גלקסיה שלמה של מדענים מצטיינים מהעבר - רוברט הוק, אנתוני ואן לוונהוק, תיאודור שוואן, מתיאס שליידן, עם תגליותיהם בתחום חקר הטבע, סללו את הדרך להיווצרות הענף החשוב ביותר של מדע ביולוגיה מודרני - ציטולוגיה. הוא בוחן את המבנה והתכונות של התא, שהוא הנשא היסודי של החיים על פני כדור הארץ. הידע הבסיסי שנצבר כתוצאה מהתפתחות מדעי התא נתן השראה לחוקרים ליצור דיסציפלינות כמו גנטיקה, ביולוגיה מולקולרית וביוכימיה.
תגליות מדעיות שנעשו בהן שינו לחלוטין את פני כדור הארץ והובילו להופעתם של שיבוטים, אורגניזמים מהונדסים גנטית ובינה מלאכותית. המאמר שלנו יעזור לך להבין את השיטות הבסיסיות של ניסויים ציטולוגיים ולגלות את המבנה והתפקודים של תאים.
איך לומדים תא
כמו לפני 500 שנה, מיקרוסקופ האור הוא המכשיר העיקרי שעוזר לחקור את המבנה והתכונות של התא. כמובן, המראה והאופטי שלהאי אפשר להשוות מאפיינים עם המיקרוסקופים הראשונים שנוצרו על ידי האב והבן יאנסנס או רוברט הוק באמצע המאה ה-16. כוח הפתרון של מיקרוסקופי אור מודרניים מגדיל את גודלם של מבני תאים פי 3000. סורקי רסטר יכולים ללכוד תמונות של עצמים תת-מיקרוסקופיים כמו חיידקים או וירוסים, האחרונים כל כך קטנים עד שהם אפילו לא תאים. בציטולוגיה, נעשה שימוש פעיל בשיטה של אטומים מסומנים, כמו גם מחקר in vivo של תאים, שבזכותם מתבררות התכונות של תהליכים תאיים.
Centrifugation
כדי להפריד את תוכן התא לשברים וללמוד את התכונות והתפקודים של התא, הציטולוגיה משתמשת בצנטריפוגה. זה עובד על אותו עיקרון כמו החלק באותו שם במכונות כביסה. באמצעות יצירת האצה צנטריפוגלית, המכשיר מאיץ את השעיית התא, ומכיוון שלאברון יש צפיפות שונה, הם מתיישבים בשכבות. בתחתית חלקים גדולים, כגון גרעינים, מיטוכונדריה או פלסטידים, ובחרירים העליונים של שבכת הזיקוק של הצנטריפוגה, ממוקמים מיקרופילמנטים של שלד הציטו, ריבוזומים ופרוקסיזומים. השכבות המתקבלות מופרדות, ולכן נוח יותר ללמוד את התכונות של ההרכב הביוכימי של האברונים.
מבנה התא של צמחים
התכונות של תא צמחי דומות במובנים רבים לתפקודים של תאי בעלי חיים. עם זאת, אפילו תלמיד בית ספר, הבוחן תכשירים קבועים של תאים צמחיים, בעלי חיים או אנושיים דרך עינית המיקרוסקופ, ימצא מאפיינים של הבדל. זה גיאומטריקווי מתאר נכונים, נוכחות של קרום תאית צפוף ו-vacuoles גדולים, האופייניים לתאי צמחים. ועוד הבדל אחד שמבדיל לחלוטין צמחים בקבוצת האורגניזמים האוטוטרופיים הוא הנוכחות בציטופלזמה של גופים ירוקים סגלגלים הנראים בבירור. אלו הם כלורופלסטים - כרטיס הביקור של הצמחים. אחרי הכל, הם מסוגלים ללכוד אנרגיית אור, להמיר אותה לאנרגיה של קשרים מאקרו-אירגיים של ATP, וגם ליצור תרכובות אורגניות: עמילן, חלבונים ושומנים. פוטוסינתזה קובעת אפוא את התכונות האוטוטרופיות של תא הצמח.
סינתזה עצמאית של חומרים טרופיים
בואו נתעכב על התהליך שבגללו, לפי המדען הרוסי המצטיין K. A. Timiryazev, לצמחים תפקיד קוסמי באבולוציה. ישנם כ-350 אלף מיני צמחים על פני כדור הארץ, החל מאצות חד-תאיות כמו כלורלה או כלמידומונס ועד לעצי ענק - סקוויה, המגיעים לגובה של 115 מטר. כולם סופגים פחמן דו חמצני, והופכים אותו לגלוקוז, חומצות אמינו, גליצרול וחומצות שומן. חומרים אלו משמשים כמזון לא רק לצמח עצמו, אלא משמשים גם אורגניזמים הנקראים הטרוטרופים: פטריות, בעלי חיים ובני אדם. תכונות כאלה של תאי צמחים כמו היכולת לסנתז תרכובות אורגניות וליצור חומר חיוני - חמצן, מאשרות את העובדה של תפקידם הבלעדי של אוטוטרופים לחיים על פני כדור הארץ.
סיווג של פלסטידים
קשה להישאר אדיש, להרהר באקסטרווגנזה של הצבעים של ורדים פורחים או יער הסתיו. צבע הצמחים נובע מאברונים מיוחדים - פלסטידים, האופייניים רק לתאי צמחים. ניתן לטעון כי נוכחותם של פיגמנטים מיוחדים בהרכבם משפיעה על תפקודי הכלורופלסטים, הכרומופלסטים והלוקופלסטים בחילוף החומרים. אברונים המכילים את הפיגמנט הירוק כלורופיל קובעים את התכונות החשובות של התא ואחראים על תהליך הפוטוסינתזה. הם יכולים גם להפוך לכרומופלסטים. אנו רואים תופעה זו, למשל, בסתיו, כאשר העלים הירוקים של העצים הופכים לזהב, סגול או ארגמן. Leucoplasts יכולים להפוך לכרומופלסטים, למשל עגבניות חלביות מבשילות לכתום או אדום. הם גם מסוגלים לעבור לכלורופלסטים, למשל, הופעת צבע ירוק על קליפת פקעות תפוחי אדמה מתרחשת כאשר הם מאוחסנים באור במשך זמן רב.
מנגנון של היווצרות רקמות צמחיות
אחד המאפיינים המובהקים של תאי צמחים גבוהים יותר הוא נוכחות של קליפה קשה וחזקה. הוא מכיל בדרך כלל מקרומולקולות של תאית, ליגנין או פקטין. יציבות ועמידות בפני דחיסה ועיוותים מכניים אחרים מבדילות רקמות צמחיות לקבוצת המבנים הטבעיים הנוקשים ביותר שיכולים לעמוד בעומסים כבדים (זכור, למשל, את תכונות העץ). בין התאים שלו עולים הרבה גדילים ציטופלזמיים העוברים דרך חורים בממברנות, שכמו חוטים אלסטיים תופרים אותם זה לזה.בינם לבין עצמם. לכן, חוזק וקשיות הם המאפיינים העיקריים של תא של אורגניזם צמחי.
Plasmolysis and deplasmolysis
ניתן לזהות נוכחות של קירות מחוררים האחראים על תנועת המים, מלחים מינרלים ופיטו-הורמונים עקב תופעת הפלסמוליזה. מניחים תא צמחי בתמיסת מלח היפרטונית. מים מהציטופלזמה שלו יתפזרו החוצה, ותחת מיקרוסקופ נראה את תהליך הפילינג של שכבת ההיאלופלזמה הקדמית. התא מתכווץ, נפחו יורד, כלומר. מתרחשת פלסמוליזה. ניתן להחזיר את הצורה המקורית על ידי הוספת כמה טיפות מים לשקופית זכוכית ויצירת ריכוז התמיסה נמוך יותר מאשר בציטופלזמה של התא. H2O מולקולות ייכנסו פנימה דרך הנקבוביות במעטפת, הנפח והלחץ התוך תאי של התא יגדלו. תהליך זה נקרא דפלסמוליזה.
מבנה ותפקודים ספציפיים של תאי בעלי חיים
היעדר כלורופלסטים בציטופלזמה, ממברנות דקות נטולות קליפה חיצונית, ואקואולים קטנים שמבצעים בעיקר פונקציות עיכול או הפרשה - כל זה חל על תאים של בעלי חיים ואדם. המראה המגוון שלהם והרגלי האכלה ההטרוטרופיים הם תכונה מבדלת נוספת.
תאים רבים, שהם אורגניזמים נפרדים, או שהם חלק מרקמות, מסוגלים לתנועה פעילה. אלו הם פגוציטים וזרעונים של יונקים, אמבה, אינפוזוריה-נעל וכו'. תאים של בעלי חיים משולבים לרקמות עקב קומפלקס העל-ממברנה - הגליקוקאליקס. הואמורכב מגליקוליפידים וחלבונים הקשורים לפחמימות, ומקדם הידבקות - הידבקות של קרומי תאים זה לזה, מה שמוביל להיווצרות רקמה. עיכול חוץ תאי מתרחש גם בגליקוק. דרך התזונה ההטרוטרופית קובעת את נוכחותם בתאים של ארסנל שלם של אנזימי עיכול, המרוכזים באברונים מיוחדים - ליזוזומים, הנוצרים במנגנון גולגי - מבנה ממברנה חד-ממברנה חובה של הציטופלזמה.
בתאי בעלי חיים, אברון זה מיוצג על ידי רשת משותפת של ערוצים ובורות מים, בעוד שבצמחים הוא נראה כמו מספר יחידות מבניות שונות. תאים סומטיים של צמחים ובעלי חיים מתחלקים על ידי מיטוזה, בעוד הגמטות מתחלקות על ידי מיוזה.
לכן, קבענו שהתכונות של תאים של קבוצות שונות של אורגניזמים חיים יהיו תלויות בתכונות של המבנה המיקרוסקופי והתפקודים של האברונים.
