Раздел 6. Общая биология

Термин "биология" образуется из двух греческих слов «bios» —жизнь и «logos» — знание, учение, наука. Отсюда и классическое определение биологии как науки, изучающей жизнь во всех ее проявлениях. Однако многообразие живой природы столь велико, что правильнее говорить о современной биологии как о комплексе наук. Предметом биологии являются все проявления жизни. Каждая отдельно взятая биологическая дисциплина изучает лишь определенную сторону этих проявлений: строение и жизнедеятельность живых организмов, их происхождение, развитие, распространение по Земному шару, взаимосвязи, возникающие между живыми организмами и средой их обитания и т.д. Например,

© микробиология — наука, изучающая микроорганизмы;

© цитология — наука о клетке;

© анатомия — науку о внутреннем строении организмов;

© экология — наука, изучающая взаимоотношения различных организмов друг с другом и со средой их обитания и т.д.

Особое место среди них занимает общая биология. Если частные науки лишь накапливают факты об отдельных сторонах проявлений жизни, то общая биология, интегрируя и обобщая их, выявляет основные законы и закономерности жизни на всех уровнях ее организации, пытается раскрыть сущность жизни и ее основные формы. Раскрывая сущность механизмов биологических процессов, общая биология служит теоретической основой генетики и селекции, ветеринарии и агрономии, медицины и здравоохранения, рационального использования, охраны и воспроизведения природных ресурсов и многих других сфер деятельности человека. В современных условиях знание общебиологических закономерностей необходимы специалистам всех отраслей производства.

Глава 35. Введение в цитологию

35.1. Предмет и содержание цитологии

Наука о клетке называется цитологией. Клетка является единицей всего живого, элементарной живой системой. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур и клеток внутри организма, размножение и развитие клеток, приспособление клеток к условиям окружающей среды.

Развитие представлений о клетке

Представления о клетке появились в связи с изобретением микроскопа.

Рассматривая под микроскопом срез пробки, Р.Гук обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал "клетками".

В трудах знаменитого голландского ученого Антони ван Левенгука, особенно в книге "Тайны природы", впервые появилась информация о строении многих биологических объектов (эритроцитов, многих водорослей, бактерий, сперматозоидов, разнообразных микроструктур растительных и животных клеток).

Лишь в XIX в. ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клеток, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.

Клеточная теория

По мере совершенствования инструментальной базы и техники микроскопических исследований клеточного строения организмов, было признано, что наличие клеток представляет собой общую структурную черту биологической организации. Клеточное строение организмов наблюдали многие исследователи. Наиболее обстоятельные описания клеточных структур в XIX в. дали Я.Пуркинье и М.Шлейден. В 1838 г. немецкий ботаник М.Шлейден доказал, что в любой растительной клетке есть ядро. Но только немецкий зоолог Т.Шванн в большом разнообразии клеток увидел их общность, их единый план строения. Он создал теорию, утверждающую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Клеточная теория строения была сформулирована и опубликована Т. Шванном в 1839 г. Суть её можно выразить в следующих положениях:

© Клетка рассматривается как элементарная структурная единица строения всех живых существ.

© Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре, но могут быть аналогичными по выполняемым функциям.

Наряду с несомненными достоинствами, в данной теории содержались ошибочные положения и утверждения. Во-первых, по Т.Шванну, жизнь клеток определялась не ее содержимым — протопластом, а главным образом оболочкой (стенкой); во-вторых, клетки в тканях и органах считались автономными, поэтому свойства организмов он сводил к сумме свойств отдельных клеток; в третьих, Т.Шванн полагал, что клетки возникают из неклеточного вещества.

Существенным дополнением основного положения клеточной теории было открытие еще в 1827 г. академиком Российской АН К.М.Бэром яйцеклетки млекопитающих. К.М.Бэр установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

В 1855 г. немецкий врач Р.Вирхов на основании данных об упорядоченном делении исходных клеток сделал обобщение: клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Это привело к осознанию того факта, что рост и развитие организмов связаны с делением клеток и их дальнейшей дифференцировкой, приводящей к образованию тканей и органов.

Таким образом, к началу ХХ в. благодаря созданию клеточной теории, сформировалось представление о клетке как о важнейшей составляющей всего органического мира, о единстве всего живого.

Положения современной клеточной теории

© Определение понятия “клетка”. Клетка — элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.

© Клетки всех живых организмов гомологичны, едины по строению и происхождению.

© Образование клеток в процессе индивидуального развития. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

© Клетка и организм. Клетка может быть самостоятельным организмом, осуществляющим всю полноту процессов жизнедеятельности (прокариоты и одноклеточные эукариоты). Все многоклеточные организмы состоят из клеток. Рост и развитие многоклеточного организма — следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток.

© Функции клеток. В клетках осуществляются: обмен веществ, раздражимость и возбудимость, движение, размножение и дифференцировка.

© Эволюция клетки. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюционного развития от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам).

35.3. Общая характеристика
химического состава клетки

Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях.

В живых организмах обнаружено свыше 60 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три категории:

© Макроэлементы (O, C, H, N, K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, Fe). К макроэлементам относят элементы, концентрация которых превышает 0,001%. Они составляют основную массу живого вещества клетки (около 99%). Особенно высока концентрация C, N, H, O (98% всех макроэлементов).

© Микроэлементы ( Zn, Mn, Cu, Co, Mo и многие другие), доля которых составляет от 0,001% до 0,000001% (1,9% массы клетки). Микроэлементы входят в состав биологически активных веществ — ферментов, витаминов и гормонов.

© Ультрамикроэлементы (Hg, Au, U, Ra и др.), концентрация которых не превышает 0,000001% (0,01% массы клетки). Роль большинства элементов этой группы до сих пор не выяснена.

Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде разнообразных химических соединений, которые подразделяются на неорганические и органические вещества.

К неорганическим веществам относятся:

© вода, составляющая примерно 70-80% массы организма;

© минеральные вещества — 1-1,5%.

К органическим веществам относятся:

© белки, занимающие среди органических веществ первое место по массе (в среднем — 10-20%, в сухом веществе — 40-50%);

© жиры — 1-5%;

© углеводы — 0,2-2,0%;

© нуклеиновые кислоты 1-2%;

© АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества — 0,1-0,5%.