Методы цитологии. Клеточная теория. Основные постулаты современной клеточной теории Клеточная теория и её постулаты

Лишь один постулат клеточной теории оказался опровергнутым. Открытие вирусов показало, что утверждение "вне клеток нет жизни" ошибочно. Хотя вирусы, как и клетки, состоят из двух основных компонентов – нуклеиновой кислоты и белка, структура вирусов и клеток резко различна, что не позволяет считать вирусы клеточной формой организации материи. Вирусы не способны самостоятельно синтезировать компоненты собственной структуры – нуклеиновые кислоты и белки, - и их размножение возможно только при использовании ферментативных систем клеток. Поэтому вирус не является элементарной единицей живой материи.

Значение клетки как элементарной структуры и функции живого, как центра основных биохимических реакций, протекающих в организме, как носителя материальных основ наследственности делает цитологию важнейшей общебиологической дисциплиной.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

Как говорилось ранее, наука о клетке – цитология, изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, размножение и развитие клеток, приспособления к условиям окружающей среды. Это комплексная наука, связанная с химией, физикой, математикой, другими биологическими науками. Клетка - самая мелкая единица живого, лежащая в основе строения и развития растительных и животных организмов нашей планеты. Она представляет собой элементарную живую систему, способную к самообновлению, саморегуляции, самовоспроизведению. Но в природе не существует некой универсальной клетки: клетка мозга столь же сильно отличается от клетки мышц, как и от любого одноклеточного организма. Отличие выходит за рамки архитектуры - различно не только строение клеток, но и их функции.

И все же можно говорить о клетках в собирательном понятии. В середине XIX столетия на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет собой основную единицу строения всех живых организмов, что клетки растений и животных сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единства всего органического мира. Т. Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Клеточная теория – одно из выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для материалистического подхода к пониманию жизни, к раскрытию эволюционных связей между организмами.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах ученых второй половины XIX столетия. Было открыто деление клеток и сформулировано положение о том, что каждая новая клетка происходит от такой же исходной клетки путем ее деления (Рудольф Вирхов, 1858). Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки, и этой клеткой является зигота. Это открытие показало, что клетка – не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Клеточная теория сохранила свое значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом составе, размножении и развитии клеток разнообразных организмов.

Современная клеточная теория включает следующие положения:

è Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

è Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

è Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

è В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Общие черты и позволяют нам говорить о клетке вообще, подразумевая некую среднюю типичную клетку. Все ее атрибуты - объекты абсолютно реальные, легко видимые в электронный микроскоп. Правда, эти атрибуты менялись - вместе с силой микроскопов. На схеме клетки, созданной в 1922 году с помощью светового микроскопа, всего четыре внутренние структуры; с 1965 года, основываясь на данных электронной микроскопии, мы рисуем уже, по меньшей мере, семь структур. Причем, если схема 1922 года более походила на картину абстракциониста, то современная схема сделала бы честь художнику-реалисту.

Давайте подойдем поближе к этой картине, чтобы лучше рассмотреть отдельные ее детали.

СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Клетки всех организмов имеют единый план строения, в котором четко проявляется общность всех процессов жизнедеятельности. Каждая клетка включает в свой состав две неразрывно связанные части: цитоплазму и ядро. Как цитоплазма, так и ядро характеризуются сложностью и строгой упорядоченностью строения и, в свою очередь, в состав их входит множество разнообразных структурных единиц, выполняющих совершенно определенные функции.

Оболочка. Она осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах). Оболочка - таможня клетки. Она зорко следит за тем, чтобы в клетку не проникли ненужные в данный момент вещества; наоборот, вещества, в которых клетка нуждается, могут рассчитывать на ее максимальное содействие.

Оболочка ядра двойная; состоит из внутренней и наружной ядерных мембран. Между этими мембранами располагается перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана обычно связана с каналами эндоплазматической сети.

Оболочка ядра содержит многочисленные поры. Они образуются смыканием наружной и внутренней мембран и имеют различный диаметр. В некоторых ядрах, например ядрах яйцеклеток, пор очень много и они с правильными интервалами расположены на поверхности ядра. Количество пор в ядерной оболочке варьирует в различных типах клеток. Поры расположены на равном расстоянии друг от друга. Так как диаметр поры может изменяться, и в ряде случаев ее стенки обладают довольно сложной структурой, создается впечатление, что поры сокращаются, или замыкаются, или, наоборот, расширяются. Благодаря порам кариоплазма входит в непосредственный контакт с цитоплазмой. Через поры легко проходят довольно крупные молекулы нуклеозидов, нуклеотидов, аминокислот и белков, и таким образом осуществляется активный обмен между цитоплазмой и ядром.

Цитоплазма. Основное вещество цитоплазмы, называемое также гиалоплазмой или матриксом, - это полужидкая среда клетки, в которой располагается ядро и все органоиды клетки. Под электронным микроскопом вся гиалоплазма, располагающаяся между органоидами клетки, имеет мелкозернистую структуру. Слой цитоплазмы формирует разные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты. Последние играют важную роль в движении и соединении клеток между собой в ткани.

Механистическое направление в развитии клеточной теории не могло не привести к разрыву с фактами, к неизбежной при механистическом подходе схематизации явлений.

Отдельным исследователям этот разрыв теории и практики повседневных наблюдений бросался в глаза уже в конце прошлого столетия, но, не имея четкой методологической позиции, исходя подчас из тех же механистических установок, критики клеточного учения далеко не всегда направляли свои замечания в правильную сторону. Сразу же нужно отметить, что «фронт» критиков клеточной теории не однороден, крайне различны и исходные установки, на основе которых высказывалась эта критика.

Одну из ранних попыток критики клеточной теории мы находим в работах русского врача Д. Н. Кавальского (1831-?). Помимо практической работы, Кавальский в 1859-1860 гг. работал за границей в ряде лабораторий (в частности у Рейхерта) и интересовался теоретическими вопросами гистологии и эмбриологии. В печати он выступил в 1855 г. с виталистической статьей о значении клетки у здорового и больного организма. В диссертации под названием «Яйцо и клеточка» Д. И. Кавальский (1863) критикует теорию клеткообразования Шванна, он, однако, сохраняет понятие «бластемы», которая, считает он, может существовать вне клеточной формы. Отказываясь видеть преемственность ядер в развитии зародыша, Д. Н. Кавальский выступает предшественником защищавшей те же идеи в наше время О. Б. Лепешинской; понятие бластемы у Кавальского близко к «живому веществу», о котором говорила О. Б. Лепешинская. Отсутствие серьезных фактов и неясность хода мысли автора обрекли работу Кавальского на забвение. Она нигде не цитировалась и не сыграла никакой роли в развитии учения о клетке.

Английский философ Спенсер (Herbert Spencer, 1820-1903) в 1864 г. и «Основах биологии» говорил об ограничениях, с которыми должна приниматься клеточная теория. «Учение, что все организмы построены из клеточек или что клеточки суть те элементы, из которых образуется каждая ткань, только приблизительно верно», - писал Спенсер. Но в представлениях Спенсера нет конкретного содержания; как и Кавальский, он говорит о «бесформенной бластеме», которую противопоставляет клеткам. Однако Спенсер понимал ограниченность целлюлярной трактовки организма как колонии клеток. Он подчеркивает, что при возникновении многоклеточных имело место не простое суммирование, а интеграция клеток.

Австрийский анатом Гейцман (Julius Heitzmann, 1847-1922) один из первых противопоставил представлению о расчлененном клеточном строении организма понятие о непрерывном строении протоплазмы. По мнению Гейцмана (1883), расчленение тканей на клетки фактически встречается редко, чаще протоплазма обладает непрерывностью, и в эту нерасчлененную массу протоплазмы вкраплены ядра. Таким образом, Гейцман первым выступил с чисто морфологической критикой клеточной теории. Но, отметая крайний взгляд на организм, установившийся на основе клеточной теории,- организм полностью расчленен на части - клетки, Гейцман впадает в другую крайность, выдвигая антитезу: организм структурно непрерывен и клеточное строение представляет собой исключение. Такой вывод не был решением вопроса, он неоднократно выдвигался позже другими авторами.

Раубер (August Rauber, 1841-1917), прозектор в Лейпциге, позже известный профессор анатомии Юрьевского университета, опубликовал в 1883 г. статью о клеточном учении, показывающую его интерес к теоретической стороне вопроса «В противовес первичной структуре протоплазмы, различные формы внутренних клеточных структур, возникающих позже, должны быть обозначены как вторичные структуры», - писал Раубер. «Целое определяет части в отношении вещества и структуры, формы и величины, положения и сил (питание, деление и т. д.)». Рост организма определен самим яйцом и должен быть охарактеризован, по Рауберу, как «ацеллюлярный» рост. Работа эта прошла незамеченной, а ее автор позже не возвращался к нашей проблеме.

В 1893 г. на зоологическом конгрессе с речью, посвященной «недостаточности клеточной теории развития» выступил американский зоолог Уайтмэн (Whitman, 1842 - 1910), который впервые развил всестороннюю критику клеточной теории как основы учения о развитии. В критике Уайтмэна есть интересные положения. Так, он указывает на неправильное, по его мнению, представление о протистах, возникшее на основе клеточного учения. Уайтмэн приводит ряд примеров независимости функций от клеточного строения органов; например, нефростом остается таким же нефростомом, состоит ли он из одной, двух или нескольких клеток. Клеточная дифференцировка не объясняет процесса развития, и ссылка на клетки не удовлетворяет Уайтмэна. Но отказываясь видеть единицы организма в клетках, Уайтмэн склонен был перенести это понятие на некие «идиосомы». «Секрет организации роста, развития заключается не в клеткообразовании, но в тех последних элементах живой материи, подходящим названием для которых мне кажется термин «идиозомы». Эту попытку переноса «загадки» жизнепроявлений с клеток на гипотетические ультрамикроскопические единицы мы встретим у ряда других исследователей. Такое решение вопроса было кажущимся, оно отодвигало проблему, а не приближало ее разрешение. Но в частностях замечания Уайтмэна заслуживают внимания, и его статью надо считать одним из первых серьезных выступлений критиков клеточной теории.

Вскоре с работой под тем же заголовком выступил английский зоолог Сэджвик (Adam Sedgwick, 1854-1913). В исследованиях над первичнотрахейными (1886) он столкнулся с трудностями целлюлярной трактовки процессов развития. Позднее Сэджвик выступил с общей критикой учения о клетке, защищая положение, что «эмбриональное развитие не может быть рассматриваемо как образование путем деления известного числа единиц из простой первичной единицы и как координация и модификация этих единиц в гармоническое целое. Скорее оно должно быть рассматриваемо как умножение ядер и специализация участков и вакуолей в непрерывной массе вакуолизированной протоплазмы» (1894, стр. 67). В доказательство этого положения Сэджвик рассматривает развитие мезенхимы и нервных стволов у зародышей селяхий. В основном, Сэджвик противопоставляет клеточную структуру непрерывному строению протоплазмы, без анализа их взаимоотношений.

Иной характер носила критика клеточной теории у Сакса (Julius Sachs, 1832-1897). Он понимал трудность применения простой клеточной схемы для физиологического истолкования морфологических структур. В 1878 г., демонстрируя на заседании Вюрцбургского физико-медицинского общества сифонниковые водоросли, Сакс указывал на своеобразие их строения и рассматривал их как неклеточные растения. Позже (1892, 1895), введением понятия об «энергиде», Сакс пытался сделать необходимое, по его мнению, дополнение к клеточной теории. Сакс следующим образом определяет понятие об энергиде: «Под энергидой я понимаю отдельное клеточное ядро с прилежащей к нему протоплазмой, причем ядро и окружающая его протоплазма мыслятся как целое, и это целое есть органическая единица как в морфологическом, так и в физиологическом смысле» (1892, стр. 57). Энергида, считает Сакс, превращается в клетку, когда вокруг энергиды появляется оболочка. Организмы, подобные амёбе, по Саксу, представляют собою голые энергиды.

Понятие об энергиде импонировало многим биологам, оно часто употребляется и в настоящее время некоторыми защитниками ортодоксального клеточного учения (М. Гартман и др.), считающими, что применение его устраняет недостатки клеточного учения и трудности целлюлярного подхода к неклеточным структурам.

В числе критиков клеточной теории этого периода обычно называют Антона де Бари (1879) и приводят его фразу, что не клетки образуют растение, а растение образует клетки. Де Бари не выступал с развернутой критикой клеточного учения, но в редактируемом им ботаническом журнале он поместил рецензию, где, между прочим, писал о «гегемонии» клетки в преподавании ботаники. Де Бари указывал, что со времени Шлейдена (имеются в виду его «Основы ботаники») почти все учебники начинают изложение с клетки, что «было или есть ошибка, которая имеет свое глубокое основание в обоснованной Шлейденом гегемонии клетки, если можно так сказать, в убеждении, что клетка образует растение, а не наоборот - растение образует клетку». Эта фраза по своей выразительности приобрела распространение и часто фигурирует в последующей критике клеточного учения как выражение представления о гегемонии целого над его частями.

На основе клеточной теории укрепилось представление, что многоклеточные растения и животные возникли из колонии одноклеточных, где отдельные особи - клетки утеряли свою самостоятельность и превратились в структурные части многоклеточного организма (Э. Геккель, И. И. Мечников). Французский зоолог Деляж (Yves Delage, 1854-1920) выдвинул новую гипотезу происхождения многоклеточности (1896). По его представлениям, многоклеточные организмы могли образоваться не через колонию протистов, а на основе расчленения тела многоядерного протиста на отдельные одноядерные территории - клетки. Соображения Деляжа находили позже сторонников, на большинство биологов осталось при прежнем представление которое в настоящее время господствует в биологии.

Ряд авторов в конце прошлого столетия и начале текущего выступал с критикой учения о клетке, развивая представление, что клетка не является последней элементарной структурой и существуют жизненные единицы, стоящие ниже клетки. «Идеологом» этого направления явился лейпцигский гистолог Альтман, выступивший с изложением своих взглядов сначала в статье «К истории клеточных теорий» (1889), а на следующий год опубликовавший книгу под названием «Элементарные организмы» (1890). Это не первая попытка постулировать жизненные единицы, стоящие ниже клетки, но умозрительным теориям Альтман пытается дать морфологическое обоснование. Он не возражает против общепринятого толкования клетки. «Является аксиомой биологических воззрений, что всякая органическая жизнь связана с формой клетки, поэтому описание клетки предпосылают везде, где проявляются в полной мере жизненные свойства». Альтман не возражает и против клеточной теории как универсальной схемы строения и развития организма, он лишь настаивает на том, что клетка не является «последней» жизненной единицей и индивидуальностью. «Существует, вероятно, много организованных существ, которые не суть клетки, которые на основании своих свойств эго название утрачивают»,- говорит Альтман. Морфологическую единицу живой материи он видит в «биобластах», которые, как ему казалось, обнаруживаются всюду в составе клеток при применении особой техники обработки ткани. «Поэтому, - пишет он, - биобласты как морфологические единицы в любой материи являются видимыми элементами; как такие единицы они представляют истинные элементарные организмы одушевленного мира». Таким образом, Альтман лишь ставит на место клетки свои биобласты, раздвигает границу органической индивидуальности.

Теория Альтмана опиралась на неправильно интерпретированные факты, но и помимо этого она не отличалась никакими преимуществами по сравнению с клеточной теорией.

Биобласты Альтмана идентифицируются теперь частью с хондриосомами, частью с различными гранулами, но, конечно, никто не пытается придавать им значение жизненных единиц. Теория биобластов пережила своеобразный рецидив в представлениях об «основном аппарате жизни» киевского зоолога М. М. Воскобойникова (1873-1942), который впервые выступил с ними на 3-м Всерос. съезде зоологов, анатомов и гистологов (1928), а затем в развернутой форме изложил свои представления на 4-м съезде в 1930 г.

Герольдом теории биобластов у нас выступил петербургский гистолог Г. Г. Шлатер (1867-1919). В брошюре «Новое направление морфологии клетки и его значение для биологии» (1895), а затем в докторской диссертации о строении печеночной клетки (1898) и в изданном на русском и немецком языках очерке «Клетка, биобласт и живое вещество» (1903) Г. Г. Шлатер настойчиво пропагандирует гранулярную теорию строения клетки, настаивая на том, что клетка не является последним неразложимым морфологическим элементом. В речи, прочитанной на годичном заседании Общества патологов (1910), Г. Г. Шлатер идет, однако, дальше в критической оценке клеточного учения. По-прежнему отстаивая альтмановское направление, Шлатер отмечает неправильное игнорирование живых свойств межклеточного вещества, подчеркивает значение целостности организмов и значение неклеточных состояний тканевых структур в ходе гистогенеза. «Знакомство с гистогенезом ряда тканевых групп заставляет отрешиться от признания возможности проследить преемственность любой тканевой клетки, ибо в ранние периоды гистогенеза границы между отдельными, клетками исчезают, ядра размножаются, происходит ряд перепостроений и перегруппировок разных структурных элементов общей синцитиальной массы. В таких случаях невозможно определить происхождение каждого отдельного клеткоподобного тканевого участка».

В стремлении раздвинуть границы органической индивидуальности Альтман не остался одинок. Ботаник Визнер (Julius Wiesner, 1838-1916) в большой работе «Элементарная структура и рост органического вещества» (1892) также ставит перед собой задачу найти простейшие «элементарные органы». «В качестве последних, как истинные элементарные органы установлены плазомы, последние части тела растения и живых организмов вообще». Плазомы Визнер не берется показать, как Альтман биобласты. Визнер постулирует их существование; он приписывает им основные свойства органического вещества: ассимиляцию, рост и способность размножаться, делением. Воззрения Визнера внесли мало оригинального, но era положение о том, что к числу обязательных свойств органических индивидуальностей относится способность к делению, получило развитие в работах Гейденгайна.

Мы видели, что со времени Вирхова межклеточное вещество признавалось пассивным продуктом выделения клеток, лишенным жизненных свойств, которыми наделяли только клетки. Это представление было подвергнуто впервые решительной критике русским патологом С. М. Лукьяновым (1894, 1897). В речи на 5-м Пироговском съезде общества русских врачей С. М. Лукьянов подвергает критике вирховское представление о межклеточных веществах. Он указывает, что «в построении многоклеточных организмов участвуют не одни только клетки, но и так называемые межклеточные вещества» (1894, стр. 1). «В истинных межклеточных веществах предполагается тот или другой обмен, хотя бы и более ограниченный, чем в клетках» (стр. VII). Поэтому, заявляет автор, «мы полагаем, что многоклеточный животный организм слагается не из пассивной массы и активных клеток, вкрапленных в нее, а из активных клеток и активных же межклеточных веществ» (стр. V). «Приходится, очевидно, заключить, - писал С. М. Лукьянов, - что жить могут не только клетки и что клеточная теория вовсе не сковывает жизни в одних клеточных формах» (стр. XII). Хотя и сейчас точка зрения Вирхова находит защитников, большинство гистологов разделяет мнение, высказанное еще в конце прошлого столетия Лукьяновым.

На грани двух веков М. Д. Лавдовский (1846-1902), профессор гистологии Военно-медицинской академии, пытался атаковать вирховский принцип «всякая клетка из клетки». В 1900 г. он выступил с актовой речью, озаглавленной «Наши понятия о живой клеточке», где резко критиковал представление о преемственности клеточного развития и доказывал возможность клеткообразования из «живого вещества, живой материи», представляющей собою «массу организованного и далее организующегося вещества». Такую материю, в частности, он видел в желтке яйца, который М. Д. Лавдовский рассматривает как формообразовательное вещество. Идеи М. Д. Лавдовского в свое время не встретили отклика из-за неубедительности фактического материала, которым оперировал автор. В наше время эти идеи пыталась воскресить О. Б. Лепешинская.

Не останавливаясь на ряде специальных работ, разбирающих приложимость клеточной теории к отдельным фактам, мы уже за порогом XIX столетия встречаем ряд сочинений, где учение о клетке рассматривается как важная теоретическая проблема и критикуется с разнообразных точек зрения. Характерно, что в большинстве случаев это - произведения авторов, пытавшихся дать общую сводку учения о клетке и в этой попытке приходивших к критике основных понятий клеточной теории.

Одной из первых сводок такого рода является упомянутая уже выше книга отечественного гистолога А. Г Гурвича (1904) - «Морфология и биология клетки». Здесь он развивает ряд положений, к которым возвращается позднее в общем курсе гистологии (1923). По Гурвичу, клеточная теория встречает затруднение уже в том, что одним и тем же понятием обозначаются и яйцо и те структуры, которые в результате дальнейшего развития, специализации и дифференцировки являются производными этого яйца. Спорными положениями А. Г. Гурвич считает следующие вопросы: 1) является ли многоклеточный организм во всех своих свойствах только функцией отдельных элементов - клеток; 2) можно ли полагать, что эти отдельные элементы обладают практически последней независимой изменяемостью; 3) можно ли расценивать протистов как свободно живущие клетки; 4) является ли правомерной сравнимость различных структур, называемых клетками. В критике А. Г Гурвича есть ряд интересных положений, не утративших своего значения. Исходные методологические позиции Гурвича, основанные на сложной виталистической концепции, конечно, не могут быть нами разделены. Здесь, однако, не место вдаваться в их критику.

Интересные мысли о клеточном учении высказаны Оскаром Гертвигом в 1898 г. в его сводке «Клетка и ткани» (в позднейших изданиях «Общая биология»). В разделе «О двояком значении клетки как элементарного организма и как определенной интегрирующей части более сложного высшего организма» Гертвиг разбирает взгляды де Бари, Сакса, Уайтмэна и Раубера. Соглашаясь с ними в частностях, Гертвиг возражает против критики клеточной теории в целом. Гертвиг приходит к следующему заключению: «Ни одна из односторонних точек зрения, - ни крайняя целлюлярная, ни та, которая выражается во взглядах Сакса, Уайтмэна и Раубера, - не может быть названа вполне справедливой и исчерпывающей предмет. Насколько ошибочно, занимаясь клетками, упускать из виду значение целого, от которого все-таки зависят наличность и образ действий отдельной клетки, настолько же ошибочно было бы пытаться объяснить образ действия целого, не обращая при этом в надлежащей мере внимания на его части. Поэтому я думаю, что лозунги «растение образует клетки» и «клетки образуют растение» вовсе не исключают взаимно друг друга. Можно употреблять оба оборота речи, если мы только будем верно понимать отношение, в котором находятся друг к другу клетка как часть и растение как целое. Только это и важно для понимания растительной и животной организации».

Это правильная постановка вопроса; Гертвиг здесь становится на стихийно-диалектическую точку зрения и нащупывает верный путь разрешения проблемы. К сожалению, позже в своей «теории биогенеза» он далеко не всегда последовательно проводит эту точку зрения. Тем не менее представления Гертвига, безусловно, интересны и заслуживают внимания. Однако точка зрения Гертвига о необходимости аналитико-синтетического подхода к организму своевременно не была оценена и не оказала решительного влияния на развитие учения о клетке.

Эпоху составила другая капитальная сводка по учению о клетке - книга Мартина Гейденгайна «Плазма и клетка» (1907), также упоминавшаяся выше. Гейденгайн указывает, что получив еще в 1894 г. предложение написать отдел «Клетка» в анатомическом руководстве Барделебена, он в процессе обработки материала столкнулся с положением, что «не все живое сконцентрировано в клетках», и в самом заглавии книги стремился отразить этот факт. Помимо обстоятельной исторической, части, Гейденгайн вводит в свою книгу главу «К теории клеток и тканей», где решительно выдвигает положение, что «понятие живого вещества имеет более общую природу, чем понятие клетки». Гейденгайн высказывает много ценных замечаний о понятии клетки, не утративших своей актуальности. Книга М. Гейденгайна и ряд его последующих работ сыграли значительную роль в развитии критического отношения к той ортодоксальной форме клеточной теории, в какой она утвердилась к началу нашего столетия. Наряду с этим, собственная теория Гейденгайна, предлагаемая им в замену целлюлярного представления, страдает рядом крупных недостатков, делающих ее неприемлемой с диалектико-материалистических позиций.

Гейденгайна не удовлетворяет «клеточная схема» организации. Он справедливо отмечает, что основным методом клеточной теории является анализ. «Шванновская теория, - пишет он в одной из последних работ, - нуждается в дополнении синтетической теорией тканей, которая должна возвести их с ранга клеточных агрегатов до ранга целлюлярных систем, которые образуются по определенным, формулируемым законам, обусловленным развитием».

Гейденгайн выдвигает новую теорию структуры организма, которую называет «теорией дробности частей тела» (Teilkorpertheorie»). В этой теории он опирается на выдвинутое Визнером положение, что обязательным свойством органической индивидуальности должна быть способность ее к делению (расщеплению). В противоположность клеточной теории, которая принимает единственный структурный элемент - клетку, «теория дробности частей тела принимает морфологические индивидуальности высшего и низшего порядка, располагающиеся в восходящий ряд: каждый высший член происходит из особой комбинации индивидуумов низшего порядка», - так характеризует Гейденгайн основную идею своей теории (1911, стр. 105).

Каков же тот критерий, который определяет, является ли данное образование подобной индивидуальностью? По мнению Гейденгайна, морфологические образования, помещенные в этот ряд, «должны удовлетворять требованию размножаться делением. При этом делимость может быть проявляющейся, реальной, как у клеток, или она может быть представлена как способность к расщеплению (Spaltungsvermogen) зачатка; во всяком случае, она является, по смыслу теории, основным свойством, существеннейшим критерием морфологической индивидуальности, и целое тело должно быть разложимо на системы частей тела низшего и высшего порядка». Подобные морфологические индивидуальности Гейденгайн называет гистомерами, если они представляют собой составную часть высшей системы, и гистосистемами, если они являются комплексом низших образований. Так, ядро, по Гейденгайну, является гистомером по отношению к клетке и гистосистемой по отношению к хромосомам. При этом он различает: целлюлярные, супрацеллюлярные и инфрацеллюлярные гистомеры. К инфрацеллюлярным гистомерам Гейденгайн относит: ядро, хромосомы, хромиоли, центры и центриоли, хлорофильные зерна и их производные, миофибриллы и диски, цитоплазматические волокна, осевые цилиндры и неврофибриллы, хондриосомы и аппарат Гольджи. Целлюлярными гистомерами он называет клетки и их гомологи; супрацеллюлярными - многоклеточные, способные к расщеплению комплексы. Соотношения их он поясняет схемами, где изображает «полное» расчленение клетки и мышцы по принципу теории дробности. Так как Гейденгайн не находит границы делимости у видимых структур, то он принимает, что эта граница лежит в области субмикроскопической структуры. Последняя способная к делению структура, лежащая за пределами нашей видимости, является, с точки зрения Гейденгайна, «основой всего живого» - биологической единицей, для которой он предлагает термин «протомер».

Таким образом, отказывая клетке в понятии биологической единицы, рассматривая ее лишь как ступень организации, как один из многих гистомеров, Гейденгайн за «настоящую» биологическую единицу принимает протомер. «Теория протомеров, или теория элементарной организации», является логическим завершением теории дробности частей тела.

Поскольку способность к расщеплению целлюлярных и инфрацеллюлярных гистомеров меньше нуждалась в доказательствах (здесь можно было опираться на старые факты), Гейденгайн в последующих работах сосредоточил внимание на доказательстве расщепляемости супрацеллюлярных гистомеров - различных органов. Он старается показать, что его теория не только дает возможность анализировать, разлагать структуры, но и обратно, путем синтеза, выводить строение сложного образования из более элементарного. В противоположность клеточной теории, чисто аналитическому учению, Гейденгайн выдвигает свою теорию, как теорию синтетическую; отсюда укрепившееся за нею название «синтезиология» (Synthesiologie).

Такова в общих чертах теория Гейденгайна, предложенная им взамен клеточного учения.

Однако с методологической стороны теория Гейденгайна нас не удовлетворяет. Основным пунктом ее является представление, что наиболее существенной особенностью органических «индивидуальных» структур является их способность к расщеплению (Teilbarkeit). Помимо спорности такого критерия, само понятие «способность к расщеплению» носит у Гейденгайна формальный характер. Деление ядра, расщепление фибрилл, образование «двойников», «тройников» в различных органах - все эти явления Гейденгайн объединяет общим понятием расщепления и из него выводит способность данной структуры к размножению. Однако здесь искусственно соединены разные явления, которые нельзя рассматривать как проявление общего свойства «расщепляемости». Способность к расщеплению известна и в неорганической природе, особенно у так называемых жидких кристаллов. Гейденгайн рассматривает делимость как какую-то внутреннюю, имманентную особенность органических структур, не учитывая их функционального значения и состояния, определяемого суммой внешних и внутренних условий. Поэтому трудно согласиться е критерием индивидуальности, который выдвигает разбираемая теория. Понятие индивидуальности сохраняет у Гейденгайна метафизический характер, хотя введением понятий «гистомер» и «гистосистема» он пытается преодолеть эту метафизичность. Но это ему не удается, поскольку он рассматривает структурность организма как определенный ступенчатый ряд сопряженных, но не вытекающих друг из друга структур.

Понятие биологической единицы, «протомера», помимо его гипотетичности, у Гейденгайна носит тот же метафизический характер, как и в клеточном учении. Продвинув эту единицу из области микроскопических в область субмикроскопических структур, он не преодолевает метафизический характер понятия об органических элементах. Связывая свою теорию с положением о «непрерывности жизни», Гейденгайн считает, что его взгляды обосновывают изречение: omne vivum ex vivo. Тем самым он приходит к разрыву между неорганической и органической природой, считая протомер за особую органическую структуру, не выводимую из неорганической природы. С точки зрения гейденгайновских схем, непонятной остается связь структур между собою. Они образуют, по его теории, обособленные ряды, не связанные друг с другом, не вытекающие один из другого. Поэтому, преодолевая метафизический подход к организму как к сумме частей, пытаясь анализу организма противопоставить синтез, Гейденгайн не может преодолеть метафизичность антитезы «часть или целое». Расчленяя организм на ступенчатую структурность (вместо гомотипной структурности клеточной теории), он не преодолевает относительности самого расчленения.

Гейденгайн делает ошибку, пытаясь создать всеобщую структурную теорию, охватывающую область субмикроскопических, микроскопических и макроскопических структур. Деление на эти области, конечно, серьезного научного значения не имеет, но несомненно, что не одни и те же структурные закономерности существуют в тканевых структурах и структурах такого порядка, как железы, скелетные части, кишечные ворсинки, метамеры и пр. Здесь Гейденгайн становится на механистическую точку зрения. Такой же механистический характер носит у него синтез. Это синтез от количественно малого к количественно большому. В некоторых пределах такой синтез закономерен; он объясняет, например, архитектонику отдельных органов, особенно железистых образований, внешнее формирование которых с точки зрения Гейденгайна приобретает известную ясность. Но такой синтез недостаточен там, где имеется переход количества в качество, где новые структуры являются не простым количественным усложнением старых (как, например, дольки железы, вкусовые почки, ворсинки кишечника, образующие дву-, три — и полимеры), а качественно отличные новообразования.

Наконец, теория Гейденгайна является только теорией сформированного организма. Она не дает никакого ключа к пониманию онтогенеза, оставляя последний совершенно вне поля зрения.

В начале второго десятилетия нашего века физиолог А. В. Леонтович (1869-1943) выступил с работой: «Синцеллий как доминирующая клеточная структура животного организма» (1912). «Тело животных в главной массе состоит не из клеток - элементарных организмов, - писал Леонтович, - а из синцеллиев. Элементарными организмами являются, может быть, лишь одни подвижные клетки соединительной ткани и лейкоциты крови». «Тем не менее, - заявляет автор, - основу всего вышесказанного образует клетка: именно, свойство клетки при известных нормальных условиях ее жизни давать синцеллий. Поэтому нельзя провозглашать, что клетка отжила свое время; она всегда останется в центре биологической мысли. Клеточное учение должно быть только дополнено теорией синцеллия и теми находками, которые уже дает и обещает в будущем разложение клетки на единицы низшего порядка» (стр. 86). В основном критика Леонтовича шла по пути Гейцмана, указывая на значение в организме неклеточных структур.

На трудность применения клеточной теории к эмбриогенезу обратил внимание американский эмбриолог Майнот (Charles Sedgwic Minot, 1852-1914). В лекциях, прочитанных в Иене и вышедших отдельным изданием (1913), Майнот отмечает, что разделение на клеточные территории не имеет в эмбриогенезе того значения, которое ему приписывают.

В 1911 г. с принципиальным возражением против одного из основных положений клеточного учения выступил английский протистолог Добелл (Clifford С. Dobell, 1886-1949). Он указал, что в понятии клетки смешиваются принципиально различные структуры: целостные организмы (протесты), структурные части организма (тканевые клетки) и структуры, потенциально равные целому организму (яйца). Понятие клетки Добелл предложил сохранить именно за тканевыми клетками. В противоположность целлюлярной схеме деления организмов на одноклеточные и многоклеточные, Добелл считает более правильным деление на клеточные и неклеточные организмы. «Отдельный протест не является гомологом отдельных клеток тела многоклеточных растений и животных; он может быть гомологизирован только с целым многоклеточным организмом… Несправедливо называть протестов простыми, низшими, одноклеточны ми или примитивными… Все эти прилагательные совершенно произвольны, и применение их к протестам ничем не оправдано, так как последние отличаются от Metazoa и Metaphyta тем, что они иначе организованы: неклеточные, в противоположность многоклеточным». Взгляды Добелла встретили широкий отклик как положительный, так и отрицательный. К обсуждению поставленной Добеллом проблемы трактовки протистов нам придется вернуться ниже.

Ряд работ посвятил критике клеточного учения немецкий зоолог Родэ (Emil Rhode, 1904, 1908, 1914, 1916, 1922). Он собрал много литературных и собственных данных о значении неклеточных структур для морфогенеза, но не всегда критически относился к приводимым литературным данным. Его положение: «при гистогенетической дифференцировке животных играют существенную роль не клетки, а многоядерные плазмодии; не клеткообразование, а функциональная дифференцировка живого вещества, т. е. многоядерных плазмодиев, является руководящим принципом развития организмов» (1914, стр. 133), - это положение так же односторонне, как объяснение всего хода онтогенеза ссылкой на размножение и дифференцировку клеток. Из одной крайности: все - клетки, Родэ попадает в другую крайность и заявляет: все - синцитии и плазмодии, а клетки являются лишь вторичными структурами, лишенными существенного значения. Такое чисто метафизическое разрешение вопроса не может вывести на правильную дорогу. Работы Родз встретили резкое возражение со стороны Ю. Шакселя (Julius Schaxel, 1915, 1917), критиковавшего Родэ за увлечение неклеточными структурами и непроверенные факты. Но Шаксель впадает в другую крайность, считая чисто целлюлярную точку зрения вполне достаточной для объяснения всех процессов развития.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Впервые клеточное строение наблюдал английский естествоиспытатель Р. Гук в 1665 г. у растений с помощью усовершенствованного им микроскопа; он же ввел термин «клетка». Английский ботаник Р. Броун в 1831 г. описал растительной . Но первые шаги к раскрытию и пониманию роли клеточного сделал немецкий ботаник М. Шлейден в 1838 г. Немецкий зоолог Т. Шванн кроме собственных исследований использовал данные М. Шлейде-на, Я. Пуркине и других ученых, указав на общий принцип клеточного строения и тканевых структур животных и растений. Ему принадлежит заслуга оформления клеточной теории, соответствовавшей уровню развития науки того времени (1839). В дальнейшем клеточная теория была распространена и на одноклеточные организмы, были сформированы представления о и цитоплазме как о главнейших компонентах . Немецкий ученый Р. Вирхов в 1858 г. обосновал принцип преемственности путем их деления — каждая из .

Все основные положения клеточной теории сохранили значение и сейчас. В современном виде теория содержит четыре основных вывода:

4. У многоклеточных эукариотических организмов возникновение разных по свойствам — дифференцировка (см. Клеточная специализация (дифференцировка) определяется тем, что в разных , в разных активированы, т. е. работают, разные . Действительно, если

Клетки животных , растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Клеточная теория дополнялась и редактировалась с каждым разом.

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна

1. Все животные и растения состоят из клеток.
2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.
3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм - это совокупность клеток.

Основные положения современной клеточной теории

1. Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.
2. Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.
3. Клетки всех организмов гомологичны.
4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.
5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.
6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны .

Дополнительные положения клеточной теории

Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют. Во многих источниках эти дополнительные положения различаются, их набор достаточно произволен.

1. Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу (см. ниже).
2. В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации - молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов - к митохондриям , хлоропластам , генам и хромосомам .
3. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).
4. Клетки многоклеточных тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.

История

XVII век

Линк и Молднхоуэр устанавливают наличие у растительных клеток самостоятельных стенок. Выясняется, что клетка есть некая морфологически обособленная структура. В 1831 году Моль доказывает, что даже такие, казалось бы, неклеточные структуры растений, как водоносные трубки, развиваются из клеток.

Мейен в «Фитотомии» (1830) описывает растительные клетки, которые «бывают или одиночными, так что каждая клетка представляет собой особый индивид, как это встречается у водорослей и грибов, или же, образуя более высоко организованные растения, они соединяются в более и менее значительные массы». Мейен подчёркивает самостоятельность обмена веществ каждой клетки.

В 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки.

Школа Пуркинье

В 1801 году Вигиа ввёл понятие о тканях животных, однако он выделял ткани на основании анатомического препарирования и не применял микроскопа. Развитие представлений о микроскопическом строении тканей животных связано прежде всего с исследованиями Пуркинье, основавшего в Бреславле свою школу.

Пуркинье и его ученики (особенно следует выделить Г. Валентина) выявили в первом и самом общем виде микроскопическое строение тканей и органов млекопитающих (в том числе и человека). Пуркинье и Валентин сравнивали отдельные клетки растений с частными микроскопическими тканевыми структурами животных, которые Пуркинье чаще всего называл «зёрнышками» (для некоторых животных структур в его школе применялся термин «клетка»).

В 1837 году Пуркинье выступил в Праге с серией докладов. В них он сообщил о своих наблюдениях над строением желудочных желёз, нервной системы и т. д. В таблице, приложенной к его докладу, были даны ясные изображения некоторых клеток животных тканей. Тем не менее установить гомологию клеток растений и клеток животных Пуркинье не смог:

• во-первых, под зёрнышками он понимал то клетки, то клеточные ядра;
• во-вторых, термин «клетка» тогда понимался буквально как «пространство, ограниченное стенками».

Сопоставление клеток растений и «зёрнышек» животных Пуркинье вёл в плане аналогии, а не гомологии этих структур (понимая термины «аналогия» и «гомология» в современном смысле).

Школа Мюллера и работа Шванна

Второй школой, где изучали микроскопическое строение животных тканей, была лаборатория Иоганнеса Мюллера в Берлине. Мюллер изучал микроскопическое строение спинной струны (хорды); его ученик Генле опубликовал исследование о кишечном эпителии, в котором он дал описание различных его видов и их клеточного строения.

Здесь были выполнены классические исследования Теодора Шванна, заложившие основание клеточной теории. На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле . Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных.

На значение ядра в клетке Шванна натолкнули исследования Матиаса Шлейдена, у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу». Поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории. Основная идея клеточной теории - соответствие клеток растений и элементарных структур животных - была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.

В 1838 году Шванн публикует 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется его классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в самом заглавии которого выражена основная мысль клеточной теории:

• В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры - клетки развиваются одинаково. Далее он доказывает, что микроскопические структуры других тканей и органов животного организма - это тоже клетки, вполне сравнимые с клетками хряща и хорды.
• Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие.
• В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории. Именно исследования Шванна оформили клеточную теорию и доказали (на уровне знаний того времени) единство элементарной структуры животных и растений. Главной ошибкой Шванна было высказанное им вслед за Шлейденом мнение о возможности возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.

Развитие клеточной теории во второй половине XIX века

С 1840-х годов XIX века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки - цитологию.

Для дальнейшего развития клеточной теории существенное значение имело её распространение на протистов (простейших), которые были признаны свободно живущими клетками (Сибольд, 1848).

В это время изменяется представление о составе клетки. Выясняется второстепенное значение клеточной оболочки, которая ранее признавалась самой существенной частью клетки, и выдвигается на первый план значение протоплазмы (цитоплазмы) и ядра клеток (Моль, Кон, Л. С. Ценковский, Лейдиг, Гексли), что нашло своё выражение в определении клетки, данном М. Шульце в 1861 г.:

Клетка - это комочек протоплазмы с содержащимся внутри ядром.

В 1861 году Брюкко выдвигает теорию о сложном строении клетки, которую он определяет как «элементарный организм», выясняет далее развитую Шлейденом и Шванном теорию клеткообразования из бесструктурного вещества (цитобластемы). Обнаружено, что способом образования новых клеток является клеточное деление, которое впервые было изучено Молем на нитчатых водорослях. В опровержении теории цитобластемы на ботаническом материале большую роль сыграли исследования Негели и Н. И. Желе.

Деление тканевых клеток у животных было открыто в 1841 г. Ремаком . Выяснилось, что дробление бластомеров есть серия последовательных делений (Биштюф, Н. А. Келликер). Идея о всеобщем распространении клеточного деления как способа образования новых клеток закрепляется Р. Вирховом в виде афоризма:

«Omnis cellula ех cellula».
Каждая клетка из клетки.

В развитии клеточной теории в XIX веке остро встают противоречия, отражающие двойственный характер клеточного учения, развивавшегося в рамках механистического представления о природе. Уже у Шванна встречается попытка рассматривать организм как сумму клеток. Эта тенденция получает особое развитие в «Целлюлярной патологии» Вирхова (1858).

Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:

• Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.
• Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.
• Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.

XX век

Клеточная теория со второй половины XIX века приобретала всё более метафизический характер, усиленный «Целлюлярной физиологией» Ферворна, рассматривавшего любой физиологический процесс, протекающий в организме, как простую сумму физиологических проявлений отдельных клеток. В завершении этой линии развития клеточной теории появилась механистическая теория «клеточного государства», в качестве сторонника которой выступал в том числе и Геккель. Согласно данной теории организм сравнивается с государством, а его клетки - с гражданами. Подобная теория противоречила принципу целостности организма.

Механистическое направление в развитии клеточной теории подверглось острой критике. В 1860 году с критикой представления Вирхова о клетке выступил И. М. Сеченов. Позднее клеточная теория подверглась критическим оценкам со стороны других авторов. Наиболее серьёзные и принципиальные возражения были сделаны Гертвигом, А. Г. Гурвичем (1904), М. Гейденгайном (1907), Добеллом (1911). С обширной критикой клеточного учения выступил чешский гистолог Студничка (1929, 1934).

В 1930-х годах советский биолог О. Б. Лепешинская , основываясь на данных своих исследований, выдвинула «новую клеточную теорию» в противовес «вирховианству». В её основу было положено представление, что в онтогенезе клетки могут развиваться из некоего неклеточного живого вещества. Критическая проверка фактов, положенных О. Б. Лепешинской и её приверженцами в основу выдвигаемой ею теории, не подтвердила данных о развитии клеточных ядер из безъядерного «живого вещества».

Современная клеточная теория

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов . Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории:

• Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т. п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, «одичавшими» генами.
• Выяснилось, что существует два типа клеток - прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Гомология всех клеток, таким образом, свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом - наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками. Это, конечно, не отменяет общего происхождения всех клеток, которое подтверждается общностью их химического состава.
• Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.
• Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений - это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур - элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.
• Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии , симпласты) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных - продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество - продукт их секреции, то есть образуется оно в результате метаболизма клеток.
• Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма - клетки или «элементарные организмы».

Целостность организма есть результат естественных, материальных взаимосвязей, вполне доступных исследованию и раскрытию. Клетки многоклеточного организма не являются индивидуумами, способными существовать самостоятельно (так называемые культуры клеток вне организма представляют собой искусственно создаваемые биологические системы). К самостоятельному существованию способны, как правило, лишь те клетки многоклеточных, которые дают начало новым особям (гаметы, зиготы или споры) и могут рассматриваться как отдельные организмы. Клетка не может быть оторвана от окружающей среды (как, впрочем, и любые живые системы). Сосредоточение всего внимания на отдельных клетках неизбежно приводит к унификации и механистическому пониманию организма как суммы частей.

Клеточная теория - это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Дальнейшее развитие эти представления получили в работах Р. Вирхова. Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужили главным фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, для объяснения родственной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и на сегодняшний день, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток. В настоящее время клеточная теория постулирует:

• 1) Клетка - элементарная единица живого: - вне клетки нет жизни.
• 2) Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц - органелл или органоидов.
• 3) Клетки сходны - гомологичны - по строению и по основным свойствам.
• 4) Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала: клетка от клетки.
• 5) Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных.
• 6) Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.

Представление о клетке как о самостоятельной жизнедеятельной единице было дано еще в работах Т. Шванна. Р. Вирхов также считал, что каждая клетка несет в себе полную характеристику жизни: "Клетка есть последний морфологический элемент всех живых тел, и мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне ее".

Современная наука полностью доказала это положение. В популярной литературе клетку часто называют "атомом жизни", "квантом жизни", подчеркивая тем самым, что клетка - это наименьшая единица живого, вне которой нет жизни.

Такая общая характеристика клетки должна в свою очередь опираться на определение живого - что такое живое, что такое жизнь. Очень трудно дать окончательное определение живого, жизни.

М.В. Волькенштейн дает следующее определение жизни: "живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, важнейшими функционирующими веществами которых являются белки и нуклеиновые кислоты". Живому свойствен ряд совокупных признаков, таких, как способность к воспроизведению, использование и трансформация энергии, метаболизм, чувствительность, изменчивость. И такую совокупность этих признаков можно обнаружить на клеточном уровне. Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, выделенные актомиозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки прекрасно "работают" многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биоорганических молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок, разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т.д. Можно ли считать все эти клеточные компоненты, структуры, ферменты, молекулы живыми? Можно ли считать живым актомиозиновый комплекс? Думается, что нет, хотя бы потому, что он обладает лишь частью набора свойств живого. То же относится и к остальным примерам. Только клетка как таковая является наименьшей единицей, обладающей всеми вместе взятыми свойствами, отвечающими определению "живое".

Что же такое клетка, какое ей можно дать общее определение? Из школьного курса известно, что разнообразные клетки имеют совершенно несходную морфологию, их внешний вид и величины значительно расходятся. Действительно, что общего между звездчатой формой некоторых нервных клеток, шаровидной формой лейкоцита и трубкообразной формой клетки эндотелия. Такое же разнообразие форм встречается и среди микроорганизмов. Поэтому мы должны находить общность живых объектов не в их внешней форме, а в общности их внутренней организации.

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения можно отнести клетки бактерий и синезеленых водорослей, к более высокоорганизованному - клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком.

Принято называть клетки бактерий и синезеленых водорослей прокариотическими, а клетки всех остальных представителей живого - эукариотическими, потому что у последних обязательной структурой служит клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Содержимое прокариотической клетки одето плазматической мембраной, играющей роль активного барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Обычно снаружи от плазматической мембраны расположена клеточная стенка или оболочка - продукт клеточной активности. У прокариотических клеток нет морфологически выраженного ядра, но присутствует в виде так называемого нуклеоида зона, заполненная ДНК.

В основном веществе цитоплазмы прокариотических клеток располагаются многочисленные рибосомы, цитоплазматические же мембраны обычно выражены не так сильно, как у эукариотических клеток, хотя некоторые виды бактерий богаты внутриклеточными мембранными системами. Очень сильно цитоплазматические мембраны развиты у синезеленых водорослей. Обычно все внутриклеточные мембранные системы прокариот развиваются за счет плазматической мембраны.

Но не только присутствие морфологически -выраженного ядра является отличительным признаком эукариотических клеток. У клеток высшего типа кроме ядра в цитоплазме существует целый набор специальных обязательных структур, органелл, выполняющих отдельные специфические функции. К числу органелл относят мембранные структуры: систему эндоплазматической сети, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды. Кроме того, для эукариотических клеток характерно наличие мембранных структур, таких как микротрубочки, микрофиламенты, центриоли и др.

Эукариотические клетки обычно намного крупнее прокариотических. Так, палочковидные бактерии имеют длину до 5 мкм, а толщину около 1 мкм, в то время как эукариотические клетки в поперечнике могут достигать десятков мкм.

Несмотря на четкие морфологические отличия, и прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего, что и позволяет отнести их к одной, клеточной, системе организации живого. И те и другие одеты плазматической мембраной, обладающей сходной функцией активного переноса веществ из клетки и внутрь ее; синтез белка у них происходит на рибосомах; сходны и другие процессы, такие, как синтез РНК и репликация ДНК, похожи и биоэнергетические процессы. Исходя из вышесказанного клетке можно дать общее определение. Клетка - это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Короче: клетка - самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров. Это определение дает описание основных свойств "живого" - воспроизведение подобного себе из неподобного себе.

У многоклеточных организмов часть клеток утрачивает свойство размножаться, но они остаются клетками до тех пор, пока способны вести синтетические процессы, регулировать транспорт веществ межу клеткой и средой, использовать для этих процессов энергию. Есть примеры безъядерных клеток, это скорее не собственно клетки, а их остатки - одетые мембраной участки цитоплазмы с ограниченными функциональными потенциями.

Одно время первый постулат клеточной теории подвергался многочисленным нападкам и критике. Некоторые авторы указывали, что в многоклеточных организмах, особенно у животных, кроме клеток существуют и межклеточные, промежуточные вещества, которые тоже, казалось обладали свойствами живого. Однако было показано, что межклеточные вещества представляют собой не самостоятельные образования, а продукты активности отдельных групп клеток.

Другие возражения касались того, что часто у животных кроме отдельных клеток встречаются так называемые симпласты и синцитии, а у растительных клеток - плазмодии. По морфологическому описанию - это крупные цитоплазматические образования со множеством ядер, не разделенные на отдельные клеточные территории. Примерами таких симпластов могут быть мышечные волокна позвоночных или эпидермис у ленточных червей, а также плазмодии у низших грибов миксомицетов. Однако если проследить за развитием таких "неклеточных" форм, то легко убедиться в том, что они возникают вторично за счет слияния отдельных клеток или же в результате деления одних ядер без разделения цитоплазмы, т.е. без цитотомии.