سلول (یاخته): واحد بنیادی زندگی
سلول چیست و چگونه کشف شد؟
همهٔ موجودات زنده، از کوچکترین باکتری تا بزرگترین نهنگ، از واحدهای میکروسکوپی به نام سلول1 ساخته شدهاند. این مفهوم برای اولین بار در سال 1665 توسط رابرت هوک2، که با میکروسکوپ بسیار سادهای برش چوب پنبه را بررسی میکرد، مشاهده شد. او به فضاهای کوچک و منظمی برخورد که آنها را سلول (به معنای اتاقهای کوچک) نامید. سالها بعد، دانشمندان دریافتند که این فضاها در واقع دیوارههای سلولهای مرده هستند و بخشهای زنده و فعال درون آنها قرار دارد.
یکی از اصول اصلی زیستشناسی به نام نظریهٔ سلولی3 بر سه پایه استوار است:
1. همهٔ موجودات زنده از یک یا چند سلول ساخته شدهاند.
2. سلول واحد ساختاری و عملکردی موجودات زنده است.
3. همهٔ سلولها از سلولهای پیشین به وجود میآیند.
انواع سلول: پروکاریوت و یوکاریوت
سلولها به دو دستهٔ اصلی تقسیم میشوند: پروکاریوت4 و یوکاریوت5. تفاوت اصلی این دو در وجود یا عدم وجود هستهٔ6 واقعی است.
| ویژگی | سلول پروکاریوت | سلول یوکاریوت |
|---|---|---|
| هسته | فاقد هستهٔ واقعی (مواد ژنتیکی در سیتوپلاسم پراکنده است) | دارای هستهٔ واقعی و غشادار |
| اندامکها | فاقد اندامکهای غشادار (مانند میتوکندری) | دارای اندامکهای متعدد و تخصصیافته |
| اندازه | معمولاً کوچک (1-10 μm) | معمولاً بزرگتر (10-100 μm) |
| موجودات | باکتریها و آرکیها | گیاهان، جانوران، قارچها، آغازیان |
اجزای اصلی یک سلول یوکاریوت (جانوری و گیاهی)
هر سلول یوکاریوت مانند یک شهر کوچک است که هر بخش آن وظیفهٔ خاصی دارد. این بخشها اندامک7 نامیده میشوند. در جدول زیر مهمترین آنها معرفی شدهاند:
| اندامک | عملکرد (شغل در شهر سلول) | وجود در سلول |
|---|---|---|
| هسته6 | مرکز فرماندهی؛ حاوی DNA8 و کنترلکنندهٔ فعالیتهای سلول | همهٔ یوکاریوتها |
| میتوکندری9 | نیروگاه سلول؛ تولید کنندهٔ انرژی (ATP10) از غذا | همهٔ یوکاریوتها |
| ریبوزوم11 | کارخانهٔ پروتئینسازی؛ مونتاژ پروتئینها | همهٔ سلولها (پروکاریوت و یوکاریوت) |
| کلروپلاست12 | سایت فتوسنتز؛ تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی | فقط سلولهای گیاهی |
| دیوارهٔ سلولی | دیوارهٔ محافظ و سفت بیرونی؛ حفظ ساختار سلول | فقط سلولهای گیاهی و پروکاریوتها |
$ 6CO_2 + 6H_2O + \text{انرژی نور} \xrightarrow{\text{کلروپلاست}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 $
در این معادله، دیاکسیدکربن و آب با استفاده از انرژی نور خورشید به قند (گلوکز) و اکسیژن تبدیل میشوند.
تفاوتهای کلیدی سلول گیاهی و جانوری
اگرچه سلولهای گیاهی و جانوری هر دو یوکاریوت هستند، اما چند تفاوت ساختاری مهم دارند که به آنها اجازه میدهد عملکردهای مختلفی داشته باشند.
- دیوارهٔ سلولی: سلولهای گیاهی دارای دیوارهٔ سلولی سفت و سخت از جنس سلولز13 هستند که به آنها شکل ثابت میدهد. سلولهای جانوری فاقد این دیواره هستند و انعطافپذیرند.
- کلروپلاست: سلولهای گیاهی دارای کلروپلاست برای انجام فتوسنتز هستند. سلولهای جانوری کلروپلاست ندارند و غذای خود را باید از خارج دریافت میکنند.
- واکوئل14 مرکزی: سلولهای گیاهی به طور کلی یک واکوئل بزرگ مرکزی دارند که مانند یک انبار، آب، مواد مغذی و ضایعات را ذخیره میکند. واکوئلهای سلولهای جانوری کوچکتر و متعدد هستند.
تقسیم سلولی: میتوز و میوز
یکی از شگفتانگیزترین تواناییهای سلول، تقسیم شدن و تولید سلولهای جدید است. این فرآیند اساس رشد، ترمیم زخمها و تولیدمثل در موجودات زنده است. دو نوع اصلی تقسیم وجود دارد:
- میتوز15: فرآیندی که در آن یک سلول به دو سلول دختری کاملاً یکسان از نظر ژنتیکی تقسیم میشود. این نوع تقسیم برای رشد بدن و جایگزینی سلولهای فرسوده (مانند سلولهای پوست) استفاده میشود.
- میوز16: فرآیندی که سلولهای جنسی (اسپرم و تخمک) را تولید میکند. در میوز، یک سلول به چهار سلول دختری تقسیم میشود که هر کدام نصف تعداد کروموزومهای سلول اصلی را دارند. وقتی اسپرم و تخمک ترکیب میشوند، تعداد کروموزومها به حالت کامل بازمیگردد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. ویروسها سلول نیستند. آنها ذرات بسیار کوچکی هستند که فقط از مواد ژنتیکی (DNA یا RNA) و یک پوشش پروتئینی ساخته شدهاند. ویروسها برای تکثیر باید به یک سلول میزبان حمله کنند و از ماشین آلات سلولی آن استفاده کنند. به همین دلیل، بسیاری از دانشمندان ویروسها را موجود زنده نمیدانند.
پاسخ: کوچکترین سلولها، باکتریهایی مانند مایکوپلاسما هستند که اندازهای در حدود 0.1 μm دارند. بزرگترین سلول نیز تخم شترمرغ است (البته زردهٔ آن یک سلول منفرد است)! در بدن انسان، بزرگترین سلول، سلول تخم و کوچکترین سلولها، اسپرم است.
پاسخ: خیر. همهٔ سلولهای یک فرد اطلاعات ژنتیکی یکسانی دارند، اما تخصصیافته هستند. یعنی برخی از ژنها در سلولهای عضلانی روشن و در سلولهای عصبی خاموش هستند. این تفاوت در بیان ژنها باعث میشود سلولهای پوست، خون، عصبی و عضلانی شکل و عملکرد کاملاً متفاوتی داشته باشند.
پاورقی
1 سلول (Cell): کوچکترین واحد حیات که قادر به انجام تمام فرآیندهای ضروری زندگی است.
2 رابرت هوک (Robert Hooke)
3 نظریهٔ سلولی (Cell Theory)
4 پروکاریوت (Prokaryote): سلولهای فاقد هستهٔ غشادار.
5 یوکاریوت (Eukaryote): سلولهای دارای هستهٔ واقعی و اندامکهای غشادار.
6 هسته (Nucleus)
7 اندامک (Organelle)
8 DNA: دئوکسیریبونوکلئیک اسید (Deoxyribonucleic Acid)، مولکول حاوی اطلاعات ژنتیکی.
9 میتوکندری (Mitochondrion)
10 ATP: آدنوزین تریفسفات (Adenosine Triphosphate)، واحد انرژی سلول.
11 ریبوزوم (Ribosome)
12 کلروپلاست (Chloroplast)
13 سلولز (Cellulose)
14 واکوئل (Vacuole)
15 میتوز (Mitosis)
16 میوز (Meiosis)
