O celulă este cea mai mică unitate a lumii vii. Un lucru viu, chiar dacă este format dintr-o singură celulă (cum este o bacterie) sau din mai multe celule (cum este omul), se numește organism. Așadar, celulele sunt „cărămizile” de la baza tuturor organismelor.
Mai multe celule de același fel care sunt conectate una cu cealaltă și îndeplinesc aceeași funcție formează un țesut; mai multe țesuturi se combină pentru a forma un organ (cum sunt stomacul, inima sau creierul), iar mai multe organe formează un sistem de organe (cum sunt sistemul digestiv, sistemul circulator sau sistemul nervos). Mai multe sisteme care funcționează împreună formează un organism (cum este corpul uman).
Există numeroase tipuri de celule, toate fiind grupate în una din două categorii majore: procariote și eucariote. De exemplu, toate celulele de la plante și animale sunt celule eucariote, în timp ce bacteriile sunt procariote.
Microscopia
Celulele variază în dimensiuni. Cu câteva excepții, celulele nu pot fi observate cu ochiul liber, motiv
pentru care oamenii de știință utilizează microscopul pentru a le studia (micro = „mic” și scope = „a se uita”). Un microscop este un instrument care mărește un obiect. Majoritatea fotografiilor celulelor sunt realizate la microscop și se mai numesc micrografii.
Microscopul optic
O globulă roșie umană tipică are un diametru opt micrometri (opt milionimi dintr-un metru); gămălia unui ac are doi milimetri (două miimi dintr-un metru). Aceasta înseamnă că circa 250 de globule roșii ar putea încăpea în gămălia unui ac.
Majoritatea microscoapelor folosite în universități sunt microscoape optice (microscoape cu lumină vizibilă). Lumina vizibilă trece printr-un sistem de lentile pentru a permite utilizatorului să vadă specimenul de pe lamela microscopului. Microscoapele optice prezintă avantaje pentru observarea organismelor vii, dar, deoarece majoritatea celulelor sunt transparente, componentele celulare nu sunt vizibile decât dacă sunt colorate. Însă colorarea omoară, de obicei, celulele.
Microscoapele optice (Figura 1a) utilizate în școli pot mări până la 400 de ori. Doi parametri importanți în microscopie sunt puterea de mărire și puterea de rezoluție (puterea de separare). Puterea de mărire reprezintă, după cum îi spune și numele, capacitatea unui microscop de a mări un obiect. Puterea de rezoluție este capacitatea unui microscop de a distinge două structuri adiacente separate: cu cât rezoluție este mai mare, cu atât claritatea și detaliile imaginii sunt mai bune.
Atunci când lentilele cu imersie în ulei sunt folosite pentru studierea obiectelor mici, puterea de mărire este crescută la 1000 de ori.
Pentru a studia mai bine structura și funcțiile celulei, oamenii de știință folosesc microscoapele electronice.
Figura 1 – (a) Majoritatea microscoapelor optice utilizate în laboratoarele de biologie din școli pot mări celulele de până la 400 de ori și au o rezoluție de circa 200 de nanometri. (b) Microscoapele electronice oferă o putere de mărire mult mai mare, 100.000 de ori, și au o rezoluție de 50 de picometri. | Sursa: (a) GCG/WIKIMEDIA COMMONS; (b) EVAN BENCH
Microscopul electronic
Spre deosebire de microscopul optic, microscopul electronic (Figura 1b) folosește un fascicul de electroni în loc de un fascicul de lumină. Acest lucru conferă o putere de mărire și o putere de rezoluție mai mari (Figura 2).
Metoda folosită pentru pregătirea specimenului în vederea observării la microscopul electronic ucide specimenul. Electronii au lungimi de undă mai scurte decât fotonii și se deplasează cel mai bine în vid, astfel încât celulele vii nu pot fi văzute cu un microscop electronic.
Figura 2 – (a) Bacteria Salmonella apare sub forma unor mici puncte violet atunci când este observată la microscopul optic. (b) Micrografia realizată cu microscopul electroni cu scanare arată bacteria Salmonella (cu roșu) invadând celule umane (cu galben); se observă detaliile mult mai bune. | Sursa: (a) CDC/ARMED FORCES INSTITUTE OF PATHOLOGY, CHARLES N. FARMER, ROCKY MOUNTAIN LABORATORIES; (b) NIAD, NIH
Teoria celulară
Microscoapele folosite astăzi sunt mult mai complexe decât cele folosite în anii 1600 de către Antony van Leeuwenhoek, un negustor olandez priceput în crearea lentilelor. În ciuda limitărilor celulelor din acea vreme, van Leeuwenhoek a observat mișcările organismelor unicelulare, pe care le-a numit în mod colectiv „animalcule”.
Într-o publicație din anul 1665 numită Micrographia, savantul Robert Hooke a inventat termenul de „celulă” pentru structurile în formă de cutie pe care le observa atunci când privea țesutul de plută printr-o lentilă. În anii 1670, van Leeuwenhoek a descoperit bacteriile și protozoarele. Progresele ulterioare în fabricarea lentilelor, construirea microscoapelor și tehnicile de colorare au permis altor oameni de știință să vadă unele componente din interiorul celulelor.
La sfârșitul anilor 1830, botanistul Matthias Schleiden și zoologul Theodor Schwann studiau țesuturile și propunea teoria celulară unificată, care afirmă că: (1) toate viețuitoarele sunt compuse din una sau mai multe celule, (2) celula este unitatea de bază a vieții și (3) celulele noi apar din celule existente. Rudolf Virchow și-a adus apoi contribuții importante la această teorie.
Sursa (text și imagini): Openstax.org (CC BY 4.0)