Як розмножується клітина. Ріст і розмноження клітин

Напевно, немає жодного більш часто вивчається в рамках шкільної програми з біології поняття, ніж клітина. З нею знайомляться в 5 класі на природознавстві, потім в 6 розглядають різновиди і як розмножується клітка, її способи поділу. У 7 і 8 класах вона вивчається з точки зору рослинної, тваринної і людської приналежності. 9 клас увазі розгляд внутрішніх процесів, що відбуваються в ній, тобто молекулярну будову. У 10 і 11 це клітинна теорія, відкриття та еволюція.

Програма будується так тому, що саме ці маленькі структури, "цеглинки життя", є найважливішими елементами будь-якого організму. Усі життєві функції, процеси, ріст і розвиток, становлення - все, що пов`язано з життям, здійснюється ними і в них. Тому в даній статті ми розглянемо основні моменти розмноження, розвитку клітин та історію їх відкриття.

Відкриття клітини

Ці структурні частинки надзвичайно малі за розмірами. Тому для їх відкриття знадобилося багато часу і створення певної техніки. Так, вперше клітинну структуру живої рослинної тканини побачив Роберт Гук. Це було в 1665 році. Для того щоб їх розглянути, він винайшов перший у світі мікроскоп. Цей пристрій мало нагадувало сучасні збільшувальні прилади. Скоріше, було схоже на кілька скомпонованих між собою луп, що дають збільшення.

Використовуючи даний прилад, вчений розглядав зріз коркового дерева. Те, що він побачив, поклало початок розвитку ряду суміжних наук та біології в цілому. Безліч щільно прилеглих один до одного осередків приблизно однакової форми і розміру. Гук назвав їх cella, що означає "клітина".

Згодом було зроблено ряд відкриттів, які дозволили знань розростися, накопичитися і вилитися в кілька наук, що займаються їх вивченням.

1. 1675 - вчений Мальпігі вивчав різноманітність клітин за формою і прийшов до висновку, що це найчастіше округлі або овальні пухирці, заповнені життєвим соком.
2. 1682 - Н. Грю підтвердив висновки Мальпігі, а також займався вивченням будови оболонки клітини.
3. 1674 - Антоніо ван Левенгук відкриває клітини бактерій, а також кров`яні структури і сперматозоїди.
4. 1802-1809 рр. - Ш. Бріссо-Мирбо і Ж. Б. Ламарк припускають існування тканин і схожість тваринних і рослинних клітин.
5. 1825 - Пуркіньє відкриває ядро в статевій клітині птахів.
6. 1831-1833 рр. - Роберт Броун відкриває наявність ядра в рослинних клітинах і вводить поняття про значущість внутрішнього складу, а не клітинної оболонки, як вважалося раніше.
7. 1839 - Теодор Шванн робить висновки про те, що всі живі організми складаються з клітин, а також про схожість останніх між собою (майбутня клітинна теорія).
8. 1874-1875 рр. - Чистяков і Страсбургер відкривають способи розмноження клітин - мітоз, мейоз.

Всі подальші відкриття в області будови клітин, їх функцій, різноманіття і ролі в житті організмів були здійснені досить швидко завдяки інтенсивному розвитку спеціальної збільшувальною та освітлювальної техніки.

Розмноження клітин

Кожна клітина протягом життя здійснює цілий клітинний цикл - це час її життя з моменту появи на світ і до смерті (або поділу). Причому, абсолютно неважливо, тваринна вона чи рослинна. Життєвий цикл однаковий для всіх з них, і найчастіше, в кінці його клітини розмножуються поділом.

Звичайно, не для всіх організмів цей процес ідентичний. Для еукаріотів і прокаріотів він принципово різниться, також є деякі відмінності і в розмноженні рослинних і тваринних клітин.

Як розмножується клітина? Для цього існує кілька основних способів.

1. Мітоз.
2. Мейоз.
3. Амітоз.

Кожен з них являє собою цілий ряд процесів, фаз. Причому всі ці процеси характерні саме для багатоклітинних організмів, як рослинного, так і тваринного походження. У одноклітинних розмноження відбувається шляхом простого розподілу надвоє. Тобто способи розмноження клітин не однакові. Існує навіть таке явище, як клітинний суїцид. Це самознищення клітин замість процесів поділу.

Як розмножується клітина, наприклад, бактерій, синьо-зелених водоростей, деяких найпростіших? Безстатевим шляхом, найпростішим способом: вміст їх клітини подвоюється, в клітинній стінці формується поперечна або поздовжня перетяжка і одна клітина ділиться на два абсолютно нових, ідентичних материнському, організму.

Даний процес називається прямим діленням клітини. Розмножуються їм одноклітинні і бактерії, але він не має відношення ні до мітотичним, ні до мейотіческіх процесам. Вони відбуваються тільки в організмі багатоклітинних живих організмів.

Митоз

У багатоклітинних істот міститься мільярди клітин. І кожна з них прагне завершити свій життєвий цикл, саме залишивши потомство, а не померши. Клітини розмножуються поділом, проте даний процес не у всіх з них однаковий.

Соматичні структури (до таких відносяться всі клітини організму, крім статевих) своїм способом для розмноження вибирають мітоз або амитоз. Це дуже цікавий, ємний і складний процес, в результаті якого з однієї материнської диплоїдної клітини (тобто з подвійним набором хромосом) утворюються дві ідентичні їй дочірні з таким же диплоїдним складом.

Весь процес включає в себе два основних моменти:

1. Каріокінез - поділ ядра і всього його вмісту.
2. Цитокинез - розподіл протоплазми (цитоплазми і всіх клітинних органоїдів).

Протікають ці процеси одномоментно, приводячи до формування повноцінних материнських копій зменшеного розміру.

Мітоз складається з чотирьох фаз (профаза, метафаза, анафаза, телофаза) і стану, що передує поділу - інтерфази. Розглянемо кожну докладно.

Интерфаза

Ріст і розмноження клітин здійснюється протягом всього життя організму. Однак не всі клітини мають однаковий термін існування. Якісь із них гинуть через два-три дні (Формені елементи крові), якісь залишаються функціонувати все життя (нервові).

Але в житті кожної клітини більшу частину часу зберігається такий стан, який називається інтерфазою. Це період підготовки до поділу зрілої сформувалася клітини, який займає до 90% часу всього процесу.

Біологічний сенс даній стадії в накопиченні поживних речовин, РНК і білків, синтезі молекул ДНК. Адже після поділу в кожну дочірню клітину має потрапити рівно таку кількість органоїдів, речовин і генетичного матеріалу, скільки було в материнській. Для цього має статися подвоєння всіх наявних структур, в тому числі і ниток ДНК.

В цілому, интерфаза відбувається в три етапи:

• пресінтетіческій;
• сінтетіческій;
• постсинтетичний.

Результат: накопичення поживних елементів, енергії і ДНК молекул для подальших процесів поділу. Таким чином, дана стадія - це лише початок того, як розмножується клітина надалі.

Профаза

На даному етапі відбуваються наступні основні процеси:

• розчиняється ядерна оболочка;
• зникають (розчиняються) ядришкі;
• хромосоми стають видимі в мікроскоп за рахунок скручування (спіралізаціі) структури;
• центриоли розходяться до полюсів клітини, витягаючи і формуючи веретено поділу.

На цій стадії розмноження тварин клітин нічим не відрізняється від такого у всіх інших.

Метафаза

Дана фаза досить коротка, всього близько 10 хвилин. Основа її в тому, що хроматиди шикуються по екватору клітини. Ниточки веретена поділу одним кінцем чіпляються за центриоль у полюса клітини, а іншим за центромеру кожної хроматиди. Між собою генетичні структури вже майже не пов`язані і тому легко готові до роз`єднання.

Анафаза

Сама коротка стадія всього митотического циклу. Тривалість становить близько 3 хвилин. У цей період кожна хроматида йде до свого полюсу клітини і добудовує собі відсутню половинку, перетворюючись на нормальної будови хромосому.

Однак для цього освіти потрібен спеціальний фермент - теломераза. Саме його накопичення йшло в інтерфазі.

Телофаза

У кожного клітинного полюса з`являється свій генетичний повноцінний матеріал, який одягається в ядерну оболонку, формуючи ядро. З`являються ядерця. Весь процес займає приблизно 30 хвилин. Тобто досить тривалий час. Це відбувається тому, що формування ядерець та ядерної оболонки вимагає великих енергетичних витрат, а також наявності будівельного матеріалу - поживних речовин (білків, вуглеводів, ферментів, жирів, амінокислот).

Цитокинез

Даний процес завершує весь мітотичний цикл. Протоплазма ділиться разом з органоїдами строго навпіл, і кожна дочірня особина отримує рівно стільки ж, скільки її сестра. Потім впоперек клітини формується білкова перетяжка (актиновой природи), яка здавлює структуру поперек і ділить її на дві рівні, але менші за розмірами, в порівнянні з материнською, клітини.

На цій стадії є деякі відмінності тваринної клітини від того, як розмножується клітина рослини. Справа в тому, що в рослинних структурах білка менше, а актину взагалі немає. Тому посередині формується не перетяжка, а перегородка, по обидві сторони якої відкладається целюлоза. Це надає рослинній клітині жорсткість, формує каркас у вигляді клітинної стінки.

Ріст і розмноження клітин далі йде по шляху звичайного життєвого циклу: спеціалізація, формування тканин, потім органів, активна робота і ділення, або смерть.

Статеві клітини і їх розмноження

На питання про те, як розмножується клітка, відповідь може бути дана при уточненні, яка саме. Адже розглянуті нами процеси мітозу характерні тільки для соматичних структур. Тоді як статеві клітини розмножуються дещо іншим чином, а точніше, мейозом.

Даний процес є основою таких життєвих функцій у тварин, як гаметогенез, тобто статеве розмноження. Розвиток статевих клітин відбувається багатостадійну. Тому мейоз - ще більш складне і ємне поділ, ніж мітоз.

Для рослинних клітин мейоз - основа спорогенеза, тобто утворення статевих клітин. Основна біологічна роль мейозу для всіх організмів полягає в тому, що в результаті нього утворюються чотири гаплоїдні (з половинчастим або одинарним набором хромосом) статеві клітини. Навіщо? Для того, щоб при заплідненні (злиття чоловічої та жіночої статевих клітин) відбувалося відновлення диплоидности в новій зиготі (майбутньому зародку). Це дає генетичну різноманітність організмам, призводить до комбінації генів, появи і закріплення нових ознак.

Структура процесу мейозу

Виділяють два основних ділення в мейозі: редукционное і екваціонное. Кожне з них включає в себе всі ті ж фази, що і мітоз: профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Розглянемо трохи докладніше кожне з них.

Редукційний розподіл

Суть: з однієї диплоїдної клітини утворюються дві гаплоїдні, з половинчастим набором хромосом. Фази:

• профаза I;
• метафаза I;
• анафаза I;
• телофаза I.

На кожній з фаз повторюються всі ті ж самі перетворення, що і на відповідних стадіях в мітозі. Однак одна відмінність все ж є: в інтерфазі не відбувається подвоєння ДНК, вона лише ділиться навпіл, і все. Тому в кожну дочірню клітину потрапляє лише половина генетичної інформації. Це початкове розмноження тварин клітин, а також рослинних, що відносяться до статевих.

Екваціонное поділ

Друге поділ мейозу, в результаті якого утворюється ще по дві клітини від кожної попередньої. Тепер уже є чотири однакових гаплоидних аналога, які й стають статевими клітинами тварин або рослин. Стадії екваціонного розподілу: профаза II, метафаза II, анафаза II, телофаза II.

Таким чином, питання про те, як розмножується клітина, має досить складний і ємний відповідь. Адже ці процеси, як і всі інші, що відбуваються в живих істотах, дуже тонкі і складаються з безлічі стадій.