Что главное в танке^wклетке!?⁠⁠

Если вы слышите о чем-то главном в биологии, то в большинстве случаев можете смело говорить собеседнику: "Сударь! Вы - бестолочь!"

Вот и в биологии главное чаще всего где-то так и определяется. Потому что в сложных системах (https://pikabu.ru/story/proiskhozhdenie_zhizni_2_4849670), каковыми являются системы биологические, главных выделить практически невозможно.

Но есть, пожалуй, одно исключение - строение клетки. Среди всех структурных компонентов легко можно выделить условно "главный", без которого невозможной была бы сама концепция жизни.

Этот компонент - клеточная оболочка, а точнее её часть - цитоплазматическая мембрана.

Все изучают в школах строение клеток, но часто довольно простые вещи остаются за бортом.

Итак, что представляет собой жизнь согласно одному из определений:

"С точки зрения второго начала термодинамики, жизнь — это процесс или система, вектор развития которой противоположен по направлению остальным, «неживым» объектам вселенной, и направлен на уменьшение собственной энтропии."

То есть живые организмы постоянно поддерживают порядок, упорядоченную структуру внутри себя, уменьшая упорядоченность снаружи в окружающей среде (увеличивая беспорядок), постоянно обмениваясь с внешней средой веществом и энергией. Уменьшая энтропию (https://ru.wikipedia.org/wiki/Энтропия) внутри и увеличивая снаружи. Про энтропию можно почитать тут или https://naked-science.ru/article/video/chto-takoe-entropiya, очень доступно.

Клеточная оболочка это тот самый барьер, отделяющий внешнее от внутреннего, без которого был бы принципиально невозможен вышеописанный процесс изменения энтропии.

Различия в строении клеточных оболочек у разных групп живых организмов огромны, а влияние этих различий на жизнь, которую мы знаем, невозможно переоценить.

Типичная клеточная оболочка состоит из цитоплазматической мембраны (обязательно), клеточной стенки (не обязательно) и капсулы (не обязательно).

Цитоплазматическая мембрана единственная обязательная часть оболочки, она же самая функциональная и сложная.

Самые простые из существующих сейчас живых организмов (прокариоты) имеют приблизительно такое строение клетки:

Оболочка клетки состоит из 3х компонентов - цитоплазматической мембраны, клеточной стенки и капсулы. В клетке есть одна крупная кольцевая молекула ДНК, связанная со структурными белками, - нуклеоид, возможно наличие небольших ДНК - плазмид.

Клетки ядерных организмов (эукариот) устроены на порядки сложнее.

Наследственный аппарат имеет намного более сложную организацию, молекул ДНК обычно больше одной, они не кольцевые, при этом они связаны со структурными белками в специфические структуры - хромосомы. Хромосомы устроены значительно сложнее нуклеоида и большую часть времени жизни клетки отделены от цитоплазмы двойной мембраной, образующей ядро клетки. В клетках эукариот может содержаться множество закрытых мембранных органоидов - митохондрий, пластид, вакуолей, лизосом. А также мембранных структур сложного строения, например эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи - настоящие внутриклеточные туннели и лабиринты.

Некоторые органоиды состоят из двух мембран и содержат собственную ДНК, похожую на нуклеоид прокариот (митохондрии и пластиды).

С учетом того, что я писал выше про важность клеточной оболочки, эукариотическая клетка представляет собой своего рода прокариотическую в квадрате.

Таким образом у ядерных организмов в клетках есть множество отделенных от цитоплазмы внутренних структур, имеющих собственную оболочку.

Теперь в отрыве от биологической систематики, просьба не плеваться, разберем несколько интересных, так сказать, фактов.

Факт первый - у клеток почти всех живых организмов есть клеточная стенка за исключением животных и некоторых одноклеточных эукариот.

Вот выше изображена (чукча не художник) типичная клетка эукариот, но не совсем. Скорее это похоже на одноклеточное животное (привет классификации с царством протистов), хотя могут быть варианты.

Хорошо ли или плохо животным не иметь клеточной стенки? Этот вопрос из тех, которые прекрасно иллюстрируют диалектику, одновременно очень некорректный и вместе с тем очень правильный.

Так как:

Не иметь клеточной стенки для клетки безусловно плохо, содержимое клетки (внутреннее) отделяется от внешней среды (внешнее) гораздо хуже. Клетка становится более уязвимой к действию повреждающих факторов - физических, химических, биологических. Её намного проще повредить или совсем убить.

Клетка становится эластичной и потенциально может приобрести возможность произвольно изменять форму, поскольку цитоплазматическая мембрана значительно пластичнее элементов клеточной стенки.

Вот небольшая иллюстрация - плазмолиз и деплазмолиз в клетках листа элодеи:

На 0:00-0:05 хорошо видны живые растительные клетки, содержащие движущиеся хлоропласты, распределенные по всей цитоплазме, с четко видимыми клеточными оболочками (в данном случае это клеточные стенки).

С 0:05 по 0:20 видно, что хлоропласты начинают двигаться от границы клетки к ее середине и собираться в хорошо очерченные конгломераты в центре клетки, при этом форма клетки не изменяется. Это результат превращения жидкости во внешней среде в гипертонический раствор после добавления сахарозы, что привело к уменьшению концентрации воды в растворе снаружи по сравнению с цитоплазмой и выходу воды из клетки во внешнюю среду. С, соответственно, уменьшению объема цитоплазмы. Цитоплазматические мембраны эластичны и отделяются от клеточных стенок, окружая цитоплазму. Клеточные стенки форму практически не изменяют.

Где-то с 0:30 и до конца видно, что объем цитоплазмы опять увеличивается, так как раствор во внешней среде разбавили водой и она опять стала поступать снаружи в клетку.

Большинство клеток животных такой эксперимент перенести не смогут и погибнут.

Однако отсутствие клеточной стенки имеет и очевидные преимущества.

Вот примечательная встреча 2х простейших - какой-то амебы и инфузории-трубача (стентора). Отсутствие клеточной стенке позволило амебе с толком и расстановкой, неспешно, но неотвратимо сожрать большую часть инфузории, охватив её со всех сторон псевдоподиями и закрыв цитоплазматическую мембрану. После этого часть трубача оказалась запертой во вновьобразованной пищеварительной вакуоли, которая таким же нехитрым способом скорее всего будет слита далее с несколькими лизосомами... Часть трубача, опять же благодаря эластичности, смылась. Насколько благополучно история умалчивает, потому что непонятно где остались ядро/ядра трубача ну и вообще...

Если обдумать увиденное в этих двух видео, станет понятно, что растения и бактерии с археями и клеточной стенкой так не смогут.

А если еще подумать, также станет понятно почему амебы и инфузории до недавнего времени входили в царство животных.

Клетки человека похожи на клетки амеб значительно больше, чем на клетки элодеи. Более того в наших телах есть множество клеток, которые нужны специально для того, чтобы делать то же, что и амеба - охватывать и пожирать. Этот процесс называется - эндоцитоз (https://ru.wikipedia.org/wiki/Эндоцитоз), а клетки, например лейкоциты и макрофаги.

Если подумать еще больше, можно связать эластичность клеточной оболочки с движением в пространстве. Потом с мускулатурой, а потом возможно даже и с нервной системой. Ну и так далее, и так далее.

Если не дискутировать о принципах классификации в биологии и рассматривать новую трехдоменную систематику Вёзе (https://ru.wikipedia.org/wiki/Трёхдоменная_система), принимаемую большинством, верхний ранг классификации состоит из трех групп (таксонов), которые называются доменами (https://ru.wikipedia.org/wiki/Домен_(биология)), которые разделены на несколько царств (https://ru.wikipedia.org/wiki/Царство_(биология)).

Как видно доменов - три: Археи, Бактерии и Эукариоты.

А царств сильно по разному, дискуссии не стихают.

Но если рассматривать простой вариант - Архебактерии, Эубактерии, Растения, Грибы и Животные, то видно насколько важно разделение внутреннего и внешнего и, следовательно, насколько развитые системы клеточных мембран определяют отличия между группами.

Также видно насколько строение клеточной оболочки животных стало отличать их от всех остальных.

Разница между клеточными оболочками бактерий и архей, а также растений и грибов тоже огромна и не менее значима. Но уже и так очень много букв.

Могу только пообещать попробовать написать небольшое продолжение про грамположительных и грамотрицательных бактерий, если все это будет кому-нибудь интересно.