Цитология, эмбриология, общая гистология

ЦИТОЛОГИЯ

СИСТЕМАТИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Для изучения уникального явления — жизни используют два методологических подхода. Один подход основан на наблюдении за живым объектом как целостным, единым и неделимым организмом. Это направление во многом предопределило развитие экологии — науки, изучающей организмы во взаимодействии друг с другом и окружающими объектами неживой природы. Другой подход опирается на эксперимент и анализ живого, изучение через составляющие части. Так, многоклеточный организм состоит из систем органов, которые, в свою очередь, — из органов, органы — из тканей, ткани — из клеток. Науку о строении, функциях и развитии клеток называют цитологией (от гр. cytos — клетка, logos — наука).

Согласно современной систематике живая природа — целостная, неоднородная система, которой свойственна иерархическая организация. Иерархической называется система, в которой части или элементы живых систем расположены в порядке от низших до высших; организмы распределяются в соответствии со сходством и различиями по определенной соподчиненности категорий. Такая система создана на основе определенных принципов, методов и правил классификации.

Превращение всех видов энергии и обмен веществ происходят на молекулярном уровне, который является начальным уровнем организации живого. Преемственность между молекулярным и следующим за ним клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы — это тот материал, из которого образуются надмолекулярные — клеточные структуры (табл. 1).

Живой мир чрезвычайно многочислен и разнообразен: на Земле насчитывают свыше 2 млн видов и предположительно не менее 500 млн вымерло в предшествующие эпохи.

Несмотря на многообразие живого мира, клетка составляет основу строения, жизнедеятельности, развития всех форм жизни (табл. 2).

Различают эукариотические (от гр. ей — хороший, karion — ядро) клетки животных, растений, грибов, имеющих дифференцированное ядро, обособленное ядерной оболочкой от содержимого цитоплазмы, и прокариотические (от гр. pro—-до, karion — ядро) клетки бактерий и синезеленых водорослей, у которых ядерный материал не обособлен ядерной оболочкой от содержимого цитоплазмы.

Многочисленные находки ученых в виде окаменелостей, отпечатков в мягких породах и наличие других объективных свидетельств указывают на то, что жизнь на Земле существует не менее 3,5 млрд лет. На протяжении более чем 3 млрд лет область распространения жизни ограничивалась исключительно водной средой. К моменту выхода на сушу жизнь была представлена разнообразными формами: прокариотами, низшими и высшими растениями, простейшими и многоклеточными эукариотами, включая ранних представителей позвоночных животных. За указанный период произошли эволюционные преобразования, предопределившие состав современного органического мира.

Современная наука считает, что первыми появились прокариоты, имеющие небольшой объем наследственной информации.

(дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) Escherichia coli образована 4 млн пар нуклеотидов, у млекопитающих — 2 млрд).

Клеткам прокариот свойственны небольшие размеры (не более 0.5…3 мкм), отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК (нуклеотид) не отграничен оболочкой от содержимого цитоплазмы. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр, не типичны внутриклеточные перемещения и амебоидное движение цитоплазмы. Время, необходимое для образования двух дочерних клеток из материнской (время генерации), сравнительно невелико и исчисляется десятками минут.

Прокариоты господствовали на Земле более 2 млрд лет, с эволюцией этих организмов связано появление механизма фотосинтеза и эукариотического типа клеток.

Ископаемые останки клеток эукариот обнаружены в породах, возраст которых исчисляется 1… 1,4 млрд лет. Более позднее возникновение, сходство в общих чертах основных биохимических процессов (самоудвоение ДНК, синтез белка) позволяют полагать, что клетки эукариот произошли от предка, имевшего прокариотическое строение.

Согласно симбиотической гипотезе происхождения клеткойхозяином в эволюции клетки эукариотического типа являлся анаэробный прокариот, способный к амебоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрий, которые произошли путем изменений симбионтов — аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина.

При переходе к многоклеточной организации большое значение имело наличие у эукариотических клеток эластичной оболочки, необходимой для образования устойчивых клеточных комплексов. Предпосылкой для развития многоклеточных форм, увеличивающих эволюционные возможности, послужило аэробное дыхание. В частности, эукариотические клетки появились после того, как концентрация кислорода в атмосфере достигла 1%. Данная концентрация кислорода — это обязательное условие для аэробного дыхания.

Эволюционные возможности клеток эукариот несравнимо выше, чем у прокариот, так как геном эукариот во много раз превосходит по размерам геном прокариот.

Благодаря отмеченным особенностям за 1 млрд лет эволюции эукариотический тип клеточной организации развился в разнообразие живых форм — от одноклеточных простейших до млекопитающих.

Клетка — элементарная генетическая, структурно-функциональная единица, обладающая совокупностью свойств живой системы: постоянством химического состава, раздражимостью, возбу;

Рис. 3. Многообразие форм и типов клеток и неклегочных структур.

Рис. 4. Строение эукариотической клетки (по О. В. Волковой и соавт.):

а — при просвечивающей электронной микроскопии; б — при сканирующей электронной микроскопии; 7 —ядро; 2—гиалоплазма; 3— первичная лизосома; 4— вторичная лизосома; 5— фагосома; 6 — шероховатая эндоплазматическая сеть; 7—комплекс Гольджи; 8— фибриллярные структуры; 9— включения; 10 — гладкая эндоплазматическая сеть; 77 — митохондрия; 72— центриоли клеточного центра димостью, сократимостью, обменом веществ и энергии, хранением и передачей информации в ряду поколений.

Клетка может быть отдельным самостоятельным организмом со всеми основными функциями, например царство Protozoa. Эукариотические клетки, входящие в состав тканей многоклеточных организмов, выполняют определенные функции (рис. 3).

Клетка в мире живых организмов является элементарной единицей, обусловливает присущие органическому миру качества единства и разнообразия, отличается сложным строением (рис. 4).