Первыми возникшими на Земле одноклеточными организмами были примитивные бактерии, не обладавшие ядром – прокариоты. Они жили в безкислородной среде и питались готовыми органическими соединениями – веществами, синтезированными в процессе химической эволюции. Однако по мере наполнения атмосферы земли кислородом, многим бактериям пришлось приспособиться к кислородному дыханию – фотосинтезу, что явилось поворотом в эволюции живого. Фотосинтез ускорял биологический круговорот веществ и эволюцию живого в целом. Долго длившийся процесс перехода к фотосинтезу привел примерно 2,6 млрд. лет назад к возникновению первых, имеющих ядро организмов – эукариотов. Это были более совершенные организмы, в ядре которых были сконцентрированы хромосомы с ДНК, сама клетка воспроизводилась уже без серьёзных изменений.

Последующая эволюция эукариотов связана с разделением этих организмов на животные и растительные (примерно 2,6 млрд. – 570 млн. лет назад). Растительные клетки эволюционировали в сторону развития жесткой целлюлозной оболочки клеток и активного использования фотосинтеза, животные же клетки «выбрали» увеличение способности к передвижению, а также усовершенствовали способы поглощать и выделять продукты переработки пищи.

Следующими важными этапами в эволюции живого мира стало половое размножение (около 900 млн. лет назад) и появление многоклеточных организмов с телом, тканями и органами, выполняющими определённые функции (700–800 млн. лет назад). Это были губки, черви, членистоногие и т.п. К тому времени мировой океан уже заселяли водоросли.

Подводя итог, можно сказать, что именно выделение живой самостоятельной клетки из окружающей среды и стало толчком к началу эволюции жизни на земле и роль клетки в развитии всего живого является главенствующей.

4. Основные проблемы цитологии

Перед современной цитологией стоит ряд серьёзных задач, важнейших для общества. Если так и не решенный вопрос о происхождении жизни и выделении живой клетки из неживой среды относится к числу вопросов важных, но теоретических, то вопросы изучения злокачественных заболеваний и методов их лечения, использования стволовых клеток, клонирования являются на данный момент очень значимыми для человечества. Рост онкологических заболеваний, заболеваний крови ставит вопрос о возможности лечения этих болезней на клеточном уровне.

Одной из проблем, стоящей перед цитологией и генетикой является изучение раковых заболеваний, в которых происходит бесконтрольная мутация клеток организма и превращение их в опухолевые (раковые) клетки. Опухолевая клетка по многим биохимическим признакам отличается от нормальной. Её наиболее характерным отличительным свойством является способность к непрерывному делению, которое не подчиняется регуляторным сигналам организма. В результате деления из одной клетки образуются две, также способные к бесконтрольному делению, т.е. способность к нерегулируемому делению передается по наследству. Увеличение размера опухоли происходит за счет размножения исходной опухолевой клетки, а не превращения новых нормальных клеток в опухолевые. Отсюда следует, что из одной опухолевой клетки в организме может возникнуть опухолевой узел

Помимо способности к бесконтрольному росту, еще два свойства опухолей определяют их опасность для жизни организма: способность к инвазии – прорастанию опухоли в нормальные ткани, нарушающему их питание и функционирование, и метастазированию – способности злокачественного образования создавать новые узлы в отдаленных от первичной опухоли области организма.

Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, плохо скреплены между собой. Отрываясь от основного узла, одиночные опухолевые клетки током крови или лимфы разносятся по всему организму. В некоторых органах они могут задержаться и начать делиться, что приведет к образованию новых опухолевых узлов, способных к инвазии, таким образом, даже если опухоль поражен не жизненно важный орган, то и в этом случае способность опухоли к метастазированию делает ее опасной для жизни.

Рак это с одной стороны генетическое заболевание, когда ломается заранее заданная программа клеточного деления и клетка переходит в режим безостановочного самовоспроизводства, а с другой стороны – иммунное заболевание, поскольку происходит нарушение координации в системе надзора за тем, чтобы клетки, нарушившие закон о строгом выполнении программы развития, уничтожались.

Другой важнейшей задачей цитологии является изучение стволовых клеток, особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом, то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка. Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться. Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления. Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма – и кожным, и нервным, и клеткам крови. Стволовых клеток в нашем организме очень мало: у эмбриона – 1 клетка на 10 тысяч, у человека в 60–80 лет – 1 клетка на 5–8 миллионов.

Стволовые клетки успешно применяются в лечении лейкозов, онкологических заболеваний, например трансплантация костного мозга является по сути, введением стволовых клеток. Также стволовые клетки применяются в косметических целях, способствуя омоложению организма.

В 1999 году журнал «Science» признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Изучение стволовых клеток считается очень перспективным в современной науке. Тем более странным воспринимается ученым миром запрет, наложенный на финансирование программ изучения стволовых клеток, президентом США Джорджем Бушем – младшим. Мотивировался этот запрет этическими соображениями, так как для получения стволовых клеток используются эмбрионы (развитие эмбриона останавливается в течение 14 дней, а сам эмбрион используется как продукт для получения стволовых клеток). Новоизбранный президент США Барак Обама обещал снять этот запрет, назвав это «важным шагом в развитии науки».

Клонирование будоражит умы ученых последние два десятка лет. По принятому в науке определению, клонирование – это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. Вполне естественно, что все воспроизведенные копии должны обладать идентичной наследственной информацией, т.е. нести одинаковый набор генов.

Термин «клонирование» стремительно вошел в широкий лексикон в 1997-м году, когда специалисты Рослинского института в Шотландии сообщили и существовании овечки Долли, появившейся на свет методом бесполого размножения. Кейт Кемпбелл и его сотрудники брали клетки из грудной железы шестилетней беременной овцы (в таком случае эти клетки лучше могут делиться), извлекали из полученной культуры ядра и внедряли их в предварительно очищенные от собственных ядер яйцеклетки других овечек.