Цитология — это наука о структуре, функциях и строении клетки, об организации живого на клеточном, субклеточном и надмолекулярном уровнях.
Цитология рассматривает химический состав, структурные компоненты клеток и их взаимодействие.
Наука о клетке появилась с изобретением и внедрением в практику микроскопа. К нему как к инструменту биологического исследования впервые было привлечено внимание исследованиями Антона Ван Левенгука (1632—1723), который с помощью примитивных систем стекол добивался большого увеличения. Он очень много занимался изучением различных микроскопических биологических объектов. Однако эти исследования не имели существенного значения в развитии собственно науки о клетке.
Впервые клетки были описаны Робертом Гуком в монографии Микрография, или описание маленьких предметов» в 1667 г. Он рассматривал тонкие срезы пробки, сердцевины бузины, тростника и других растений и сделал открытие: растительная ткань состоит из многочисленных «пузырьков» с отчетливо заметными слепками. Эти ячейки он и назвал «клеточками», сравнивая их с пчелиными сотами. Гук видел не только мертвые, но и живые растительные клетки.
В XVII в. М. Мальпиги и Н. Грью довольно подробно описали распределение клеток в растениях, но они рассматривали клетку как одну из многих структур, которые можно найти при изучении растений с помощью микроскопа.
В XVIII в. наука о клетке столкнулась с авторитетом анатома А. Галлера, защищавшего теорию о волокнистом строении организмов. Эта теория получила широкое распространение и существенно задержала прогресс представлений о клетке.
Каспер Вольф в 1759 г. уделял большое внимание клеточному строению для обоснования теории зародышевого развития организмов. Он рассматривал развитие клеточного строения применительно к растительным организмам (в меньшей степени к животным) и предложил первую «клеточную теорию».
Очень интересные мысли о тонком строении организмов высказал Л. Окен (1809). По его мнению, всякий организм животного является суммой элементарных организмов, которые, войдя в его состав, живут жизнью целого, оставаясь до какой-то степени независимыми. Они являются пузырьками с плотной оболочкой и жидким содержимым и в философском смысле могут быть названы инфузориями.
В конце XVIII — начале XIX в. появилось множество работ, посвященных клеточному строению растений, по своему построению и объектам вполне сопоставимых с исследованиями начала XX в. Они указывали на распространенность клеточного строения, но о самой клетке их авторы почти ничего не знали.
Дютроше (1824) считал, что все ткани как растений, так и животных в конечном итоге состоят из клеток. В 1833 г. Роберт Броун описал клеточное ядро и высказал гипотезу, что ядро присутствует во всех клетках. Наконец, в 1837 г. Майен подчеркнул в своих работах, что только клетки являются элементарными анатомическими единицами растений.
В 1838 г. Шлейден, изучая ядра клеток растений, обнаружил в них ядрышки. По его мнению, из ядрышек развивается ядро, а уж из него — клетка. Теория Шлейдена была совершенно неверной, но тем не менее именно она дала толчок к постановке целого ряда исследований.
В числе приверженцев теории Шлейдена был Теодор Шванн, который изучал происхождение клеток у животных. В 1839 г. в своей книге «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте растений и животных» он окончательно утвердил представление о клеточном строении как о всеобщем принципе организации. Основой всех теоретических представлений, исходя из которой Шванн доказал принципиальное сходство животных и растений, были неправильные идеи Шлейдена о генезе клеток. Шванн описал формирование клеток из ядрышек в хряще и хорде. Ничего нового в отношении происхождения клеток Шванн не внес. Так совершенно неправильное представление послужило основой для гениальных выводов, которые легли в основу клеточной теории.
Таким образом, и Шлейден, и Шванн не могут рассматриваться как безусловные основатели клеточной теории, однако только они сделали выводы, подкрепленные многочисленными, пусть и неверными, доказательствами. Основные положения Шванна относительно клеточной теории актуальны в той или иной мере до сих пор.
Огромный вклад в развитие клеточной теории внесли труды Рудольфа Вирхова. В своем основном сочинении «Целлюлярная патология как учение, основанное на физиологической и патологической гистологии» (1858) он показал, что «клетка действительно представляет собой последний морфологический элемент всего живого, и вне ее мы не должны предполагать существования нашей жизнедеятельности.
Вирхов ввел закон: всякая клетка от клетки и, таким образом, он отверг представления Шлейдена и Шванна. Он указал на то, что клетки имеют своего рода социальную организацию и существование многоклеточного организма есть продукт взаимодействия этих клеток. Однако Вирхов не отрицал и относительную самостоятельность клеток. Его же можно рассматривать как основателя учения о патологии клеток. Клеточная теория — наиболее общее, фундаментальное представление цитологии. Постулаты к неточной теории, предложенные еще в XIX в. Шванном и Шлейденом и дополненные Вирховым, гласят:
1. Клетка — минимальная структурно-функциональная единица живого. Для нее характерны основные свойства живого, в том числе: способность к воспроизведению (молекул, структур клетки, целой клетки), возбудимость и чувствительность, обмен веществ как внутри клетки, так и между клеткой и внешней средой. В одноклеточных организмах единственная клетка — это и есть целый организм. В сложно организованных многоклеточных организмах клетки специализированы и образуют ансамбли, формирующие ткани и органы. В то же время клетки относительно автономны и способны существовать (иногда весьма длительное время) вне организма.
2. Все клетки многоклеточных организмов сходны по своему строению. Несмотря на большое разнообразие структуры и функции клеток эукариот, в них имеются ядро, цитоплазма, цитолемма (цитомембрана), определенный набор органелл. Сходен и способ хранения наследственной информации в ядре (в ДНК). Таким образом, между клетками, например человека, мамонта и динозавра, небольшая разница, и все они подчинены или были подчинены строго определенным законам. Изучение многих химических веществ, в том числе ферментов, доказывает, что состав большинства из них сходен у высших млекопитающих, пресмыкающихся, земноводных и даже растений и беспозвоночных. Такие вещества еще называют эволюционно-консервативными. Часть же белков подверглась значительным изменениям в ходе эволюции, что сформировало новые функции и признаки отдельным клеткам и организму в целом.
3. Каждая новая клетка образуется из другой клетки путем деления. Все, даже самые сложные, многоклеточные организмы также формируются в результате деления исходной материнской клетки и дифференцировки. Деление клеток обеспечивает увеличение многоклеточного организма в процессе его индивидуального развития, а дифференцировка приводит к формированию специализированных органов и систем. Нарушение какой-либо из сторон этого процесса неминуемо ведет к развитию заболевания, а иногда и к гибели.