3.5. Живая клетка – первокирпичик жизни

Изучая живую клетку, нельзя не поражаться тому, насколько сложно и в то же время целесообразно ее устройство. Клетка ограничена клеточной мембраной, состоящей в основном из липидов (проще говоря, жиров), и обладающей избирательной проницаемостью, что позволяет ей регулировать концентрацию в клетке солей, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ. Центральную область клетки занимает ее ядро, являющееся центром управления жизнедеятельностью клетки. Ядро также окружено оболочкой из двух мембран и содержит хромосомы – спирали молекул ДНК, несущих генетический код клетки: план и инструкцию ее построения. В центре ядра расположены одна или несколько нуклеолей (ядрышек), играющих основную роль в образовании уже упоминавшихся рибосом.

Пространство между внешней (плазматической) мембраной и ядром заполнено цитоплазмой, в которой «плавают» органоиды – специализированные внутриклеточные структуры. Наиболее важными органоидами являются рибосомы, они содержатся в клетках всех живых организмов, состоят из РНК и белков и играют основную роль в синтезе белка. Важная роль принадлежит также митохондриям, в которых протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетку энергией. Цитоплазма клетки пронизана эндоплазматической сетью, представляющей собой систему канальцев и «цистерн», ограниченных мембранами. Она участвует в обменных процессах, обеспечивая транспорт веществ, пропущенных мембраной из окружающей среды, в цитоплазму и их накопление в необходимых количествах.

К важным органоидам относится также комплекс Гольджи – внутриклеточный сетчатый аппарат клеток растений и беспозвоночных, играющий основную роль в формировании ряда продуктов жизнедеятельности клеток. Особая роль отведена центриолям – как правило, двум цилиндрическим структурам, которые располагаются вблизи ядра, а при делении клетки расходятся к ее полюсам, определяя пространственную ориентацию делящихся клеток и тождественное распределение между ними генетического материала.

Перечисленные органоиды содержатся в клетках как животных, так и растительных организмов. Отличительной особенностью растительных клеток является наличие в их цитоплазме особого вида органоидов – пластидов. Пластиды, как правило, содержат пигменты, определяющие окраску клеток, например, в клетках высших растений имеются пластиды зеленого цвета – хлоропласты, играющие важнейшую роль в протекании фотосинтеза.

Для клеток большинства организмов характерно наличие ядра, свидетельствующее об их высоком развитии. Такие клетки (как и состоящие из них организмы) называются эукариотами (от греч. εν – хорошо + греч. καρηον – ядро). Кроме того, в природе встречаются безъядерные клетки, называемые прокариотами (от лат. pro – вместо + греч. καρηον – ядро). Считается, что прокариоты исторически являются предшественниками эукариотов, появившихся на Земле около 3 млрд. лет назад. К прокариотам относятся бактерии, сине-зеленые водоросли, актиномицеты (группа микроорганизмов с чертами организации бактерий и простейших грибов). У прокариотов более примитивное строение, чем у эукариотов, кроме ядра у них отсутствуют также митохондрии, однако безъядерные клетки способны выполнять все типичные функции клетки, включая обмен веществ и размножение. В частности, функцию управления в них обеспечивают те же молекулы ДНК, размещенные непосредственно в цитоплазме. Весьма интересной с точки зрения объяснения механизма перехода от прокариотов к эукариотическим клеткам представляется гипотеза американского микробиолога Линн Маргулис о решающей роли в этом процессе симбиоза различных бактерий-прокариотов. Косвенно подтверждая концепцию коэволюции (см. ниже), эта гипотеза способна пролить свет на хорошо известные данные о том, что растительные клетки в принципе сложнее животных и, следовательно, филогенетически более молоды.

Отдельную нишу в мире живого занимают вирусы – бесклеточные организмы, состоящие из молекул нуклеиновых кислот и белковой оболочки. Не располагая необходимыми для жизни органоидами, вирусы размножаются в живых клетках других организмов, внедряясь в них и используя их ферментативный аппарат.

Итак, первоосновой живой материи является клетка, именно она содержит все признаки живого, не только составляя материал для построения многоклеточных организмов, но и реализуясь в виде одноклеточных организмов. Поэтому считается, что организменный (онтогенетический) уровень живых систем начинается именно с клетки. Участвуя в построении более сложных организмов, клетки образуют ткани: у животных – мышечную, нервную, эпителиальную, т. е. кожную, соединительную, а у растений – основную, защитную, проводящую и меристематическую (от греч. μεριοτος – делимый). Последняя обеспечивает способность растений к образованию новых органов. Органы живых организмов образуются из нескольких видов тканей; это, например, сердце, печень, легкие – у животных, корень, стебель, лист – у растений. Они выполняют определенные функции организма. Группы органов, интегрированные для выполнения ряда функций организма (кровообращение, высшая нервная деятельность и др.) образуют системы организма.

Можно говорить, что формирование целостного организма сочетает процесс дифференциации его структур (клеток, тканей, органов) и функций с процессом их интеграции в ходе онтогенеза и филогенеза. Смысл этого утверждения становится понятным, если обратиться к известному биогенетическому закону, сформулированному уже упоминавшимся Э. Геккелем как эмпирическое обобщение множества фактов. Согласно этому закону, индивидуальное развитие особи (онтогенез) является кратким повторением важнейших этапов исторического развития (филогенеза) группы, к которой эта особь относится, т. е. процесса эволюции.