5.1: Як вивчаються клітини

Last updated
Save as PDF

Page ID: 8322

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

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

У багатоклітинних організмах клітини одного конкретного типу клітин взаємопов'язані між собою і виконують спільні функції з формування тканин (наприклад, м'язової тканини, сполучної тканини, нервової тканини), кілька тканин об'єднуються, утворюючи орган (наприклад, шлунок, серце, або мозок), і кілька органів складають систему органів (наприклад, травна система, кровоносна система або нервова система). Кілька систем, що функціонують разом, утворюють організм (наприклад, слон, наприклад).

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

Мікроскопія

Клітини розрізняються за розміром. За невеликим винятком окремі клітини занадто малі, щоб їх було видно неозброєним оком, тому вчені використовують мікроскопи для їх вивчення. Мікроскоп - це інструмент, який збільшує об'єкт. Більшість зображень клітин беруться за допомогою мікроскопа і називаються мікрофотографіями.

Світлові мікроскопи

Щоб дати вам відчуття розміру клітини, типовий еритроцити людини 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 могли поміститися на головці шпильки.

Оптика лінз світлового мікроскопа змінює орієнтацію зображення. Зразок, який знаходиться праворуч вгору і звернений праворуч на слайді мікроскопа, з'явиться догори дном і звернений вліво, якщо дивитися через мікроскоп, і навпаки. Аналогічно, якщо слайд буде переміщений вліво під час перегляду через мікроскоп, він, здається, рухається вправо, а якщо пересунути вниз, він, здається, рухається 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 кінцеве зображення здається вертикальним).

фотографії мікроскопів — **Малюнок\(\PageIndex{1}\):** (а) Більшість світлових мікроскопів, що використовуються в лабораторії біології коледжу, можуть збільшувати клітини приблизно до 400 разів. (b) Розсікаючі мікроскопи мають менший масштаб, ніж світлові мікроскопи, і використовуються для дослідження більших об'єктів, таких як тканини.

Більшість студентських мікроскопів класифікуються як світлові мікроскопи (рис.\(\PageIndex{1}\) А). Видиме світло проходить і згинається системою лінз, щоб користувач міг побачити зразок. Світлові мікроскопи вигідні для перегляду живих організмів, але оскільки окремі клітини в цілому 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. Дозвільна здатність - це здатність мікроскопа дозволити оку розрізняти дві сусідні структури як окремі; чим вище роздільна здатність, тим ближче ці два об'єкти можуть бути, і тим краще чіткість і деталізація зображення. Коли використовуються масляні занурювальні лінзи, збільшення зазвичай збільшується до 1000 разів для дослідження менших 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 крізь зразок, зразок повинен бути тонким або напівпрозорим.

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 світлові мікроскопи, і можуть забезпечити тривимірний вигляд зразка. Товсті предмети можна розглядати з багатьма компонентами у фокусі одночасно. Ці мікроскопи призначені для того, щоб надати збільшене і чітке уявлення про структуру тканин, а також анатомію всього організму.

Як і світлові 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 погляді їх предмета, щоб полегшити маніпуляції вручну. Розсікаючі мікроскопи також мають оптику, яка коригує зображення так, щоб воно виглядало так, ніби його бачили неозброєним оком, а не як перевернуте зображення. Світло, що освітлює зразок під розсікаючим мікроскопом, зазвичай надходить зверху зразка, але також може бути спрямований знизу.

Електронні мікроскопи

На відміну від світлових мікроскопів, електронні мікроскопи використовують пучок електронів замість пучка світла (рис.\(\PageIndex{2}\)). Це не тільки дозволяє збільшити збільшення і, таким чином, більш детально, воно також забезпечує більш високу роздільну здатність. Підготовка зразка до перегляду під електронним мікроскопом вб'є його, тому живі клітини неможливо переглянути за допомогою цього типу мікроскопії. Крім того, електронний промінь найкраще рухається у вакуумі, унеможливлюючи перегляд живих матеріалів. Існує два основних типи електронних мікроскопів, які відрізняються зображеннями, які вони надають:

У скануючому електронному мікроскопі (SEM\(\PageIndex{3}\)) (рис.) промінь електронів рухається вперед і назад по поверхні клітини, надаючи деталі характеристик поверхні клітини шляхом відбиття. Клітини та інші структури зазвичай покриті металом на зразок золота.
У просвічувальному електронному мікроскопі (ТЕМ) 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.

бактерії сальмонели — **Малюнок\(\PageIndex{2}\):** Бактерії *сальмонели* розглядаються за допомогою світлового мікроскопа. (кредит: модифікація роботи CDC, Інститут патології збройних сил, Чарльз Фермер)

сальмонела SEM — **Малюнок\(\PageIndex{3}\):** Ця скануюча електронна мікрофотографія (SEM) показує бактерії *сальмонели* (червоного кольору), що вторгаються в клітини людини. (кредит: модифікація роботи лабораторій Rocky Mountain, NIAID, NIH; дані шкали від Метта Рассела)

Теорія клітин

Мікроскопи, які ми використовуємо сьогодні, набагато складніші, ніж ті, які використовував у 1600-х роках Ентоні ван Леувенгук, голландський крамар, який мав велику майстерність у виготовленні лінз. Незважаючи на обмеження своїх нині давніх лінз, ван Леувенгук спостерігав за рухами протестів (тип одноклітинного організму) і сперми, які він в сукупності назвав «тваринами».

У публікації 1665 року під назвою Micrographia вчений-експериментал Роберт Гук придумав термін «клітина» (від латинського cella, що означає «маленька кімната») для коробоподібних структур, які він спостерігав при перегляді коркової тканини через лінзу. У 1670-х роках ван Леувенгук виявив бактерії і найпростіші. Пізніші досягнення в області лінз і конструкції мікроскопа дозволили іншим вченим побачити різні компоненти всередині клітин.

До кінця 1830-х років ботанік Маттіас Шлейден і зоолог Теодор Шванн вивчали тканини і запропонували єдину клітинну теорію. Ця теорія має три принципи, які існують і сьогодні. Ними є:

Все живе складається з однієї або декількох клітин.
Клітина - це основна одиниця життя.
Всі нові клітини виникають з існуючих клітин.

Запит\(\PageIndex{1}\)

Activity

Посилання

Якщо не зазначено інше, зображення на цій сторінці ліцензуються відповідно до CC-BY 4.0 OpenStax.

Текст адаптований з: OpenStax, Концепції біології. OpenStax CNX. Травень 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10