Из чего состоят живые организмы?
Познакомившись со всеми царствами живой природы, ты уже знаешь, какое огромное количество различных организмов абсолютно любых форм и размеров населяет нашу планету. А что же их всех объединяет? Оказывается, каждое живое существо состоит из мельчайших частиц, которые называются клетками. Причем их количество может быть разным: есть простейшие организмы, в состав которых входит всего одна клетка, а есть и те, которые состоят из миллиардов различных клеток.
Клетки: история открытия
На протяжении довольно длительного периода истории ученые слишком мало знали о живых организмах и их строении. И только в середине XVII в. английский ученый Роберт Гук первым увидел клетки и дал им название. Ему удалось усовершенствовать примитивный микроскоп и рассмотреть в него тонкий срез пробкового дерева. Гук увидел ячейки, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками.
Первым, кто наблюдал живые клетки, стал голландский ученый Антони ван Левенгук. Его интересовали образцы крови, кожи, слюны и даже дождевой воды. Левенгук был очень удивлен, увидев однажды в капле дождевой воды подвижных маленьких «зверьков».
Это были одноклеточные организмы — амебы, инфузории, бактерии.
К началу XVIII в. ученые уже имели некое представление о внутреннем строении организмов. А с усовершенствованием оптических приборов у биологов появлялось все больше и больше возможностей для изучения клеток.
Немецкий ботаник Маттиас Щлейден сделал вывод о том, что все части растений, которые он наблюдал в микроскоп, состоят из клеток.
К подобному заключению пришел еще один немецкий ученый — Теодор Шванн, изучавший внутреннее строение животных. Позже была сформирована так называемая клеточная теория. Ее основные положения сводятся к следующему:
- Все живые существа состоят из клеток.
- Клетки — основные структурные и функциональные единицы живых существ.
- Одни живые клетки происходят от других живых клеток.
Клетки разных тканей тела человека
Клетки — основные структурные единицы тканей и органов нашего тела. Волосы и ногти в основном состоят из ороговевших производных клеток, а кости — из клеток и межклеточного вещества. Внутри каждого из нас находится огромное количество клеток. Клетки крови разносят по организму кислород. Мышечные клетки сокращаются и расслабляются — именно поэтому мы можем двигаться. Жировые клетки накапливают в нашем организме энергию и сохраняют тепло. Клетки кожи образуют вокруг тела защитную оболочку.
Клетка — это основной элемент жизни. Клетка может питаться, двигаться и воспроизводиться.
Организм взрослого человека состоит примерно из десятков триллионов клеток. Срок их жизни сильно различается: клетки эпителия кишечника обновляются очень быстро, многие клетки крови живут от дней до месяцев, а часть нейронов может сохраняться десятилетиями. Простого деления клеток на «бессмертные» и постоянно заменяемые не существует.
Ученые предположили, что если все клетки человеческого организма выложить в одну линию, то ее протяженность составит 15 000 км!
Структура клетки
Форма и размер
Клетки очень разнообразны по форме и размеру. Они могут выглядеть как шарик, звезда, прямоугольник, овал и т.д. Самые большие клетки размером со страусиное яйцо (до 15 см), а самые маленькие видны только под микроскопом с большим увеличением.
Строение клетки
Внутри клетки находятся органоиды, или органеллы. Они призваны обеспечивать все потребности клетки. Органоиды поставляют питание, выводят наружу ненужные вещества, защищают и восстанавливают клетку, помогают ей расти и воспроизводиться.
Так, например, ядро хранит основную часть генетического материала эукариотической клетки и участвует в управлении ее работой. Митохондрии часто называют энергетическими станциями клетки. В аппарате Гольджи белки и липиды модифицируются, сортируются и упаковываются для транспорта. Лизосомы содержат ферменты, расщепляющие различные макромолекулы и поврежденные клеточные компоненты. Эндоплазматическая сеть участвует в синтезе и транспорте белков и липидов, а внутренний каркас клетки формирует прежде всего цитоскелет. Рибосомы синтезируют белки. Плазматическая мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует транспорт веществ внутрь и наружу.
Клеточная стенка
Это защитная оболочка растительной клетки, основное назначение которой заключается в обеспечении целостности клетки.
Зачем клеточная стенка растениям и почему ее нет у животных клеток? Выгляни в окно и внимательно присмотрись к любому дереву. Ствол направлен вертикально вверх. А чтобы удержаться в таком положении, он должен быть очень прочным И такая прочность обеспечивается именно особенностями растительной клетки, внешняя часть которой представляет собой своеобразный жесткий каркас, который позволяет дереву удерживать свой вес. Если бы у растительных клеток отсутствовали клеточные стенки, то все растения были бы мягкими и подвижными и, вероятнее всего, лежали бы на земле
А теперь представь, что каждая клетка человека защищена подобной клеточной стенкой. Вряд ли бы мы были достаточно гибкими и подвижными. То же самое можно сказать и о животных.
Клеточная мембрана
Клеточная мембрана есть как в растительных так и в животных клетках. В клетках растительного происхождения мембрана — это вторая оболочка, расположенная под клеточной стенкой. Клеточная мембрана животных клеток содержит холестерин, который придает ей определенную прочность. В растительных клетках холестерин отсутствует, поэтому мембраны таких клеток гораздо мягче чем животных. Для того чтобы клетка оставалась здоровой, она должна получать питание и освобождаться от отходов своей жизнедеятельности.
Посмотри внимательно на этот рисунок. На мембране находятся небольшие отверстия. Через них в клетку поступают питательные вещества и выводятся токсины.
Цитоплазма
Наше путешествие продолжается. Пройдя сквозь мембрану, ты окажешься в слое густого желе. Это вещество, наполняющее клетку, и есть цитоплазма.
Цитоплазма находится в постоянном движении.
В ней происходят все обменные процессы и химические превращения, характерные для клетки. Цитоплазма не только обеспечивает взаимодействие всех компонентов клетки, но и удерживает их на своих местах. Более того, цитоплазма придает клетке определенную форму.
Эндоплазматический ретикулум
Чтобы тебе было проще понять, что именно скрывается за таким сложным и непонятным названием, представь свой путь в школу. Если ты живешь далеко от учебного заведения, то тебе, скорее всего, приходится пользоваться разными видами транспорта, которые движутся по основным городским магистралям. А если школа находится в шаговой доступности, ты идешь по тротуару. В любом случае в городе ты перемещаешься либо по проезжей части улицы, либо по пешеходной. Нечто подобное происходит и в клетке. Там тоже имеется своеобразная сеть дорог и дорожек. Это и есть эндоплазматический ретикулум.
Специальные полости, пузырьки и канальцы соединяют все части клетки. Одни идут от мембраны ядра к клеточной мембране, другие — к различным органоидам. Эндоплазматический ретикулум играет важную роль в жизни клетки: он участвует в основных обменных процессах, образовании гормонов, накоплении углеводов, нейтрализации ядов и т.д.
Рибосома
Ты уже знаешь, что в клетке есть разветвленная сеть путей. Разглядывая их, ты наверняка обратил внимание на маленькие шарики, которые прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму. Это и есть рибосомы.
Рибосомы — это своеобразные фабрики по производству белка, который впоследствии используется клетками для восстановления, обновления или различных химических реакций.
Часть рибосом прикреплена к мембранам шероховатой эндоплазматической сети. Синтезируемые на них белки поступают внутрь этой сети, где начинают созревать и далее направляются в другие отделы клетки или на секрецию. Другие рибосомы остаются свободными в цитоплазме.
Лизосома
Путешествуя по эндоплазматической сети, внимательно присмотрись к окружающей тебя цитоплазме. Ты обязательно увидишь небольшие шарики, которые называются лизосомами. Они наполнены специальными ферментами (энзимами), которые используются клеткой для расщепления и частичного переваривания пищи. Благодаря лизосомам многие вещества расщепляются до более простых компонентов, которые клетка может использовать повторно; они не «переносятся в митохондрии» как кусочки пищи.
Интересной функцией лизосом является самопереваривание, или полное саморастворение клетки под действием собственных ферментов. Но в некоторых случаях такое растворение не только приводит к гибели клетки, но и помогает организму развиваться. Например, в процессе превращения личинки насекомого во взрослую особь лизосомы растворяют ткани личинки, а вещества, которые образовались в результате этого процесса, используются другими клетками развивающегося насекомого. Аналогичное явление происходит и с хвостом головастика при превращении его во взрослую лягушку: хвост рассасывается, а полезные вещества идут на строительство новых клеток.
Еще одна очень важная задача лизосом заключается в разрушении и переваривании частей клетки, поврежденных в результате травмы, а также стареющих клеток, которые должны замещаться новыми. Именно лизосомы играют ключевую роль в таком замещении и образовании новых клеток.
Митохондрия
Митохондрии — это микроскопические органоиды округлой или продолговатой формы, отвечающие за выработку энергии в клетке. Иногда их называют энергетическими или силовыми «фабриками» клетки. В митохондриях протекает значительная часть реакций клеточного дыхания, в ходе которых энергия питательных веществ используется для синтеза АТФ; при полном аэробном окислении образуются углекислый газ и вода. В процессе таких реакций выделяется большое количество энергии, без которой клетка не может выполнять никакую работу. Все химические реакции управляются особыми ферментами, которые находятся в митохондриях
Более активные клетки испытывают потребность в большем количестве энергии. Именно поэтому в таких клетках митохондрий больше, чем в менее активных. Здесь можно привести следующее сравнение: чем крупнее город, тем в большем количестве электроэнергии он нуждается. Количество и состояние митохондрий влияют на энергетические возможности мышц, но спортивные результаты зависят также от множества других физиологических факторов и тренировки. Количество митохондрий зависит от вида живого организма, в котором они находятся. Так, например, у одноклеточных зеленых водорослей всего лишь одна большая митохондрия, а у некоторых простейших эти органоиды и вовсе отсутствуют, в то время как в клетках сердца, мышц и мозга животных содержатся тысячи митохондрий.
Митохондрии настолько малы, что их нельзя увидеть невооруженным глазом или даже в обычный микроскоп. Они видны только в электронный микроскоп.
Основная задача аппарата Гольджи — транспортная (выведение из клетки различных ферментов и гормонов). В цистернах созревают белки, образуются лизосомы, происходят и другие биохимические превращения: вещества, поступающие из эндоплазматической сети, упаковываются в специальные мембранные пузырьки и доставляются в те места клетки, где в них есть необходимость, например в растении — к месту образования новой почки.
Аппарат Гольджи
Этот маленький органоид получил название в честь итальянского ученого Камилло Гольджи, который в 1898 г. обнаружил его в нервных клетках, изучая структуру головного и спинного мозга. Внешне аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных мешочков, которые называются цистернами, и систему пузырьков, называемых пузырьками Гольджи. Как правило, в каждой стопке насчитывается от четырех до шести цистерн, а вот количество таких стопок может быть разным: от одной большой до нескольких сотен очень маленьких. В 1906 г. Камилло Гольджи был удостоен Нобелевской премии по медицине за разработку гистологических методов исследования нервной системы.
Вакуоль
Вакуоли — это небольшие мешочки, заполненные клеточным соком — водным раствором различных питательных веществ. Причем химический состав клеточного сока зависит от вида растения, ткани, органа и возраста клетки. Вакуоли — это своеобразные хранилища запасных веществ клетки. Но кроме полезных элементов в них могут находиться и продукты жизнедеятельности, т.е. различные токсичные и ядовитые вещества, которые специально помещаются туда для хранения.
Вакуоли просто необходимы растительным клеткам. Это связано в первую очередь с накоплением и хранением воды, необходимой для питания растений.
Когда вакуоли наполнены водой, растение выглядит сильным и здоровым. Вспомни, что происходит с комнатным цветком, когда ты забываешь его поливать в течение нескольких недель. Он чахнет и вянет. Это происходит потому, что количество воды в вакуолях постепенно уменьшается.
Хлоропласт
Почему большинство растений зеленого цвета? Причина этого — наличие в клетке хлоропластов. Эти маленькие органоиды в форме шара или диска наполнены пигментом зеленого цвета — хлорофиллом, который и придает растениям зеленый цвет. Хлорофилл используется для захвата солнечной энергии, которая впоследствии применяется для образования питательных веществ.
Биологам удалось обнаружить очень интересную особенность хлоропластов. Оказывается, они движутся! Хлоропласты в состоянии изменять свое положение в клетке. Как правило, эти органоиды скапливаются возле ядра и клеточных стенок, а двигаться начинают при изменении освещения. При слабом освещении хлоропласты располагаются перпендикулярно падающим лучам: таким образом они улавливают больше света. При сильном освещении — перемещаются к стенкам клетки и поворачиваются ребром к падающим лучам. Более того, от освещения зависит и форма этих органоидов: при очень ярком свете они принимают сферическую форму.
Специализация клеток
Одноклеточные организмы обладают способностью выполнять все необходимые для их жизнедеятельности функции. С многоклеточными организмами дело обстоит несколько иначе. Их клетки зависят друг от друга и не могут существовать изолированно.
В многоклеточном организме различные виды клеток специализируются на выполнении разных работ. Одни заняты перевариванием пищи, другие — борьбой с инфекциями, третьи — доставкой питательных веществ по всему организму.
Чем растительная клетка отличается от животной?
- Растительная клетка обладает толстой и прочной клеточной стенкой из целлюлозы.
- В растительной клетке развита сеть вакуолей; в животной клетке вакуоли, как правило, отсутствуют либо развиты очень слабо.
- В растительных клетках находятся особые органоиды — пластиды; в животных клетках пластиды отсутствуют.
Что общего в растительной и животной клетках?
Как в животных, так и в растительных клетках есть ядро с ядерной мембраной, цитоплазма, мембрана, рибосомы и митохондрии.