?

Log in

July 2017   01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Введение в биологию — пост №13

Posted on 2017.02.26 at 17:24
Tags: , ,

XIII
Клетка. Клеточная теория


Клетка — это прежде всего один из уровней организации живых систем, универсальная единица, «кирпичик» живого. Живое состоит из клеток. Если нечто не состоит из клеток — это не живое. Наука, изучающая строение и жизнедеятельность клеток, называется цитологией.

Поскольку все биологические процессы на молекулярном уровне протекают в водных растворах, и существует множество разных химических процессов, связанных друг с другом, должны существовать какие-то отсеки, «пробирки», внутри которых будет поддерживаться необходимая концентрация веществ и другие параметры, необходимые для жизнедеятельности. Клетка — это та самая «пробирка», некая замкнутая ёмкость, стенки которой отделяют внутреннюю среду от внешней. Таким образом, главной структурой, определяющей существование клетки как отдельной единицы, является клеточная мембрана (она же плазмалемма, она же плазматическая мембрана). Мембрана представляет из себя тонкую плёночку, образующую замкнутый «пузырик», который и есть клетка. Внутреннее содержимое клетки, отграниченное мембраной, называется цитоплазмой.

Поскольку, как мы знаем, наследственные свойства живых систем определяются ДНК через посредство синтеза специфичных белков, в клетке обязательно должна быть ДНК и аппарат синтеза белка. Такова в самых общих чертах схема строения любой клетки: мембрана, цитоплазма, ДНК, и какие-то приспособления, обеспечивающие синтез белка.

Открытие клеток как природного феномена принадлежит английскому естествоиспытателю Роберту Гуку (это тот самый, которого учебники по физике знают как автора закона Гука). Гук рассматривал в микроскоп тонкий срез пробки, и обнаружил, что «что вся она пронизана отверстиями и порами, совершенно как медовые соты». Эти наблюдения опубликованы Гуком в книге «Микрография», вышедшей в 1665 году. Гуку принадлежит и сам термин «клетка» (англ. сell — «ячейка, сота», от лат. cella — «комната, камера»). В данном случае Гук имел дело с мёртвыми растительными клетками, поэтому внутри ячеек не было никакого живого содержимого.





Постепенно накапливавшиеся данные об универсальности этого явления были обобщены в тридцатые годы XIX в. М. Шлейденом и Т. Шванном в виде клеточной теории, утверждающей, что клеточное строение обязательно для любых живых организмов. Согласно первоначальной версии клеточной теории, все живые организмы состоят из клеток, и клетка является элементарной (наименьшей) единицей живого. Клетка — это живая система, обладающая всем комплексом свойств живого, такой системой может быть что-то, состоящее из множества клеток, но никакая часть клетки, что-то меньшее клетки — не может.

Важнейший вывод, следующий из клеточной теории — обоснование структурного единства всех живых организмов. Классическая работа Т. Шванна озаглавлена «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839), и в самом её названии декларируется эта важная идея: животные и растения, совершенно различные по строению на макроуровне, состоят тем не менее из подобных структурных единиц — клеток. Нет общей для животных и растений анатомии, но есть общая цитология.

Важное дополнение к имевшимся постулатам клеточной теории в последующие два десятилетия сделал немецкий физиолог Рудольф Вирхов. Речь идёт о механизмах возникновения новых клеток: Шлейден и Шванн полагали, что клетки могут возникать из неклеточного вещества (теория цитобластемы), Вирхов же настаивал на том, что клетки могут образовываться только путём деления исходных клеток («всякая клетка от клетки»).

Любопытно, что формально признание клетки элементарной единицей живого одновременно с возможностью образования клеток из неклеточного вещества означает признание самозарождения жизни как обыденного явления. Вообще говоря, на протяжении всей предшествовавшей человеческой истории такие представления были нормой: у античных и средневековых мыслителей они встречаются постоянно. Аристотель, бывший в европейской науке очень долгое время непререкаемым авторитетом, в «Истории животных» приводит множество примеров зарождения разных организмов из «земли», «ила», «грязи» и т. п. Фома Аквинский писал о происхождении некоторых животных «от гниения». Через алхимиков эпохи Возрождения представления о возможности самозарождения живых существ шагнули в Новое время: в частности, их разделял виднейший французский естествоиспытатель XVIII в. Жорж Луи-Леклерк де Бюффон.




Во второй половине XVII в. тосканский врач Франческо Реди доказал, что личинки мух не самозарождаются в гниющем мясе: в его экспериментах личинки заводились в сосудах с мясом, оставленных открытыми, но не появлялись в сосудах, накрытых кисеёй. Но после того, как Антони ван Левенгук открыл существование микроорганизмов (первые результаты его наблюдений были опубликованы в 1673 г.), для обоснования невозможности самозарождения живых существ потребовалось доказательство невозможности самозарождения и микроорганизмов тоже. Многим очевидной казалась идея, что уж микробы-то, наверное, самозарождаются — откуда же, иначе, они берутся?..

Итальянский священник и натуралист Ладзаро Спалланцани доказал (вторая половина XVIII в.), что микроорганизмы не появляются в запаянных колбах с прокипячённым бульоном, но сторонники самозарождения возражали ему, что нагреванием он якобы убивает «производящую силу», или что для самозарождения необходим свежий воздух.

Доказать, что микроорганизмы не самозарождаются в прокипячённом бульоне даже при доступе воздуха, удалось во второй половине XIX в. французскому учёному Луи Пастеру (это в честь которого «пастеризация»). Пастер использовал специальную колбу с очень длинным узким и изогнутым горлышком. В такой колбе бульон оставался чистым, даже если горлышко не запаивать, — споры микроорганизмов не могли по воздуху преодолеть все изгибы и оседали на стенках.




В 1862 г. Французская академия наук присудила Пастеру специальную премию за разрешение вопроса о самозарождении жизни — через несколько лет после провозглашения Вирховом принципа «всякая клетка от клетки».

Дополнительные ссылки:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка
https://ru.wikipedia.org/wiki/Клеточная_теория
https://ru.wikipedia.org/wiki/Самозарождение
https://www.youtube.com/watch?v=MD8B9qx_qus
https://www.youtube.com/playlist?list=PLZjDfjTHWaBzuFiR1ZNRk3rQjcxcOwNm2
https://www.litmir.co/br/?b=185222
https://www.youtube.com/watch?v=MD8B9qx_qus

(продолжение следует)

Введение в биологию — оглавление

Comments:


alphist
alphist at 2017-02-27 11:53 (UTC) (Link)
"Если нечто не состоит из клеток — это не живое" Значит, вирусы не считаются живыми?
Георгий Рюриков
barson at 2017-02-27 19:41 (UTC) (Link)
Пока вирусы не попадут в клетку — никаких свойств живого они не демонстрируют.
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-03 17:57 (UTC) (Link)
Угу, ага. Системный подход, первичные репликаторы - фсе фтопку...
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-15 10:45 (UTC) (Link)
Э?
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-15 10:57 (UTC) (Link)
Пока ЛЮБОЙ живой организм не попадет в подходящую ему экосистему — никаких свойств живого он не демонстрирует. Про это почему-то никто не желает думать, хоть убей. Кроме некоторых граничных систем, вроде тех же первичных репликаторов - там это, пусть со скрипом, но проговаривается. Вирусы - тако же.
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-15 10:58 (UTC) (Link)
А-а-а. Да. Вот здесь-то я, пожалуй, соглашусь с Вами, а не с автором исходного поста, при всем уважении к нему.
Георгий Рюриков
barson at 2017-03-15 11:44 (UTC) (Link)
Разумеется, живой организм, чтобы демонстрировать свойства живого, должен находиться в определённой, пригодной для него окружающей среде. Объект под названием "бактерия" я могу посадить в среду, не содержащую клеток, кормить её, и она будет демонстрировать все свойства живого. С объектом под названием "вирусная частица" такой номер не пройдёт.

С первичными репликаторами, конечно, сложнее, но здесь я бы сделал упор на уникальность события, связанного с их появлением. Утверждение о невозможности самозарождения клеток, которую типа доказал Пастер, как-то мирится с утверждением о том, что первые клетки всё-таки однажды появились. Как и во многих сходных ситуациях, я думаю, что само понятие "жизнь" по большому счёту мы можем определить задним числом, глядя на уже "развитые" формы жизни. Я думаю, если бы дальше первых репликаторов не пошло — не стоило бы вводить новое понятие. :)
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-15 11:51 (UTC) (Link)
Для вируса клетка - просто разновидность среды. Любому другому репликатору тоже нужна определенная среда. А что, если "зацикленность" земной жизни на клетках - это эволюционная случайность? В любом случае, есть повод еще подумать над этими понятиями, мне оно как раз кстати.
Георгий Рюриков
barson at 2017-03-15 11:55 (UTC) (Link)
А я, кажется, нигде не утверждаю, что это не "эволюционная случайность". :)
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-30 11:55 (UTC) (Link)
> С объектом под названием "вирусная частица" такой номер не пройдёт.

Пройдёт. Если ВЫ насыплете в пробирку рибосом и т.п.
Довод в точности неотличимый от любого варианта внутриклеточного паразита и страдающий от прямизны рук экспериментатора. Вспомните понятие некультивируемый вид - субъективизм же, зачем его сюда.

Теперь чуть сложнее про самостоятельность: есть бактерии, не нуждающиеся ни в каком виде биоценоза, им достаточно только неживых условий среды. Но это а) исключение б) временное состояние - сформировались они все равно при участии клеточных партнеров по сообществу.

Уникальность события в этом смысле не довод, конечно. К тому же мир доклеточной жизни существовал довольно долго, и породил весьма сложные формы.

Ну и, конечно, я не согласен, что не стоило бы вводить нового понятия даже на стадии совсем первичных репликаторов. Начали реплицироваться, забирая для построения себя вещество из несебя (=снаружи, да, хоть и без мембраны) и эволюционировать - добро пожаловать в жизнь. Пусть и обмен веществ использует еще неорганизованное специальным образом тепловое движение, уж не говоря про все прочее.

Про обмен веществ я специально написал, чтобы оставаться в рамках биологической формы жизни. Сам при этом признаю и другие формы - те же мемы, например, и некоторые компутерные заморочки.

Edited at 2017-03-30 11:58 am (UTC)
Георгий Рюриков
barson at 2017-03-30 15:02 (UTC) (Link)
А кто-то уже подтвердил этот тезис, насчёт "насыпать в пробирку рибосом etc."? Это был бы знаковый эксперимент, это действительно так просто?
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 01:00 (UTC) (Link)
Воля Ваша, но от этого вопроса так и тянет махровым витализмом! Для грамотного биолога он не должен быть знаковым, только для публики.

Думаю, что не провели (было бы известно, "знаковые" бы раструбили по Нейчурам ;), думаю, что не ТАК просто, технических сложностей хватит. Однако, это нисколько не меняет принципа.
Георгий Рюриков
barson at 2017-03-31 05:40 (UTC) (Link)
В таком случае мы возвращаемся к определениям. Теоретически создать "искусственную среду" можно для чего угодно. Другие элементы генома тоже будут реплицировться в "пробирке с рибосомами". Любую ДНК считать живой?
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 20:57 (UTC) (Link)
Не любую, только шарашащую в Дарвиновскую эволюцию. А до нее - РНК.

Edited at 2017-03-31 08:59 pm (UTC)
Георгий Рюриков
barson at 2017-04-01 17:58 (UTC) (Link)
Повторяю — тогда мы возвращаемся к определениям. Я исходу из тех определений, которые я обсуждал в первом посте.

Ваше же определение приводит, на мой взгляд, к странным следствиям. Представляю себе двух студентов, один другому показывает на пробирочку с выделенной ДНК: "Смотри, она живая!"...

Хотя на самом деле плохо не это. Ваше определение ведёт к тому, что живым можно считать вообще всё, что угодно. Ведь попав в "правильную среду", что угодно будет реплицироваться. Можно создать среду с роботами, которые реплицируют чайники, тогда чайники придётся считать живыми.
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-31 20:11 (UTC) (Link)
Вы так говорите "витализм", как будто это что-то плохое!!! (=
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 20:58 (UTC) (Link)
Спасибо, давно так знатно не поперхивался :)
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-31 21:02 (UTC) (Link)
А чего тут поперхиваться? Я, промежду прочим, серьезно.
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 21:10 (UTC) (Link)
Гм. Мне, право же, неловко отсылать взрослого человека к школьным университетским учебникам...
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-31 21:16 (UTC) (Link)
Не, не хотите продолжать это полушуточное обсуждение - не надо, я и не думаю навязывать. Но, если что, отсылку к учебникам я не понял.
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 21:28 (UTC) (Link)
А что тут понимать? Витализм - вполне отрефлектированное историей науки течение биологической (тогда - и химической) мысли времен начала боданий "идеалистических" и "материалистических", и как таковое вошел в учебники. Что тут как можно понимать?
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-31 21:32 (UTC) (Link)
Ну, вот если меня назовут виталистом, я обижаться не буду. И, скорее всего, даже и возражать не буду.
Alexander Osypov
aosypov at 2017-03-31 21:36 (UTC) (Link)
Ну, садись, Иванов, два.

Это если бы Вы были студентом. Вы же, как я понимаю, уже прошли дальше? Не могли бы Вы расшифровать Вашу позицию, на чем-то же она держится, не на неграмотности же?
caenogenesis
caenogenesis at 2017-03-31 21:43 (UTC) (Link)
Ну, вот вы Дриша читали? Я читал, и нахожу высказанные у него мысли вполне разумными. Он предпочитал назвать себя виталистом, чтобы отмежеваться от авторов (многочисленных в то время), которые говорили о сводимости биологических процессов к физическим и химическим и тем самым де факто низводили биологию на роль прикладной науки.
bbrother92 at 2017-03-09 00:11 (UTC) (Link)
До чего ж темные времена были.
Previous Entry  Next Entry