Σύγχρονη Θεωρία Κυττάρων

Περιεχόμενο

• TL · DR (Πολύ μακρύ;
• Η ιστορία της κλασικής ερμηνείας της κυτταρικής θεωρίας
• Τρέχουσα ερμηνεία της σύγχρονης θεωρίας των κυττάρων
• Όλη η ζωή ξεκίνησε ως ένας μονοκύτταρος οργανισμός
• Το κύτταρο: Μια βασική μονάδα δομής και λειτουργίας σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς
• Μίτωση: Όλα τα κύτταρα προέρχονται από τη διαίρεση των προϋπαρχόντων κυττάρων
• Η ροή ενέργειας μέσα στα κελιά
• Όλα τα κύτταρα περιέχουν μια μορφή DNA
• Ομοιότητα σε κύτταρα παρόμοιων ειδών
• Μερικοί οργανισμοί είναι μονοκύτταροι
• Όλα τα Ζωντανά πράγματα αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κελιά
• Ανεξάρτητες ενέργειες κυττάρων οδηγούν τη δραστηριότητα του ζωντανού οργανισμού
• Ιοί: Ζόμπι του Βιολογικού Κόσμου - Δεν είναι Κύτταρα

Η σύγχρονη θεωρία των κυττάρων δεν είναι όλα αυτά μοντέρνο όταν καταλαβαίνετε πόσο καιρό προήλθε. Με ρίζες στα μέσα του 17ου αιώνα, πολλοί επιστήμονες και ερευνητές της εποχής συνέβαλαν στις αρχές της κλασσικής κυτταρικής θεωρίας, που υποθέτουν ότι τα κύτταρα αντιπροσωπεύουν τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής. όλη η ζωή αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα και η δημιουργία νέων κυττάρων συμβαίνει όταν τα παλιά κύτταρα χωρίζονται σε δύο.

TL · DR (Πολύ μακρύ;

Η κλασική ερμηνεία της σύγχρονης κυτταρικής θεωρίας ξεκινά με την προϋπόθεση ότι όλη η ζωή αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα, τα κύτταρα αντιπροσωπεύουν τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής, όλα τα κύτταρα προκύπτουν από τη διαίρεση των προϋπάρχοντων κυττάρων, το κύτταρο αντιπροσωπεύει τη μονάδα δομής και σε όλους τους ζώντες οργανισμούς και τελικά ότι η κυψέλη έχει μια διπλή ύπαρξη ως μοναδική, διακριτή οντότητα και ως θεμελιώδες δομικό στοιχείο στο πλαίσιο όλων των ζωντανών οργανισμών.

Η ιστορία της κλασικής ερμηνείας της κυτταρικής θεωρίας

Το πρώτο άτομο που παρατηρεί και ανακαλύπτει το κύτταρο, Robert Hooke (1635-1703), το έκανε με ένα μικροσκόπιο ακατέργαστης ένωσης - που επινοήθηκε κοντά στα τέλη του 16ου αιώνα από τον Ζαχαρίας Janssen (1580-1638), ολλανδικό θεαματικό κατασκευαστή βοήθεια από τον πατέρα του - και ένα σύστημα φωτισμού Hooke που σχεδιάστηκε στο ρόλο του ως επιμελητής πειραμάτων για την Royal Society του Λονδίνου.

Ο Hooke δημοσίευσε τα ευρήματά του το 1665 στο βιβλίο του "Μικροφαγία", το οποίο περιλάμβανε σχέδια με το χέρι με τις παρατηρήσεις του. Ο Hooke ανακάλυψε φυτικά κύτταρα όταν εξέτασε μια λεπτή φέτα φελλού μέσω του φακού του μετασχηματισμένου μικροσκοπίου του. Είδε μια πληθώρα μικροσκοπικών διαμερισμάτων που του έμοιαζαν με τις ίδιες δομές που βρέθηκαν στις κηρήθρες. Τους ονόμασε "κελιά", και το όνομα κολλήθηκε.

Ο ολλανδός επιστήμονας Antony van Leeuwenhoek (1632-1705), ένας καθηγητής της μέρας και ένας αυτοδίδακτος φοιτητής βιολογίας, έπασχε να ανακαλύψει τα μυστικά του κόσμου γύρω του και παρόλο που δεν ήταν τυπικά μορφωμένος, κατέληξε να συνεισφέρει σημαντικές ανακαλύψεις στο πεδίο της βιολογίας. Ο Leeuwenhoek ανακάλυψε τα βακτηρίδια, τα αντισώματα, τα σπερματοζωάρια και τα αιμοσφαίρια, τους τροχούς και τα μικροσκοπικά νηματώδη και άλλους μικροσκοπικούς οργανισμούς.

Οι μελέτες του Leewenhoeks έφεραν ένα νέο επίπεδο συνειδητοποίησης της μικροσκοπικής ζωής στους επιστήμονες της ημέρας, προωθώντας τους άλλους, οι οποίοι τελικά θα συνέβαλαν στη σύγχρονη θεωρία των κυττάρων. Ο γάλλος φυσιολόγος Henri Dutrochet (1776-1847) ήταν ο πρώτος που ισχυρίστηκε ότι το κύτταρο ήταν η βασική μονάδα βιολογικής ζωής, αλλά οι μελετητές δίνουν πίστη στην ανάπτυξη της σύγχρονης κυτταρικής θεωρίας στο γερμανό φυσιολόγο Theodor Schwann (1810-1882), ο Γερμανός βοτανολόγος Matthias Jakob Schleiden (1804-1881) και ο Γερμανός παθολόγος Rudolf Virchow (1821-1902). Το 1839, οι Schwann και Schleiden πρότειναν ότι το κύτταρο είναι η βασική μονάδα της ζωής, και ο Virchow, το 1858, συνήγαγε ότι τα νέα κύτταρα προέρχονται από προϋπάρχοντα κύτταρα, συμπληρώνοντας τις βασικές αρχές της κλασσικής θεωρίας των κυττάρων. (Για τους Schwann, Schleiden και Virchow βλέπε https://www.britannica.com/biography/Theodor-Schwann, https://www.britannica.com/biography/Matthias-Jakob-Schleiden και https: //www.britannica .com / βιογραφία / Rudolf-Virchow.)

Τρέχουσα ερμηνεία της σύγχρονης θεωρίας των κυττάρων

Οι επιστήμονες, οι βιολόγοι, οι ερευνητές και οι μελετητές, αν και εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τις θεμελιώδεις αρχές της κυτταρικής θεωρίας, καταλήγουν στα εξής στη σύγχρονη ερμηνεία της θεωρίας των κυττάρων:

Όλη η ζωή ξεκίνησε ως ένας μονοκύτταρος οργανισμός

Οι επιστήμονες έχουν επιστρέψει όλη τη ζωή σε έναν ενιαίο, κοινό μονοκύτταρο πρόγονο που έζησε περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, που προτάθηκε αρχικά από τον εξελικτικό Charles Darwin πριν από περισσότερα από 150 χρόνια.

Μια θεωρία υποδεικνύει ότι κάθε ένας από τους οργανισμούς που ταξινομήθηκαν κάτω από τους βιολόγους τρεις κύριους τομείς, τα Archaea, τα βακτήρια και η Eukarya, εξελίχθηκε από τρεις ξεχωριστούς προγόνους, αλλά ο βιοχημικός Douglas Theobald από το Πανεπιστήμιο Brandeis στο Waltham της Μασαχουσέτης αμφισβητεί αυτό. Σε άρθρο του ιστοτόπου "National Geographic", λέει ότι οι πιθανότητες αυτού του γεγονότος είναι αστρονομικές, κάτι σαν το 1 στους 10 έως την 2 680η δύναμη. Ήρθε σε αυτό το συμπέρασμα αφού υπολόγισε τις πιθανότητες χρησιμοποιώντας στατιστικές διαδικασίες και μοντέλα υπολογιστών. Αν αυτό που λέει αποδεικνύεται αληθινό, τότε η ιδέα που έχουν οι περισσότεροι όλοι οι ιθαγενείς του πλανήτη είναι σωστός: όλα σχετίζονται.

Οι άνθρωποι είναι ένα σύνολο 37,2 τρισεκατομμυρίων κυττάρων. Αλλά όλοι οι άνθρωποι, όπως και κάθε άλλη ζωντανή οντότητα στον πλανήτη, άρχισαν τη ζωή ως ένας μονοκύτταρος οργανισμός. Μετά την γονιμοποίηση, το μονοκλωνικό έμβρυο που ονομάζεται ζυγώτης πηγαίνει σε ταχεία υπερβολική δόση, ξεκινώντας την πρώτη κυτταρική διαίρεση μέσα σε 24 έως 30 ώρες μετά τη γονιμοποίηση. Το κύτταρο συνεχίζει να διαιρείται εκθετικά κατά τη διάρκεια των ημερών που το έμβρυο ταξιδεύει από τον ανθρώπινο φοινικοπιανό σωλήνα για να εμφυτευτεί μέσα στη μήτρα, όπου συνεχίζει να αναπτύσσεται και να διαιρείται.

Το κύτταρο: Μια βασική μονάδα δομής και λειτουργίας σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς

Ενώ υπάρχουν σίγουρα μικρότερα πράγματα μέσα στο σώμα από τα ζωντανά κύτταρα, το μεμονωμένο κύτταρο, όπως ένα μπλοκ Lego, παραμένει μια βασική μονάδα δομής και λειτουργίας σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Μερικοί οργανισμοί περιέχουν μόνο ένα κύτταρο, ενώ άλλοι είναι πολυκύτταροι. Στη βιολογία, υπάρχουν δύο τύποι κυττάρων: οι προκαρυωτικοί και οι ευκαρυωτικοί.

Οι προκαρυώτες αντιπροσωπεύουν κύτταρα χωρίς πυρήνα και μεμβράνες που περικλείονται από οργανίδια, αν και έχουν DNA και ριβοσώματα. Γενετικό υλικό σε ένα προκαρυωτικό υπάρχει στα τοιχώματα της μεμβράνης του κυττάρου μαζί με άλλα μικροσκοπικά στοιχεία. Οι ευκαρυώτες, από την άλλη πλευρά, έχουν έναν πυρήνα μέσα στο κύτταρο και συνδέονται μέσα σε μια ξεχωριστή μεμβράνη, καθώς επίσης και τα μεμβράνη που περικλείονται από οργανίδια. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν επίσης και κάποια προκαρυωτικά κύτταρα: οργανωμένα χρωμοσώματα για τη διατήρηση γενετικού υλικού.

Μίτωση: Όλα τα κύτταρα προέρχονται από τη διαίρεση των προϋπαρχόντων κυττάρων

Τα κύτταρα γεννούν άλλα κύτταρα από ένα προϋπάρχον κύτταρο που χωρίζει σε δύο θυγατρικά κύτταρα. Οι μελετητές ονομάζουν αυτή τη διαδικασία μίτωση - κυτταρική διαίρεση - επειδή ένα κύτταρο παράγει δύο νέα γενετικά πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Ενώ η μίτωση εμφανίζεται μετά από σεξουαλική αναπαραγωγή καθώς το έμβρυο αναπτύσσεται και αναπτύσσεται, εμφανίζεται επίσης καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής ενός ζωντανού οργανισμού, ώστε να αντικαταστήσει τα παλιά κύτταρα με νέα κύτταρα.

Κλασικά χωρισμένη σε πέντε ξεχωριστές φάσεις, ο κυτταρικός κύκλος στη μίτωση περιλαμβάνει προφάσεις, προμεταφτάση, μεταφάση, αναφάση και τελοφάση. Στο διάλειμμα μεταξύ της διαίρεσης κυττάρων, η ενδιάμεση φάση αντιπροσωπεύει μέρος της φάσης κυτταρικού κύκλου όπου ένα κύτταρο παύει και κάνει ένα διάλειμμα. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να αναπτύξει και να διπλασιάσει το εσωτερικό του γενετικό υλικό καθώς προετοιμάζεται για μίτωση.

Η ροή ενέργειας μέσα στα κελιά

Πολλαπλές βιοχημικές αντιδράσεις συμβαίνουν μέσα στο κύτταρο. Όταν συνδυάζονται, αυτές οι αντιδράσεις αποτελούν τον μεταβολισμό των κυττάρων. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, μερικοί χημικοί δεσμοί στα αντιδρώντα μόρια σπάνονται και το κύτταρο παίρνει ενέργεια. Όταν οι νέοι χημικοί δεσμοί αναπτύσσονται για να κάνουν τα προϊόντα, αυτό απελευθερώνει ενέργεια στο κελί. Οι εξερνικές αντιδράσεις εμφανίζονται όταν το κύτταρο απελευθερώνει ενέργεια στο περιβάλλον του, σχηματίζοντας ισχυρότερους δεσμούς από τους σπασμένους. Στις εννδερμικές αντιδράσεις, η ενέργεια εισέρχεται μέσα στο κύτταρο από το περιβάλλον της, δημιουργώντας ασθενέστερους χημικούς δεσμούς από τους σπασμένους.

Όλα τα κύτταρα περιέχουν μια μορφή DNA

Για να αναπαραχθεί, ένα κύτταρο πρέπει να έχει κάποια μορφή δεοξυριβονουκλεϊνικού οξέος, την αυτοαναπαραγόμενη ουσία που υπάρχει σε όλους τους ζώντες οργανισμούς ως βασικά στοιχεία των χρωμοσωμάτων. Δεδομένου ότι το DNA είναι ο φορέας γενετικών δεδομένων, οι πληροφορίες που αποθηκεύονται στα πρωτότυπα κύτταρα DNA διπλασιάζονται στα θυγατρικά κύτταρα. Το DNA παρέχει ένα μπλε για την τελική ανάπτυξη του κυττάρου, ή στην περίπτωση των ευκαρυωτικών κυττάρων στο φυτικό και ζωικό βασίλειο, για παράδειγμα το μπλε για τη μορφή πολυκύτταρων μορφών ζωής.

Ομοιότητα σε κύτταρα παρόμοιων ειδών

Ο λόγος που οι βιολόγοι ταξινομούν και κατηγοριοποιούν όλες τις μορφές ζωής είναι να κατανοήσουν τις θέσεις τους στην ιεραρχία όλης της ζωής στον πλανήτη. Χρησιμοποιούν το σύστημα ταξινομίας Linnaean για να ταξινομήσουν όλα τα ζωντανά πλάσματα ανά τομέα, βασίλειο, φύλο, τάξη, τάξη, οικογένεια, γένος και είδη. Με αυτόν τον τρόπο, οι βιολόγοι έμαθαν ότι σε οργανισμούς παρόμοιων ειδών, μεμονωμένα κύτταρα περιέχουν βασικά την ίδια χημική σύνθεση.

Μερικοί οργανισμοί είναι μονοκύτταροι

Όλα τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι βασικά μονοκύτταρα, αλλά υπάρχουν ενδείξεις ότι πολλά από αυτά τα μονοκύτταρα κύτταρα ενώνουν για να σχηματίσουν μια αποικία για να διαιρέσουν την εργασία. Μερικοί επιστήμονες θεωρούν αυτή την αποικία ως πολυκύτταρη, αλλά τα μεμονωμένα κύτταρα δεν απαιτούν από την αποικία να ζήσει και να λειτουργήσει. Οι ζωντανοί οργανισμοί που κατηγοριοποιούνται κάτω από τους τομείς των Βακτηρίων και των Αρχαίων είναι όλοι οι μονοκύτταροι οργανισμοί. Τα πρωτόζωα και κάποιες μορφές φυκών και μυκήτων, κύτταρα με ξεχωριστό και ξεχωριστό πυρήνα, είναι επίσης μονοκύτταροι οργανισμοί που οργανώνονται στο πεδίο της Eukarya.

Όλα τα Ζωντανά πράγματα αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κελιά

Όλα τα ζωντανά κύτταρα στους τομείς των βακτηρίων και των Archaea αποτελούνται από μονοκύτταρους οργανισμούς. Κάτω από τον τομέα της Eukarya, οι ζώντες οργανισμοί στο βασίλειο του Protista είναι μονοκύτταροι οργανισμοί με έναν ξεχωριστά προσδιορισμένο πυρήνα. Οι ακτιβιστές περιλαμβάνουν πρωτόζωα, καλούπια λάσπης και μονοκύτταρα άλγη. Άλλα βασίλεια υπό τον τομέα Eukarya περιλαμβάνουν Fungi, Plantae και Animalia. Οι μαγιά, στο βασίλειο των μυκήτων, είναι μονοκυτταρικές οντότητες, αλλά άλλοι μύκητες, φυτά και ζώα είναι πολυκύτταροι πολύπλοκοι οργανισμοί.

Ανεξάρτητες ενέργειες κυττάρων οδηγούν τη δραστηριότητα του ζωντανού οργανισμού

Οι δραστηριότητες μέσα σε ένα μόνο κύτταρο την αναγκάζουν να κινηθεί, να πάρει ή να απελευθερώσει ενέργεια, να αναπαραχθεί και να αναπτυχθεί. Σε πολυκυτταρικούς οργανισμούς, όπως και στον άνθρωπο, τα κύτταρα αναπτύσσονται διαφορετικά, το καθένα με τα ατομικά και ανεξάρτητα καθήκοντά του. Ορισμένα κύτταρα συγκεντρώνονται για να γίνουν ο εγκέφαλος, το κεντρικό νευρικό σύστημα, τα οστά, οι μύες, οι σύνδεσμοι και οι τένοντες, τα κύρια όργανα του σώματος και πολλά άλλα. Κάθε μία από τις μεμονωμένες δράσεις των κυττάρων συνεργάζεται για το καλό ολόκληρου του σώματος για να μπορέσει να λειτουργήσει και να ζήσει. Τα κύτταρα του αίματος, για παράδειγμα, λειτουργούν σε πολλά επίπεδα, μεταφέροντας οξυγόνο σε απαραίτητα μέρη του σώματος. καταπολέμηση των παθογόνων παραγόντων, βακτηριακές λοιμώξεις και ιούς. και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα μέσω των πνευμόνων. Η ασθένεια εμφανίζεται όταν μία ή περισσότερες από αυτές τις λειτουργίες καταρρέουν.

Ιοί: Ζόμπι του Βιολογικού Κόσμου - Δεν είναι Κύτταρα

Οι επιστήμονες, οι βιολόγοι και οι ιολόγοι δεν συμφωνούν για τη φύση των ιών, επειδή ορισμένοι ειδικοί θεωρούν τους ζώντες οργανισμούς, αλλά δεν περιέχουν καθόλου κύτταρα. Ενώ μιμούνται πολλά χαρακτηριστικά που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς, από τους ορισμούς που αναφέρονται στη σύγχρονη κυτταρική θεωρία, δεν είναι ζωντανοί οργανισμοί.

Οι ιοί είναι τα ζόμπι του βιολογικού κόσμου. Ζώντας σε μια γη χωρίς γάντζο σε μια γκρίζα περιοχή μεταξύ ζωής και θανάτου, όταν βρίσκονται εκτός των κυττάρων, οι ιοί υπάρχουν ως ένα καψίδιο που περιβάλλεται σε ένα κέλυφος πρωτεΐνης ή ως ένα απλό κάλυμμα πρωτεΐνης που μερικές φορές περικλείεται μέσα σε μια μεμβράνη. Το καψίδιο περικλείει και αποθηκεύει είτε υλικό RNA ή DNA, το οποίο περιέχει κώδικες του ιού.

Μόλις ένας ιός εισέλθει σε έναν ζωντανό οργανισμό, βρίσκει έναν κυτταρικό ξενιστή στον οποίο να εισφέρει το γενετικό του υλικό. Όταν το κάνει αυτό, επανακαθορίζει το DNA των κυττάρων του ξενιστή, παίρνοντας τη λειτουργία των κυττάρων. Τα μολυσμένα κύτταρα στη συνέχεια αρχίζουν να παράγουν περισσότερη ιική πρωτεΐνη και αναπαράγουν το γενετικό υλικό των ιών καθώς εξαπλώνεται η ασθένεια σε όλο τον ζωντανό οργανισμό. Ορισμένοι ιοί μπορούν να παραμείνουν στον ύπνο εντός των κυττάρων ξενιστών για μεγάλο χρονικό διάστημα, προκαλώντας καμία προφανή αλλαγή στο κύτταρο ξενιστή που ονομάζεται λυσογόνος φάση. Αλλά μόλις διεγερθεί, ο ιός εισέρχεται στη λυτική φάση όπου αντιγράφονται και αυτο-συναρμολογούνται νέοι ιοί πριν σκοτώσουν το κύτταρο ξενιστή καθώς ο ιός εκρήγνυται για να μολύνει άλλα κύτταρα.