Основные положения клеточной теории

Достижения цитологических исследований в начале XX века

До начала 30-х годов XX века в биологии преобладало морфологическое изучение структур клетки, видимых в световой микроскоп. Но уже в 1928-1931 годах был создан электронный микроскоп, что позволило изучить мельчайшее строение клетки и открыть многие, ранее неизвестные структуры. К концу XX века электронная микроскопия стала доступна практически любому исследователю, в том числе студентам. Наиболее точные сведения об ультраструктуре клетки получают, применяя просвечивающий электронный микроскоп, его еще называют трансмиссионным, или трансмиссивным (сокращенно ТЭМ). Он позволяет подробно рассмотреть срезы жгутиков и ресничек, цитоскелета, комплексов мембранных белков-переносчиков и многое другое.

Бурное развитие биохимии, генетики, методов электронной микроскопии (фазово-контрастная и флуоресцентная микроскопия), разработка и практическое внедрение сканирующего электронного микроскопа обусловили прогресс, постигнутый к концу ХХ века в изучении строения, функционирования и воспроизведения клетки. При этом само развитие цитологии также значительно повлияло на развитие генетики, эмбриологии, эволюционного учения, биотехнологии (генной и геномной инженерии) и других областей биологической науки.

Состояние цитологии в середине XX века

Данные о структурной организации клеток различных организмов, полученные современными методами исследования, позволили выделить два существенно различающихся типа клеток: прокариотические и эукариотические. В 1962 году, опираясь на экспериментальный материал, Р. Стайнер и К. ван Ниль сделали весьма важное заключение: прокариотическая клетка является структурной единицей, присущей только двум группам организмов – бактериям и синезеленым водорослям. Для всех остальных организмов – растений, животных, грибов характерна более сложная – эукариотическая клетка.

Различия структурной и функциональной организации прокариотической и эукариотической клеток легли в основу предложения, сделанного в 1968 году Р. Мюрреем, о подразделении всех клеточных организмов на два надцарства: Прокариоты и Эукариоты. К прокариотам были отнесены бактерии и цианобактерии (синезеленые водоросли), к эукариотам – все остальные организмы – растения (высшие и низшие), животные (многоклеточные и одноклеточные) и грибы. За пределами клеточных организмов остались неклеточные формы жизни – вирусы, составившие самостоятельное царство Vira.

Особое значение приобрели методы изучения физиологии клетки, ее физико-химической и молекулярной организации с использованием просвечивающего электронного микроскопа и сканирующего электронного микроскопа. С их помощью стало возможно работать с клеткой, не убивая ее красителями. Это позволило рассматривать отдельные молекулы и манипулировать с ними в живой клетке.

Были сделаны уникальные открытия: определены структура и конфигурация отдельных молекул, среди них ДНК, РНК (информационная, рибосомная и транспортная), АТФ, молекулярные комплексы биомембран, исследованы функционирование в пространстве и во времени всех органоидов клетки, механизмы биосинтеза и фотосинтеза, энергетического обмена, клеточного дыхания и многое другое.

Обширный материал, собранный разными учеными в области ультра- структурных цитологических исследований, оказался незаменимым для решения некоторых спорных вопросов систематики, особенно в отношении одноклеточных эукариот. Например, в конце 80-х годов ХХ века была полностью пересмотрена классификация в системе инфузорий, проводимая с опорой на сходство и различие в строении корешковых структур ресничек. Новейшие достижения молекулярно-генетической систематики подтвердили единство происхождения групп инфузорий. А в начале XXI века на основе сравнительного анализа внутриклеточных структур эукариотической клетки была пересмотрена вся система органического мира.

Клеточная теория на современном этапе развития биологии

Достижения в области цитологии позволили по-новому взглянуть на клетку, что отразилось на современном толковании клеточной теории. Теперь клеточная теория включает в себя следующие положения.

  • Клетка является универсальной элементарной, структурной и функциональной единицей живой материи.
  • Клетки всех организмов на Земле принципиально сходны по своему строению, функции, химическому составу, метаболическим процессам и основным проявлениям жизнедеятельности.
  • Любая клетка представляет собой сложную биологическую систему ее взаимодействующих компонентов, способную к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
  • Клетки размножаются только путем деления исходной клетки («клетка от клетки»).
  • Клетки хранят, перерабатывают и реализуют генетическую информацию, обеспечивая непрерывность существования поколений.
  • Основные структурные элементы клетки принципиально сходны не только у эукариот, имеющих оформленное ядро, но и у прокариот, не имеющих его.
  • Клетка является основной структурной единицей многоклеточного организма.
  • Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные системы тканей и органов. Из тканей состоят органы и системы органов, которые тесно взаимосвязаны между собой.
  • Именно благодаря деятельности клеток в многоклеточных организмах осуществляются рост, развитие, обмен веществ и энергии.
  • Клетка отображает свойства клеточного структурного уровня в иерархии живого.

Клеточная теория – это одно из наиболее важных биологических обобщений, согласно которому все организмы имеют клеточное строение.

Цитология бурно развивается и в настоящее время, обеспечивая развитие теоретического представления о составе, строении и функциях всех структур клетки, осуществляет внедрение знаний о клетке в практику медицины, сельского хозяйства, биотехнологии и природопользования.

Цитологическая терминология

В цитологии используется огромное множество специальных терминов, однако в работах разных авторов один и те же термины могут несколько отличаться как по написанию, так и по значению. Особенно заметны различия между одними и теми же терминами при сравнении специальной литературы по цитологии, медицине, ветеринарии и биотехнологии. Это связано с тем, что многие термины пришли в нашу лексику из иностранных научных трудов, разных научных областей и получили различную трактовку при переводе на русский язык.

Например, встречается написание «эвкариоты» вместо привычного нам «эукариоты», термины «автоиммунный», «ретикулюм» и «овогенез» используются наравне с терминами «аутоиммунный», «ретикулум» и «оогенез»; иногда один и тот же термин употребляется в мужском или женском роде – «оогоний» и «оогония». Словом «матрикс» обозначают множество самых разных клеточных структур, а одна и та же структура может иметь несколько названий-синонимов, например; «органоид» и «органелла», «плазматическая» и «цитоплазматическая» мембрана, «кинетосома» и «базальное тельце» и т. д. Углубленное изучение биологии предполагает изучение основной терминологии во всем ее многообразии.

Биология: