أكتشاف الخلية

مقدمة عن النظرية الخلوية

الخلية: هي وحدة البناء الاساسية في الكائنات الحية.

(س 2) ما الظواهر التي تشترك فيها جميع الكائنات الحية؟

(1) التغذية (2) التنفس (3) الإخراج (4) النمو

(5) التكاثر (6) الحركة (7) الإحساس ( الاستجابة للمؤثرات الخارجية)

مثال : (1) يتكون جسم الإنسان من عدة أجهزة لكل منها وظائف حيوية معينة وتعمل الأجهزة في تعاون وتكامل وذلك لأداء مظاهر الحياة مثل ( الجهاز الهضمي – الجهاز التنفسي – الجهاز الدوري – الجهاز الحركي وغيرها..)

(2)كل جهاز يتكون من عدة أعضاء. الجهاز الهضمي مثلا يتكون من عدة أعضاء.

العضو يتكون من عدة أنسجة.

مثال : المعدة تتكون من :

1. نسج طلائي للوقاية 02)نسيج عضلي ( 3)نسيج غدي.

2. النسيج يتكون من خلايا متشابهة في التركيب والوظيفة.

3. الخلية العضلية اسطوانية و طويلة و تتجمع مكونة الياف و تمتاز بقدرتها على الانقباض و الانبساط لسهولة حركة الكائن الحى

ما هي أنواع الكائنات الحية؟

1- كائنات حية وحيدة الخلية مثل ( الأميبا والبكتريا) كائنات حية عديدة الخلايا.

أ‌- حيوان مثل  الفيل – النملة

ب- نبات مثل ( الاشجار)

هل هناك علاقة بين شكل الخلية ووظيفتها؟

هناك علاقة بين شكل الخلية و الوظيفة التى تؤديها فالخلية العصبية طويلة لنقل الرسائل العصبية من الحبل الشوكى الموجوده داخل العمود الفقرى الى اصابع قدميك

كيف اكتشفت الخلية؟

اسم العالم	أهم أعماله لاكتشاف الخلية.
العالم الانجليزي روبرت هوك. Robert Hooke	روبرت هوك‎ (Robert Hooke) ‎والبداية‎: ‎يُعتبر العالم الإنجليزي روبرت هوك نقطة الانطلاق في تاريخ نظرية الخلية في عام (1655)، استخدم مجهرًا ضوئيًا قام بتطويره لفحص شريحة رقيقة من الفلين حيث لاحظ هوك وجود فجوات صغيرة فارغة تشبه خلايا النحل، وكان أول من أطلق عليها مصطلح ‏‎"‎خلايا‎" (cells) ‎‏ ‏ حيث وجد أن هذه الأنسجة مكونة من فجوات صغيرة متتالية في طبقات تفصلها جدر وتشبه لحد كبير خلايا عش حشرة النحل وتسمي كل منها خلية " هو اسم مشتق من الكلمة اللاتينية Callula ومعناها فجوة صغيرة. وعلى الرغم من أنه كان يرى في الواقع جدران خلايا نباتية ميتة ولم يكن يدرك وظيفتها الحقيقية، إلا أن اكتشافه هذا وضع ‏الأساس لمفهوم أن الكائنات الحية تتكون من وحدات صغيرة متكررة وقد ألهمت ملاحظاته، التي نشرها في كتابه الشهير ‏‏"الميكروغرافيا‏‎" (Micrographic)‎، أجيالًا من العلماء لمواصلة البحث‎
العالم الهولندي فان ليفنهوك V. Leuwenhoek	أنطوني فان ليفنهوك (Antonie van Leeuwenhoek) ورؤية الحياة الدقيقة: بعد هوك بفترة قصيرة، قام العالم الهولندي ليفنهوك بصنع مجهرا له قوة تكبير حتى 200 مرة في عام (1674).، كان أول شخص يشاهد الخلايا الحية تحت المجهر حيث وصف الكائنات الدقيقة المتحركة من مياه البرك مثل البكتيريا والطحالب بالاضافة الى كريات الدم الحمراء، وأطلق عليها اسم "الحيوانات الدقيقة" (animalcules) ووسعت اكتشافاته فهم العلماء لعالم الخلايا بشكل كبير.
ماتياس شلايدن (Matthias Schleiden)	أعلن شلايدن، وهو عالم نبات، في عام 1838 أن جميع النباتات تتكون من خلايا ولقد حرص على أن ‏الخلية هي الوحدة الأساسية في عالم النبات.
(العالم تيودور شوان عالم الحيوان Schwann	بعد ذلك بعام 1839، قام شوان، وهو عالم حيوان، بتعميم هذه الفكرة لتشمل الحيوانات، معلنًا أن جميع الحيوانات أيضًا تتكون من ‏خلايا و‎بالاعتماد على المجاهر المحسّنة التي شجعوا على تطويرها (مثل عدسات كارل زايس)، وضع شلايدن وشوان حجر ‏الأساس للنظرية الخلوية عبر التأكيد على أن الخلية هي الوحدة الأساسية المشتركة في تركيب ووظيفة جميع الكائنات الحية.
العالم فيرشو. Rudolf  Virchow	رودولف فيرشو‎ (Rudolf Virchow) ‎واستكمالا للنظرية الخلوية‎: ‎أضاف العالم الألماني رودولف فيرشو في خمسينيات القرن ‏التاسع عشر المبدأ الثالث والأخير للنظرية الخلوية، وهو مبدأ ‏‎"Omnis cellula e cellula"‎، والذي يعني أن ‏‎"‎كل خلية تنشأ ‏من خلية سابقة‎ ‎هذا المبدأ دحض الأفكار السابقة حول التولد التلقائي للخلايا من مادة غير حية، والتي كان شلايدن وشوان قد ‏اقترحاها بشكل خاطئ وقد أكد أن الخلية هي وحدة الوظيفة بجانب أنها وحدة البناء للكائنات الحية كما أكد أن الخلايا الجديدة لا تنشأ إلا من خلايا موجودة بالفعل من قبل.

مبادىء النظرية الخلوية 

 

ما هو سبب أن النظرية الخلوية مهمة جدا في علم الحياة؟

1- الخلية هي وحدة البناء و الوظيفية و التركيب.
2- الخلايا الجديدة لا تنشأ إلا من خلايا موجودة بالفعل .
3- جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا منفردة او متجمعه.

تطور الميكروسكوبات

الميكروسكوب الضوئى:

الخلية صغيرة الحجم يصعب رؤية محتوياتها أو رؤيتها كلية بالعين المجردة.
لم تفحص الخلية إلا بعد صناعة الميكروسكوب.
اقترن رؤية محتويات جديدة في الخلية بزيادة قوة تكبير المجهر.
تم دراسة تركيب الخلية باكتشاف المجهر الالكتروني ذو قوة التكبير العالية.
قوة تكبير الميكروسكوب الضوئي لا يتجاوز ( 1500 ) مرة قدر قوة العين المجردة.

قانون قوة التكبير في المجهر الضوئي؟

قوة التكبير = حاصل ضرب قوة العدسة العينية × قوة العدسة الشيئية التي تستخدم في الفحص.

طرق ملاحظة العينات بصورة اوضح:

استخدم العلماء الاصباغ لتلوين جدر او انوية الخلايا او كرات الدم البيضاء | لكن من عيوب الاصباغ انها تقتل العينات الحية.
تغيير مستوى الاضاءة و هناك ثلاث انواع: ميكروسكوب المجال الضوئى المظلم

ميكروسكوب المجال الساطع ميكروسكوب التباين

فحص خلية نبات البصل مع استخدام اليود مادة ملونة

الميكروسكوب الالكترونى:

قوة تكبير الميكروسكوب الالكتروني الآلي ( قوة تكبيره عالية ) .
تتحكم فيه عدسات كهرومغناطيسية لمعرفة ادق التفاصيل و ذلك بسبب قصر الطول الموجى للشعاع الالكترونى عن الشعاع الضوئى و تستقبل على شاشة فلورية او تصويرية بالغة الحساسيه.

انواع الميكروسكوبات الالكترونية :

1- الميكروسكوبات الالكترونية الماسحة : فحص سطح الخلية
2- الميكروسكوبات الالكترونية النافذة : فحص التراكيب الداخلية للخلايا.

ما هى أجزاء المجهر الالكترونى؟

الجزء	الوظيفة
مدفع الإلكترونات	يُطلق الإلكترونات باستخدام سلك من التنجستين عند تسخينه.
العدسة المكثفة الأولى	تركّز شعاع الإلكترونات على العينة.
العدسة المكثفة الثانية	تشكل الإلكترونات في حزمة دقيقة قبل دخولها للعدسة الشيئية.
العدسة الشيئية	تكوّن صورة مكبرة أولية للعينة بعد مرور الشعاع منها.
عدسات الإسقاط العينية	تعطي الصورة النهائية مكبرة على الشاشة.
حامل العينة	غشاء رقيق من الكربون يُثبت العينة في مكانها.
فتحات المجهر	تتحكم في قطر شعاع الإلكترونات المار عبرها.
غرفة العينة	تحتوي على العينة تحت فراغ لتقليل التداخلات غير المرغوبة.
الشاشة الفلورية والكاميرا	تعرض الصورة النهائية وتُسجلها باستخدام كاميرا أسفل الشاشة.

هنا تكمن أجابة سبب أن النظرية الخلوية مهمة جدا في علم الحياة وذلك لأنها

1- أكدت تماثل جميع النظم الحيوية وبالتالي توحيد قاعدة الدراسات المختلفة لأنواع كثيرة من الكائنات الحية.
2- أكدت أن الخلية هي وحدة الوظيفية بجانب كونها وحدة بناء للكائنات الحية.
3- أكدت أن الخلايا الجديدة لا تنبثق إلا من خلايا موجودة بالفعل من قبل نبات من نبات أو حيوان من حيوان.
4- أكدت وجود نواة في الخلية إنها تحتوي علي المادة الوراثية ( الكروموسومات ) والتي تحمل عليها الجينات.

ما هو حجم الخلية؟
(1) الخلية صغيرة تقاس بوحدة الميكرون.
(2) حجم الخلية = 0.001 من الملليمتر .
(3) قطر الخلية يتراوح بين 5: 15 ميكرون في المتوسط أو أقل .
(4) بعض الخلايا قطرها أقل من 3 ميكرون كالبكتريا.
(5) بعض الخلايا قطرها أكثر من 1 سم مثل ألياف القطن وألياف العضلات في اللحم.
(6) أكثر الخلايا إنتشارا في أجسام النباتات هي الخلايا صغيرة الحجم.


كيف تمكن العلماء من فحص الخلية؟
الخلية صغيرة الحجم يصعب رؤية محتوياتها أو رؤيتها كلية بالعين المجردة.
لم تفحص الخلية إلا بعد صناعة المجهر.
اقترن رؤية محتويات جديدة في الخلية بزيادة قوة تكبير المجهر.
تم دراسة تركيب الخلية باكتشاف المجهر الالكتروني ذو قوة التكبير العالية.
قوة تكبير الميكروسكوب الضوئي لا يتجاوز ( 2000 ) مرة قدر قوة العين المجردة.
قوة تكبير الميكروسكوب الالكتروني الآلي ( قوة تكبيره عالية مليون مرة) قدر العين المجردة.
صف أجهزة المجهر الضوئي وما فائدة كل جزء فيها؟


أجزاء المجهر الضوئي .

الأجزاء الميكانيكية - الأجزاء البصرية.

ما هى أجزاء المجهر الضوئي

الجزء	الوظيفة
العدسة العينية	تكبر الصورة النهائية وتكون أقرب للعين.
العدسات الشيئية	توفر درجات مختلفة من التكبير (عادة 4x، 10x، 40x، 100x).
المنضدة (المسرح)	توضع عليها الشريحة الزجاجية وتحتوي على مشابك لتثبيتها.
مصدر الضوء	يضيء العينة من الأسفل ليسهل رؤيتها.
المكثف	يجمع ويركز الضوء على العينة.
الحجاب الحاجز	يتحكم في كمية الضوء المار إلى العينة.
الذراع	يُستخدم لحمل المجهر ويوصل بين القاعدة والرأس.
القاعدة	تدعم المجهر وتمنحه الثبات.
الضابط الكبير	يُستخدم لتحريك المنضدة لأعلى وأسفل لضبط الرؤية العامة.
الضابط الدقيق	يُستخدم لضبط الرؤية الدقيقة بعد استخدام الضابط الكبير.
أنبوب العدسة	يربط بين العدسة العينية والعدسات الشيئية.
رأس المجهر الدوار	يحمل العدسات الشيئية ويسمح بتغييرها بسهولة.

ما هو الفرق بين كلا من المجهر الضوئي و المجهر الالكترونى 

العنصر	المجهر الضوئي	المجهر الإلكتروني
مصدر الإضاءة	ضوء مرئي	شعاع من الإلكترونات
العدسات	عدسات زجاجية	عدسات مغناطيسية
التكبير	حتى 1500 مرة تقريبًا	مليون مرة أو أكثر
الدقة	أقل دقة من الإلكتروني	دقة عالية جدًا (يصل إلى مستوى الذرات)
نوع الصورة	صورة ملونة	صورة بالأبيض والأسود
الوسط المستخدم	الهواء	فراغ
إمكانية رؤية الكائنات الحية	نعم، يمكن رؤية الكائنات الحية	لا، يجب أن تكون العينة ميتة ومحفوظة
الحجم والتكلفة	صغير نسبيًا ورخيص	كبير جدًا ومكلف
الاستخدامات	التعليم، الفحص الروتيني، علم الأحياء	البحث العلمي، دراسة الفيروسات والجزيئات الدقيقة

 مجهر التداخل التفاضلي

الميزة	الوصف
الاسم الكامل	مجهر التداخل التفاضلي (Differential Interference Contrast - DIC)
طريقة العمل	يستخدم الضوء المستقطب ومنشورات خاصة لتقسيم الشعاع وفحص فروق الطور بين أجزاء العينة
الهدف	تحسين التباين في العينات الشفافة أو ضعيفة الامتصاص مثل الخلايا الحية أو الأغشية الرقيقة
النتيجة	صورة شبه ثلاثية الأبعاد بتباين يشبه الظل تُبرز التفاصيل الدقيقة للسطح والبنية الداخلية
المزايا	لا يحتاج لتلوين، غير مدمر للعينة، دقة عالية، مناسب للعينات البيولوجية وأشباه الموصلات

ما هو الفرق بين  الميكرسكوب تباين الطور و مجهر التداخل التفاضلي؟

العنصر	مجهر التداخل التفاضلي	مجهر تباين الطور
طريقة العمل	يستخدم الضوء المستقطب ومنشورات خاصة لفحص فروق الطور	يحول فروق الطور إلى فروق في شدة الضوء
الصورة الناتجة	صورة شبه ثلاثية الأبعاد بتباين يشبه الظلال	صورة ثنائية الأبعاد بتباين واضح بين الأجزاء
الدقة	أعلى من تباين الطور	أقل من DIC ولكن جيدة للعينات الحية
التكلفة	أعلى بسبب تعقيد النظام البصري	أقل تكلفة وأكثر شيوعًا
استخدامات شائعة	فحص الخلايا الحية، الأغشية، البلورات، المواد الدقيقة	دراسة الخلايا الحية، البكتيريا الطفيليات
الحاجة للتلوين	لا يحتاج إلى تلوين	لا يحتاج إلى تلوين

كيف تطور أستخدام الميكرسكوب

دراسة وتحليل أنواع المجاهر: من الرؤية الأولى للخلية إلى التصوير ثلاثي الأبعاد

لعب تطور الميكرسكوبات دورًا محوريًا في نشأة وتطور نظرية الخلية، التي تعتبر حجر الأساس في علم الأحياء الحديث.

فمنذ أن أتاح الميكرسكوب لروبرت هوك رؤية "الخلايا" لأول مرة في القرن السابع عشر، استمر التقدم التقني في كشف ‏تفاصيل أدق وأكثر تعقيدًا عن هذه الوحدة الأساسية للحياة‎ ‎.

ويمكن تقسيم الميكرسكوبات بشكل أساسي إلى نوعين رئيسيين، يتفرع منهما أنواع أخرى متخصصة، ولكل منها قدرات ‏وقيود تحدد أهميته في دراسة الخلية.

‎ ‎الميكرسكوب الضوئي‎ (The Light Microscope)‎

وهو النوع الأبسط والأكثر شيوعًا، ويعتمد على استخدام الضوء المرئي وعدسات زجاجية لتكبير الصورة ‏

وهذا النوع كان الأداة الأساسية التي استخدمها العلماء الأوائل مثل روبرت هوك، أنطوني فان ليفنهوك، وماتياس شليدن ‏وثيودور شوان لوضع مبادئ نظرية الخلية.

أنواع الميكرسكوبات الضوئيه‎:‎

الميكرسكوب الضوئي البسيط‎ (Simple Light Microscope): ‎يستخدم عدسة واحدة فقط، وقدرته التكبيرية محدودة، ‏مثل العدسة المكبرة‎ ‎.

‎الميكرسكوب الضوئي المركب‎ (Compound Light Microscope): ‎يستخدم عدستين أو أكثر (عينية وشيئية) ، مما ‏يوفر قدرة تكبيريه أعلى.

‎

ميكرسكوب المجال الواسع‎ (Widefield Microscope): ‎هو ميكرسكوب تقليدي لكنه يضيء العينة بأكملها دفعة واحدة فعند استخدامه مع التألق الفلوري‎ (fluorescence)‎، يعاني من مشكلة كبيرة، خاصة مع العينات السميكة (أكبر من 2 ‏مايكرومتر)، حيث أن الضوء المنبعث من خارج مستوى التركيز يسبب وهجًا وضبابية‎ (glare) ‎تحجب التفاصيل ‏الدقيقة‎ .‎

ميكرسكوب تباين الأطوار‎ (Phase-Contrast Microscope): ‎تقنية ضوئية متخصصة أحدثت ثورة في دراسة الخلايا ‏الحية. تعمل على تحويل التغيرات في طور الضوء (غير المرئية للعين) إلى تغيرات في السطوع، مما يسمح برؤية ‏الهياكل الداخلية للخلايا الشفافة وغير المصبوغة دون الحاجة لقتلها.

‎الميكرسكوب الإلكتروني‎ (The Electronic Microscope)‎

يمثل هذا النوع قفزة تكنولوجية هائلة، حيث يستخدم شعاعًا من الإلكترونات بدلاً من الضوء، مما يمنحه قدرة تكبيريه ‏ودقة تحليلية فائقة بفضل الطول الموجي القصير جدًا للإلكترونات ‏وقد مكّن العلماء المعاصرين من دراسة الخلايا بتفاصيل أدق بكثير، وصولًا إلى المستوى الجزيئي والذري‎ ‎.

أنواع الميكرسكوب الإلكتروني‎:‎

الميكرسكوب الإلكتروني الماسح‎ (SEM): ‎يمسح سطح العينة بشعاع إلكتروني دقيق لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد لسطحها ‏الخارجي، بقدرة تكبير تصل إلى مليوني مرة.

‎ ‎الميكرسكوب الإلكتروني النافذ‎ (TEM): ‎هو الأقوى، حيث يخترق شعاع إلكتروني واسع العينة لإنتاج صورة ثنائية الأبعاد ‏لتركيبها الداخلي بتفاصيل دقيقة جدًا، وتصل قدرته التكبيرية إلى 50 مليون مرة.

الميكرسكوب البؤري‎ (Confocal Microscope): ‎حلقة وصل بين كلا النوعين حيث يُعتبر الميكرسكوب البؤري، وخاصة 

الميكرسكوب البؤري الماسح بالليزر‎ (LSCM)‎، بمثابة همزة وصل بين الميكرسكوب الضوئي التقليدي ‏والميكرسكوب الإلكتروني فائق الدقة ‏و يكمن ذلك فى إنه تقنية متقدمة من الميكرسكوب الضوئي (الفلوري) مع القدرة على التغلب على القيود الرئيسية لميكرسكوب المجال الواسع‎ ‎.

‎الفكرة الأساسية‎: ‎يستخدم الليزر لتركيز الضوء على نقطة صغيرة واحدة في العينة في كل مرة، ويستخدم فتحة دقيقة‎ ‎‎(pinhole) ‎لحجب الضوء المنبعث من خارج مستوى التركيز و‎الميزة الكبرى‎ أن هذه العملية، المعروفة باسم ‏‎"‎التقسيم البصري‎" (optical sectioning)‎، تسمح بإنتاج صور واضحة ‏وعالية التباين لـ "مقاطع" رقيقة جدًا داخل العينات السميكة دون الحاجة لتقطيعها فيزيائيًا‎ ‎.

‎القدرات‎: ‎يمكنه إعادة بناء صور ثلاثية الأبعاد‎ (3D) ‎من خلال تجميع سلسلة من المقاطع البصرية، مما يوفر فهمًا ‏عميقًا للعلاقات المكانية بين الهياكل الخلوية.

مقارنة شاملة بين الأنواع الرئيسية

 

الميزة	المجهر الضوئي (التقليدي/المجال الواسع)	المجهر البؤري (Confocal)	المجهر الإلكتروني (SEM/TEM)
مصدر الإضاءة/التكبير	أشعة الضوء المرئي	ضوء الليزر	شعاع من الإلكترونات
العدسات	زجاجية	زجاجية (في المجهر البصري الأساسي)	كهرومغناطيسية
قوة التكبير	محدودة (تصل إلى 2000 مرة)	مماثلة للضوئي لكن مع تكبير رقمي (zoom)	هائلة جدًا (مليون إلى مليون مرة)
الدقة (Resolution)	محدودة بالطول الموجي للضوء	تحسن طفيف عن الضوئي لكن أقل بكثير من الإلكتروني	عالية جدًا بسبب قصر الطول الموجي للإلكترونات
فحص العينات الحية	ممكن (خاصة مع مجهر تباين الأطوار)	ممكن لكن الليزر عالي الكثافة قد يكون ضارًا للخلايا	غير ممكن يجب أن تكون العينات غير حية ومُحضّرة في فراغ
جودة الصورة	غالبًا ما تكون ضبابية مع العينات السميكة بسبب ضوء خارج التركيز	عالية الجودة والتباين وخالية من الوهج	صور دقيقة جدًا بالأبيض والأسود
إمكانية التصوير ثلاثي الأبعاد	غير ممكنة بشكل مباشر	ميزة أساسية عبر تجميع المقاطع البصرية	ممكنة في المجهر الماسح (SEM) للأسطح
التكلفة	زهيدة نسبيًا	باهظة لكنها أصبحت متاحة أكثر	باهظة جدًا

 في الختام يعكس تطور أنواع المجاهر رحلة العلم في استكشاف الخلية. بدأ كل شيء بالمجهر الضوئي البسيط الذي أثبت وجود الخلية ثم جاء مجهر تباين الأطوار ليكشف ديناميكيتها وهي حية. بعد ذلك وفّر المجهر الإلكتروني رؤية غير مسبوقة لتراكيبها الدقيقة وأخيرًا جاء المجهر البؤري ليجمع بين مزايا فحص العينات الحية والقدرة على رؤية تفاصيلها بوضوح وفي ثلاثة أبعاد مما يجعله أداة لا غنى عنها في بيولوجيا الخلية الحديثة.