Клетка - это наименьшая единица живого существа. Живое существо, тоже, называются организмом. Таким образом, клетки являются основными строительными блоками всех организмов.
В многоклеточных организмах несколько клеток одного вида взаимодействуют друг с другом и выполняют общие функции для формирования тканей (например, мышечной, соединительной и нервной ткани), несколько тканей объединяются в один орган (например, желудок, сердце или мозг), а несколько органов составляют систему органов (например, пищеварительную, кровеносную или нервную системы). Несколько систем, функционирующих вместе, образуют организм.
Существует множество типов клеток, и все они сгруппированы в одну из двух широких категорий: прокариотические и эукариотические. Животные, растительные, грибковые и простые клетки классифицируются как эукариотические, а бактериальные клетки и клетки археи - как прокариотические.
Рассмотрим, как биологи изучают клетки.
Микроскопия
Размеры клеток различны. За редким исключением отдельные клетки слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, поэтому ученые используют микроскопы для их изучения. Микроскоп - это инструмент для увеличения объекта. Большинство изображений клеток снимаются микроскопом и называются микрографами.
Световые микроскопы
Чтобы дать точное представление о размере клетки, типичные красные кровяные тельца человека составляет около восьми миллионных долей метра или восьми микрометров (сокращенно µm) в диаметре; головка булавки составляет около двух тысячных долей метра (миллиметра, или мм) в диаметре. Это означает, что примерно 250 красных кровяных телец могут поместиться на голове булавки.
Оптика объективов светового микроскопа изменяет ориентацию изображения. Образец, находящийся на слайде микроскопа правой стороной вверх и обращенный вправо, при просмотре через микроскоп будет отображаться вверх ногами и влево, и наоборот. Аналогичным образом, если слайд перемещается влево при взгляде через микроскоп, он будет двигаться вправо, а если перемещаться вниз, то похоже, что перемещается вверх. Это происходит потому, что микроскопы используют два набора линз для увеличения изображения. Благодаря тому, как свет проходит через объективы, эта система объективов создает инвертированное изображение (бинокль и рассекающий микроскоп работают аналогичным образом, но имеют дополнительную систему увеличения, благодаря которой конечное изображение выглядит вертикально).
Большинство студенческих микроскопов классифицируются как световые микроскопы. Видимый свет проникает сквозь систему объективов и изгибается ею, чтобы пользователь мог видеть образец. Световые микроскопы удобны для просмотра живых организмов, но поскольку отдельные клетки обычно прозрачны, их компоненты не различаются, если только они не окрашены специальными пятнами. Однако, он убивает клетки.
Световые микроскопы, широко используемые в лаборатории колледжа, увеличиваются примерно в 400 раз. Два параметра, которые важны для микроскопии - увеличение и разрешающая способность. Увеличение - это степень увеличения объекта. Решающей способностью является способность микроскопа различать две смежные структуры как отдельные; чем выше разрешение, тем ближе могут быть эти два объекта, и тем лучше четкость и детальность изображения. При использовании масляных иммерсионных линз увеличение обычно увеличивается до 1000 раз для исследования небольших клеток, как и большинство прокариотических клеток. Поскольку свет, попадающий в образец снизу, фокусируется на глаз наблюдателя, образец можно рассмотреть с помощью световой микроскопии. По этой причине, для прохождения света через образец, образец должен быть тонким или прозрачным.
Вторым типом микроскопов, используемых в лабораториях, является рассекающий микроскоп. Эти микроскопы имеют меньшее увеличение (в 20 - 80 раз больше размера объекта), чем световые микроскопы, и могут обеспечить трехмерный обзор образца. Толстые объекты могут быть исследованы со многими компонентами в фокусе одновременно. Эти микроскопы предназначены для того, чтобы дать увеличенное и четкое представление о структуре тканей, а также анатомии всего организма.
Как и световые микроскопы, большинство современных рассекающих микроскопов также являются биноклями, что означает, что они имеют две отдельные системы линз, по одной на каждый глаз. Системы объективов отделены друг от друга на определенном расстоянии, что позволяет ощутить глубину обзора объекта съемки и облегчает работу с ним вручную. Разрез микроскопов также имеет оптику, которая корректирует изображение таким образом, что оно выглядит так, как будто его видит невооруженный глаз, а не как инвертированное изображение. Свет, освещающий образец под рассекающим микроскопом, обычно исходит сверху образца, но может быть направлен и снизу.
Электронные микроскопы
В отличие от световых микроскопов, электронные микроскопы используют луч электронов, а не луч света. Это не только обеспечивает более высокое увеличение и, следовательно, более детальное изображение, но и более высокую разрешающую способность. Подготовка образца для просмотра под электронным микроскопом убивает его, поэтому живые клетки не могут быть просмотрены с помощью этого типа микроскопии. Кроме того, луч электрона лучше всего перемещается в вакууме, что делает невозможным просмотр живых материалов.
В сканирующем электронном микроскопе пучок электронов перемещается вперед-назад по поверхности клетки, передавая детали характеристик поверхности клетки путем отражения. Ячейки и другие структуры обычно покрыты металлом, подобным золоту. В просвечивающем электронном микроскопе электронный луч передается через ячейку и предоставляет подробную информацию о внутренних структурах ячейки. Как вы можете себе представить, электронные микроскопы значительно более громоздкие и дорогие, чем световые микроскопы.
Клеточная теория
Микроскопы, которые мы используем сегодня, намного сложнее, чем те, которые использовались в 1600-х годах Антони ван Лиувенхуком, голландским продавцом, обладающим большим опытом в изготовлении объективов.
К концу 1830-х годов ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн изучали ткани и предложили единую клеточную теорию, которая гласит:
"Все живое состоит из одной или нескольких клеток, что клетка - это основная единица жизни, и что все новые клетки возникают из существующих."
Эти принципы остаются в силе и по сей день.
