წარსულის გამოჩენილი მეცნიერების მთელმა გალაქტიკამ - რობერტ ჰუკი, ენტონი ვან ლეუვენჰუკი, თეოდორ შვანი, მატიას შლაიდენი, თავიანთი აღმოჩენებით ბუნების შესწავლის სფეროში, გზა გაუხსნეს ყველაზე მნიშვნელოვანი დარგის ჩამოყალიბებას. თანამედროვე ბიოლოგიური მეცნიერება - ციტოლოგია. ის სწავლობს უჯრედის სტრუქტურასა და თვისებებს, რომელიც არის დედამიწაზე სიცოცხლის ელემენტარული მატარებელი. უჯრედული მეცნიერების განვითარების შედეგად მიღებულმა ფუნდამენტურმა ცოდნამ შთააგონა მკვლევარები შექმნან დისციპლინები, როგორიცაა გენეტიკა, მოლეკულური ბიოლოგია და ბიოქიმია.
მათში გაკეთებულმა სამეცნიერო აღმოჩენებმა მთლიანად შეცვალა პლანეტის სახე და გამოიწვია კლონების, გენმოდიფიცირებული ორგანიზმების და ხელოვნური ინტელექტის გაჩენა. ჩვენი სტატია დაგეხმარებათ გაიგოთ ციტოლოგიური ექსპერიმენტების ძირითადი მეთოდები და გაიგოთ უჯრედების სტრუქტურა და ფუნქციები.
როგორ ხდება უჯრედის შესწავლა
ისევე როგორც 500 წლის წინ, სინათლის მიკროსკოპი არის მთავარი ინსტრუმენტი, რომელიც ეხმარება უჯრედის სტრუქტურისა და თვისებების შესწავლას. რა თქმა უნდა, მისი გარეგნობა და ოპტიკურიმახასიათებლების შედარება შეუძლებელია მე-16 საუკუნის შუა ხანებში მამა-შვილის იანსენების ან რობერტ ჰუკების მიერ შექმნილ პირველ მიკროსკოპებთან. თანამედროვე სინათლის მიკროსკოპების გამხსნელი ძალა უჯრედის სტრუქტურების ზომას 3000-ჯერ ზრდის. რასტერულ სკანერებს შეუძლიათ გადაიღონ სუბმიკროსკოპული ობიექტების სურათები, როგორიცაა ბაქტერიები ან ვირუსები, ეს უკანასკნელი იმდენად მცირეა, რომ უჯრედებიც კი არ არის. ციტოლოგიაში აქტიურად გამოიყენება ეტიკეტირებული ატომების მეთოდი, ასევე უჯრედების in vivo შესწავლა, რომლის წყალობითაც ირკვევა უჯრედული პროცესების თავისებურებები.
ცენტრიფუგაცია
უჯრედის შიგთავსის ფრაქციებად გამოსაყოფად და უჯრედის თვისებებისა და ფუნქციების შესასწავლად, ციტოლოგია იყენებს ცენტრიფუგას. მუშაობს იმავე პრინციპით, როგორც ამავე სახელწოდების ნაწილი სარეცხი მანქანებში. ცენტრიდანული აჩქარების შექმნით მოწყობილობა აჩქარებს უჯრედის სუსპენზიას და ვინაიდან ორგანელებს განსხვავებული სიმკვრივე აქვთ, ისინი ფენებად სახლდებიან. ბოლოში არის დიდი ნაწილები, როგორიცაა ბირთვები, მიტოქონდრია ან პლასტიდები, ხოლო ცენტრიფუგის დისტილაციის ღვედის ზედა საქშენებში ციტოჩონჩხის მიკროფილამენტები, რიბოსომები და პეროქსიზომებია განთავსებული. მიღებული შრეები გამოყოფილია, ამიტომ უფრო მოსახერხებელია ორგანელების ბიოქიმიური შედგენილობის თავისებურებების შესწავლა.
მცენარის უჯრედის სტრუქტურა
მცენარის უჯრედის თვისებები მრავალი თვალსაზრისით მსგავსია ცხოველური უჯრედების ფუნქციებთან. თუმცა, სკოლის მოსწავლეც კი, რომელიც მიკროსკოპის ოკულარით შეისწავლის მცენარეთა, ცხოველთა ან ადამიანის უჯრედების ფიქსირებულ პრეპარატებს, აღმოაჩენს განსხვავებულ თვისებებს. ეს გეომეტრიულიასწორი კონტურები, მცენარეული უჯრედებისთვის დამახასიათებელი მკვრივი ცელულოზის მემბრანის და დიდი ვაკუოლების არსებობა. და კიდევ ერთი განსხვავება, რომელიც მთლიანად განასხვავებს მცენარეებს ავტოტროფული ორგანიზმების ჯგუფში, არის ციტოპლაზმაში აშკარად ხილული ოვალური მწვანე სხეულების არსებობა. ეს არის ქლოროპლასტები - მცენარეების სავიზიტო ბარათი. ყოველივე ამის შემდეგ, სწორედ მათ შეუძლიათ დაიჭირონ სინათლის ენერგია, გარდაქმნან იგი ატფ-ის მაკროერგიული ობლიგაციების ენერგიად და ასევე შექმნან ორგანული ნაერთები: სახამებელი, ცილები და ცხიმები. ამგვარად, ფოტოსინთეზი განსაზღვრავს მცენარის უჯრედის ავტოტროფიულ თვისებებს.
ტროფიკული ნივთიერებების დამოუკიდებელი სინთეზი
მოდით, ვისაუბროთ იმ პროცესზე, რომლის გამოც, გამოჩენილი რუსი მეცნიერის კ.ა.ტიმირიაზევის აზრით, მცენარეები ასრულებენ კოსმოსურ როლს ევოლუციაში. დედამიწაზე დაახლოებით 350 ათასი მცენარის სახეობაა, დაწყებული ერთუჯრედიანი წყალმცენარეებიდან, როგორიცაა ქლორელა ან ქლამიდომონა, გიგანტური ხეები - სეკვოია, რომელთა სიმაღლე 115 მეტრს აღწევს. ყველა მათგანი შთანთქავს ნახშირორჟანგს, აქცევს მას გლუკოზაში, ამინომჟავებად, გლიცეროლად და ცხიმოვან მჟავებად. ეს ნივთიერებები ემსახურება როგორც საკვებს არა მხოლოდ თავად მცენარისთვის, არამედ გამოიყენება ორგანიზმების მიერ, რომლებსაც ჰეტეროტროფები ჰქვია: სოკოები, ცხოველები და ადამიანები. მცენარეთა უჯრედების ისეთი თვისებები, როგორიცაა ორგანული ნაერთების სინთეზისა და სასიცოცხლო მნიშვნელობის ნივთიერების - ჟანგბადის ფორმირების უნარი, ადასტურებს ავტოტროფების ექსკლუზიური როლის ფაქტს დედამიწაზე სიცოცხლისთვის.
პლასტიდების კლასიფიკაცია
ძნელია გულგრილი დარჩე, აყვავებული ვარდების ან შემოდგომის ტყის ფერების ექსტრავაგანტურობაზე ფიქრი. მცენარეების შეფერილობა განპირობებულია სპეციალური ორგანელებით - პლასტიდებით, დამახასიათებელი მხოლოდ მცენარეთა უჯრედებისთვის. შეიძლება ითქვას, რომ მათ შემადგენლობაში სპეციალური პიგმენტების არსებობა გავლენას ახდენს ქლოროპლასტების, ქრომოპლასტების და ლეიკოპლასტების ფუნქციებზე მეტაბოლიზმში. მწვანე პიგმენტ ქლოროფილის შემცველი ორგანელები განსაზღვრავენ უჯრედის მნიშვნელოვან თვისებებს და პასუხისმგებელნი არიან ფოტოსინთეზის პროცესზე. მათ ასევე შეუძლიათ გარდაიქმნას ქრომოპლასტებად. ჩვენ ვაკვირდებით ამ ფენომენს, მაგალითად, შემოდგომაზე, როდესაც ხეების მწვანე ფოთლები ოქროსფერი, მეწამული ან ჟოლოსფერი ხდება. ლეიკოპლასტები შეიძლება გარდაიქმნას ქრომოპლასტებად, მაგალითად, რძიანი პომიდორი მწიფდება ნარინჯისფერ ან წითლად. მათ ასევე შეუძლიათ გადავიდნენ ქლოროპლასტებში, მაგალითად, კარტოფილის ტუბერების კანზე მწვანე ფერის გამოჩენა ხდება, როდესაც ისინი დიდხანს ინახება სინათლის ქვეშ.
მცენარის ქსოვილის წარმოქმნის მექანიზმი
უმაღლესი მცენარის უჯრედების ერთ-ერთი განმასხვავებელი თვისებაა მყარი და ძლიერი გარსის არსებობა. ის ჩვეულებრივ შეიცავს ცელულოზის, ლიგნინის ან პექტინის მაკრომოლეკულებს. შეკუმშვისა და სხვა მექანიკური დეფორმაციებისადმი სტაბილურობა და წინააღმდეგობა განასხვავებს მცენარეთა ქსოვილებს ყველაზე ხისტი ბუნებრივი სტრუქტურების ჯგუფში, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს მძიმე დატვირთვას (გაიხსენეთ, მაგალითად, ხის თვისებები). მის უჯრედებს შორის წარმოიქმნება მრავალი ციტოპლაზმური ძაფები, რომლებიც გადიან ხვრელებს მემბრანებში, რომლებიც, ელასტიური ძაფების მსგავსად, ერთმანეთს კერავენ.მათ შორის. ამრიგად, სიმტკიცე და სიმტკიცე მცენარეული ორგანიზმის უჯრედის ძირითადი თვისებებია.
პლაზმოლიზი და დეპლაზმოლიზი
წყლის, მინერალური მარილების და ფიტოჰორმონების მოძრაობაზე პასუხისმგებელი პერფორირებული კედლების არსებობა შეიძლება გამოვლინდეს პლაზმოლიზის ფენომენის გამო. მოათავსეთ მცენარეული უჯრედი ჰიპერტონულ ფიზიოლოგიურ ხსნარში. მისი ციტოპლაზმიდან წყალი გავრცელდება გარედან და მიკროსკოპის ქვეშ დავინახავთ ჰიალოპლაზმის პარიეტალური ფენის ექსფოლიაციის პროცესს. უჯრედი მცირდება, მისი მოცულობა მცირდება, ე.ი. ხდება პლაზმოლიზი. შეგიძლიათ დააბრუნოთ ორიგინალური ფორმა მინის სლაიდზე რამდენიმე წვეთი წყლის დამატებით და ხსნარის უფრო დაბალი კონცენტრაციის შექმნით, ვიდრე უჯრედის ციტოპლაზმაში. H2O მოლეკულები შიგნით შევლენ გარსის ფორების მეშვეობით, გაიზრდება უჯრედის მოცულობა და უჯრედშიდა წნევა. ამ პროცესს ეწოდა დეპლაზმოლიზი.
ცხოველთა უჯრედების სპეციფიკური სტრუქტურა და ფუნქციები
ციტოპლაზმაში ქლოროპლასტების არარსებობა, გარე გარსისგან დაცლილი თხელი გარსები, მცირე ვაკუოლები, რომლებიც ასრულებენ ძირითადად საჭმლის მომნელებელ ან გამომყოფ ფუნქციებს - ეს ყველაფერი ეხება ცხოველთა და ადამიანის უჯრედებს. მათი მრავალფეროვანი გარეგნობა და ჰეტეროტროფიული კვების ჩვევები კიდევ ერთი გამორჩეული თვისებაა.
ბევრ უჯრედს, რომლებიც ცალკეული ორგანიზმებია, ან ქსოვილების ნაწილია, შეუძლია აქტიური მოძრაობა. ეს არის ძუძუმწოვრების ფაგოციტები და სპერმატოზოიდები, ამება, ინფუზია-ფეხსაცმელი და ა.შ. ცხოველური უჯრედები გაერთიანებულია ქსოვილებში ზემემბრანული კომპლექსის - გლიკოკალიქსის გამო. ისშედგება გლიკოლიპიდებისგან და ნახშირწყლებთან დაკავშირებული ცილებისგან და ხელს უწყობს უჯრედის მემბრანების ადჰეზიას - გადაბმას ერთმანეთთან, რაც იწვევს ქსოვილის წარმოქმნას. უჯრედგარე მონელება ასევე ხდება გლიკოკალიქსში. კვების ჰეტეროტროფიული გზა განსაზღვრავს საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების მთელი არსენალის უჯრედებში არსებობას, კონცენტრირებული სპეციალურ ორგანელებში - ლიზოსომებში, რომლებიც წარმოიქმნება გოლჯის აპარატში - ციტოპლაზმის სავალდებულო ერთმემბრანული სტრუქტურა.
ცხოველურ უჯრედებში, ეს ორგანელა წარმოდგენილია არხებისა და ცისტერნების საერთო ქსელით, ხოლო მცენარეებში ის მრავალ განსხვავებულ სტრუქტურულ ერთეულს ჰგავს. როგორც მცენარეული, ასევე ცხოველური სომატური უჯრედები იყოფა მიტოზით, ხოლო გამეტები - მეიოზით.
მაშ, ჩვენ დავადგინეთ, რომ ცოცხალი ორგანიზმების სხვადასხვა ჯგუფის უჯრედების თვისებები დამოკიდებული იქნება ორგანელების მიკროსკოპული სტრუქტურისა და ფუნქციების მახასიათებლებზე.
