Рассказываем, как и кто открыл клеточную теорию, что она означает, и как концепция продолжает влиять на науку и медицину сегодня.
Главное о клеточной теории
1. Маттиас Шлейден, Теодор Шванн, Рудольф Вирхов — немецкие ученые, заложившие принципы теории.
2. Ее суть в том, что все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. Клетки многоклеточных организмов формируют ткани, а те — органы.
3. Новые клетки образуются путем деления существующих.
4. Клетки управляют биохимическими процессами, обеспечивают рост организмов и содержат наследственную информацию, которая передается следующим поколениям.
5. Клеточная теория позволила ученым изучать болезни, эволюцию и даже создавать новые технологии, такие как клонирование.
Что такое клеточная теория
Клеточная теория — это научная концепция, согласно которой клетка — основная структурная, функциональная и репродуктивная единица всех живых организмов. Она подчеркивает фундаментальное сходство разных видов существ.
Основная идея теории заключается в следующем:
все живые существа состоят из одной или множества клеток;
клетки управляют биохимическими процессами, обеспечивают рост и передачу ДНК;
клетка — минимальный «кирпичик» биологической системы.
История открытия клеточной теории и ее развитие
Путь к формулировке клеточной теории начался с изобретения в 1590 году прибора для увеличения изображения голландскими братьями Янсенами.
В 1665 году англичанин Роберт Гук, используя микроскоп, исследовал срез пробкового дерева и заметил, что его ткань состоит из крошечных полых структур. Он назвал их «клетками» (от лат. cellula — «комната»).
В 1680 году нидерландский натуралист Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскопы и открыл одноклеточные организмы, доказав, что жизнь существует в микроскопических формах бактерий и инфузорий. Кроме того, он впервые описал форменный элемент крови — эритроциты.
В XIX веке, благодаря прогрессу в микроскопии, исследователи сместили фокус с изучения клеточных стенок (которые хорошо были видны у растений) на содержимое клеток — протоплазму (жидкую внутреннюю среду) и ядро.
В 1827 году русский естествознатель Карл Бэр обнаружил яйцеклетку млекопитающих, выяснив, что даже сложные организмы начинают развитие из одной клетки. Через несколько лет британский ботаник Роберт Броун подробно описал ядро клетки.
Роль Шлейдена и Шванна
В 1837 году немецкий ботаник Маттиас Шлейден, изучая растительные ткани, предположил, что ключевую роль в образовании новых клеток играет ядро — структура, ранее описанная Робертом Броуном. Шлейден считал, что клетка формируется вокруг ядра: сначала из него «выдувается» содержимое будущей клетки, а затем вокруг него образуется стенка.
Работа заложила основу для научного диалога с немецким физиологом, цитологом и гистологом Теодором Шванном, который распространил эти идеи на животные организмы.
Совместный труд ученых лег в основу трех постулатов классической клеточной теории.
1. Клетка — минимальная единица жизни.
2. Все живые организмы состоят из клеток.
3. Клетки схожи по химическому составу и строению.
Дальнейшее развитие теории
В 1855 году немецкий врач, физиолог и гистолог Рудольф Вирхов дополнил теорию, установив, что новые клетки размножаются путем деления.
Открытие ДНК и органелл в XX веке показало, что клетки сложнее, чем предполагали Шлейден и Шванн, и могут передавать генетическую информацию от поколения к поколению.
В 1892 году русский ученый Дмитрий Ивановский открыл новый вид организмов, которые в дальнейшем стали называть вирусами. В XX веке их структуру смогла расшифровать английский биофизик Розалинда Франклин. Вирусы не имеют клеточного строения, но способны размножаться путем самосборки и эволюционировать. При этом для обмена веществ (синтеза молекул) им требуется клетка-хозяин.
«Хоть вирусы — внеклеточная форма жизни, их изучают в контексте клеточной теории, потому что современное определение жизни вполне можно сформулировать как „обособленная от среды часть пространства, локально понижающая энтропию“. Если говорить о биологической жизни, то это будет „отделенная мембраной от внешней среды часть пространства, синтезирующая энергоемкие конденсированные системы“. При такой характеристике вирусы вполне вписываются в клеточную теорию, ибо часть их жизненного цикла делает их истинно живыми, когда они „захватывают“ клетку-хозяина», — объяснил Алексей Сивухин, старший преподаватель кафедры биологии ИвГУ, модератор проекта популяризации науки «СЛОН».
Основные положения клеточной теории
Современная версия теории базируется на следующих принципах:
1. Все живые организмы состоят из клеток. Это базовая структурная и функциональная единица жизни.
2. Каждая клетка имеет мембрану, цитоплазму и ядерный аппарат, который содержит ДНК, передающуюся потомкам.
3. Клетки размножаются делением.
4. Все клетки схожи по химическому составу и метаболизму.
5. Многоклеточные организмы состоят из систем взаимодействующих клеток.
Эти положения делают клеточную теорию универсальным языком биологии.
Как клеточная теория объясняет строение клетки и организма
Клеточная теория дает ключ к пониманию жизни на всех уровнях.
1. Структурный. Организмы — это «мозаики» из клеток, где каждая выполняет свою роль. Например, нейроны передают сигналы, а мышечные клетки сокращаются.
2. Функциональный. Даже сложные процессы, такие как дыхание или фотосинтез, происходят на клеточном уровне. Митохондрии в клетках вырабатывают энергию, а хлоропласты улавливают свет.
3. Эволюционный. Сходство клеток у разных видов подтверждает общее происхождение жизни. Например, рибосомы человека и бактерии работают по одному механизму.
«Многоклеточность и одноклеточность — просто способы приспособиться к своей экологической нише. Как и приобретение или утрата каких-то органов или функций. В общем смысле можно сказать, что те организмы, которые живут сегодня на планете — самые совершенные, ведь другие погибли», — добавляет Алексей Сивухин.
4. Патологический. Болезни, от рака до инфекций, начинаются с нарушений в клетках.
Таким образом, теория не просто описывает строение, но и раскрывает взаимосвязи в биосистемах.
Мнение эксперта
«Может существовать что-то живое и меньше, и больше клетки. Звезды — живые, у них есть граница, и они осуществляют термоядерные реакции синтеза. Если речь про биологическую жизнь, то нужно понимать — размер не главное. Есть бактерии, которые меньше клеток эукариот, но при этом живут внутри них и являются живыми (микоплазмы, риккетсии).
Главное значение клеточной теории, на мой взгляд, — понимание, что все живые организмы на Земле устроены одинаково. Это дало огромный толчок к осознанию ценности и важности жизни, ее сохранению. И хотя уже сотню лет мы понимаем это сходство, исходя из знаний о нуклеиновых кислотах, клеточная теория остается актуальной из-за своей простоты и доступности каждому человеку, начиная со школьной скамьи», — резюмирует Алексей Сивухин.
