4.1: Kujifunza seli

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza jukumu la seli katika viumbe
• Linganisha na kulinganisha hadubini ya mwanga na hadubini ya elektroni
• Kufupisha nadharia ya seli

Kiini ni kitengo kidogo cha kitu kilicho hai. Kitu kilicho hai, kama kilichofanywa kwa seli moja (kama bakteria) au seli nyingi (kama binadamu), huitwa kiumbe. Hivyo, seli ni vitalu vya msingi vya ujenzi wa viumbe vyote.

Seli kadhaa za aina moja ambazo zinaungana na kufanya kazi ya pamoja huunda tishu, tishu kadhaa huchanganya kuunda chombo (tumbo lako, moyo, au ubongo), na viungo kadhaa hufanya mfumo wa chombo (kama vile mfumo wa utumbo, mfumo wa mzunguko, au mfumo wa neva). Mifumo kadhaa inayofanya kazi pamoja huunda kiumbe (kama binadamu). Hapa, tutachunguza muundo na kazi ya seli.

Kuna aina nyingi za seli, zote zimewekwa katika moja ya makundi mawili mapana: prokaryotic na eukaryotic. Kwa mfano, seli zote za wanyama na mimea zinaainishwa kama seli za eukaryotiki, ilhali seli za bakteria zinaainishwa kama prokaryotiki. Kabla ya kujadili vigezo vya kuamua kama kiini ni prokaryotic au eukaryotic, hebu kwanza tuchunguze jinsi wanabiolojia wanavyojifunza seli.

hadubini

Viini hutofautiana kwa ukubwa. Isipokuwa chache, seli za mtu binafsi haziwezi kuonekana kwa jicho la uchi, hivyo wanasayansi hutumia hadubini (micro- = “ndogo”; -scope = “kuangalia”) ili kuzifunza. Darubini ni chombo kinachotukuza kitu. Picha nyingi za seli zinachukuliwa na darubini, na picha hizi zinaweza pia kuitwa micrographs.

Optics ya lenses ya darubini hubadilisha mwelekeo wa picha ambayo mtumiaji anaona. Specimen ambayo ni upande wa kulia juu na inakabiliwa na haki kwenye slide ya darubini itaonekana kichwa-chini na inakabiliwa kushoto wakati inatazamwa kupitia darubini, na kinyume chake. Vile vile, ikiwa slide inahamishwa kushoto wakati wa kuangalia kupitia darubini, itaonekana kuhamia kulia, na ikiwa imehamishwa chini, itaonekana kuhamia. Hii hutokea kwa sababu hadubini hutumia seti mbili za lenses ili kukuza picha. Kwa sababu ya namna ambayo mwanga husafiri kwa njia ya lenses, mfumo huu wa lenses mbili hutoa picha inverted (binocular, au dissecting hadubini, kazi kwa namna hiyo, lakini ni pamoja na mfumo wa kukuza ziada ambayo inafanya picha ya mwisho kuonekana kuwa sawa).

Nuru Microscopes

Ili kukupa hisia ya ukubwa wa seli, kiini cha kawaida cha damu nyekundu cha binadamu ni karibu milioni nane za mita au micrometers nane (iliyofupishwa kama nane μm) mduara; kichwa cha pini ya ni karibu elfu mbili za mita (mm mbili) kwa kipenyo. Hiyo ina maana kuhusu seli 250 nyekundu za damu zinaweza kufaa juu ya kichwa cha pini.

Microscopes wengi wanafunzi ni classified kama microscopes mwanga (Kielelezo\(\PageIndex{1}\) a). Mwanga unaoonekana hupita na hupigwa kupitia mfumo wa lens ili kuwezesha mtumiaji kuona specimen. Microscopes ya mwanga ni faida kwa kuangalia viumbe hai, lakini kwa kuwa seli za mtu binafsi kwa ujumla ni wazi, vipengele vyao havijulikani isipokuwa ni rangi na stains maalum. Kuhifadhi, hata hivyo, kwa kawaida huua seli.

Microscopes mwanga kawaida kutumika katika shahada ya kwanza ya chuo maabara ukuzaji hadi takriban mara 400. Vigezo viwili ambavyo ni muhimu katika hadubini ni ukuzaji na kutatua nguvu. Kukuza ni mchakato wa kupanua kitu kwa kuonekana. Kutatua nguvu ni uwezo wa darubini kutofautisha miundo miwili iliyo karibu kama tofauti: juu ya azimio, ufafanuzi bora na maelezo ya picha hiyo. Wakati lenses za kuzamishwa mafuta hutumiwa kwa ajili ya kujifunza vitu vidogo, ukuzaji huongezeka hadi mara 1,000. Ili kupata uelewa bora wa muundo wa seli na kazi, wanasayansi hutumia hadubini za elektroni.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) hadubini nyingi za mwanga zinazotumiwa katika maabara ya biolojia ya chuo zinaweza kukuza seli hadi takriban mara 400 na kuwa na azimio la nanometers 200. (b) hadubini za elektroni hutoa ukuzaji wa juu sana, 100,000x, na kuwa na azimio la 50 picometers. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “GCG” /Wikimedia Commons; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Evan Bench)

Microscopes elektroni

Tofauti na microscopes mwanga, microscopes elektroni (Kielelezo\(\PageIndex{1}\) b) kutumia boriti ya elektroni badala ya boriti ya mwanga. Hii sio tu inaruhusu ukuzaji wa juu na, kwa hiyo, maelezo zaidi (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), pia hutoa nguvu za kutatua juu. Njia inayotumiwa kuandaa specimen ya kutazama na microscope ya elektroni inaua specimen. Electroni zina wavelengths fupi (fupi kuliko fotoni) zinazohamia bora katika utupu, hivyo seli hai haziwezi kutazamwa kwa darubini ya elektroni.

Katika darubini ya elektroni ya skanning, boriti ya elektroni huenda na kurudi kwenye uso wa seli, na kujenga maelezo ya sifa za uso wa seli. Katika microscope ya elektroni ya maambukizi, boriti ya elektroni inapenya seli na hutoa maelezo ya miundo ya ndani ya seli. Kama unaweza kufikiria, microscopes ya elektroni ni kubwa zaidi na ya gharama kubwa kuliko microscopes nyepesi.

(a)

(b)

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): (a) Bakteria hizi za Salmonella zinaonekana kama dots ndogo za zambarau wakati wa kutazamwa na darubini ya mwanga. (b) Micrograph hii ya microscope ya elektroni ya skanning inaonyesha bakteria ya Salmonella (nyekundu) inayovamia seli za binadamu (njano). Ingawa subfigure (b) inaonyesha specimen tofauti ya Salmonella kuliko subfigure (a), bado unaweza kuona ongezeko la kulinganisha katika ukuzaji na undani. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na CDC/Taasisi ya Jeshi la Patholojia, Charles N. Mkulima, Rocky Mountain Laboratories; mikopo b: mabadiliko ya kazi na NIAID, NIH; data ya wadogo kutoka Matt Russell)

Unganisha na Kujifunza

Kwa mtazamo mwingine juu ya ukubwa wa seli, jaribu maingiliano ya HowBig kwenye tovuti hii.

Kiini nadharia

hadubini tunayotumia leo ni ngumu zaidi kuliko zile zilizotumiwa katika miaka ya 1600 na Antony van Leeuwenhoek, mkulima wa duka wa Uholanzi ambaye alikuwa na ujuzi mkubwa katika kuandika lenses. Licha ya mapungufu ya lenses zake za sasa za kale, van Leeuwenhoek aliona harakati za protista (aina ya viumbe single-seli) na mbegu za kiume, ambazo kwa pamoja aliita “animalcules.”

Katika uchapishaji wa 1665 ulioitwa Micrographia, mwanasayansi wa majaribio Robert Hooke aliunda neno “kiini” kwa miundo kama ya sanduku aliyoyaona wakati wa kutazama tishu za cork kupitia lens. Katika miaka ya 1670, van Leeuwenhoek aligundua bakteria na protozoa. Baadaye maendeleo katika lenses, ujenzi wa darubini, na mbinu za uchafu ziliwezesha wanasayansi wengine kuona baadhi ya vipengele ndani ya seli.

Kufikia mwishoni mwa miaka ya 1830, mtaalamu wa mimea Matthias Schleiden na mwanasayansi wa zoolojia Theodor Schwann walikuwa wakisoma tishu na kupendekeza nadharia ya kiini ya umoja, ambayo inasema kwamba vitu vyote vilivyo hai vinajumuisha seli moja au zaidi, kiini ni kitengo cha msingi cha maisha, na seli mpya zinatoka kwenye seli zilizopo. Rudolf Virchow baadaye alitoa michango muhimu kwa nadharia hii.

Uhusiano wa Kazi: Cytotechnologist

Je, umewahi kusikia ya mtihani wa matibabu aitwaye Pap smear (Kielelezo\(\PageIndex{3}\))? 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.

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