Клетка как «первокирпичик» живого, ее строение и функционирование. 
Механизм управления клеткой

Своего рода «первокирпичики» имеются на каждом из уровней организации материи.

Так, на уровне, изучаемом физикой, такую роль играют кварки — мельчайшие из известных науке частиц веществаноля, которые характеризуются тем, что даже с помощью самых совершенных приборов бывает трудно определить их точное местонахождение.

В сфере химических наук место «первокирничиков» занимают уже более крупные частицы — атомы. Из них состоят различные химические элементы. В отличие от кварков — это более устойчивые, стабильные частицы.

Есть подобная фундаментальная частица и в биологии — живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в том числе и свойством передавать наследственную информацию.

Создание клеточной теории, основы которой были впервые изложены в 1838 г. немецкими учеными М. Шлейденом (1804—1881) и Т. Шванном (1810—1882), стало одним из крупнейших достижений биологической науки XIX в.

Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все живые организмы от одноклеточной амебы до человека состоят из клеток, сходных, но своему строению.

Это положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развития всех видов живого.

Многочисленные исследования в области цитологии — биологической науки, специально занимающейся исследованием живой клетки, показали, что все клетки имеют некоторые общие свойства не только в строении, но и в функциях. Так, все они осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции своего состояния, могут передавать наследственную информацию.

Вместе с тем выяснилось, что часть клеток являются высоко специализированными и, кроме того, они весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы, а также в составе организмов многоклеточных, где их число может достигать нескольких миллиардов, как, например, у человека.

У клеток разный срок существования. В частности, некоторые клетки пищевода отмирают у человека через несколько дней после появления, а нервные клетки могут существовать на протяжении всей человеческой жизни. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью.

Разнообразны и размеры клеток: они колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см.

Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма: нервную, мышечную и др. А несколько типов тканей формируют органы: сердце, легкие и т. д. Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называются системами организма.

Многообразием функций клетки обусловлена ее сложная структура. Клетка отграничена от окружающей среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает ее взаимодействие с внешним миром — обмен с ним веществом, энергией и информацией. Обмен веществ, или метаболизм, клеток важнейшее свойство всего живого.

Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку в клетку исходных продуктов. Получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии, а также «вредных отходов производства».

Метаболизм в свою очередь служит основой для другого важнейшего свойства клетки — сохранения стабильности, устойчивости ее внутренней среды. Это свойство клеток, также присущее всей живой системе, называют гомеостазом.

Особое место в мире живого занимают вирусы. Их иногда называют бесклеточными организмами, поскольку они не имеют четко выраженной клеточной структуры и существуют, проникая в другие клетки и паразитируя в них.

Следует также отметить, что существуют и некоторые организмы с клеточным строением, которые не имеют типичной для большинства клеток структуры, например прокариоты, не имеющие оформленного ядра. Исторически они являются предшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, так называемых эукариотов. К группе прокариотов, древнейших безъядерных клеток, относятся некоторые организмы, сохранившиеся и поныне, в частности бактерии, сине-зеленые водоросли и др. Не имея оформленного ядра, эти организмы тем не менее обладают нитями молекул нуклеиновых кислот, которые у них, как и у всех других клеток, выполняют управленческую функцию; расположены эти нити не в ядре, а во внутриклеточной жидкости, цитоплазме. Несмотря на относительную простоту организации, безъядерные клетки способны выполнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержание гомеостаза и т. п.

Но каким же образом обеспечивается управление всем этим многоступенчатым процессом, происходящим в клетке?

Исчерпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Общепризнано, что все нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило, находящихся в ядре клетки в виде очень длинных цепей молекул нуклеиновых кислот. Их исходной структурной единицей является ген. Ген представляет собой своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее информацию, инструкции, коды, определяющие характер всей деятельности клетки, как по обмену веществ, так и по самовоспроизведению. Именно гены обеспечивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки, как и всего организма в целом. О них рассказывается в следующем параграфе данной главы (см. параграф 9.6).

Открытие в XX в. структуры и функционирования генетического аппарата клетки сыграло в развитии биологии такую же роль, как открытие атомного ядра в физике. Если открытие атомного ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии, то открытие гена дало возможность людям вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмом наследственности и, наконец, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

Чрезвычайная сложность организации живой клетки является еще одним убедительным доказательством того, что даже клетка, не говоря уже обо всем мире живого, не могла стать результатом единовременного акта творения, скорее всего это результат длительного процесса биологической эволюции.