Общая биоло́гия (англ. General Biology, нем. Allgemeine Biologie) — наука (научная дисциплина, биологическая область знания, а также соответствующая учебная дисциплина), изучающая основные и общие для всех организмов закономерности жизненных явлений\. Задача общей биологии — выявление и объяснение общего, одинаково верного для всего многообразия организмов, общие закономерности развития природы, сущность жизни, её формы и развитие. Так как общая биология включает в себя ряд других самостоятельных наук, её часто вместо науки определяют как область биологии, исследующая наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности.

Не следует путать общую биологию с теоретической биологией, частным случаем общей биологии, одной из основных задач которого является открытие и описание общих законов движения живой материи, преимущественно математическими методами и с позиций теории систем.

Следует отметить, что по мнению ученых, в современной науке, результаты которой обычно публикуют в журналах с высокимимпакт-фактором, такой науки как «Общая биология» (General Biology), аналогично «общей физике», не существует. Однако в ведущих университетах читаются курсы для бакалавров первого года обучения, то есть «Общая биология» существует лишь как вводный в биологию учебный курс.

Предмет, задачи и методы цитологии

Цитология (греч. kytos — ячейка, клетка) — наука о клетке.

Предметом ее изучения является клетка как структурная и функциональная единица жизни.

В задачи цитологии входит изучение строения и функционирования клеток, их химического состава, функций отдельных клеточных компонентов, познание процессов воспроизведения клеток, приспособления к условиям окружающей среды, исследование особенностей строения специализированных клеток, этапов становления их особых функций, развития специфических клеточных структур и др. Для решения этих задач в цитологии используются различные методы.

Основным методом изучения клеток является световая микроскопия. Человеческий глаз обладает разрешающей способнос-тьюоколо 100мкм(1 мкм = 0,001 мм). Это означает, что две точки, расположенн ые на расстоянии менее чем 100 мкм друг от друга, кажутся одной расплывчатой точкой. Чтобы различить более мелкие структуры, применяют оптические приборы, в частности микроскопы. Разрешающая способность микроскопов составляет 0,13—0,20 мкм, т. е. примерно в тысячу раз превышает разрешающую способность человеческого глаза. С помощью световых микроскопов, в которых используется солнечный или искусственный свет, удается выявить многие детали внутреннего строения клетки — отдельные органеллы, клеточную оболочку. Создать световой микроскоп с большим разрешением невозможно, потому что разрешающая способность связана с длиной волны световых лучей, а не только с качеством увеличительных стекол.

Для изучения ультратонкого строения клеточных структур прибегают к методу электронной микроскопии. В электронных микроскопах вместо световых лучей используется пучок электронов. Разрешающая способность современных электронных микроскопов составляет 0,1 нм, поэтому с их помощью выявляют очень мелкие детали. В электронном микроскопе видны биологические мембраны (толщина 6—10 нм), рибосомы (диаметр около 20 нм), микротрубочки (толщина около 25 нм) и другие структуры.

Для исследования химического состава, выяснения локализации отдельных химических веществ в клетке широко используются методы цито- и гистохимии, основанные на избирательном воздействии реактивов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы. Метод дифференциального (разделительного) центрифугирования позволяет разделить с помощью центрифуги содержимое клетки на отдельные разные по массе составляющие и затем детально изучить их химический состав. Метод рентгеноструктурного анализа дает возможность определять пространственное расположение и физические свойства молекул (например, ДНК, белков), входящих в состав клеточных структур.

Для выявления локализации мест синтеза биополимеров, определения путей переноса веществ в клетке широко используется метод авторадиографии — регистрации веществ, меченых радиоактивными изотопами. Многие процессы жизнедеятельности клеток, в частности деление клетки, фиксируют с помощью кино-и фотосъемки.

Изучение клеток разных органов и тканей растений и животных, процессов деления клетки, их дифференцировки и специализации проводят методом клеточных культур — выращиванием клеток (и целых организмов из отдельных клеток) на питательных средах в стерильных условиях.

При исследовании живых клеток, выяснении функций отдельных органелл применяют методы микрохирургии — оперативного воздействия на клетку, связанного с удалением или имплантированием отдельных органелл, их пересаживанием из клетки в клетку, введением в клетку крупных макромолекул и т. д.

Клеточная теория

Клеточная теория была сформулирована в 1839 г. немецким зоологам и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение.Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма — клетки. Как и всякое крупное научное обобщение, клеточная теория не возникла внезапно: ей предшествовали отдельные открытия различных исследователей.

Открытие клетки принадлежит английскому естествоиспытателю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки под микроскопом. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками. Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский биолог и врач М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

Значительный вклад в изучение клетки внес голландский натуралист, один из основоположников научной микроскопии, А. ван Ле-венгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы — инфузории, амебы, бактерии. Он также впервые наблюдал животные клетки — эритроциты крови и сперматозоиды.

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению французским ученым Ш. Бриссо-Мирбе (1802, 1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые состоят из клеток. Еще дальше в обобщениях пошел Ж. Б. Ламарк (1809), который распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы.

В начале XIX в. предпринимаются попытки изучения внутреннего содержимого клетки. В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клетки: главным в ее организации стали считать не клеточную стенку, а содержимое.

Наиболее близко к формулировке клеточной теории подошел немецкий ботаник М. Шлейден, который установил, что тело растений состоит из клеток.

Многочисленные наблюдения относительно строения клетки, обобщение накопленных данных позволили Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд выводов, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Ученый показал, что все живые организмы состоят из клеток, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах немецкого ученого Р. Вирхова (1858), который предположил, что клетки образуются из предшествующих материнских клеток. В 1874 г. русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки — митоз, и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вирхова.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии как науки, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она позволила создать основы для понимания жизни, индивидуального развития организмов, для объяснения эволюционной связи между ними. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клетки.

Клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка — элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению й являющаяся единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.
2. Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.
3. Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.
4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и их системы, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Структурные компоненты прокариотических и эукариотических клеток

Клетки разных организмов отличаются друг от друга размерами, формой, выполняемыми функциями. Например, самыми мелкими являются бактериальные клетки. Их диаметр составляет в среднем 0,2^-10 мкм. Клетки других организмов достигают 10— 100 мкм, несколько реже 1—10 мм. Очень редко встречаются более крупные клетки (длина яйцеклетки страусов, гусей, пингвинов равна 10—20 см, отростков нервных клеток —до 1 м).

Различают округлые, овальные, многогранные, звездчатые, дисковидные и другие формы клеток (рис. 1.4).

Несмотря на многообразие форм, все клетки имеют сходный химический состав и единый принцип организации. Они состоят изцитоплазмы нядра, которые вместе представляют собой живое содержимое клетки — протопласт. Цитоплазма — это полужидкое основное вещество, или гиалоплазма, в которую погружены внутриклеточные структуры — органеллы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции (рис. 1.5). С внешней стороны ци-топлазма окружена плазматической мем6раной,или плазмалеммой. Растительные и грибные клетки имеюттакже жесткую клеточную оболочку. В цитоплазме клеток растений и грибов имеются вакуоли — пузырьки, заполненные водой и растворенными в ней различными веществами. Кроме того, в клетке могут находиться включения — запасные питательные вещества или конечные продукты обмена.

Рис. 1.4. Различные формы клеток одноклеточных и многоклеточных организмов: а — бактерии (1 — кокки, 2 — диплококки, 3— стрептококки, 4 — вибрионы, 5 — спириллы, 6 — бактерии со жгутиками); б — одноклеточные ядерные организмы (7 — хлорелла, 8 — хламидомонада, 9 — стаурастум); в — животные клетки (10 — эпителия трахеи, II — эритроциты, 12 —нервная клетка сетчатки глаза с отростками); г —растительная клетка (13 — эпидермаль-ная клетка чешуи лука).

Рис. 1.5. Схема строения животной клетки по данным электронной микроскопии: I — ядерная оболочка; 2 — ядрышко; 3 —ядро; 4 — цитоплазма; 5 — митохондрии; б — лизосомы; 7 — центриоли; 8 — эндоплазматический ретикулум; 9—аппарат Гольджи; 10—рибосомы; II — клеточная мембрана.

Все живые организмы разделяют на две основные группы: прокариоты и эукариоты. Эти термины происходят от греческого слова karion, что означает ядро.

Прокариоты — доядерные организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра; у них отсутствуют все органеллы, известные у эукариот; имеются только рибосомы. Функции орга-нелл выполняют впячивания плазмалеммы внутрь клетки (мезо-сомы). На них размещаются ферменты, обеспечивающие протекание различных внутриклеточных процессов (клеточного дыхания, фотосинтеза и др.). К прокариотам относятся бактерии, цианобактерии и другие организмы.

Эукариоты — ядерные организмы; их клетки имеют ядро; эукариотами являются грибы, растения и животные.

Табл. I.I. Сравнительная характеристика эукариотических клеток организмов различных царств.

Несмотря на единый принцип строения и сходный химический состав, между клетками эукариотических организмов разных царств имеются существенные различия (табл. 1.1.).