Утворення клітин – якісний етап еволюції – Клітина як елементарна структурно-функціональна одиниця живого
МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ
Розділ 1
БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
1.2. Молекулярно-генетичний і клітинний рівні організації життя
Живі організми, які населяють Землю, складаються з клітин. У процесі еволюції органічного світу клітина виявилася єдиною системою, в якій можливий прояв усіх закономірностей і властивостей живої матерії: ріст і розмноження, поглинання і виділення різних речовин, дихання і подразливість, обмін речовин і спадковість.
Клітини ростуть і функціонують за рахунок поживних речовин, які вони отримують
Клітини мають свою систему саморегуляції, яка підтримує процеси життєдіяльності.
1.2.1. Клітина як елементарна структурно-функціональна одиниця живого
Клітина – найпростіша біологічна система, здатна до самовідновлення, самовідтворення та розвитку. Це динамічно стійка відкрита система, яка складається з багатьох взаємопов’язаних елементів, функціонування яких не тільки визначає життєдіяльність клітини, але має значення для організму як цілого. Клітина забезпечує
Усі живі істоти, що розмножуються статевим шляхом, починають існувати з моменту злиття двох високоспеціалізованих клітин – сперматозоїда і яйцеклітини. Запліднена яйцеклітина є материнською для всіх інших клітин людського тіла. Тіло дорослої людини складається більш ніж із 100 трильйонів клітин. Більшість цих клітин – високоспеціалізовані, мають різну структуру, щоб виконувати певні функції. Але незалежно від цього кожна клітина повинна бути здатна до розмноження, синтезу необхідних макромолекул, забезпечувати себе енергією, реагувати на несприятливі впливи, взаємодіяти з іншими клітинами і т. д. Спільність багатьох функцій зумовлює схожість будови більше ніж 200 різних типів клітин людського тіла, проте клітини кожного типу виконують тільки їм властиві функції.
У залежності від складу й ступеня упорядкованості, комплекси органічних молекул здатні виконувати певні функції, спрямовані в першу чергу на підтримку високої структурної організації організму.
1.2.1.1. Утворення клітин – якісний етап еволюції
Прокаріотичні клітини з’явилися на Землі приблизно 3,5 млрд. років тому внаслідок спонтанної агрегації органічних молекул та тривалої еволюції (гіпотеза О. І. Опаріна (рис. 1.14)). Вирішальним етапом була поява ферментативних (каталітичних) молекулярних механізмів. Перші клітини використовували каталітичні властивості РНК і білків, а як речовину спадковості містили тільки РНК. У процесі ускладнення структури і функцій клітин та нагромадження додаткових каталітичних білків молекула РНК була замінена дволанцюговою ДНК, яка зберігала генетичну інформацію.
Рис. 1.14. Олександр Іванович Опарін (1894-1980).
Походження еукаріотичних клітин пояснюють симбіотичною гіпотезою, згідно з якою клітиною – хазяїном був анаероб. Перехід до аеробного дихання пов’язаний із проникненням аеробних бактерій у клітину-хазяїна і співіснуванням з нею у вигляді мітохондрій. Зелені рослини здатні до фотосинтезу, що зумовлено присутністю в їхніх клітинах хлоропластів. Вважається, що симбіонтами клітини-хазяїна, що дали початок хлоропластам, були прокаріотичні синьо-зелені водорості. Основним аргументом на користь симбіотичної гіпотези є те, що мітохондрії і хлоропласти мають власну ДНК.
Система внутрішньоклітинних мембран: гладенька і зерниста ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, ядерна оболонка – очевидно є похідними зовнішньої мембрани, що здатна розгалужуватися всередині клітини.
Досить складним для відповіді є питання походження генетичного матеріалу ядра. Можливо, що воно також могло утворитися із симбіонтів-прокаріотів. Збільшення кількості ядерної ДНК відбувалося, мабуть, поступово, шляхом переміщення генетичного матеріалу з геномів симбіонтів у ділянку, обмежену мембраною.
Дуже важливим було виникнення мітозу як механізму рівномірного розподілу генетичного матеріалу і відтворення з покоління в покоління подібних клітин. В результаті подальшої еволюції виник новий механізм поділу клітин – мейоз, що вирішило проблему розмноження багатоклітинних організмів. Перехід до статевого розмноження сприяв появі комбінативної мінливості, що істотно збільшило швидкість еволюції.
Завдяки цим процесам за 1 млрд. років еволюції еукаріотичний тип клітинної організації зумовив широку різноманітність живих організмів від найпростіших до людини (рис. 1.15).
