Kaasaegne raku teooria

Sisu

• TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
• Rakuteooria klassikalise tõlgendamise ajalugu
• Kaasaegse raku teooria praegune tõlgendus
• Kogu elu algas üherakulisena organismina
• Rakk: kõigi elusorganismide struktuuri ja funktsiooni põhiline ühik
• Mitoos: kõik rakud pärinevad olemasolevate rakkude jagunemisest
• Energiavoog rakkudes
• Kõik rakud sisaldavad DNA vormi
• Sarnasus sarnaste liikide rakkudes
• Mõned organismid on üherakulised
• Kõik elusad asjad koosnevad ühest või mitmest lahtrist
• Rakkude sõltumatud toimingud mõjutavad elava organismi tegevust
• Viirused: bioloogilise maailma zombid - need pole rakud

Kaasaegne raku teooria pole see kõik kaasaegne kui sa mõistad, kui kaua aega tagasi see alguse sai. 17. sajandi keskpaiga juurtega panustasid mitmed tänapäevased teadlased ja uurijad klassikalise rakuteooria põhimõtteid, mis postuleerisid, et rakud kujutavad endast elu peamisi ehitusplokke; kogu elu koosneb ühest või mitmest lahtrist ja uute rakkude loomine toimub siis, kui vanad rakud jagunevad kaheks.

TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)

Kaasaegse rakuteooria klassikaline tõlgendamine algab eeldusega, et kogu elu koosneb ühest või enamast lahtrist, rakud tähistavad elu põhilisi ehitusplokke, kõik rakud tulenevad olemasolevate rakkude jagunemisest, rakk esindab struktuuriühikut ja paigutus kõigis elusorganismides ja lõpuks see, et rakul on kahesugune eksistents ainulaadse, eristatava üksusena ja kõigi elusorganismide põhiliseks ehitusplokiks.

Rakuteooria klassikalise tõlgendamise ajalugu

Esimene inimene, kes raku vaatas ja avastas, Robert Hooke (1635-1703), tegi seda toorühendmikroskoobi abil - selle leiutas 16. sajandi lõpu lähedal Hollandi prillitootja Zacharias Janssen (1580-1638) koos isa abi - ja valgustussüsteem, mille Hooke kavandas Londoni kuningliku seltsi eksperimentide kuraatorina.

Hooke avaldas oma järeldused 1665. aastal oma raamatus "Mikrofaagia", mis sisaldas tema tähelepanekute käsitsi joonistatud jooniseid. Hooke avastas taimerakud, kui ta uuris oma muundatud ühendmikroskoobi läätse kaudu õhukest korgiviilu. Ta nägi arvukalt mikroskoopilisi sektsioone, mis tema jaoks meenutasid samu struktuure, mida leidus kärgstruktuurides. Ta nimetas neid "lahtriteks" ja nimi jäi kinni.

Hollandi teadlane Antony van Leeuwenhoek (1632–1705), päevast päeva kaupleja ja ise juhitud bioloogiatudeng, jõudis avastada ümbritseva maailma saladusi. Ehkki ta polnud formaalselt haritud, panustas ta valdkonda oluliste avastustega bioloogia. Leeuwenhoek avastas baktereid, protiste, spermatosoidide ja vererakke, pööritajaid ja mikroskoopilisi nematoodid ning muid mikroskoopilisi organisme.

Leewenhoeksi uuringud tõid tänapäevastele teadlastele uue teadlikkuse mikroskoopilise elu kohta, õhutades teisi, kes lõpuks mängiksid oma panuse tänapäevasesse rakuteooriasse. Esimesena väitis prantsuse füsioloog Henri Dutrochet (1776-1847), et rakk on bioloogilise elu põhiline ühik, kuid teadlased annavad tänapäevase rakuteooria arendamise eest tunnustust saksa füsioloogile Theodor Schwannile (1810-1882), saksa botaanikule Matthias Jakobile. Schleiden (1804-1881) ja saksa patoloog Rudolf Virchow (1821-1902). 1839. aastal pakkusid Schwann ja Schleiden välja, et rakk on elu põhiline ühik, ja Virchow järeldas 1858. aastal, et uued rakud pärinevad juba olemasolevatest rakkudest, täites klassikalise rakuteooria peamised põhimõtted. (Schwanni, Schleideni ja Virchowi kohta vaata https://www.britannica.com/biography/Theodor-Schwann, https://www.britannica.com/biography/Matthias-Jakob-Schleiden ja https: //www.britannica .com / elulugu / Rudolf-Virchow.)

Kaasaegse raku teooria praegune tõlgendus

Teadlased, bioloogid, teadlased ja teadlased, kasutades endiselt rakuteooria põhimõttelisi põhimõtteid, järeldavad rakuteooria tänapäevase tõlgendamise kohta järgmist:

Kogu elu algas üherakulisena organismina

Teadlased on kogu elu jälginud üheainsa tavalise üherakulise esivanemana, kes elas umbes 3,5 miljardit aastat tagasi, esmakordselt välja pakkunud evolutsioonist Charles Darwini rohkem kui 150 aastat tagasi.

Üks teooria viitab sellele, et kõik organismid, mis liigitatakse bioloogiate alla kolme põhidomeeni hulka, Archaea, bakterid ja Eukarya, arenesid välja kolmest eraldi esivanemast, kuid biokeemik Douglas Theobald Brandeisi ülikoolist Walthamis, Massachusettsis, vaidleb sellele vastu. Veebisaidi "National Geographic" artiklis ütleb ta, et selle toimumise tõenäosus on astronoomiline - umbes 1-10-st kuni 2680. võimsuseni. Sellele järeldusele jõudis ta pärast koefitsientide arvutamist statistiliste protsesside ja arvutimudelite abil. Kui see, mida ta ütleb, osutub tõeks, on enamiku kõigi planeedi põlisrahvaste idee õige: kõik on seotud.

Inimesed on 37,2 triljonist rakust koosnev pudi-padi. Kuid kõik inimesed, nagu ka kõik teised elusolendid planeedil, alustasid elu üherakulisena organismina. Pärast viljastamist läheb üherakuline embrüo, mida nimetatakse zygoteks, kiireks ülekäiguks, alustades esimest rakujagunemist 24–30 tunni jooksul pärast viljastamist. Rakk jaguneb eksponentsiaalselt päevade jooksul, mil embrüo siirdub inimese munajuhast, et siirdada end emakasse, kus see kasvab ja jaguneb edasi.

Rakk: kõigi elusorganismide struktuuri ja funktsiooni põhiline ühik

Ehkki kehas on kindlasti väiksemaid asju kui elusad rakud, jääb üksik rakk nagu Lego plokk põhiliseks struktuuri ja funktsiooni ühikuks kõigis elusorganismides. Mõned organismid sisaldavad ainult ühte rakku, teised aga mitmerakulised. Bioloogias on kahte tüüpi rakke: prokarüootid ja eukarüootid.

Prokarüootid tähistavad tuuma ja membraaniga suletud organellideta rakke, kuigi neil on DNA ja ribosoomid. Prokarüootis olev geneetiline materjal eksisteerib raku membraaniseinte sees koos teiste mikroskoopiliste elementidega. Eukarüootidel on tuum raku sees ja seotud eraldi membraaniga, aga ka membraaniga suletud organellid. Eukarüootsetes rakkudes on ka midagi, mida prokarüootsed rakud ei oma: organiseeritud kromosoomid geneetilise materjali säilitamiseks.

Mitoos: kõik rakud pärinevad olemasolevate rakkude jagunemisest

Rakud sünnitavad teisi rakke juba olemasoleva raku abil, mis jaguneb kaheks tütarrakuks. Teadlased nimetavad seda protsessi mitoosiks - rakkude jagunemiseks -, kuna üks rakk toodab kaks uut geneetiliselt identset tütarrakku. Kui mitoos ilmneb pärast seksuaalset paljunemist embrüo arenedes ja kasvades, toimub see ka elusorganismide kogu elu jooksul, et asendada vanad rakud uute rakkudega.

Klassikaliselt viieks erinevaks faasiks jaotatud rakutsükkel mitoosis hõlmab profaase, prometafaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi. Rakkude jagunemise vahelisel ajal tähistab interfaas osa rakutsükli faasist, kus rakk peatub ja võtab pausi. See võimaldab rakul mitoosiks valmistudes oma sisemist geneetilist materjali arendada ja kahekordistada.

Energiavoog rakkudes

Rakus toimub mitu biokeemilist reaktsiooni. Kombineerituna moodustavad need reaktsioonid rakkude metabolismi. Selle protsessi käigus purunevad mõned reaktiivsetes molekulides olevad keemilised sidemed ja rakk võtab energiat. Kui toodete valmistamiseks arenevad uued keemilised sidemed, vabastab see rakus energiat. Eksergoonilised reaktsioonid tekivad siis, kui rakk eraldab energiat oma ümbrusesse, moodustades tugevamad sidemed kui purunenud. Endergoonilistes reaktsioonides jõuab energia rakke selle ümbrusest, luues nõrgemad keemilised sidemed kui purunenud.

Kõik rakud sisaldavad DNA vormi

Paljunemiseks peab rakus olema mingil kujul desoksüribonukleiinhape, mis on kõigis elusorganismides kromosoomide oluliste elementidena esinev isenduv aine. Kuna DNA on geneetiliste andmete kandja, dubleeritakse algrakkude DNA-s talletatud teave tütarrakkudes. DNA annab raku lõplikuks arenguks sinise või taime- ja loomariigi eukarüootsete rakkude korral näiteks mitmerakulise eluvormi jaoks sinise.

Sarnasus sarnaste liikide rakkudes

Põhjus, miks bioloogid kõiki eluvorme klassifitseerivad ja kategoriseerivad, on mõista nende positsioone kogu planeedi elu hierarhias. Nad kasutavad Linnaeani taksonoomiasüsteemi kõigi elusolendite järjestamiseks domeeni, kuningriigi, varjupaiga, klassi, järjekorra, perekonna, perekonna ja liigi järgi. Seda tehes õppisid bioloogid, et sarnaste liikide organismides sisaldavad üksikud rakud põhimõtteliselt sama keemilist koostist.

Mõned organismid on üherakulised

Kõik prokarüootsed rakud on põhimõtteliselt üherakulised, kuid on tõendeid, et paljud neist üherakulistest rakkudest ühinevad kolooniaga sünnituse jagamiseks. Mõned teadlased peavad seda kolooniat mitmerakuliseks, kuid üksikud rakud ei vaja koloonia elamist ja toimimist. Bakterite ja Archaea domeenide alla liigitatud elusorganismid on kõik üherakulised organismid. Algloomad ning mõned vetikate ja seente vormid, eristuva ja eraldiseisva tuumaga rakud, on ka üherakulised organismid, mis on organiseeritud Eukarya domeeni alla.

Kõik elusad asjad koosnevad ühest või mitmest lahtrist

Kõik bakteri ja Archaea domeeni elusrakud koosnevad üherakulistest organismidest. Eukarya domeeni all on Protista kuningriigi elusorganismid üherakulised organismid, millel on eraldi identifitseeritud tuum. Protistide hulka kuuluvad algloomad, limavormid ja üherakulised vetikad. Teiste Eukarya domeeni alla kuuluvate kuningriikide hulka kuuluvad seened, planeedid ja Animalia. Pärmseened on seente kuningriigis üherakulised üksused, kuid muud seened, taimed ja loomad on mitmerakulised keerulised organismid.

Rakkude sõltumatud toimingud mõjutavad elava organismi tegevust

Ühes rakus toimuvad tegevused põhjustavad selle liikumist, energia sissevõtmist või vabastamist, paljunemist ja õitsengut. Mitmerakulistes organismides, nagu ka inimeses, arenevad rakud erinevalt, igaühel on oma individuaalsed ja iseseisvad ülesanded. Mõned rakud rühmituvad aju, kesknärvisüsteemi, luude, lihaste, sidemete ja kõõluste, peamiste kehaorganite ja muuks. Kõik üksikud rakutoimingud töötavad koos kogu keha heaks, et see saaks toimida ja elada. Näiteks vererakud toimivad mitmel tasandil, kandes hapnikku vajalikesse kehaosadesse; võitlus patogeenide, bakteriaalsete infektsioonide ja viirustega; ja süsinikdioksiidi vabastamine kopsude kaudu. Haigus ilmneb siis, kui üks või mitu neist funktsioonidest lagunevad.

Viirused: bioloogilise maailma zombid - need pole rakud

Teadlased, bioloogid ja viroloogid ei nõustu viiruste olemusega, kuna mõned eksperdid peavad neid elusorganismideks, kuid need ei sisalda üldse rakke. Ehkki nad jäljendavad paljusid elusorganismides leiduvaid tunnuseid, ei ole nad tänapäevases rakuteoorias viidatud määratluste kohaselt elusorganismid.

Viirused on bioloogilise maailma zombid. Elades inimtühjal maal hallil alal elu ja surma vahel, väljaspool rakke esinevad viirused valgukesta ümbritsetud kapsiidina või lihtsa valgukattena, mis on mõnikord ümbritsetud membraaniga. Kapsiid ümbritseb ja talletab RNA või DNA materjali, mis sisaldab viiruse koode.

Kui viirus siseneb elusorganismi, leiab ta raku peremehe, kuhu oma geneetilist materjali süstida. Seda tehes kodeerib ta peremeesrakkude DNA, võttes üle rakkude funktsiooni. Seejärel hakkavad nakatunud rakud tootma rohkem viirusvalku ja paljunevad viiruste geneetiline materjal, kuna see levitab haigust kogu elusorganismis. Mõned viirused võivad peremeesrakkudes pikka aega magada, põhjustades peremeesrakus ilmseid muutusi, mida nimetatakse lüsogeenseks faasiks. Pärast stimuleerimist viirus siseneb lüütilisse faasi, kus uued viirused replitseeruvad ja ise kogunevad enne peremeesraku tapmist, kuna viirus purskub teiste rakkude nakatamiseks.