Задание: определите, какое утверждение лучше всего доказывает, что клетка является единицей жизнедеятельности.
Шаг 1. Выделяем признак жизнедеятельности: это обмен веществ, получение энергии, рост, реакция на раздражители или размножение.
Шаг 2. Проверяем, где происходят эти процессы. Они осуществляются внутри клетки или с непосредственным участием клеточных структур.
Шаг 3. Формулируем вывод: клетка является минимальной системой, способной выполнять основные жизненные процессы, поэтому она считается элементарной функциональной единицей живого.
Не путайте клеточную теорию с утверждением, будто все организмы многоклеточные: существуют одноклеточные организмы. Не говорите, что у всех клеток есть ядро: его нет у прокариот. Нельзя считать вирус клеткой только потому, что он содержит наследственный материал. Также неверно утверждать, что клетка всегда выполняет все функции организма: у многоклеточных организмов функции распределены между специализированными клетками.
Значение клеточной теории
Клеточная теория стала фундаментом современной биологии и медицины. Она позволяет объяснять рост организма увеличением числа клеток, восстановление тканей — делением и специализацией клеток, а развитие болезни — нарушением работы отдельных клеток или их взаимодействия. Принцип происхождения клеток от клеток связан с клеточным циклом, включающим рост, подготовку к делению и само деление.
Теория также объединяет ботанику, зоологию, микробиологию и физиологию: несмотря на разнообразие организмов, их жизнедеятельность имеет общий клеточный фундамент. На клеточном уровне проявляются наследственность, изменчивость, обмен веществ и преобразование энергии.
Быстрая проверка
Главное
- Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого.
- Новые клетки возникают только из уже существующих клеток путём деления.
- Клетки разных организмов имеют общий план строения и сходные основные процессы, но могут различаться по строению и функциям.
- У одноклеточного организма одна клетка выполняет функции всего организма; у многоклеточного клетки специализируются и взаимодействуют.
- Прокариоты не имеют оформленного ядра, а эукариоты имеют ядро и более сложную внутреннюю организацию.
- Клеточная теория объясняет единство живого и служит основой изучения клеточных процессов.