Клеточная теория

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы приступим к изучению цитологии – науке о строении клетки.

В российских медицинских вузах цитология является частью биологии, на изучение которой отводится целый год. Также цитология повторно проходится в курсе гистологии.

Такое внимание вполне объяснимо – на мой взгляд, эта наука вообще достойна отдельного курса. К сожалению, я не могу осуществить эту реформу в рамках системы образования, однако, я могу сделать курс по цитологии для своих читателей, которые разделяют мою любовь к фундаментальным наукам. Именно этим мы сегодня и займёмся.

Первой нашей темой будет клеточная теория. Я не люблю слишком сильно углубляться в историю, отмечу лишь то, что клеточная теория стала прямым следствием открытия клеток как таковых. Это произошло в 1665 году, когда английский физик Роберт Гук решил опробовать увеличительный прибор – прототип современного микроскопа. Гук положил в поле зрения несколько кусочков пробкового дерева, и, рассматривая их через увеличительные линзы, заметил, что все кусочки состоят из маленьких одинаковых частиц с чётко ограниченной оболочкой. Гук назвал эти частицы клетками и создал название науки, которую мы сегодня изучаем. Википедия даёт нам возможность ознакомиться с рисунками Гука, которые он сделал, чтобы запечатлеть своё открытие:

Далее последовал ещё ряд открытий – впервые в истории были описаны клетки животных, человека и бактерий. Это послужило фундаментом для важнейшего постулата всех естественных наук – клеточной теории. Интересно, что одно из базовых открытий цитологии, а именно первое описание клеток человека, было осуществлено Антонием ван Левенгуком. Он не являлся врачом или биологом, а был скромным голландским торговцем и владельцем продовольственной лавки, который в свободное время собирал и разбирал увеличительные приборы.

Первые два положения клеточной теории были разработаны немецкими учёными Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном.

Первое положение клеточной теории

Первое положение клеточной теории говорит нам о том, что только клетка является наименьшей единицей живого организма.

Прочитав это определение, мы должны спросить себя – а что называется “живым” организмом? В современной науке существует ряд чётких критериев, при помощи которой мы можем отличить живое от неживого, главными из которых являются:

• Обмен энергией с окружающей средой. Живые объекты поглощают энергию в виде питательных веществ, и выделяют её в виде тепла и продуктов метаболизма;
• Способность воспроизводить подобные организмы, то есть размножаться.

Вывод, который мы можем сделать из первого положения – всё, что не является клетками/не состоит из них и всё, что меньше клеток, живым называться не может. Это был правильный вывод в понимании создателей клеточной теории, однако, сегодня мы знаем, что кроме клеточных организмов, существуют более мелкие – прежде всего, вирусы.

Также существуют ещё более примитивные монстры из мира микробиологии – прионы. И вирусы, и, особенно, прионы, находятся на стыке живой и неживой природы, поскольку они не способны обмениваться энергией с окружающей средой и размножаться вне организма-хозяина.

Второе положение клеточной теории

Второе положение клеточной теории звучит так: “Клетки всех живых организмов сходны по своему строению”. Это довольно удивительная вещь, но клетка ножки шампиньона очень похожа на клетку головного мозга нобелевского лауреата. Обе клетки имеют одни и те же составные части – ядро, цитоплазма и клеточная мембрана. Кстати, биологи называют составные части клетки органеллами, по аналогии с органами человеческого тела.

Так вот, клетка шампиньона и клетка самого эволюционно развитого человеческого органа – головного мозга – имеют поразительное сходство, как и любые другие клетки живой природы. Помимо почти одинаковых органелл (небольшие различия всё же есть), у клеток любых живых организмов одни и те же:

• Химические элементы, формирующие клетку (углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера);
• Макромолекулы (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты);
• Носители наследственной информации (ДНК).

Во многих учебниках и монографиях вы можете встреть немного другую формулировку этого положения – “все клетки гомологичны по своему строению”. Слово “гомологичность” означает “родственность происхождения”. Нехитрые вычисления, связанные с многообразием клеток в мире и их схожестью приводят нас к выводу, что, вероятнее всего, когда-то давно существовала первая клетка, от которой произошли все остальные клетки, в том числе и те, из которых состоим мы с вами. Откуда взялась эта клетка? Это – одна из главных загадок науки на сегодняшний день.

Третье положение клеточной теории

Omnis cellula a cellula – именно так на латинском звучит третий постулат клеточной теории. Это положение было сформировано Рудольфом Вирховым, известным немецким патологоанатомом и физиологом. На русский язык мы можем перевести этот биологический закон примерно так: “каждая клетка может произойти только от клетки“.

Когда мне было примерно 5 лет, я довольно много времени проводит в гостях у моей прабабушки. Однажды я увидел рядом с её прикроватным столиком небольшой округлый камешек, который понравился мне из-за своей почти идеально круглой формы. Из-за этого я решил его не выкидывать, поскольку он лежал около ножки кровати и явно не мог никому помешать.

На несколько дней я забыл про этот камешек, и однажды, через примерно полторы недели, я заглянул за переднюю ножку кровати, и увидел там божью коровку, которая располагалась на том же месте. Как вы знаете, это насекомое имеет округлую форму, когда оно не разворачивает крылышки и не находится в состоянии полёта.

На тот момент я был в состоянии огромного шока, потому что я был уверен, что камешек превратился в божью коровку. Если бы я знал на тот момент третье положение клеточной теории, я бы не испугался и не испытывал благоговейный ужас перед “чудом”, ведь постулат Вирхова говорит именно об этом. То есть о том, что клетка не может произойти от чего-то другого, кроме как от другой клетки.

На самом деле, это положение клеточной теории очень помогло науке обрести фундамент для дальнейших исследований в физиологии, патологии и, особенно, в онкологии.

Новые положения

Сегодня существует множество дополнений к этим трём базовым положениям. Одно из самых главных гласит, что любое страдание организма является следствием нарушения работы каких-либо клеток. Это кажущееся очевидным утверждение заложило основы для создания таких высокотехнологичных форм лечения, как, например, таргентная терапия агрессивных видов рака или генная терапия калечащих наследственных заболеваний.