يمكن أن تكون أجسام الكائنات الحية خلية واحدة أو مجموعة منها أو تراكم ضخم يصل عددها إلى بلايين من هذه الهياكل الأولية. وتشمل الأخيرة معظم النباتات العليا. تتعامل دراسة الخلية - العنصر الرئيسي في بنية ووظائف الكائنات الحية - مع علم الخلايا. بدأ هذا الفرع من علم الأحياء في التطور بسرعة بعد اكتشاف المجهر الإلكتروني ، وتحسين الفصل اللوني وطرق الكيمياء الحيوية الأخرى. ضع في اعتبارك السمات الرئيسية ، وكذلك الميزات التي تختلف بها الخلية النباتية عن أصغر الوحدات الهيكلية لتركيب البكتيريا والفطريات والحيوانات.
فتح الخلية بواسطة R. Hooke
لقد مرت نظرية العناصر الدقيقة لبنية جميع الكائنات الحية على طريق التطور ، والتي تقاس بمئات السنين. شوهد هيكل غشاء الخلية النباتية لأول مرة في مجهره من قبل العالم البريطاني ر. هوك. تم صياغة الأحكام العامة لفرضية الخلية بواسطة شلايدن وشوان ، قبل أن توصل باحثون آخرون إلى استنتاجات مماثلة.
قام الإنجليزي ر. هوك بفحص شريحة من فلين البلوط تحت المجهر وقدم النتائج في اجتماع الجمعية الملكية في لندن في 13 أبريل 1663 (وفقًا لـمصادر أخرى ، وقع الحدث في عام 1665). اتضح أن لحاء الشجرة يتكون من خلايا دقيقة ، أطلق عليها هوك اسم "الخلايا". تشكل جدران هذه الغرف نمطًا على شكل قرص عسل ، اعتبر العالم مادة حية ، وتم التعرف على التجويف على أنه هيكل مساعد هامد. فيما بعد ثبت أنه داخل خلايا النباتات والحيوانات تحتوي على مادة لا يمكن بدونها وجودها ونشاط الكائن الحي بأكمله.
نظرية الخلية
تم تطوير الاكتشاف المهم لـ R. Hooke في أعمال علماء آخرين درسوا بنية الخلايا الحيوانية والنباتية. وقد لاحظ العلماء عناصر هيكلية مماثلة في أقسام مجهرية من الفطريات متعددة الخلايا. وجد أن الوحدات الهيكلية للكائنات الحية لديها القدرة على الانقسام. بناءً على البحث ، صاغ ممثلو العلوم البيولوجية في ألمانيا M. Schleiden و T. Schwann فرضية أصبحت فيما بعد نظرية الخلية.
سمحت مقارنة الخلايا النباتية والحيوانية بالبكتيريا والطحالب والفطريات للباحثين الألمان بالتوصل إلى الاستنتاج التالي: "الغرف" التي اكتشفها ر. هوك هي وحدات هيكلية أولية ، والعمليات التي تحدث فيها تكمن وراء الحياة لمعظم الكائنات الحية على الأرض. تم إجراء إضافة مهمة بواسطة R. Virkhov في عام 1855 ، مشيرًا إلى أن الانقسام الخلوي هو الطريقة الوحيدة لتكاثرها. أصبحت نظرية شلايدن شوان مع التحسينات مقبولة بشكل عام في علم الأحياء.
الخلية هي أصغر عنصر في بنية وحياة النباتات
حسب المواقف النظرية لشلايدن وشوان ،العالم العضوي واحد ، مما يثبت التركيب المجهري المتماثل للحيوانات والنباتات. بالإضافة إلى هاتين المملكتين ، فإن الوجود الخلوي هو سمة من سمات الفطريات والبكتيريا والفيروسات. يتم ضمان نمو وتطور الكائنات الحية من خلال ظهور خلايا جديدة في عملية تقسيم الخلايا الموجودة.
الكائن متعدد الخلايا ليس مجرد تراكم للعناصر الهيكلية. تتفاعل وحدات صغيرة من الهيكل مع بعضها البعض ، وتشكل الأنسجة والأعضاء. تعيش الكائنات وحيدة الخلية في عزلة لا تمنعها من تكوين مستعمرات. الملامح الرئيسية للخلية:
- القدرة على الوجود المستقل ؛
- التمثيل الغذائي الخاص ؛
- الاستنساخ الذاتي
- تطوير
في تطور الحياة ، كانت إحدى أهم المراحل هي فصل النواة عن السيتوبلازم بمساعدة غشاء واقي. تم الحفاظ على الاتصال ، لأن هذه الهياكل لا يمكن أن توجد بشكل منفصل. حاليًا ، هناك مملكتان عظميان - كائنات غير نووية ونووية. تتكون المجموعة الثانية من النباتات والفطريات والحيوانات ، والتي يتم دراستها من قبل فروع العلوم والبيولوجيا ذات الصلة بشكل عام. تحتوي الخلية النباتية على نواة ، وسيتوبلازم ، وعضيات ، والتي سيتم مناقشتها أدناه.
تنوع الخلايا النباتية
عند كسر البطيخ أو التفاح أو البطاطس الناضجة ، يمكنك رؤية "خلايا" هيكلية مليئة بالسائل بالعين المجردة. هذه خلايا حمة جنينية يصل قطرها إلى 1 مم. ألياف اللحاء عبارة عن هياكل مستطيلة يتجاوز طولها العرض بشكل كبير. علي سبيل المثال،يصل طول خلية نبات يسمى القطن إلى 65 ملم. ألياف اللحاء من الكتان والقنب لها أبعاد خطية 40-60 مم. الخلايا النموذجية أصغر بكثير -20-50 ميكرومتر. لا يمكن رؤية هذه العناصر الهيكلية الدقيقة إلا تحت المجهر. تتجلى ملامح أصغر الوحدات الهيكلية للكائن النباتي ليس فقط في الاختلافات في الشكل والحجم ، ولكن أيضًا في الوظائف التي يتم إجراؤها في تكوين الأنسجة.
الخلية النباتية: السمات الهيكلية الأساسية
النواة والسيتوبلازم مترابطان بشكل وثيق ويتفاعلان مع بعضهما البعض ، وهو ما أكده بحث العلماء. هذه هي الأجزاء الرئيسية للخلية حقيقية النواة ، وجميع العناصر الهيكلية الأخرى تعتمد عليها. تعمل النواة على تخزين ونقل المعلومات الجينية اللازمة لتخليق البروتين.
لاحظ العالم البريطاني ر. براون لأول مرة في عام 1831 جسمًا خاصًا (نواة) في خلية نبات من عائلة الأوركيد. كانت نواة محاطة بسيتوبلازم شبه سائل. يعني اسم هذه المادة في الترجمة الحرفية من اليونانية "الكتلة الأساسية للخلية." قد يكون أكثر سائلة أو لزجًا ، لكنه بالضرورة مغطى بغشاء. يتكون الغلاف الخارجي للخلية بشكل أساسي من السليلوز واللجنين والشمع. إحدى السمات التي تميز الخلايا النباتية والحيوانية هي وجود جدار السليلوز القوي هذا.
هيكل السيتوبلازم
يمتلئ الجزء الداخلي من الخلية النباتية بالهيالوبلازم مع حبيبات صغيرة معلقة فيه. أقرب إلى القشرة ، يمر ما يسمى الإندوبلازم إلى خارجي أكثر لزوجة. بالضبطهذه المواد ، التي تمتلئ بها الخلية النباتية ، تعمل كمكان لتدفق التفاعلات الكيميائية الحيوية ونقل المركبات ، ووضع العضيات والشوائب.
ما يقرب من 70-85٪ من السيتوبلازم عبارة عن ماء ، و 10-20٪ عبارة عن بروتينات ، ومكونات كيميائية أخرى - كربوهيدرات ، ودهون ، ومركبات معدنية. تحتوي الخلايا النباتية على السيتوبلازم ، حيث يوجد ، من بين المنتجات النهائية للتوليف ، منظمات حيوية للوظائف والمواد الاحتياطية (الفيتامينات ، والإنزيمات ، والزيوت ، والنشا).
كور
تظهر المقارنة بين الخلايا النباتية والحيوانية أن لديهم بنية مشابهة للنواة ، وتقع في السيتوبلازم وتشغل ما يصل إلى 20٪ من حجمها. الإنجليزي ر. براون ، الذي فحص هذا المكون الأكثر أهمية وثابتًا لأول مرة من جميع حقيقيات النوى تحت المجهر ، أطلق عليه اسمًا من الكلمة اللاتينية nucleus. عادة ما يرتبط مظهر النوى بشكل الخلايا وحجمها ، ولكن في بعض الأحيان يختلف عنها. العناصر الإلزامية للهيكل هي الغشاء و karyolymph و nucleolus و chromatin.
هناك مسام في الغشاء تفصل النواة عن السيتوبلازم. ينقلون المواد من النواة إلى السيتوبلازم والعكس صحيح. Karyolymph هو محتوى نووي سائل أو لزج مع مناطق من الكروماتين. تحتوي النواة على الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يدخل ريبوسومات السيتوبلازم للمشاركة في تخليق البروتين. حمض نووي آخر ، حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA) ، موجود أيضًا بكميات كبيرة. تم اكتشاف الحمض النووي والحمض النووي الريبي لأول مرة في الخلايا الحيوانية في عام 1869 وتم العثور عليها لاحقًا في النباتات. النواة هي المركزإدارة العمليات داخل الخلايا ، مكان لتخزين المعلومات حول الخصائص الوراثية للكائن الحي بأكمله.
الشبكة الإندوبلازمية (ER)
بنية الخلايا الحيوانية والنباتية لها تشابه كبير. توجد بالضرورة في السيتوبلازم نبيبات داخلية مملوءة بمواد مختلفة المنشأ والتركيب. يختلف النوع الحبيبي لـ EPS عن النوع الحبيبي عن طريق وجود الريبوسومات على سطح الغشاء. الأول يشارك في تخليق البروتينات ، والثاني يلعب دورًا في تكوين الكربوهيدرات والدهون. كما أثبت الباحثون ، القنوات لا تخترق السيتوبلازم فحسب ، بل ترتبط بكل عضية في الخلية الحية. لذلك ، فإن قيمة EPS تحظى بتقدير كبير كمشارك في التمثيل الغذائي ، وهو نظام للتواصل مع البيئة.
ريبوسوم
يصعب تخيل بنية خلية نباتية أو حيوانية بدون هذه الجزيئات الصغيرة. الريبوسومات صغيرة جدًا ولا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر الإلكتروني. تسود البروتينات وجزيئات الأحماض النووية الريبية في تكوين الأجسام ، وهناك كمية صغيرة من أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. يتركز معظم الحمض النووي الريبي في الخلية في الريبوسومات ؛ فهي توفر تخليق البروتين عن طريق "تجميع" البروتينات من الأحماض الأمينية. ثم تدخل البروتينات قنوات ER وتحملها الشبكة في جميع أنحاء الخلية ، وتخترق النواة.
ميتوكوندريا
تعتبر عضيات الخلية محطات الطاقة الخاصة بها ، وتكون مرئية عند تكبيرها في مجهر ضوئي تقليدي. يختلف عدد الميتوكوندريا على مدى واسع جدًا ، فقد تكون هناك وحدات أو آلاف. هيكل العضوي ليس معقدًا للغاية ، فهناك نوعانأغشية ومصفوفة في الداخل. تتكون الميتوكوندريا من دهون البروتين ، DNA و RNA ، وهي مسؤولة عن التخليق الحيوي لـ ATP - حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك. تتميز هذه المادة من خلية نباتية أو حيوانية بوجود ثلاثة فوسفات. يوفر انقسام كل منها الطاقة اللازمة لجميع عمليات الحياة في الخلية نفسها وفي جميع أنحاء الجسم. على العكس من ذلك ، فإن إضافة بقايا حامض الفوسفوريك تجعل من الممكن تخزين الطاقة ونقلها بهذا الشكل في جميع أنحاء الخلية.
ضع في اعتبارك عضيات الخلية في الشكل أدناه وقم بتسمية تلك التي تعرفها بالفعل. لاحظ الحويصلة الكبيرة (فجوة) والبلاستيدات الخضراء (البلاستيدات الخضراء). سنتحدث عنها لاحقا
مجمع جولجي
يتكون العضوي الخلوي المركب من حبيبات وأغشية وفجوات. تم افتتاح المجمع عام 1898 وسمي على اسم عالم الأحياء الإيطالي. ميزات الخلايا النباتية هي التوزيع المنتظم لجزيئات جولجي في جميع أنحاء السيتوبلازم. يعتقد العلماء أن المجمع ضروري لتنظيم محتوى الماء والنفايات ، وإزالة المواد الزائدة.
بلاستيدات
فقط خلايا الأنسجة النباتية تحتوي على عضيات خضراء. بالإضافة إلى ذلك ، هناك بلاستيدات عديمة اللون ، صفراء وبرتقالية. يعكس هيكلها ووظائفها نوع تغذية النبات ، وهي قادرة على تغيير اللون بسبب التفاعلات الكيميائية. الأنواع الرئيسية للبلاستيدات:
- كروموبلاستيدات برتقالية وصفراء مكونة من كاروتين وزانثوفيل ؛
- البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على حبيبات الكلوروفيل -صبغة خضراء ؛
- leucoplasts بلاستيدات عديمة اللون.
يرتبط هيكل الخلية النباتية بالتفاعلات الكيميائية لتخليق المادة العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة الضوئية. اسم هذه العملية المذهلة والمعقدة للغاية هو التمثيل الضوئي. تتم التفاعلات بفضل الكلوروفيل ، فهذه المادة هي القادرة على التقاط طاقة شعاع من الضوء. يفسر وجود الصبغة الخضراء اللون المميز للأوراق والسيقان العشبية والفواكه غير الناضجة. الكلوروفيل مشابه في تركيبه للهيموجلوبين في دم الحيوانات والبشر.
اللون الأحمر والأصفر والبرتقالي لأعضاء النبات المختلفة يرجع إلى وجود البلاستيدات الملونة في الخلايا. تعتمد على مجموعة كبيرة من الكاروتينات التي تلعب دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي. Leucoplasts هي المسؤولة عن تخليق وتراكم النشا. تنمو البلاستيدات وتتكاثر في السيتوبلازم ، وتتحرك معها على طول الغشاء الداخلي للخلية النباتية. فهي غنية بالأنزيمات والأيونات والمركبات النشطة بيولوجيا أخرى.
الاختلافات في التركيب المجهري للمجموعات الرئيسية للكائنات الحية
معظم الخلايا تشبه كيسًا صغيرًا مليئًا بالمخاط والأجسام والحبيبات والحويصلات. غالبًا ما توجد شوائب مختلفة في شكل بلورات صلبة من المعادن وقطرات من الزيوت وحبوب النشا. الخلايا على اتصال وثيق في تكوين الأنسجة النباتية ، وتعتمد الحياة ككل على نشاط هذه الوحدات الهيكلية الأصغر التي تشكل كليًا.
مع هيكل متعدد الخلايا ، هناكالتخصص الذي يتم التعبير عنه في المهام والوظائف الفسيولوجية المختلفة للعناصر الهيكلية المجهرية. يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال موقع الأنسجة في الأوراق أو الجذر أو الساق أو الأعضاء المنتجة للنبات.
دعنا نسلط الضوء على العناصر الرئيسية لمقارنة الخلية النباتية مع الوحدات الهيكلية الأولية للكائنات الحية الأخرى:
- قشرة كثيفة ، مميزة فقط للنباتات ، تتكون من الألياف (السليلوز). في الفطريات ، يتكون الغشاء من الكيتين المتين (بروتين خاص).
- تختلف خلايا النباتات والفطريات في اللون بسبب وجود او عدم وجود البلاستيدات. الأجسام مثل البلاستيدات الخضراء والبلاستيدات الخضراء والبلاستيدات البيضاء موجودة فقط في السيتوبلازم النباتي.
- هناك عضو عضوي يميز الحيوانات - هذا هو المريكز (مركز الخلية).
- فقط في الخلية النباتية توجد فجوة مركزية كبيرة مملوءة بمحتوى سائل. عادةً ما يتم تلوين نسغ الخلية بأصباغ بألوان مختلفة.
- المركب الاحتياطي الرئيسي للكائن النباتي هو النشا. تتراكم الفطر والحيوانات في خلاياها الجليكوجين.
من بين الطحالب ، يُعرف العديد من الخلايا الفردية التي تعيش بحرية. على سبيل المثال ، هذا الكائن المستقل هو الكلاميوموناس. على الرغم من أن النباتات تختلف عن الحيوانات في وجود جدار خلوي من السليلوز ، إلا أن الخلايا الجرثومية تفتقر إلى مثل هذه القشرة الكثيفة - وهذا دليل آخر على وحدة العالم العضوي.
