Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

Непосредственным следствием размножения является способность живых организмов к росту. Некоторые виды животных и растений растут в течение всей своей жизни, другие прекращают рост при достижении определённого возраста. Основой роста служит деление составляющих организм клеток. Рост организма неизбежно сопровождается его развитием: организм приспосабливается к условиям окружающей среды, изменяются соотношение размеров различных органов и прочие признаки. В процессе развития возникает дифференцировка клеток: некоторые клетки перестают делиться и начинают выполнять узкие, специфические только для них функции, например нервные, мышечные и другие виды клеток.

Все живые организмы способны в той или иной степени изменять своё положение в пространстве, т. е. обладают подвижностью. Подвижность свойственна не только высшим животным, где она очевидна, но и многим простейшим, имеющим для этой цели реснички и жгутики, а также растениям, у которых она проявляется в виде тропизмов – движений относительно источника света, земного притяжения и других факторов (рис. 37, 38).

Это явление можно считать самым фундаментальным отличием живого от неживого. Раздражимость – это способность реагировать на внешние воздействия в соответствии не столько с физической природой этих воздействий (раздражителей), сколько со своей организацией и внутренними особенностями.

Рис. 37. Движение растений (тропизмы): А – свет; Б – температура; В – прикосновение; Г – сила гравитации

Рис. 38. Движение животных

Если реакция неживых предметов на внешние воздействия определяется законами физики, то реакция живых организмов будет осуществляться в соответствии с потребностями этих организмов. Если, например, мы возьмём две капли воды, соединённые узким перешейком, добавим в одну из капель немного соли и поместим туда пресноводную инфузорию, то она будет двигаться по перешейку в сторону капли с пресной водой. Если же мы проделаем этот опыт с морской инфузорией, то увидим, что она будет совершать перемещение в обратном направлении, предпочитая солёную воду. Это означает, что одно и то же физическое воздействие может противоположно воздействовать на организмы с различными биологическими потребностями.

1. Что такое питание? Какие типы питания живых организмов вы знаете?

2. Сравните аэробное и анаэробное дыхание. В чём их сходство и различия? Почему они получили такие названия?

3. Чем развитие организма отличается от его роста?

4. Дайте определение понятия «тропизмы». Рассмотрите рисунок 37. Используя знания, полученные на уроках биологии, объясните, что является причиной тропизмов, изображённых на рисунке.

5. Используя рисунок 38, проанализируйте особенности движения позвоночных животных.

6. Что такое раздражимость?

7. Опираясь на знания, полученные на уроках биологии, приведите примеры миксотрофных организмов.

1. Исследуйте процесс сапрофитного питания. Для этого положите в стеклянный сосуд кусочек мяса, рыбы или какого-нибудь фрукта. Ежедневно наблюдайте происходящие изменения. Объясните полученные результаты.

2. Проведите исследование подвижности у растений. Сфотографируйте стоящий на подоконнике цветок. Переверните его на 180° и через несколько дней сфотографируйте снова. Сравните обе фотографии и отметьте различия.

§ 18 Клетка – элементарная единица жизни

Omnis cellula ех cellula.

(Каждая клетка из клетки.)

В настоящее время известно, что все живые организмы (кроме вирусов, о которых будет сказано позже) состоят из клеток. Впервые клетки обнаружил в 1665 г. английский учёный Роберт Гук (1635–1703). Рассматривая в микроскоп тонкие срезы пробки, он обнаружил, что она состоит из мелких изолированных фрагментов, которые он назвал «cell», что по-английски означает «ячейка», но также и «тюремная камера», «монастырская келья» и «клетка для содержания зверей» (рис. 39). Гук использовал это слово в первом значении, но переводчик понял его по-своему, и в русский язык структурная единица живого организма вошла под широко известным и употребляемым названием «клетка». По-гречески клетка называется «цитос», поэтому наука, занимающаяся изучением строения и жизнедеятельности клеток, называется цитологией.

Открытие Гука в течение долгого времени не получало широкой популярности, потому что существующие в то время несовершенные микроскопы не позволяли оценить всей сложности строения живой клетки. Микроскоп, использованный Гуком, позволял увидеть только толстые клеточные стенки пробки. В дальнейшем были обнаружены клетки с более тонкими оболочками, в частности открытые Левенгуком клетки простейших одноклеточных животных. Постепенно сложилось представление о том, что живые организмы имеют ячеистое строение и состоят как бы из отдельных «капель», которые считали «пузырьками, наполненными питательным соком», однако получить достаточное представление об особенностях их внутреннего устройства не представлялось возможным.

Рис. 39. Микроскоп Роберта Гука и сделанный им рисунок микроскопической структуры тонкого среза пробки

По-настоящему исследование биологической клетки началось только в XIX в. с развитием микроскопической техники. В начале этого века французский исследователь Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками, а в 1809 г. Ламарк распространил это положение и на животных. В 1825 г. чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а в 1833 г. английский ботаник Р. Броун обнаружил в растительных клетках плотное образование, за которым закрепилось название ядро (по лат. – «нуклеус», по греч. – «карион»). Начиная с этого времени внимание исследователей было обращено на изучение внутреннего содержимого клеток.

В конце 30-х гг. XIX в. немецкие исследователи – ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, суть которой заключалась в том, что все растения и животные состоят из сходных по строению клеток. В 1858 г. немецкий биолог Рудольф Вирхов дополнил эту теорию ещё одним положением, доказав, что все клетки организма образуются только в результате деления исходных материнских клеток.

Перечислим основные положения современной клеточной теории.

1. Клетка – основная, обязательная и наименьшая единица всех живых организмов. Все живые организмы состоят из клеток.

2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу и общему плану строения.

3. Увеличение числа клеток происходит только путём деления исходных (материнских) клеток.

Рис. 40. Многообразие одноклеточных организмов: А – амёба обыкновенная; Б – зелёные водоросли; В – радиолярия; Г – солнечник

4. Универсальное клеточное строение живых организмов свидетельствует о том, что все они имеют единое происхождение.

Развитие цитологии позволило в очень скором времени установить, что как животные, так и растительные клетки содержат в себе, помимо ядра и окружающей его полужидкой среды, многочисленные структурно-функциональные образования – органоиды.

Каждая отдельная клетка может обладать всеми функциями живого, т. е. представлять собой самостоятельную живую систему. Клетка может быть самостоятельным организмом, полностью обеспечивающим все необходимые для её жизни потребности. Такие организмы называют одноклеточными (рис. 40). К ним относятся все бактерии, а также многие растения, грибы и животные.

В многоклеточных организмах клетки объединяются в целостную систему. В этом случае между отдельными клетками существует «разделение труда», а для поддержания жизнедеятельности целого организма они объединяются в ткани, органы и системы органов, выполняющие специфические для них функции (рис. 41). Например, в организмах содержатся половые клетки – гаметы, специфической функцией которых является размножение. Другие клетки, называемые соматическими, выполняют разные функции: они переносят кислород (эритроциты), осуществляют движения (мышечные клетки), передают сигналы (нервные клетки) и т. д.

Рис. 41. Многообразие клеток человека: А – клетка костной ткани; Б – клетка жировой ткани; В – эпителиальные клетки щеки; Г – клетки щитовидной железы

Размеры клеток варьируют от одного микрометра до нескольких сантиметров. Форма клеток тоже может быть очень разнообразной: они могут иметь форму шара или диска, представлять сложные разветвлённые образования, быть кубическими, веретеновидными и пр. Несмотря на то что основные химические соединения, содержащиеся во всех клетках, одинаковы, некоторые клетки могут вырабатывать вещества, характерные только для них. Так, клетки растений, способные к фотосинтезу, образуют хлорофилл, некоторые клетки растений и животных производят токсины – яды, опасные для других растений, животных, а иногда и для человека.