ცოცხალი ორგანიზმების სხეულები შეიძლება იყოს ერთი უჯრედი, მათი ჯგუფი ან უზარმაზარი დაგროვება, რომელიც მილიარდობით ასეთ ელემენტარულ სტრუქტურას შეადგენს. ეს უკანასკნელი მოიცავს უმაღლესი მცენარეების უმეტესობას. უჯრედის - ცოცხალი ორგანიზმების სტრუქტურისა და ფუნქციების მთავარი ელემენტის შესწავლა ციტოლოგიას ეხება. ბიოლოგიის ამ ფილიალმა სწრაფად დაიწყო განვითარება ელექტრონული მიკროსკოპის აღმოჩენის, ქრომატოგრაფიისა და ბიოქიმიის სხვა მეთოდების გაუმჯობესების შემდეგ. განვიხილოთ ძირითადი მახასიათებლები, ისევე როგორც თვისებები, რომლითაც მცენარეული უჯრედი განსხვავდება ბაქტერიების, სოკოების და ცხოველების სტრუქტურის უმცირესი სტრუქტურული ერთეულებისგან.
უჯრედის გახსნა რ. ჰუკის მიერ
ყველა ცოცხალი არსების სტრუქტურის პაწაწინა ელემენტების თეორიამ გაიარა განვითარების გზა, რომელიც იზომება ასობით წელში. მცენარის უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა პირველად თავის მიკროსკოპში ბრიტანელმა მეცნიერმა რ.ჰუკმა ნახა. უჯრედის ჰიპოთეზის ზოგადი დებულებები ჩამოაყალიბეს შლაიდენმა და შვანმა, მანამდე კი სხვა მკვლევარები მსგავს დასკვნებს გააკეთებდნენ.
ინგლისელმა რ. ჰუკმა დაათვალიერა მუხის კორპის ნაჭერი მიკროსკოპის ქვეშ და წარადგინა შედეგები სამეფო საზოგადოების შეხვედრაზე ლონდონში 1663 წლის 13 აპრილს (მისი მიხედვითსხვა წყაროებით, მოვლენა მოხდა 1665 წელს). აღმოჩნდა, რომ ხის ქერქი შედგება პაწაწინა უჯრედებისგან, რომლებსაც ჰუკმა "უჯრედები" უწოდა. ამ კამერების კედლები, რომლებიც ქმნიან თაფლის ფორმის ნიმუშს, მეცნიერმა ცოცხალ ნივთიერებად მიიჩნია, ხოლო ღრუ აღიარებულ იქნა როგორც უსიცოცხლო, დამხმარე სტრუქტურა. მოგვიანებით დადასტურდა, რომ მცენარეებისა და ცხოველების უჯრედებში ისინი შეიცავს ნივთიერებას, რომლის გარეშეც შეუძლებელია მათი არსებობა და მთელი ორგანიზმის აქტივობა.
უჯრედების თეორია
რ. ჰუკის მნიშვნელოვანი აღმოჩენა განვითარდა სხვა მეცნიერების ნაშრომებში, რომლებიც სწავლობდნენ ცხოველთა და მცენარეთა უჯრედების სტრუქტურას. მსგავსი სტრუქტურული ელემენტები მეცნიერებმა დააფიქსირეს მრავალუჯრედიანი სოკოების მიკროსკოპულ მონაკვეთებზე. აღმოჩნდა, რომ ცოცხალი ორგანიზმების სტრუქტურულ ერთეულებს გაყოფის უნარი აქვთ. კვლევის საფუძველზე, გერმანიის ბიოლოგიური მეცნიერებების წარმომადგენლებმა მ.
მცენარისა და ცხოველის უჯრედების შედარებამ ბაქტერიებთან, წყალმცენარეებთან და სოკოებთან გერმანელ მკვლევარებს საშუალება მისცა გამოსულიყვნენ შემდეგ დასკვნამდე: რ. ჰუკის მიერ აღმოჩენილი „კამერები“ელემენტარული სტრუქტურული ერთეულებია და მათში მიმდინარე პროცესები საფუძვლად უდევს სიცოცხლეს. დედამიწაზე არსებული ორგანიზმების უმეტესობა. მნიშვნელოვანი დამატება 1855 წელს გააკეთა რ.ვირხოვმა და აღნიშნა, რომ უჯრედების გაყოფა მათი გამრავლების ერთადერთი გზაა. შლაიდენ-შვანის თეორია დახვეწილობით გახდა საყოველთაოდ მიღებული ბიოლოგიაში.
უჯრედი ყველაზე პატარა ელემენტია მცენარეთა სტრუქტურასა და სიცოცხლეში
შლაიდენისა და შვანის თეორიული პოზიციების მიხედვით,ორგანული სამყარო ერთია, რაც ადასტურებს ცხოველებისა და მცენარეების მსგავს მიკროსკოპულ სტრუქტურას. ამ ორი სამეფოს გარდა, უჯრედული არსებობა დამახასიათებელია სოკოებისთვის, ბაქტერიები და ვირუსები არ არსებობს. ცოცხალი ორგანიზმების ზრდა-განვითარება უზრუნველყოფილია არსებული უჯრედების გაყოფის პროცესში ახალი უჯრედების გაჩენით.
მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმი არ არის მხოლოდ სტრუქტურული ელემენტების დაგროვება. სტრუქტურის მცირე ერთეულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ქმნიან ქსოვილებსა და ორგანოებს. ერთუჯრედიანი ორგანიზმები იზოლირებულად ცხოვრობენ, რაც ხელს არ უშლის მათ კოლონიების შექმნას. უჯრედის ძირითადი მახასიათებლები:
- უნარი დამოუკიდებელი არსებობისთვის;
- საკუთარი მეტაბოლიზმი;
- თვითრეპროდუქცია;
- განვითარება.
სიცოცხლის ევოლუციაში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპი იყო ბირთვის გამოყოფა ციტოპლაზმიდან დამცავი გარსის დახმარებით. კავშირი შენარჩუნებულია, რადგან ეს სტრუქტურები ცალკე ვერ იარსებებს. ამჟამად არსებობს ორი სუპერ-სამეფო - არაბირთვული და ბირთვული ორგანიზმები. მეორე ჯგუფს ქმნიან მცენარეები, სოკოები და ცხოველები, რომლებსაც სწავლობენ მეცნიერების და ზოგადად ბიოლოგიის შესაბამისი დარგები. მცენარეულ უჯრედს აქვს ბირთვი, ციტოპლაზმა და ორგანელები, რაზეც ქვემოთ იქნება განხილული.
მცენარის უჯრედების მრავალფეროვნება
მწიფე საზამთროს, ვაშლის ან კარტოფილის გაწყვეტაზე, შეუიარაღებელი თვალით შეგიძლიათ იხილოთ სითხით სავსე სტრუქტურული "უჯრედები". ეს არის ნაყოფის პარენქიმის უჯრედები, რომელთა დიამეტრი 1 მმ-მდეა. ბასტის ბოჭკოები არის წაგრძელებული სტრუქტურები, რომელთა სიგრძე მნიშვნელოვნად აღემატება სიგანეს. Მაგალითად,მცენარის უჯრედი, რომელსაც ბამბა ჰქვია, სიგრძე 65 მმ-ს აღწევს. სელისა და კანაფის ბატის ბოჭკოებს აქვს ხაზოვანი ზომები 40-60 მმ. ტიპიური უჯრედები გაცილებით მცირეა -20-50 მკმ. ასეთი პაწაწინა სტრუქტურული ელემენტების დანახვა შესაძლებელია მხოლოდ მიკროსკოპის ქვეშ. მცენარის ორგანიზმის უმცირესი სტრუქტურული ერთეულების თავისებურებები გამოიხატება არა მხოლოდ ფორმისა და ზომის განსხვავებაში, არამედ ქსოვილების შემადგენლობაში შესრულებულ ფუნქციებშიც.
მცენარის უჯრედი: ძირითადი სტრუქტურული მახასიათებლები
ბირთვი და ციტოპლაზმა ერთმანეთთან მჭიდროდ არის დაკავშირებული და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, რასაც მეცნიერთა კვლევები ადასტურებს. ეს არის ევკარიოტული უჯრედის ძირითადი ნაწილები, ყველა სხვა სტრუქტურული ელემენტი მათზეა დამოკიდებული. ბირთვი ემსახურება ცილის სინთეზისთვის საჭირო გენეტიკური ინფორმაციის შენახვას და გადაცემას.
ბრიტანელმა მეცნიერმა რ.ბრაუნმა 1831 წელს პირველად შენიშნა სპეციალური სხეული (ბირთვი) ორქიდეის ოჯახის მცენარის უჯრედში. ეს იყო ბირთვი, რომელიც გარშემორტყმული იყო ნახევრად თხევადი ციტოპლაზმით. ამ ნივთიერების სახელი ბერძნულიდან პირდაპირი თარგმანით ნიშნავს "უჯრედის პირველადი მასას". ის შეიძლება იყოს უფრო თხევადი ან ბლანტი, მაგრამ აუცილებლად დაფარულია გარსით. უჯრედის გარე გარსი ძირითადად შედგება ცელულოზის, ლიგნინისა და ცვილისგან. ერთი თვისება, რომელიც განასხვავებს მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედებს, არის ამ ძლიერი ცელულოზის კედლის არსებობა.
ციტოპლაზმის სტრუქტურა
მცენარის უჯრედის შიდა ნაწილი ივსება ჰიალოპლაზმით მასში დაკიდებული პაწაწინა გრანულებით. გარსთან უფრო ახლოს, ეგრეთ წოდებული ენდოპლაზმა გადადის უფრო ბლანტი ეგზოპლაზმაში. ზუსტადეს ნივთიერებები, რომლებითაც ივსება მცენარეული უჯრედი, ემსახურება როგორც ბიოქიმიური რეაქციების ნაკადის და ნაერთების ტრანსპორტირების, ორგანელებისა და ჩანართების განლაგების ადგილს.
ციტოპლაზმის დაახლოებით 70-85% წყალია, 10-20% ცილები, სხვა ქიმიური კომპონენტები - ნახშირწყლები, ლიპიდები, მინერალური ნაერთები. მცენარეთა უჯრედებს აქვთ ციტოპლაზმა, რომელშიც სინთეზის საბოლოო პროდუქტებს შორის არის ფუნქციების ბიორეგულატორები და სარეზერვო ნივთიერებები (ვიტამინები, ფერმენტები, ზეთები, სახამებელი)..
ბირთი
მცენარისა და ცხოველის უჯრედების შედარება აჩვენებს, რომ მათ აქვთ ბირთვის მსგავსი სტრუქტურა, რომელიც მდებარეობს ციტოპლაზმაში და იკავებს მისი მოცულობის 20%-მდე. ინგლისელმა რ.ბრაუნმა, რომელმაც პირველად შეისწავლა ყველა ევკარიოტის ეს ყველაზე მნიშვნელოვანი და მუდმივი კომპონენტი მიკროსკოპის ქვეშ, მას სახელი ლათინური სიტყვიდან nucleus დაარქვა. ბირთვების გარეგნობა ჩვეულებრივ კორელაციაშია უჯრედების ფორმასა და ზომასთან, მაგრამ ზოგჯერ განსხვავდება მათგან. სტრუქტურის სავალდებულო ელემენტებია მემბრანა, კარიოლიმფა, ნუკლეოლი და ქრომატინი.
მემბრანაში არის ფორები, რომლებიც გამოყოფს ბირთვს ციტოპლაზმისგან. ისინი ატარებენ ნივთიერებებს ბირთვიდან ციტოპლაზმაში და პირიქით. კარიოლიმფა არის თხევადი ან ბლანტი ბირთვული შემცველობა ქრომატინის უბნებით. ბირთვი შეიცავს რიბონუკლეინის მჟავას (რნმ), რომელიც ციტოპლაზმის რიბოსომებში შედის ცილის სინთეზში მონაწილეობის მისაღებად. კიდევ ერთი ნუკლეინის მჟავა, დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ), ასევე დიდი რაოდენობითაა წარმოდგენილი. დნმ და რნმ პირველად აღმოაჩინეს ცხოველთა უჯრედებში 1869 წელს და შემდგომში აღმოაჩინეს მცენარეებში. ბირთვი არის ცენტრიუჯრედშორისი პროცესების მართვა, მთელი ორგანიზმის მემკვიდრეობითი მახასიათებლების შესახებ ინფორმაციის შესანახი ადგილი.
ენდოპლაზმური ბადე (ER)
ცხოველთა და მცენარეთა უჯრედების სტრუქტურას მნიშვნელოვანი მსგავსება აქვს. ციტოპლაზმაში აუცილებლად არის შიდა მილაკები, რომლებიც სავსეა სხვადასხვა წარმოშობისა და შემადგენლობის ნივთიერებებით. EPS-ის მარცვლოვანი ტიპი განსხვავდება აგრანულარული ტიპისგან მემბრანის ზედაპირზე რიბოზომების არსებობით. პირველი მონაწილეობს ცილების სინთეზში, მეორე როლს ასრულებს ნახშირწყლების და ლიპიდების წარმოქმნაში. როგორც მკვლევარებმა დაადგინეს, არხები არა მხოლოდ შეაღწევენ ციტოპლაზმაში, ისინი დაკავშირებულია ცოცხალი უჯრედის ყველა ორგანელასთან. ამიტომ, EPS-ის ღირებულება ძალიან ფასდება, როგორც ნივთიერებათა ცვლის მონაწილე, გარემოსთან კომუნიკაციის სისტემა.
რიბოსომა
მცენარის ან ცხოველური უჯრედის სტრუქტურა ძნელი წარმოსადგენია ამ პატარა ნაწილაკების გარეშე. რიბოსომები ძალიან მცირეა და მათი დანახვა შესაძლებელია მხოლოდ ელექტრონული მიკროსკოპით. სხეულების შემადგენლობაში ჭარბობს ცილები და რიბონუკლეინის მჟავების მოლეკულები, არის მცირე რაოდენობით კალციუმის და მაგნიუმის იონები. უჯრედის თითქმის მთელი რნმ კონცენტრირებულია რიბოსომებში; ისინი უზრუნველყოფენ ცილების სინთეზს ამინომჟავებისგან ცილების "აწყობით". შემდეგ ცილები შედიან ER არხებში და ქსელის საშუალებით გადაიტანენ მთელ უჯრედს, შეაღწევენ ბირთვში.
მიტოქონდრია
უჯრედის ეს ორგანელები მის ენერგეტიკულ სადგურებად ითვლება, ისინი ხილულია ჩვეულებრივი სინათლის მიკროსკოპით გადიდებისას. მიტოქონდრიების რაოდენობა მერყეობს ძალიან ფართო დიაპაზონში, შეიძლება იყოს ერთეული ან ათასობით. ორგანოიდის სტრუქტურა არ არის ძალიან რთული, არსებობს ორიგარსები და მატრიცა შიგნით. მიტოქონდრია შედგება ცილოვანი ლიპიდების, დნმ და რნმ-ისგან, პასუხისმგებელია ATP - ადენოზინტრიფოსფორის მჟავას ბიოსინთეზზე. მცენარეული ან ცხოველური უჯრედის ეს ნივთიერება ხასიათდება სამი ფოსფატის არსებობით. თითოეული მათგანის გაყოფა უზრუნველყოფს ენერგიას, რომელიც აუცილებელია ყველა სასიცოცხლო პროცესისთვის თავად უჯრედში და მთელ სხეულში. პირიქით, ფოსფორმჟავას ნარჩენების დამატება შესაძლებელს ხდის ენერგიის შენახვას და ამ ფორმით გადატანას მთელ უჯრედში.
განიხილეთ უჯრედის ორგანელები ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში და დაასახელეთ ის, რაც უკვე იცით. გაითვალისწინეთ დიდი ვეზიკულა (ვაკუოლი) და მწვანე პლასტიდები (ქლოროპლასტები). მათზე მოგვიანებით ვისაუბრებთ.
გოლგის კომპლექსი
კომპლექსური უჯრედული ორგანოიდი შედგება გრანულების, გარსებისა და ვაკუოლებისგან. კომპლექსი 1898 წელს გაიხსნა და იტალიელი ბიოლოგის სახელი მიენიჭა. მცენარეთა უჯრედების თავისებურებებია გოლჯის ნაწილაკების ერთგვაროვანი განაწილება ციტოპლაზმაში. მეცნიერები მიიჩნევენ, რომ კომპლექსი აუცილებელია წყლისა და ნარჩენების შემცველობის დასარეგულირებლად, ზედმეტი ნივთიერებების მოსაშორებლად.
პლასტიდები
მხოლოდ მცენარეთა ქსოვილის უჯრედები შეიცავს მწვანე ორგანელებს. გარდა ამისა, არსებობს უფერო, ყვითელი და ნარინჯისფერი პლასტიდები. მათი სტრუქტურა და ფუნქციები ასახავს მცენარის კვების ტიპს და მათ შეუძლიათ შეცვალონ ფერი ქიმიური რეაქციების გამო. პლასტიდების ძირითადი ტიპები:
- ნარინჯისფერი და ყვითელი ქრომოპლასტები წარმოქმნილი კაროტინისა და ქსანთოფილის მიერ;
- ქლოროპლასტები ქლოროფილის მარცვლების შემცველი -მწვანე პიგმენტი;
- ლეიკოპლასტები უფერო პლასტიდებია.
მცენარის უჯრედის სტრუქტურა დაკავშირებულია ორგანული ნივთიერებების სინთეზის ქიმიურ რეაქციებთან ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან სინათლის ენერგიის გამოყენებით. ამ საოცარი და ძალიან რთული პროცესის სახელია ფოტოსინთეზი. ქლოროფილის წყალობით ხდება რეაქციები, სწორედ ამ ნივთიერებას შეუძლია სინათლის სხივის ენერგიის დაჭერა. მწვანე პიგმენტის არსებობა ხსნის ფოთლების, ბალახოვანი ღეროების, მოუმწიფებელი ნაყოფის დამახასიათებელ ფერს. ქლოროფილი აგებულებით ჰგავს ჰემოგლობინს ცხოველთა და ადამიანის სისხლში.
მცენარის სხვადასხვა ორგანოების წითელი, ყვითელი და ნარინჯისფერი ფერი განპირობებულია უჯრედებში ქრომოპლასტების არსებობით. ისინი დაფუძნებულია კაროტინოიდების დიდ ჯგუფზე, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მეტაბოლიზმში. ლეიკოპლასტები პასუხისმგებელნი არიან სახამებლის სინთეზსა და დაგროვებაზე. პლასტიდები იზრდება და მრავლდებიან ციტოპლაზმაში და მასთან ერთად მოძრაობენ მცენარეული უჯრედის შიდა გარსის გასწვრივ. ისინი მდიდარია ფერმენტებით, იონებით და სხვა ბიოლოგიურად აქტიური ნაერთებით.
განსხვავებები ცოცხალი ორგანიზმების ძირითადი ჯგუფების მიკროსკოპულ სტრუქტურაში
უჯრედების უმეტესობა ჰგავს პაწაწინა ტომარას, რომელიც სავსეა ლორწით, სხეულებით, გრანულებითა და ვეზიკულებით. ხშირად გვხვდება სხვადასხვა ჩანართები მინერალების მყარი კრისტალების, ზეთების წვეთების, სახამებლის მარცვლების სახით. უჯრედები მჭიდრო კავშირშია მცენარეთა ქსოვილების შემადგენლობაში, სიცოცხლე მთლიანად დამოკიდებულია ამ უმცირესი სტრუქტურული ერთეულების აქტივობაზე, რომლებიც ქმნიან მთლიანობას.
მრავალუჯრედოვანი სტრუქტურით, არსებობსსპეციალობა, რომელიც გამოიხატება მიკროსკოპული სტრუქტურული ელემენტების სხვადასხვა ფიზიოლოგიურ ამოცანებსა და ფუნქციებში. ისინი განისაზღვრება ძირითადად ქსოვილების მდებარეობით მცენარის ფოთლებში, ფესვებში, ღეროში ან წარმოქმნის ორგანოებში.
მოდით გამოვყოთ მცენარეული უჯრედის შედარების ძირითადი ელემენტები სხვა ცოცხალი ორგანიზმების ელემენტარულ სტრუქტურულ ერთეულებთან:
- მხოლოდ მცენარეებისთვის დამახასიათებელი მკვრივი გარსი წარმოიქმნება ბოჭკოებისგან (ცელულოზა). სოკოებში მემბრანა შედგება გამძლე ქიტინისგან (სპეციალური ცილა).
- მცენარეთა და სოკოების უჯრედები განსხვავდება ფერით პლასტიდების არსებობის ან არარსებობის გამო. სხეულები, როგორიცაა ქლოროპლასტები, ქრომოპლასტები და ლეიკოპლასტები, გვხვდება მხოლოდ მცენარის ციტოპლაზმაში.
- არსებობს ორგანოიდი, რომელიც განასხვავებს ცხოველებს - ეს არის ცენტრიოლი (უჯრედის ცენტრი).
- მხოლოდ მცენარის უჯრედში არის დიდი ცენტრალური ვაკუოლი, რომელიც სავსეა თხევადი შემცველობით. ჩვეულებრივ, ეს უჯრედის წვენი შეღებილია სხვადასხვა ფერის პიგმენტებით.
- მცენარის ორგანიზმის მთავარი სარეზერვო ნაერთია სახამებელი. სოკოები და ცხოველები აგროვებენ გლიკოგენს უჯრედებში.
წყალმცენარეებს შორის ცნობილია მრავალი ცალკეული, თავისუფლად ცოცხალი უჯრედი. მაგალითად, ასეთი დამოუკიდებელი ორგანიზმია ქლამიდომონა. მართალია მცენარეები ცხოველებისგან განსხვავდება ცელულოზის უჯრედის კედლის არსებობით, მაგრამ ჩანასახოვან უჯრედებს არ აქვთ ასეთი მკვრივი გარსი - ეს ორგანული სამყაროს ერთიანობის კიდევ ერთი დასტურია.
