4.1: دراسة الخلايا

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196319

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

مهارات التطوير

وصف دور الخلايا في الكائنات الحية
قارن وقارن بين الفحص المجهري الضوئي والمجهر الإلكتروني
تلخيص نظرية الخلية

الخلية هي أصغر وحدة في كائن حي. يُطلق على الكائن الحي، سواء كان مصنوعًا من خلية واحدة (مثل البكتيريا) أو العديد من الخلايا (مثل الإنسان)، اسم الكائن الحي. وبالتالي، فإن الخلايا هي اللبنات الأساسية لجميع الكائنات الحية.

هناك عدة خلايا من نوع واحد تتصل ببعضها البعض وتؤدي وظيفة مشتركة تشكل الأنسجة، وتتحد عدة أنسجة لتشكل عضوًا (المعدة أو القلب أو الدماغ)، وتشكل العديد من الأعضاء جهازًا عضويًا (مثل الجهاز الهضمي أو الجهاز الدوري أو الجهاز العصبي). العديد من الأنظمة التي تعمل معًا تشكل كائنًا حيًا (مثل الإنسان). هنا، سوف ندرس بنية ووظيفة الخلايا.

هناك العديد من أنواع الخلايا، وكلها مجمعة في واحدة من فئتين رئيسيتين: بدائية النواة وحقيقية النواة. على سبيل المثال، يتم تصنيف كل من الخلايا الحيوانية والنباتية على أنها خلايا حقيقية النواة، بينما يتم تصنيف الخلايا البكتيرية على أنها بدائية النواة. قبل مناقشة معايير تحديد ما إذا كانت الخلية بدائية النواة أم حقيقية النواة، دعونا أولاً نفحص كيفية دراسة علماء الأحياء للخلايا.

الفحص المجهري

تختلف الخلايا في الحجم. مع استثناءات قليلة، لا يمكن رؤية الخلايا الفردية بالعين المجردة، لذلك يستخدم العلماء المجاهر (micro- = «الصغيرة»؛ -scope = «للنظر في») لدراستها. المجهر هو أداة تعمل على تكبير كائن ما. يتم التقاط معظم صور الخلايا باستخدام المجهر، ويمكن أيضًا تسمية هذه الصور بالجرافات الدقيقة.

تعمل بصريات عدسات المجهر على تغيير اتجاه الصورة التي يراها المستخدم. ستظهر العينة التي تكون في الجانب الأيمن لأعلى وتواجه اليمين على شريحة المجهر رأسًا على عقب وتواجه اليسار عند عرضها من خلال المجهر، والعكس صحيح. وبالمثل، إذا تم تحريك الشريحة إلى اليسار أثناء النظر عبر المجهر، فستظهر وكأنها تتحرك يمينًا، وإذا تم تحريكها لأسفل، فستبدو وكأنها تتحرك لأعلى. يحدث هذا لأن المجاهر تستخدم مجموعتين من العدسات لتكبير الصورة. بسبب الطريقة التي ينتقل بها الضوء عبر العدسات، ينتج هذا النظام المكون من عدستين صورة معكوسة (تعمل المجاهر ثنائية العين أو الميكروسكوبات التشريحية بطريقة مماثلة، ولكنها تتضمن نظام تكبير إضافي يجعل الصورة النهائية تبدو وكأنها في وضع مستقيم).

مجاهر ضوئية

لإعطائك إحساسًا بحجم الخلية، يبلغ قطر خلية الدم الحمراء البشرية النموذجية حوالي ثمانية ملايين من المتر أو ثمانية ميكرومتر (اختصارًا بثمانية ميكرومتر)؛ يبلغ قطر رأس الدبوس حوالي ألفي من المتر (2 مم). وهذا يعني أن حوالي 250 خلية دم حمراء يمكن وضعها على رأس الدبوس.

يتم تصنيف معظم مجاهر الطلاب على أنها مجاهر ضوئية (الشكل\(\PageIndex{1}\) أ). يمر الضوء المرئي ويتم ثنيه عبر نظام العدسة لتمكين المستخدم من رؤية العينة. تعد المجاهر الضوئية مفيدة لعرض الكائنات الحية، ولكن نظرًا لأن الخلايا الفردية شفافة بشكل عام، فإن مكوناتها لا يمكن تمييزها ما لم يتم تلوينها ببقع خاصة. ومع ذلك، فإن التلطيخ عادة ما يقتل الخلايا.

تتضخم مجاهر الضوء المستخدمة بشكل شائع في مختبر الكلية الجامعية حتى 400 مرة تقريبًا. هناك معلمتان مهمتان في الفحص المجهري وهما التكبير وقدرة التحليل. التكبير هو عملية تكبير كائن في المظهر. قوة التحليل هي قدرة المجهر على التمييز بين هيكلين متجاورين منفصلين: كلما زادت الدقة، كان وضوح الصورة وتفاصيلها أفضل. عند استخدام عدسات الغمر بالزيت لدراسة الأجسام الصغيرة، عادة ما يزداد التكبير إلى 1000 مرة. من أجل الحصول على فهم أفضل للبنية الخلوية والوظيفة، يستخدم العلماء عادةً المجاهر الإلكترونية.

الجزء أ: يحتوي هذا المجهر الضوئي على عدسات ثنائية العين وأربع عدسات موضوعية. تقع مرحلة العينة مباشرة تحت العدسة الموضوعية. يوضع المجهر الضوئي على سطح الطاولة ويمكن حمله بسهولة. الجزء ب: المجهر الإلكتروني الموضح هنا موجود في متحف. إنه بحجم المكتب تقريبًا، ويمكن لأي شخص الجلوس أمامه لتشغيله. يرتفع عمود أطول من الشخص من مركز النطاق. — الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) يمكن لمعظم المجاهر الضوئية المستخدمة في مختبر البيولوجيا بالكلية تكبير الخلايا حتى 400 مرة تقريبًا ولديها دقة تبلغ حوالي 200 نانومتر. (ب) توفر المجاهر الإلكترونية نسبة تكبير أعلى بكثير، أي 100000 x، ولها دقة تبلغ 50 بيكومتر. (الفضل أ: تعديل العمل من قبل «gCG» /ويكيميديا كومنز؛ الفضل ب: تعديل العمل من قبل إيفان بينش)

مجاهر إلكترونية

على عكس المجاهر الضوئية، تستخدم المجاهر الإلكترونية (الشكل\(\PageIndex{1}\) ب) شعاعًا من الإلكترونات بدلاً من شعاع الضوء. لا يسمح هذا فقط بالتكبير العالي، وبالتالي بمزيد من التفاصيل (الشكل\(\PageIndex{2}\))، بل يوفر أيضًا قوة حل أعلى. الطريقة المستخدمة لإعداد العينة للعرض باستخدام المجهر الإلكتروني تقتل العينة. الإلكترونات لها أطوال موجية قصيرة (أقصر من الفوتونات) تتحرك بشكل أفضل في الفراغ، لذلك لا يمكن رؤية الخلايا الحية بالمجهر الإلكتروني.

في مجهر المسح الإلكتروني، يتحرك شعاع من الإلكترونات ذهابًا وإيابًا عبر سطح الخلية، مما يخلق تفاصيل عن خصائص سطح الخلية. في المجهر الإلكتروني للإرسال، يخترق شعاع الإلكترون الخلية ويقدم تفاصيل عن الهياكل الداخلية للخلية. كما قد تتخيل، تعد المجاهر الإلكترونية أكثر ضخامة وتكلفة بكثير من المجاهر الضوئية.

الجزء أ: تظهر السالمونيلا من خلال المجهر الضوئي كنقاط أرجوانية صغيرة. الجزء ب: في هذا المجهر الإلكتروني للمسح الضوئي، تظهر البكتيريا على هيئة أشكال بيضاوية ثلاثية الأبعاد. الخلايا البشرية أكبر بكثير وذات مظهر معقد ومطوي. تقع بعض البكتيريا على سطح الخلايا البشرية، ويتم ضغط بعضها فيما بينها. — (أ)

رابط التعلم

للحصول على منظور آخر حول حجم الخلية، جرب برنامج HowBig التفاعلي في هذا الموقع.

نظرية الخلية

تعد المجاهر التي نستخدمها اليوم أكثر تعقيدًا بكثير من تلك المستخدمة في القرن السادس عشر من قبل أنتوني فان ليوينهوك، صاحب متجر هولندي كان يتمتع بمهارة كبيرة في صناعة العدسات. على الرغم من القيود المفروضة على عدساته القديمة الآن، لاحظ فان ليوينهوك حركات البروتيستا (نوع من الكائنات الحية أحادية الخلية) والحيوانات المنوية، والتي أطلق عليها بشكل جماعي اسم «الحيوانات».

في منشور عام 1665 بعنوان Micrographia، صاغ العالم التجريبي روبرت هوك مصطلح «خلية» للهياكل الشبيهة بالصندوق التي لاحظها عند مشاهدة أنسجة الفلين من خلال عدسة. في سبعينيات القرن السادس عشر، اكتشف فان ليوينهوك البكتيريا والبروتوزوا. مكنت التطورات اللاحقة في العدسات وبناء المجهر وتقنيات التلوين العلماء الآخرين من رؤية بعض المكونات داخل الخلايا.

بحلول أواخر ثلاثينيات القرن التاسع عشر، كان عالم النبات ماتياس شليدن وعالم الحيوان ثيودور شوان يدرسان الأنسجة واقترحوا نظرية الخلية الموحدة، التي تنص على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر، والخلية هي الوحدة الأساسية للحياة، وتنشأ خلايا جديدة من الخلايا الموجودة. قدم رودولف فيرشو لاحقًا مساهمات مهمة في هذه النظرية.

الاتصال الوظيفي: أخصائي تكنولوجيا الخلايا

هل سمعت من قبل عن اختبار طبي يسمى مسحة عنق الرحم (الشكل 1)؟\(\PageIndex{3}\))? In this test, a doctor takes a small sample of cells from the uterine cervix of a patient and sends it to a medical lab where a cytotechnologist stains the cells and examines them for any changes that could indicate cervical cancer or a microbial infection.

Cytotechnologists (cyto- = “cell”) are professionals who study cells via microscopic examinations and other laboratory tests. They are trained to determine which cellular changes are within normal limits and which are abnormal. Their focus is not limited to cervical cells; they study cellular specimens that come from all organs. When they notice abnormalities, they consult a pathologist, who is a medical doctor who can make a clinical diagnosis.

Cytotechnologists play a vital role in saving people’s lives. When abnormalities are discovered early, a patient’s treatment can begin sooner, which usually increases the chances of a successful outcome.

Both normal cells and cells infected with HPV have an irregular, round shape and a well-defined nucleus. Infected cells, however, are two to three times as large as uninfected cells, and some have two nuclei. — Figure \(\PageIndex{3}\): These uterine cervix cells, viewed through a light microscope, were obtained from a Pap smear. Normal cells are on the left. The cells on the right are infected with human papillomavirus (HPV). Notice that the infected cells are larger; also, two of these cells each have two nuclei instead of one, the normal number. (credit: modification of work by Ed Uthman, MD; scale-bar data from Matt Russell)

Summary

A cell is the smallest unit of life. Most cells are so tiny that they cannot be seen with the naked eye. Therefore, scientists use microscopes to study cells. Electron microscopes provide higher magnification, higher resolution, and more detail than light microscopes. The unified cell theory states that all organisms are composed of one or more cells, the cell is the basic unit of life, and new cells arise from existing cells.

Glossary

cell theory: see unified cell theory

electron microscope: an instrument that magnifies an object using a beam of electrons passed and bent through a lens system to visualize a specimen

light microscope: an instrument that magnifies an object using a beam visible light passed and bent through a lens system to visualize a specimen

microscope: an instrument that magnifies an object

unified cell theory: a biological concept that states that all organisms are composed of one or more cells; the cell is the basic unit of life; and new cells arise from existing cells