Развитие организмов

1 Основные положения клеточной теории сформулированы ботаником

Матиасом Шлейденом (1838 г.) и зоологом-физиологом Теодором Шванном (1839 г.):

• все организмы  состоят из одинаковых структурных  единиц - клеток;

• клетки растений и  животных сходны по строению, образуются и растут по

одним и тем же законам.

В 1858 г. немецкий ученый Рудольф Вирхов обосновал принцип

преемственности клеток путем деления. Он писал: «Всякая  клетка происходит из

другой клетки ...», т.е. дал понять, откуда появляется клетка. Это утверждение стало

третьим положением клеточной  теории.

Изучение клетки с  помощью новейших физических и химических методов

исследования позволили  сформулировать основные положения  современной

клеточной теории:

• все живые организмы  состоят из клеток. Клетка — единица строения,

функционирования, размножения  и индивидуального развития живых  организмов.

Вне клетки нет жизни.

• клетки всех организмов сходны между собой по строению и  химическому

составу;

• на современном  этапе развития живого клетки не могут  образовываться из неклеточного вещества. Они появляются только из ранее существовавших клеток

путем деления;

• клеточное строение всех ныне живущих организмов - свидетельство  един-

ства происхождения 
 

2 Все живые  существа состоят из клеток - маленьких,  окруженных мембраной полостей, заполненных концентрированным водным раствором химических веществ. Простейшие формы жизни - это одиночные клетки, размножающиеся делением. Более высокоразвитые организмы, такие как мы сами, можно сравнить с клеточными городами, в которых специализированные функции осуществляют группы клеток, в свою очередь связанные между собой сложными системами коммуникаций. В известном смысле клетки находятся на полпути между молекулами и человеком. Мы изучаем клетки, чтобы понять, каково их молекулярное строение, с одной стороны, и чтобы выяснить, как они взаимодействуют для образования столь сложного организма, как человек - с другой. 

 Считается,  что все организмы и все  составляющие их клетки произошли  эволюционным путем от общей  преДНКовой клетки. Два основных процесса эволюции - это:

случайные изменения  генетической информации, передаваемой от организма к его потомкам;

отбор генетической информации, способствующей выживанию  и размножению своих носителей. 

 Эволюционная  теория является центральным  принципом биологии, позволяющим нам осмыслить ошеломляющее разнообразие живого мира. 

 Естественно,  в эволюционном подходе есть  свои опасности: большие пробелы  в наших знаниях мы заполняем  рассуждениями, детали которых  могут быть ошибочными. е в  наших силах вернуться в прошлое и стать свидетелями уникальных молекулярных событий, происходивших миллиарды лет назад. Однако, эти древние события оставили много следов, которые мы можем анализировать. ПреДНКовые растения, животные и даже бактерии сохранились как ископаемые.  

Но, что еще  более важно, каждый современный  организм содержит информацию о признаках  живых организмов в прошлом. В  частности, существующие ныне биологические  молекулы позволяют судить об эволюционном пути, демонстрируя фундаментальное  сходство между наиболее далекими живыми организмами и выявляя некоторые различия между ними. 

 Анализируя  молекулярное подобие и различие, мы пытаемся воссоздать признаки  живших некогда существ. Эту  задачу можно сравнить с той,  которую решает ученый филолог,  восстанавливая текст древнего автора, искаженный при неоднократных копированиях и редактированиях. Задача трудна и доказательства несовершенны, и все-таки этот путь дает возможность делать разумные предположения относительно основных стадий в эволюции живых клеток. 
 

У современных  и ископаемых организмов известны два  типа клеток: прокариотическая и эукариотическая ( рис. 4 , рис. 5 ). Они столь резко  различаются по особенностям строения, что это послужило для выделения  двух надцарств живого мира - прокариот, т.е. доядерных, и эукариот, т.е. настоящих ядерных организмов. Промежуточные формы между этими крупнейшими таксонами живого пока неизвестны.  

Основное отличие  прокариотических клеток от эукариотических  заключается в том, что их ДНК  не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эукариотические клетки устроены значительно сложнее. Их ДНК , связанная с белком , организована в хромосомы , которые располагаются в особом образовании, по сути самом крупном органоиде клетки - ядре. Кроме того, внеядерное активное содержимое такой клетки разделено на отдельные отсеки с помощью эндоплазматической сети, образованной элементарной мембраной. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Их размеры варьируют от 10 до 100 мкм, тогда как размеры клеток прокариот (различных бактерий, цианобактерий - сине- зеленых водорослей и некоторых других организмов), как правило, не превышают 10 мкм, часто составляя 2-3 мкм. В эукариотической клетке носители генов - хромосомы - находятся в морфологически оформленном ядре, отграниченном от остальной клетки мембраной. В исключительно тонких, прозрачных препаратах живые хромосомы можно видеть с помощью светового микроскопа. Чаще же их изучают на фиксированных и окрашенных препаратах.  

Хромосомы состоят  из ДНК , которая находится в комплексе с белками- гистонами , богатыми аминокислотами аргинином и лизином . Гистоны составляют значительную часть массы хромосом.  

Эукариотическая клетка имеет разнообразные постоянные внутриклеточные структуры - органоиды ( органеллы ), отсутствующие в прокариотической клетке.  

Прокариотические  клетки могут делиться на равные части  перетяжкой или почковаться, т.е. образовывать дочернюю клетку меньшего размера, чем  материнская, но никогда не делятся  путем митоза . Клетки эукариотических  организмов, напротив, делятся путем митоза (исключая некоторые очень архаичные группы). Хромосомы при этом "расщепляются" продольно (точнее, каждая нить ДНК воспроизводит около себя свое подобие), и их "половинки" - хроматиды (полноценные копии нити ДНК) расходятся группами к противоположным полюсам клетки. Каждая из образующихся затем клеток получает одинаковый набор хромосом .  

Рибосомы прокариотической клетки резко отличаются от рибосом  эукариот по величине. Ряд процессов, свойственных цитоплазме многих эукариотических клеток, - фагоцитоз , пиноцитоз и циклоз (вращательное движение цитоплазмы) - у прокариот не обнаружен. Прокариотической клетке в процессе обмена веществ не требуется аскорбиновая кислота , но эукариотические не могут без нее обходиться.  

Существенно различаются  подвижные формы прокариотических и эукариотических клеток. Прокариоты имеют двигательные приспособления в виде жгутиков или ресничек , состоящих  из белка флагеллина . Двигательные приспособления подвижных эукариотических  клеток получили название ундулиподиев , закрепляющихся в клетке с помощью особых телец кинетосом . Электронная микроскопия выявила структурное сходство всех ундулиподиев эукариотических организмов и резкие их отличия от жгутиков прокариот. См. БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ КЛЕТОК

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ  КЛЕТОК, процесс приобретения клетками зародыша особых черт для выполнения специализированных функций. Первоначально  все клетки зародыша одинаковы, однако вскоре начинается их дифференциация на различные типы, например, костные  клетки, мозговые клетки, сердечные клетки, мышечные клетки и т.д. Тот же процесс протекает и у взрослых растений и животных, когда происходит регенерация потерянных или поврежденных тканей. 

Характерные черты  большинства многоклеточных организмов - дифференциация и специализация составляющих их клеточных элементов. Так, в организме позвоночных животных насчитывается много миллиардов клеток, морфологически и функционально дифференцированных на несколько десятков клеточных типов, формирующих ряд высокоспециализированных тканей, органов и систем.  

Такая степень  дифференциации составляющих организм компонентов требует, очевидно, высокого уровня их интеграции и координации, без которого не может быть обеспечено существование живого организма  как еди- ного целого с его способностью к самостановлению, самосохранению и самовоспроизведению.  

Это обстоятельство эволюционно обусловило необходимость  возникновения в многоклеточном организме особого централизованного "управленческого" аппарата. Его  специальной функцией стала системная (межклеточная) регуляция и программирование формирования и работы различных органов, тканей и клеток, т.е. направленное приведение их структуры и деятельности в соответствие с нуждами организма.  

В конечном счете  роль такого централизованного координирующего аппарата во взрослом организме сводится в обеспечению постоянства внутренней среды организма, его гомеостаза. 
 

4 В теле многоклеточных животных клетки дифференцированы в зависимости от их функций. Они различаются по размерам, форме и строению. 

Большинство из клеток микроскопически малы, но некоторые достигают относительно большой величины. Например, отростки некоторых нервных клеток мозга крупных млекопитающих достигают длины свыше метра. Формы клеток (рис. 7) обусловлены их функцией и положением в организме. Встречаются клетки округлой, овальной, кубической, призматической, веретено-видной, звездчатой и других форм. Некоторые клетки не имеют постоянной формы, она изменяется путем образования временных выпячиваний. 

Строение клеток животных отличается большой сложностью. Обычно в них можно различить наружную мембрану, цитоплазму, клеточное ядро (или ядра) и различные органоиды (рис. 8). 
 
 

Рис. 7. Различные  формы клеток животного; 

/ — нервная  клетка; 2—4 — клетки эпителия; 5 — клетка соединительной ткани; 6 — яйцеклетка; 7 — мышечная клетка 
 
 

Рис. 8. Схема  строения клетки животного: 

/ — ядро; 2 -- ядрышко; 3 -- ядерная мембрана; 4 — цитоплазма;

5 — аппарат  Гольджи; в — митохондрии; 7 —  лизосома;         8

— андоилазматическая 

сеть;

9 — рибосомы; 10 - клеточная мембрана 

Наружная мембрана клеток животных, как правило, очень  тонка (толщина около 10~ь см). Она  состоит из трех слоев: наружного, среднего и внутреннего. Наружный и внутренний слои образованы белками, средний —  липоидами. На внутренней поверхности мембрана образует складки и разветвления, переходящие в эндоплазматическую сеть цитоплазмы. 

Мембрана служит защитной оболочкой клетки и активно  участвует в регуляции обмена веществ между клеткой и окружающей средой. 

Цитоплазма занимает большую часть тела клетки. Цитоплазма—сложная коллоидная система. В ее состав входят белки, часть которых соединена с липидами, различные соли, ферменты и большое количество воды. Общими для всех клеток структурными образованиями цитоплазмы являются эндоплазма-тическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и митохондрии. 

Эндоплазматическая  сеть пронизывает всю цитоплазму клетки. Она представляет собой систему  тончайших мембран. Около ядра мембраны переходят в мембраны ядерной  оболочки. Эндоплазматическая сеть выполняет  функцию остова клетки, а по ее канальцам и синусам происходит внутриклеточный обмен веществ, синтезируемых в различных частях клетки. 
 

Аппарат Гольджи  имеет структуру, близкую к структурным  образованиям эндоплазматической сети. Он образован мембранами, ограничивающими более крупные вакуоли и мелкие пузырьки. Функции аппарата Гольджи еще недостаточно выяснены, но, вероятно, он служит для временного накапливания некоторых продуктов внутриклеточного синтеза, главным образом ферментов и гормонов. При определенном состоянии организма эти вещества могут быть выведены из клетки через эндоплазматическую сеть и вовлечены в обменные процессы всего организма. 

Митохондрии

являются энергетическими  центрами клетки и оказывают влияние  на ее многие жизненные отправления. Это мелкие удлиненные тельца длиной 0,2—5 мкм. Они покрыты двухслойной оболочкой. Из внутреннего слоя оболочки в полость митохондрии направлены многочисленные гребни. Они резко увеличивают внутреннюю поверхность митохондрий, что важно для ускорения биохимических реакций накопления и превращения энергии в клетке. 

Рибосомы