גופם של אורגניזמים חיים יכול להיות תא בודד, קבוצה מהם או הצטברות ענקית, המונה מיליארדי מבנים יסודיים כאלה. האחרונים כוללים את רוב הצמחים הגבוהים יותר. חקר התא - המרכיב העיקרי של המבנה והתפקודים של אורגניזמים חיים - עוסק בציטולוגיה. ענף זה של הביולוגיה החל להתפתח במהירות לאחר גילוי מיקרוסקופ האלקטרונים, שיפור הכרומטוגרפיה ושיטות אחרות של ביוכימיה. שקול את התכונות העיקריות, כמו גם את התכונות שבהן תא הצמח שונה מהיחידות המבניות הקטנות ביותר של המבנה של חיידקים, פטריות ובעלי חיים.
פתיחת התא על ידי R. Hooke
התיאוריה של האלמנטים הזעירים במבנה של כל היצורים החיים עברה את נתיב ההתפתחות, שנמדד במאות שנים. מבנה קרום התא הצמחי נראה לראשונה במיקרוסקופ שלו על ידי המדען הבריטי ר' הוק. ההוראות הכלליות של השערת התא נוסחו על ידי שלידן ושוואן, לפני כן הגיעו חוקרים אחרים למסקנות דומות.
האנגלי R. Hooke בחן פרוסת פקק אלון תחת מיקרוסקופ והציג את התוצאות בפגישה של החברה המלכותית בלונדון ב-13 באפריל 1663 (לפימקורות אחרים, האירוע התרחש בשנת 1665). התברר שקליפת העץ מורכבת מתאים זעירים, המכונים "תאים" על ידי הוק. קירות החדרים הללו, היוצרים תבנית בצורת חלת דבש, המדען נחשב לחומר חי, והחלל הוכר כמבנה עזר חסר חיים. מאוחר יותר הוכח שבתוך תאים של צמחים ובעלי חיים הם מכילים חומר, שבלעדיו בלתי אפשרי קיומם, ופעילות האורגניזם כולו.
תורת התא
הגילוי החשוב של ר' הוק פותח בעבודותיהם של מדענים אחרים שחקרו את המבנה של תאי בעלי חיים וצמחים. אלמנטים מבניים דומים נצפו על ידי מדענים בחתכים מיקרוסקופיים של פטריות רב-תאיות. נמצא כי ליחידות המבניות של אורגניזמים חיים יש יכולת להתחלק. בהתבסס על המחקר, נציגי מדעי הביולוגיה של גרמניה M. Schleiden ו-T. Schwann ניסחו השערה שהפכה מאוחר יותר לתיאוריית התא.
השוואת תאי צמחים ובעלי חיים עם חיידקים, אצות ופטריות אפשרה לחוקרים גרמנים להגיע למסקנה הבאה: "החדרים" שגילה ר' הוק הם יחידות מבניות יסודיות, והתהליכים המתרחשים בהם עומדים בבסיס החיים מרוב האורגניזמים על פני כדור הארץ. תוספת חשובה בוצעה על ידי ר' Virkhov בשנת 1855, וציין שחלוקת תאים היא הדרך היחידה להתרבותם. תיאוריית שלידן-שוואן עם חידודים הפכה למקובלת בביולוגיה.
תא הוא האלמנט הקטן ביותר במבנה ובחיים של צמחים
לפי העמדות התיאורטיות של שלידן ושוואן,העולם האורגני הוא אחד, מה שמוכיח את המבנה המיקרוסקופי הדומה של בעלי חיים וצמחים. בנוסף לשתי הממלכות הללו, קיום תאי מאפיין פטריות, חיידקים ווירוסים נעדרים. הצמיחה וההתפתחות של אורגניזמים חיים מובטחת על ידי הופעת תאים חדשים בתהליך חלוקה של תאים קיימים.
אורגניזם רב-תאי אינו רק הצטברות של יסודות מבניים. יחידות קטנות של מבנה מקיימות אינטראקציה זו עם זו, ויוצרות רקמות ואיברים. אורגניזמים חד-תאיים חיים בבידוד, מה שלא מונע מהם ליצור מושבות. המאפיינים העיקריים של התא:
- יכולת קיום עצמאי;
- מטבוליזם עצמי;
- רפרודוקציה עצמית;
- development.
באבולוציה של החיים, אחד השלבים החשובים ביותר היה הפרדת הגרעין מהציטופלזמה בעזרת קרום מגן. הקשר נשמר, כי מבנים אלו אינם יכולים להתקיים בנפרד. נכון לעכשיו, קיימות שתי ממלכות-על - אורגניזמים לא גרעיניים וגרעיניים. הקבוצה השנייה נוצרת על ידי צמחים, פטריות ובעלי חיים, הנלמדים על ידי הענפים הרלוונטיים של המדע והביולוגיה בכלל. לתא צמחי יש גרעין, ציטופלזמה ואברונים, עליהם נדון להלן.
מגוון של תאי צמחים
בהפסקה של אבטיח בשל, תפוח או תפוח אדמה, אתה יכול לראות "תאים" מבניים מלאים בנוזל בעין בלתי מזוינת. מדובר בתאי פרנכימה עובריים בקוטר של עד 1 מ"מ. סיבי באסט הם מבנים מוארכים, שאורכם עולה על הרוחב באופן משמעותי. לדוגמה,התא של צמח הנקרא כותנה מגיע לאורך של 65 מ"מ. לסיבי באסט של פשתן וקנבוס ממדים ליניאריים של 40-60 מ"מ. תאים טיפוסיים הם הרבה יותר קטנים -20-50 מיקרומטר. אלמנטים מבניים זעירים כאלה ניתן לראות רק תחת מיקרוסקופ. תכונות של היחידות המבניות הקטנות ביותר של אורגניזם צמחי מתבטאות לא רק בהבדלים בצורה וגודל, אלא גם בתפקודים המבוצעים בהרכב הרקמות.
תא צמחי: תכונות מבניות בסיסיות
הגרעין והציטופלזמה קשורים זה בזה ומקיימים אינטראקציה זה עם זה, מה שאושר על ידי מחקר של מדענים. אלו הם החלקים העיקריים של התא האוקריוטי, כל האלמנטים המבניים האחרים תלויים בהם. הגרעין משמש לאחסון והעברת המידע הגנטי הדרוש לסינתזת חלבון.
המדען הבריטי ר' בראון בשנת 1831 הבחין לראשונה בגוף מיוחד (גרעין) בתא של צמח ממשפחת הסחלבים. זה היה גרעין מוקף בציטופלזמה נוזלית למחצה. פירוש שמו של החומר הזה הוא בתרגום מילולי מיוונית "המסה הראשונית של התא". זה יכול להיות יותר נוזלי או צמיג, אבל זה בהכרח מכוסה בקרום. המעטפת החיצונית של התא מורכבת בעיקר מתאית, ליגנין ושעווה. תכונה אחת שמבדילה בין תאי צמחים ובעלי חיים היא הנוכחות של קיר תאית חזק זה.
מבנה הציטופלזמה
החלק הפנימי של תא צמחי מלא בהיאלופלזמה עם גרגירים זעירים תלויים בו. קרוב יותר לקליפה, מה שנקרא אנדופלזמה עוברת לאקסופלזמה צמיגה יותר. בְּדִיוּקחומרים אלו, שבהם מתמלא התא הצמחי, משמשים מקום לזרימת תגובות ביוכימיות ולהובלת תרכובות, מיקום אברונים ותכלילים.
כ-70-85% מהציטופלזמה הם מים, 10-20% הם חלבונים, רכיבים כימיים אחרים - פחמימות, שומנים, תרכובות מינרלים. לתאי הצמח יש ציטופלזמה, שבה, בין התוצרים הסופיים של הסינתזה, יש ביולוגי-רגולטורים של פונקציות וחומרי רזרבה (ויטמינים, אנזימים, שמנים, עמילן).
Core
השוואת תאי צמחים ובעלי חיים מראה שיש להם מבנה דומה של הגרעין, הממוקם בציטופלזמה ותופס עד 20% מנפחו. האנגלי ר' בראון, שבדק לראשונה את המרכיב החשוב והקבוע ביותר הזה מכל האיקריוטים במיקרוסקופ, העניק לו שם מהמילה הלטינית גרעין. מראה הגרעינים בדרך כלל מתאם עם צורתם וגודלם של התאים, אך לעיתים שונה מהם. אלמנטים חובה של המבנה הם הממברנה, קריולימפה, נוקלאולוס וכרומטין.
ישנן נקבוביות בממברנה שמפרידה בין הגרעין לציטופלזמה. הם מעבירים חומרים מהגרעין לציטופלזמה ולהיפך. קריולימפה היא תוכן גרעיני נוזלי או צמיג עם אזורים של כרומטין. הגרעין מכיל חומצה ריבונוקלאית (RNA) החודרת לריבוזומים של הציטופלזמה כדי להשתתף בסינתזת חלבון. חומצת גרעין נוספת, חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA), קיימת גם היא בכמויות גדולות. DNA ו-RNA התגלו לראשונה בתאי בעלי חיים בשנת 1869 ונמצאו לאחר מכן בצמחים. הגרעין הוא המרכזניהול של תהליכים תוך תאיים, מקום לאחסון מידע על המאפיינים התורשתיים של האורגניזם כולו.
רטיקולום אנדופלזמי (ER)
למבנה של תאי בעלי חיים וצמחים יש דמיון משמעותי. קיימים בהכרח בציטופלזמה צינוריות פנימיות מלאות בחומרים ממוצא והרכב שונים. הסוג הגרגירי של EPS שונה מהסוג האגרנילי על ידי נוכחותם של ריבוזומים על פני הממברנה. הראשון מעורב בסינתזה של חלבונים, השני ממלא תפקיד ביצירת פחמימות ושומנים. כפי שקבעו חוקרים, התעלות לא רק חודרות לציטופלזמה, הן קשורות לכל אברון של תא חי. לכן, הערך של EPS מוערך מאוד כמשתתף בחילוף החומרים, מערכת של תקשורת עם הסביבה.
Ribosome
קשה לדמיין את המבנה של תא צמחי או חיה ללא החלקיקים הקטנים האלה. ריבוזומים קטנים מאוד וניתן לראותם רק במיקרוסקופ אלקטרונים. חלבונים ומולקולות של חומצות ריבונוקלאיות שולטים בהרכב הגופים, יש כמות קטנה של יוני סידן ומגנזיום. כמעט כל ה-RNA של התא מרוכז בריבוזומים; הם מספקים סינתזת חלבון על ידי "הרכבת" חלבונים מחומצות אמינו. לאחר מכן החלבונים נכנסים לתעלות ה-ER ונושאים על ידי הרשת בכל התא, חודרים לתוך הגרעין.
מיטוכונדריה
האברונים האלה של התא נחשבים לתחנות האנרגיה שלו, הם נראים כשהם מוגדלים במיקרוסקופ אור רגיל. מספר המיטוכונדריה משתנה על פני טווח רחב מאוד, עשויות להיות יחידות או אלפים. המבנה של האורגנואיד אינו מורכב במיוחד, יש שנייםממברנות ומטריצה בפנים. המיטוכונדריה מורכבת משומנים חלבוניים, DNA ו-RNA, אחראים על הביוסינתזה של ATP - חומצה אדנוזין טריפוספורית. חומר זה של תא צמחי או בעל חיים מאופיין בנוכחות שלושה פוספטים. הפיצול של כל אחד מהם מספק את האנרגיה הדרושה לכל תהליכי החיים בתא עצמו ובכל הגוף. להיפך, תוספת של שאריות חומצה זרחתית מאפשרת לאגור אנרגיה ולהעבירה בצורה זו בכל התא.
שקול את אברוני התא באיור למטה ושמות את אלה שאתה כבר מכיר. שימו לב לשלפוחית הגדולה (vacuole) ולפלסטידים הירוקים (כלורופלסטים). נדבר עליהם מאוחר יותר.
מתחם גולגי
אורגנואיד תאי מורכב מורכב מגרגירים, ממברנות ואקואולים. המתחם נפתח בשנת 1898 ונקרא על שמו של הביולוג האיטלקי. תכונות של תאי צמחים הן התפלגות אחידה של חלקיקי גולגי בכל הציטופלזמה. מדענים מאמינים שהמתחם הכרחי כדי לווסת את תכולת המים ומוצרי הפסולת, להסיר חומרים עודפים.
Plastids
רק תאי רקמה צמחיים מכילים אברונים ירוקים. בנוסף, ישנם פלסטידים חסרי צבע, צהובים וכתום. המבנה והתפקודים שלהם משקפים את סוג התזונה של הצמח, והם מסוגלים לשנות את צבעם עקב תגובות כימיות. סוגים עיקריים של פלסטידים:
- כרומופלסטים כתומים וצהובים שנוצרו על ידי קרוטן וקסנטופיל;
- כלורופלסטים המכילים גרגירי כלורופיל -פיגמנט ירוק;
- לאוקופלסטים הם פלסטידים חסרי צבע.
מבנה תא צמחי קשור לתגובות הכימיות של סינתזה של חומר אורגני מפחמן דו חמצני ומים באמצעות אנרגיית אור. שמו של התהליך המדהים והמורכב הזה הוא פוטוסינתזה. התגובות מתבצעות הודות לכלורופיל, החומר הזה הוא שמסוגל ללכוד את האנרגיה של קרן אור. הנוכחות של פיגמנט ירוק מסבירה את הצבע האופייני של עלים, גבעולים עשבוניים, פירות בוסר. הכלורופיל דומה במבנה להמוגלובין בדם של בעלי חיים ובני אדם.
הצבע האדום, הצהוב והכתום של איברי צמחים שונים נובע מנוכחותם של כרומופלסטים בתאים. הם מבוססים על קבוצה גדולה של קרוטנואידים הממלאים תפקיד חשוב בחילוף החומרים. Leucoplasts אחראים לסינתזה והצטברות של עמילן. פלסטידים גדלים ומתרבים בציטופלזמה, נעים יחד איתה לאורך הממברנה הפנימית של תא הצמח. הם עשירים באנזימים, יונים ותרכובות אחרות פעילות ביולוגית.
הבדלים במבנה המיקרוסקופי של הקבוצות העיקריות של אורגניזמים חיים
רוב התאים דומים לשק זעיר מלא בריר, גופים, גרגירים ושלפוחיות. לעתים קרובות יש תכלילים שונים בצורה של גבישים מוצקים של מינרלים, טיפות שמנים, גרגרי עמילן. תאים נמצאים בקשר הדוק בהרכב רקמות הצמח, החיים בכללותם תלויים בפעילותן של היחידות המבניות הקטנות ביותר היוצרות שלם.
עם מבנה רב-תאי, ישהתמחות, המתבטאת במשימות ותפקודים פיזיולוגיים שונים של אלמנטים מבניים מיקרוסקופיים. הם נקבעים בעיקר לפי מיקומן של רקמות בעלים, בשורש, בגבעול או באיברי היצירה של הצמח.
בואו נדגיש את המרכיבים העיקריים של ההשוואה בין תא הצמח ליחידות המבניות היסודיות של אורגניזמים חיים אחרים:
- קליפה צפופה, האופיינית רק לצמחים, נוצרת מסיבים (צלולוזה). בפטריות, הממברנה מורכבת מכיטין עמיד (חלבון מיוחד).
- תאים של צמחים ופטריות שונים בצבעם עקב נוכחות או היעדר פלסטידים. גופים כגון כלורופלסטים, כרומופלסטים וליקופלסטים קיימים רק בציטופלזמה של הצמח.
- יש אורגנואיד שמבדיל בין בעלי חיים - זהו הצנטרול (מרכז התא).
- רק בתא הצמח יש ואקוול מרכזי גדול מלא בתכולת נוזלים. בדרך כלל מוהל תאים זה נצבע בפיגמנטים בצבעים שונים.
- תרכובת הרזרבה העיקרית של האורגניזם הצמחי היא עמילן. פטריות ובעלי חיים צוברים גליקוגן בתאים שלהם.
בין האצות ידועים תאים בודדים רבים שחיים חופשיים. לדוגמה, אורגניזם עצמאי כזה הוא chlamydomonas. אמנם צמחים שונים מבעלי חיים בנוכחות דופן תא תאית, אבל לתאי נבט חסרה קליפה כה צפופה - זוהי הוכחה נוספת לאחדות העולם האורגני.
