§ 10. Клетачная тэорыя. Агульны план будовы клеткі

Адкрыццё клетак. Вывучэнне клетак стала магчымым дзякуючы вынаходству мікраскопа — прыбора, прызначанага для атрымання павялічаных відарысаў. *Першы мікраскоп з'явіўся ў Еўропе ў канцы XVI ст.*

Чалавекам, які ўпершыню ўбачыў клеткі пры дапамозе мікраскопа (мал. 10.1, а), быў англійскі вучоны Р. Гук. У 1665 г. пры разглядзе тонкага зрэзу коркавага слоя драўніннай кары ён выявіў, што корак падзелены на мноства малю­сенькіх ячэек (мал.10.1, б). Гэтыя ячэйкі, падобныя да пчаліных сотаў, Гук назваў клеткамі. Той жа план будовы ён назіраў і пры вывучэнні іншых тканак раслін. З часам тэрмін «клетка» зацвердзіўся ў біялогіі.

Праз некалькі гадоў галандскі натураліст А. ван Левенгук зрабіў мікраскоп, які валодаў значна большым павелічэннем. З яго дапамогай даследчык выявіў рухомыя мікраскапічныя арганізмы — інфузорыі, амёбы, бактэрыі. Таксама Левенгук упершыню назіраў клеткі жывёл — эрытрацыты і сперматазоіды.

*У XVIII ст. было апублікавана шмат новых малюнкаў і апісанняў розных клетак, прычым пераважна раслінных. Справа ў тым, што тканкі жывёл лёгка пашкодзіць, з прычыны чаго вучоным было цяжка вырабляць прэпараты для даследавання. Аднак мікраскоп у той час разглядаўся галоўным чынам як цацка, таму большасць даследчыкаў прыроды не надавала сваім назіранням сур'ёзнага значэння.*

Клетачная тэорыя. У першай палове XIX ст. адбывалася паглыбленне ўяўленняў пра будову клеткі, што звязана з істотнымі паляпшэннямі канструкцыі мікраскопаў. У клетках былі выяўлены ядро і некаторыя іншыя структуры. Да гэтага лічылася, што жывымі з’яўляюцца клетачныя сценкі, а ўнутры клеткі або пустыя, або запоўнены «пажыўным сокам». У 1840-х гг. вучоныя прыйшлі да разумення таго, што найважнейшыя працэсы жыццядзейнасці працякаюць менавіта ўнутры клетак, а не ў клетачных сценках.

* У 1825 г. чэшскі анатам і фізіёлаг Я. Пуркінэ адкрыў ядро ў яйцаклетцы курыцы. Пазней ён прыйшоў да высновы, што менавіта ўнутранае змесціва клетак, а не іх абалонкі, уяўляе сабой жывое рэчыва. Пуркінэ і яго вучні даследавалі мікраскапічную будову шэрага тканак і органаў млекакормячых і чалавека. Аднак, параўноўваючы клеткі жывёл з клеткамі раслін, Пуркінэ ўсё ж не прыйшоў да высновы пра іх падабенства і адзінства паходжання.

Брытанскі батанік Р. Браўн у 1831 г. увёў тэрмін «ядро» і апісаў яго як сферычнае шчыльнае ўнутрыклетачнае цельца. Ён жа выказаў здагадку пра тое, што ядро з'яўляецца пастаянным кампанентам расліннай клеткі.*

У 1838 г. нямецкі батанік М. Шлейдэн даказаў, што розныя органы раслін складаюцца з клетак. Акрамя таго, вучоны паказаў значнасць ядра для жыццядзейнасці клеткі.

Стваральнікам клетачнай тэорыі стаў нямецкі заолаг Т. Шван. Ён вызначыў, што тканкі жывёл складаюцца з клетак, у кожнай з якіх есць ядро. Супастаўляючы ўласныя назіранні з працамі Шлейдэна, Шван прыйшоў да высновы пра тое, што на мікраскапічным узроўні жывёлы і расліны ўладкаваны па адзіным плане. У 1839 г. была апублікавана яго кніга «Мікраскапічныя даследаванні пра адпаведнасць у структуры і росце жывёл і раслін». У гэтай кнізе былі выяўлены асноўныя ідэі клетачнай тэорыі: усе арганізмы складаюцца з клетак, пры гэтым клеткі раслін і жывёл падобныя па будове і працэсах жыццядзейнасці. Стварэнне клетачнай тэорыі было адным з найвялікшых адкрыццяў у прыродазнаўстве XIX ст., нараўне з эвалюцыйнай тэорыяй і законам захавання і ператварэння энергіі.

У 1855 г. нямецкі ўрач Р. Вірхаў дапоўніў клетачную тэорыю. Ён сфармуляваў прынцып «Кожная клетка — ад клеткі», г. зн. клеткі ўтвараюцца з іншых клетак у выніку дзялення. *Вірхаў таксама выказаў здагадку, што ў аснове ўсіх захворванняў ляжыць змяненне структуры і функцый клетак. Клетачная тэорыя ў тлумачэнні Вірхава стала агульнапрынятай асновай як біялогіі, так і медыцыны.*

У далейшым вучэнне пра клетку апынулася ў цэнтры ўвагі ўсёй біялагічнай навукі і бурна развівалася. Для вывучэння клетак і іх кампанентаў сталі выкарыстоўваць разнастайныя фізічныя і біяхімічныя метады. Гэта дазволіла зразумець складанасць будовы клетак і разнастайнасць працэсаў, якія ў іх працякаюць.

Клетачная тэорыя, галоўныя палажэнні якой былі сфармуляваны ў сярэдзіне XIX ст., з’яўляецца адной з асноўных ідэй сучаснай біялогіі. Яна зацвярджае адзінства прынцыпу будовы і развіцця ўсіх арганізмаў, якія маюць клетачную будову. Клетачная тэорыя стала адной з перад­умоў узнікнення эвалюцыйнага вучэння, падмуркам для развіцця такіх дысцыплін, як гісталогія (навука пра тканкі), эмбрыялогія (навука пра зародкавае развіццё арганізмаў), фізіялогія і інш.

Сучасная клетачная тэорыя ўключае наступныя асноўныя палажэнні.

1. Клетка — элементарная структурна-функцыянальная адзінка жы­вых арганізмаў, якая валодае ўсімі прыметамі і ўласцівасцямі жывога.
2. Клеткі ўсіх арганізмаў падобныя па хімічным саставе, будове і працэсах жыццядзейнасці.
3. Усе клеткі ўтвараюцца толькі ў выніку дзялення зыходных (мацярынскіх) клетак.
4. Клеткі большасці мнагаклетачных арганізмаў спецыялізуюцца па функцыях і ўтвараюць тканкі. З тканак складаюцца органы і сістэмы органаў.

Агульны план будовы клетак. Усе клеткі маюць адзіны прынцып арганізацыі. Змесціва кожнай з іх аддзелена ад пазаклетачнага асяроддзя цытаплазматычнай мембранай (плазмалемай), а ўнутры знаходзіцца цытаплазма з рознымі арганоідамі і генетычны матэрыял у выглядзе ДНК. Аднак у сувязі з асаблівасцямі будовы клетак усе клетачныя формы жыцця падзяляюцца на дзве групы — пракарыёты, ці даядзерныя, і эўкарыёты, ці ядзерныя.

Як вы ведаеце, да пракарыётаў належаць бактэрыі, а да эўкарыётаў — пратысты, грыбы, расліны і жывёлы. Клеткі пракарыёт пабудаваны параўнальна проста. Такія клеткі не маюць ядра, іх генетычны матэрыял (ДНК) знаходзіцца непасрэдна ў цытаплазме. У эўкарыятычных клетках ёсць ядро, аддзеленае ад цытаплазмы двайной мембранай. Менавіта ў ім змяшчаюцца малекулы ДНК.

Асноўнымі структурнымі кампанентамі клетак з’яўляюцца паверхневы апарат, цытаплазма, а ў эўкарыёт таксама ядро (мал. 10.3, 10.4).

Паверхневы апарат клеткі з’яўляецца бар’ерам, які аддзяляе яе змесціва ад пазаклетачнага асяроддзя. Ён забяспечвае абмен рэчываў, узаемадзеянне клеткі са знешнім асяроддзем і суседнімі клеткамі. Паверхневы апарат складаецца з цытаплазматычнай мембраны і надмембраннага комплексу.

Цытаплазматычная мембрана — асноўная частка паверхневага апарата, характэрная для ўсіх клетак. Надмембранны комплекс клетак бактэрый, грыбоў, раслін і многіх водарасцей прадстаўлены трывалай клетачнай сценкай. Яна забяспечвае ахову ад знешніх уздзеянняў, надае клетцы пэўную форму. Надмембранным комплексам клетак жывёл з’яўляецца глікакалікс — тонкі слой, які складаецца з малекул вугляводаў, звязаных з бялкамі і ліпідамі цытаплазматычнай мембраны.

Цытаплазма — гэта ўсё ўнутранае змесціва клеткі, за выключэннем ядра, абмежаванае цытаплазматычнай мембранай. Цытаплазма складаецца з вадкай часткі — гіялаплазмы і размешчаных у ёй цыташкілета і арганоідаў. Гіялаплазма ўяўляе сабой раствор, які змяшчае розныя арганічныя і не­арганічныя рэчывы. Яна аб’ядноўвае ўсе клетачныя структуры і забяспечвае іх узаемадзеянне.

Цыташкілет эўкарыёт з’яўляецца механічным каркасам цытаплазмы, які забяспечвае падтрыманне і змяненне формы клетак, унутрыклетачныя рухі і г. д. Доўгі час лічылася, што цыташкілетам валодаюць толькі эўкарыятычныя клеткі, аднак на сённяшні дзень вызначана, што ён ёсць і ў пракарыятычных.

Арганоіды (арганэлы) — пастаянныя спецыялізаваныя структуры цытаплазмы, якія ажыццяўляюць пэўныя функцыі, жыццёва неабходныя для клеткі. У залежнасці ад будовы вылучаюць немембранныя, аднамембранныя і двухмембранныя арганоіды. Мембранныя арганоіды характэрны толькі для клетак эўкарыёт.

Немембраннымі арганоідамі з’яўляюцца рыбасомы, клетачны цэнтр, міяфібрылы,  *жгуцікі і раснічкі*. Да аднамембранных арганоідаў належаць эндаплазматычная сетка, комплекс Гольджы, лізасомы, вакуолі, да двухмембранных — мітахондрыі і пластыды.

Ядро — найважнейшая структура эўкарыятычнай клеткі, яе інфармацыйны цэнтр. У ядры змяшчаюцца малекулы ДНК, якія забяспечваюць захоўванне і рэалізацыю спадчыннай інфармацыі, а таксама яе перадачу даччыным клеткам пры дзяленні.

*Неабавязковымі кампанентамі клеткі з'яўляюцца ўключэнні. Яны могуць паяўляцца і знікаць у залежнасці ад знешніх умоў і характару абмену рэчываў. Уключэнні могуць знаходзіцца непасрэдна ў гіялаплазме ці ўнутры арганоідаў, напрыклад вакуоляў. Вылучаюць некалькі тыпаў уключэнняў. Трафічныя ўключэнні ўяўляюць сабой запасныя пажыўныя рэчывы — кроплі ліпідаў, крухмальныя зерні, гранулы глікагену і г. д. Сакраторнымі ўключэннямі называюць біялагічна актыўныя рэчывы, якія сінтэзуюцца клеткай і падлягаюць вывядзенню з яе (гармоны, некаторыя ферменты, слізь і інш.). Пігментныя ўключэнні надаюць клеткам пэўную афарбоўку, як, напрыклад, гранулы меланіну. Да экскрэторных уключэнняў залічваюць такія канчатковыя прадукты клетачнага метабалізму, як крышталі мачавой кіслаты, аксалату кальцыю і г. д.*

Разнастайнасць клетак. Як адзначалася, клеткі жывых арганізмаў маюць агульны план будовы. Аднак яны могуць адрознівацца адна ад адной памерамі, формай, некаторымі асаблівасцямі будовы (мал. 10.5).

Самымі маленькімі з’яўляюцца пракарыятычныя клеткі, іх дыяметр звычайна складае 0,5—10 мкм. Большасць клетак эўкарыёт мае памер 10—100 мкм. Радзей сустракаюцца клеткі яшчэ большых памераў. Напрыклад, мышачныя валокны жывёл і сітападобныя трубкі раслін могуць дасягаць у даўжыню 1—10 мм. Дыяметр яйцаклетак буйных птушак і акул складае некалькі сантыметраў, а адросткі нейронаў бываюць даўжынёй больш за 1 м.

У мнагаклетачным арганізме адрозненні паміж клеткамі абумоўлены тым, што розныя клеткі выконваюць розныя функцыі. Аднак нават самым высокаспецыялізаваным клеткам уласціва наяўнасць тых жа арганоідаў і рэчываў, якія характэрны і для іншых клетак.

Паўтарэнне адкрыцця Гука

1. Вазьміце звычайны коркавы корак ад бутэлькі (толькі пераканайцеся, што ён не пластыкавы). Пакладзіце яго на папяровы ручнік ці на ліст паперы.
2. Трымайце корак моцна і з дапамогай ляза брытвы ці вострага канцылярскага нажа акуратна зрабіце вельмі тонкі паўпразрысты зрэз. Будзьце асцярожныя пры рабоце з лязом!
3. Далей змясціце зрэз на прадметнае шкло мікраскопа ў невялікую кроплю вады. Покрыўнае шкло выкарыстоўваць неабавязкова, бо выразаны ўзор не атрымаецца ідэальна роўным.
4. Вывучыце падрыхтаваны прэпарат з дапамогай мікраскопа. Лепшае месца для разглядання «ячэек» — самы тонкі край зрэзу.
5. Назіранні можна паўтарыць пры розных павелічэннях.
6. Для вывучэння зрэзу ў адбітым святле асвятліце прэпарат зверху з дапамогай ліхтарыка.

● Параўнайце вашы назіранні з малюнкам Гука, зробленым больш за тры з паловай стагоддзі таму (гл. мал. 10.1, б).

● Успомніце з курса біялогіі 7-га класа, якімі клеткамі (жывымі ці мёртвымі) утвораны корак. Як вы думаеце, чаму корак не тоне ў вадзе?