Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.1: Як вивчаються клітини

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    430

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

    Клітка - найменша одиниця живої істоти. Жива істота, як і ви, називається організмом. Таким чином, клітини є основними будівельними блоками всіх організмів.

    У багатоклітинних організмах кілька клітин одного конкретного виду з'єднуються між собою і виконують спільні функції з формування тканин (наприклад, м'язової тканини, сполучної тканини і нервової тканини), кілька тканин об'єднуються, утворюючи орган (наприклад, шлунок, серце або мозок), а кілька органів роблять до органної системи (наприклад, травної системи, кровоносної системи або нервової системи). Кілька систем, що функціонують разом, утворюють організм (наприклад, слон).

    Існує багато типів клітин, і всі вони згруповані в одну з двох великих категорій: прокаріотичні та еукаріотичні. Клітини тварин, рослинні клітини, грибкові клітини та клітини протистів класифікуються як еукаріотичні, тоді як бактерії та клітини археї класифікуються як прокаріотичні. Перш ніж обговорювати критерії визначення того, чи є клітина прокаріотичної або еукаріотичної, давайте спочатку вивчимо, як біологи вивчають клітини.

    Мікроскопія

    Клітини розрізняються за розміром. За рідкісним винятком, окремі клітини занадто малі, щоб їх можна було побачити неозброєним оком, тому вчені використовують мікроскопи для їх вивчення. Мікроскоп - це інструмент, який збільшує предмет. Більшість зображень клітин беруться за допомогою мікроскопа і називаються мікрографами.

    Світлові мікроскопи

    Щоб дати вам уявлення про розмір клітини, типовий людський еритроцит становить близько восьми мільйонних часток метра або восьми мікрометрів (скорочено мкм) в діаметрі; головка штифта становить близько двох тисячних часток метра (міліметрів, або мм) в діаметрі. Це означає, що приблизно 250 еритроцитів може поміститися на голівці штифта.

    Оптика лінз світлового мікроскопа змінює орієнтацію зображення. Зразок, який знаходиться праворуч вгору і звернений праворуч на предметному склі мікроскопа, буде виглядати перевернутим і зверненим ліворуч при перегляді через мікроскоп, і навпаки. Аналогічно, якщо слайд переміщується вліво під час перегляду мікроскопа, він, здається, рухається вправо, а якщо перемістити вниз, він буде здаватися рухатися вгору. Це відбувається тому, що мікроскопи використовують два набори лінз для збільшення зображення. Завдяки тому, як світло проходить через лінзи, ця система лінз виробляє перевернуте зображення (бінокль і розсікаючий мікроскоп працюють аналогічно, але включають додаткову систему збільшення, завдяки якій остаточне зображення здається вертикальним).

    Більшість студентських мікроскопів класифікуються як легкі мікроскопи (рис. \(\PageIndex{1}\)А). Видиме світло як проходить, так і згинається системою лінз, щоб користувач міг бачити зразок. Світлові мікроскопи вигідні для перегляду живих організмів, але оскільки окремі клітини, як правило, прозорі, їх компоненти не помітні, якщо вони не пофарбовані спеціальними плямами. Фарбування, однак, зазвичай вбиває клітини.

    Світлові мікроскопи, які зазвичай використовуються в лабораторії бакалаврату коледжу, збільшуються приблизно до 400 разів. Два параметри, які важливі в мікроскопії, - це збільшення та роздільна здатність. Збільшення - це ступінь збільшення предмета. Роздільна здатність - це здатність мікроскопа дозволити оку розрізняти дві сусідні структури як окремі; чим вища роздільна здатність, тим ближче ці два об'єкти можуть бути, і тим краще чіткість та деталізація зображення. При використанні масляних занурювальних лінз збільшення зазвичай збільшується до 1000 разів для дослідження більш дрібних клітин, як і більшість прокаріотичних клітин. Оскільки світло, що потрапляє в зразок знизу, фокусується на оці спостерігача, зразок можна переглянути за допомогою світлової мікроскопії. З цієї причини, щоб світло проходило через зразок, зразок повинен бути тонким або напівпрозорим.

    ПОНЯТТЯ В ДІЇ

    QR-код, що представляє URL-адресу

    Для іншого погляду на розмір комірки, спробуйте HowBig інтерактивний.

    Другий тип мікроскопа, який використовується в лабораторіях, - це розсікаючий мікроскоп (рис. \(\PageIndex{1}\)Б). Ці мікроскопи мають менше збільшення (від 20 до 80 разів більше розміру об'єкта), ніж легкі мікроскопи і можуть забезпечити тривимірний вигляд зразка. Товсті об'єкти можуть бути розглянуті з багатьма компонентами у фокусі одночасно. Ці мікроскопи призначені для того, щоб дати розширене і чітке уявлення про структуру тканин, а також анатомію всього організму. Як і легкі мікроскопи, більшість сучасних розсікаючих мікроскопів також є бінокулярними, що означає, що вони мають дві окремі системи лінз, по одній для кожного ока. Системи лінз розділені певною відстанню, а тому забезпечують відчуття глибини в уявленні свого предмета, щоб зробити маніпуляції рукою легше. Мікроскопи, що розсікають, також мають оптику, яка коригує зображення так, щоб воно виглядало так, ніби його бачать неозброєним оком, а не як перевернуте зображення. Світло, що висвітлює зразок під розсікаючим мікроскопом, зазвичай надходить зверху зразка, але може бути спрямоване і знизу.

    Частина а: Цей світловий мікроскоп має бінокулярні лінзи та три об'єктиві лінзи. Етап зразка знаходиться безпосередньо під об'єктивом. Світловий мікроскоп сидить на стільниці. Частина b: Мікроскоп, що розсікає, має бінокулярні окуляри, одну об'єктивну лінзу та джерела світла як зверху, так і нижче стадії зразка. На сцені є місце для об'ємного екземпляра.
    Малюнок \(\PageIndex{1}\): (а) Більшість легких мікроскопів, що використовуються в лабораторії біології коледжу, можуть збільшувати клітини приблизно до 400 разів. (b) Розсікаючі мікроскопи мають менше збільшення, ніж легкі мікроскопи, і використовуються для дослідження більших об'єктів, таких як тканини.

    Електронні мікроскопи

    На відміну від світлових мікроскопів, електронні мікроскопи використовують пучок електронів замість пучка світла. Мало того, що це дозволяє збільшити і, таким чином, більш детально (рис. \(\PageIndex{2}\)), Він також забезпечує більш високу роздільну здатність. Підготовка зразка до перегляду під електронним мікроскопом вб'є його, тому живі клітини не можна розглядати за допомогою цього типу мікроскопії. Крім того, електронний пучок найкраще рухається у вакуумі, унеможливлюючи перегляд живих матеріалів.

    У скануючому електронному мікроскопі промінь електронів рухається вперед-назад по поверхні клітини, відтворюючи деталі характеристик поверхні клітини відбиттям. Клітини та інші структури, як правило, покриті металом, як золото. У трансмісійному електронному мікроскопі електронний промінь передається через клітину і забезпечує деталі внутрішніх структур клітини. Як ви могли собі уявити, електронні мікроскопи значно більш громіздкі і дорогі, ніж легкі мікроскопи.

    Частина а: Сальмонели, розглянуті через світловий мікроскоп, виглядають як крихітні фіолетові точки.
    Частина b: На цій скануючій електронній мікрофотографії бактерії виглядають як тривимірні червоні овали. Клітини людини набагато більше зі складним, складчастим виглядом. Частина бактерій лежить на поверхнях клітин людини, а частина стискається між ними.
    Малюнок \(\PageIndex{2}\): (а) бактерії сальмонели розглядаються за допомогою світлового мікроскопа. (b) Ця скануюча електронна мікрофотографія показує бактерії сальмонели (червоного кольору), що вторгаються в клітини людини. (кредит a: модифікація роботи CDC, Інститут патології Збройних Сил, Чарльз Н. Фермер; кредит b: модифікація роботи лабораторіями Rocky Mountain, NIAID, NIH; дані шкали від Метта Рассела)

    КАР'ЄРА В ДІЇ: Цитотехнолог

    Ви коли-небудь чули про медичний тест під назвою мазок Папаніколау (малюнок \(\PageIndex{3}\))? У цьому тесті лікар бере невеликий зразок клітин з шийки матки пацієнтки і відправляє його в медичну лабораторію, де цитотехнолог забарвлює клітини і досліджує їх на наявність будь-яких змін, які можуть свідчити про рак шийки матки або мікробної інфекції.

    Цитотехнологи (cyto- = cell) - це професіонали, які вивчають клітини за допомогою мікроскопічних досліджень та інших лабораторних досліджень. Їх навчають визначати, які клітинні зміни знаходяться в межах норми або ненормальні. Їх фокус не обмежується клітинами шийки матки; вони вивчають клітинні зразки, які надходять з усіх органів. Коли вони помічають відхилення, вони звертаються до патологоанатома, який є медичним лікарем, який може поставити клінічний діагноз.

    Цитотехнологи відіграють життєво важливу роль у порятунку життя людей. Коли відхилення виявляються рано, лікування пацієнта може розпочатися раніше, що зазвичай збільшує шанси на успішне лікування.

    Як нормальні клітини, так і клітини, інфіковані ВПЛ, мають неправильну, круглу форму і добре виражене ядро. Інфіковані клітини, однак, в два-три рази більше, ніж незаражені клітини, а деякі мають два ядра.
    Малюнок \(\PageIndex{3}\): Ці клітини шийки матки, розглянуті через світловий мікроскоп, були отримані з мазка Папаніколау. Нормальні клітини знаходяться зліва. Клітини справа заражені вірусом папіломи людини. (Кредит: модифікація роботи Еда Утмана; дані шкали від Метта Рассела)

    Теорія клітин

    Мікроскопи, які ми використовуємо сьогодні, набагато складніші, ніж ті, що використовувались у 1600-х роках Антоні ван Левенгук, голландський крамар, який мав велику майстерність у розробці лінз. Незважаючи на обмеження його нині древніх лінз, ван Левенгук спостерігав за рухами протистів (тип одноклітинного організму) та сперми, які він колективно називав «animalcules».

    У публікації 1665 року під назвою Micrographiaвчений-дослідник Роберт Гук придумав термін «клітина» (від латинського cella, що означає «маленька кімната») для коробчастих структур, які він спостерігав при перегляді пробкової тканини через лінзу. У 1670-х роках ван Левенгук виявив бактерії і найпростіші. Пізніші досягнення в області лінз та мікроскопів дозволили іншим вченим бачити різні компоненти всередині клітин.

    До кінця 1830-х років ботанік Маттіас Шлейден і зоолог Теодор Шванн вивчали тканини і запропонували єдину клітинну теорію, яка стверджує, що все живе складається з однієї або декількох клітин, що клітина є основною одиницею життя, і що всі нові клітини виникають з існуючих клітин. Ці принципи стоять і сьогодні.

    Підсумок розділу

    Клітка - найменша одиниця життя. Більшість клітин настільки малі, що їх неможливо розглянути неозброєним оком. Тому вчені повинні використовувати мікроскопи для вивчення клітин. Електронні мікроскопи забезпечують більш високе збільшення, більш високу роздільну здатність і більш деталізацію, ніж легкі мікроскопи. Уніфікована клітинна теорія стверджує, що всі організми складаються з однієї або декількох клітин, клітина є основною одиницею життя, а нові - з існуючих клітин.

    Глосарій

    мікроскоп
    інструмент, який збільшує об'єкт
    уніфікована клітинна теорія
    біологічна концепція, яка стверджує, що всі організми складаються з однієї або декількох клітин, клітина є основною одиницею життя, і нові клітини виникають з існуючих клітин

    Автори та атрибуції