Клетки (рис. 1) являются главнейшей формой существования живого вещества. Размер их очень мал — от 2 до 200 микрон (1 микрон = 0,001 мм), поэтому они невидимы простым глазом. Форма клеток очень разнообразна (шарообразная, призматическая, кубическая, звездчатая и др.) и обусловлена выполняемой ими функцией и взаимосвязями с другими клетками.
После изобретения и усовершенствования микроскопа сначала были обнаружены английским ученым Гуком растительные клетки. Позднее — клетки животного происхождения. Эти открытия позволили создать клеточную теорию строения и развития организмов. Впервые мысль о клеточном строении всех растительных и животных организмов высказал русский ученый П. ф. Горянинов в 1834 году. Ему же принадлежит высказывание о происхождении самой клетки в В 1837 году чешский ученый Я. Пуркине опубликовал новые факты, подтверждающие клеточное строение организмов. Наконец, немецкими учеными М. Шлейденом (в 1838 году), а главным образом Т. Шванном (в 1839 году), была окончательно сформулирована клеточная теория строения организмов. Позднее немецким ученым Р. Вирховым клеточная теория строения организмов была извращена. Он выбросил идею исторического развития клетки и допускал развитие клеток только из клеток. Между тем научные данные подтверждают, что клетки произошли из бесструктурного (аморфного) белка, как указывал Ф. Энгельс, благодаря образованию ядра и оболочки. Вирхов утверждал, что вне клетки жизни нет, что многоклеточный организм представляет собой лишь сумму клеток, что жизнедеятельность организма лишь сумма жизнедеятельностей его клеток, что организм лишь клеточное «государство». Таким образом, понятие об организме как о единой целостной системе у Вирхова исчезло, как и понятие о качественных изменениях растущего организма. Такой взгляд на организм и его строение противоречит научному, диалектическому мировоззрению.
Рис. 1. Схема строения клетки:
А — под световым микроскопом; Б — под электронным микроскопом; 1— цитоплазма; 2 — ядро; 3 — митохондрии; 4 — клеточный центр; 5 — микросомы.
СТРОЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
Все клетки, несмотря на их разнообразие, состоят из протоплазмы, которую разделяют на цитоплазму (тело клетки) и кариоплазму, образующую ядро клетки.
Протоплазма — это сложное белковое вещество, которое находится в коллоидном состоянии. Она несколько тяжелее воды — удельный вес ее около 1,03. Более плотный, наружный слой цитоплазмы называется эктоплазмой, а вся остальная часть образует эндоплазму. В растительных клетках эктоплазма представлена ясно выраженной оболочкой. В цитоплазме имеются органоиды и клеточные включения.
Органоиды — это постоянные структурные образования цитоплазмы, каждое из которых выполняет определенные функции. К органоидам относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, зона Гольджи и клеточный центр (центросома).
Эндоплазматическая сеть обнаруживается только электронным микроскопом. Она расположена в эндоплазме и состоит из мембран различной формы, образующих трубки и цистерны. Наиболее сильно выражена в клетках с интенсивным обменом веществ, например у молодых животных.
Рибосомы (они же микросомы, или гранулы РНК) в виде округлых телец видимы также только в электронный микроскоп. Они состоят из молекул рибонуклеиновой кислоты — РНК и располагаются как на мембранах эндоплазматической сети, так и в самой цитоплазме. В рибосомах синтезируются молекулы белков определенного строения (тканевые белки, ферменты, гормоны и прочие катализаторы).
Митохондрии (хондриосомы) — нитевидные или зернистые тела, видимые даже в световой микроскоп. Они преобразуют энергию, поступающую с пищей, в химическую, запасы этой энергии концентрируются в АТФ (аденозинтрифосфорной кислоте), которая синтезируется в митохондриях. Химическая энергия расходуется при синтезе белков рибосомами, в процессах нервной деятельности и др. Митохондрии разрушаются через 10—20 дней в зависимости от интенсивности обмена веществ и заменяются новыми. Состоят они из белка и липоидов, которые образуют оболочку — мембрану и внутренние перегородки. В стенках митохондрий вырабатываются ферменты, обеспечивающие перенос электронов при окислительно-восстановительных процессах.
Зона Гольджи, или внутриклеточный сетчатый аппарат, является активным участком протоплазмы, где протекают специфические для данной клетки процессы, например выделение секрета (железистые клетки), синтез белка, образование жира. Зона Гольджи состоит из клубка нитей, в электронном микроскопе видны еще пузырьки.
Клеточный центр (центросома) представляет собой наиболее уплотненный структурный элемент цитоплазмы, имеет вид одного-двух зернышек — центриолей, окруженных светлой зоной — центросферой, богатой РНК и белками. Центриоли участвуют в процессе размножения клеток, в образовании опорных структур для мерцательных ресничек и в др.
Клеточные включения — временные образования в цитоплазме, которые возникают и исчезают в процессе обмена веществ. Это обычно или запасной материал, или подлежащие удалению из клетки продукты ее жизнедеятельности. Они видны под микроскопом в виде зерен, капелек или кристаллов.
Ядро — обязательная составная часть клетки. У млекопитающих животных безъядерны только красные кровяные клетки (см. стр. 196—197). Клетки, лишенные ядра, быстро погибают. Это указывает на то, что ядру принадлежит громадное значение в обмене веществ. Без ядра клетки не могут размножаться.
Форма ядер очень разнообразна, а величина зависит от функционального состояния клетки. В ядре большое количество дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая определяет и направляет основные биохимические процессы в клетке. В живой клетке, в ядре, заметно только ядрышко, которое отличается интенсивностью обмена веществ. На фиксированных препаратах обнаруживаются, кроме ядрышка, оболочка ядра, хроматин в виде глыбок, состоящих из ДНК.
Рис. 2. Прямое деление клетки:
А — неделящаяся клетка; Б — перешнуровывание ядрышка; В-Ж — перешнуровывание ядра; З — деление материнской клетки на две дочерние; а — ядро; б — ядрышко; в— цитоплазма.
Клеткам, как одной из форм живого вещества, присущи обмен веществ, возбудимость, движение, размножение. Сущность обмена веществ заключается в восприятии необходимых для жизни веществ из внешней среды, их уподоблении веществу клетки и выделении продуктов жизнедеятельности. Обмен веществ возможен лишь при наличии свойства реактивности, то есть способности клеток не только воспринимать раздражения, вызванные изменением условий существования, но и отвечать на них, т. е. реагировать. Эта способность клеток отражает единство организма с внешней средой, без которого жизнь невозможна.
Одной из форм ответа на раздражение является движение, направленное или к раздражителю, или в противоположную сторону. Способностью к движению в многоклеточном организме обладают лишь немногие клетки, например белые кровяные клетки — лейкоциты.
Размножение клеток. Клетки размножаются делением. Различают прямое, непрямое и редукционное деление.
Прямое деление, или амитоз [в переводе: без (а) образования нитей — митоз] (рис. 2), состоит в том, что сначала перешнуровывается ядро, а за ним делится и цитоплазма. В результате получаются две равноценные дочерние клетки, которые в дальнейшем растут до величины материнской. Прямое деление клеток у высших животных встречается редко. Непрямое деление, или митоз, или кариокинез (рис. 3), намного сложнее, характеризуется усилением синтеза в ядре и удвоением количества ДНК. В нем различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Профаза характеризуется: а) образованием на месте ядра сначала хроматиновых нитей в виде клубка, а затем отдельных нитей — * хромосом в виде шпилек;
Профаза — покойное ядро в клетке; 2 — образование хроматиновых нитей в виде клубка; 3 — образование хромосом в виде шпилек; метафаза; 4 — стадия материнской звезды; анафаза: 5 — расщепление хромосом; в — стадия дочерних звезд; телофаза: 7 — деление цитоплазмы; 8 — образование дочерних клеток.
* Хромосомы образуются перед делением клетки из хроматина ядра. Они имеют вид спиралыгоскрученных нитей с тонкозернистой структурой, которая обусловлена закономерным расположением нуклеиновых кислот и белков. Определенное парное (диплоидное) число хромосом типично для животных каждого вида; например, у крупного рогатого скота 48 хромосом. у овец 5G, у свиней 40 (у человека 46).
б) расхождением друг от друга центриолей. В метафазе центриоли располагаются на полюсах клетки, а хромосомы между ними по экватору; получается так называемая материнская звезда. В анафазе хромосомы расщепляются и расходятся к полюсам клетки, образуя дочерние звезды. В телофазе происходит деление цитоплазмы и образование дочерних клеток. В дочерних клетках хромосомы снова сливаются в клубок, а затем перестают быть видимыми, формируя ядро. Митоз — наиболее совершенный способ деления клеток. Так обычно делятся клетки в растущем организме.
Редукционное деление присуще только половым клеткам. Оно характеризуется тем, что хромосомы образуют парные образования, за исключением одной непарной хромосомы, которые расходятся к полюсам клетки. В результате деления материнской клетки в двух дочерних клетках оказывается половинный набор хромосом. Непарная хромосома имеется только в одной дочерней клетке. Созревшие половые клетки с половинным набором хромосом, способные к оплодотворению, называются мужской и женской гаметами.