الخلية الوحدة الأساسية لكل أشكال الحياة؛ فكل الكائنات الحية مكونة من خلايا. وبعضها تتكون من خلية واحدة، بينما تتكون بعضها الآخر مثل النباتات والحيوانات من عدد كبير من الخلايا. ويتكون جسم الإنسان مما يزيد على 10 تريليون (10000000000000) خلية.
ومعظم الخلايا صغيرة جدًا لدرجة أنها لاترى إلا بالمجهر. فخلايا دمك الحمراء مثلاً من الصغر بحيث تملأ 40000 خلية منها مساحة هذه الدائرة O. ويتكون جلد راحة يدك من عدة ملايين من الخلايا.
تعيش بعض الكائنات وحيدة الخلية حياة مستقلة، في حين تعيش بعضها في مجموعات ضعيفة التنظيم. وفي النباتات والحيوانات، تكون الخلايا متخصصة في أعمال معينة تؤديها. ففي الوقت الذي تقرأ فيه هذه الكلمات، على سبيل المثال، تحمل خلايا عصبية في العين رسائل بما تقرؤه إلى خلايا الدماغ.وتقوم خلايا عضلية متصلة بمقلتي عينيك، بتحريك عينيك عبر الصفحة. وتتجمع الخلايا العصبية والخلايا العضلية والخلايا المتخصصة الأخرى معًا لتكوين أنسجة، مثل النسيج العصبي أو النسيج العضلي. وتكوِّن الأنواع المختلفة من الأنسجة أعضاء مثل العينين والقلب والرئتين. وتكوِّن كل الخلايا المتخصصة جسمك أو جسم أي كائن حي آخر.
تشترك كل الخلايا، سواء كانت متخصصة أو كائنات وحيدة الخلية في صفات عامة. فالخلية حية، مثلما أنت حي. وهي تتنفس وتتغذى وتتخلص من الفضلات وكذلك تنمو وتتكاثر (تنتج أفرادًا من نوعها) ثم تموت بعد فترة معينة.
يحيط بالخلية غلاف رقيق يسمى الغشاء، ويسمى كامل محتويات الخلية البروتوبلازم. ولمعظم الخلايا تركيب يسمى النواة، يحتوي على البرنامج الوراثي للخلية، أي الخطة الأساسية التي تتحكم في كل نشاطات الخلية تقريبًا. ويسمى الجزء من البروتوبلازم المحيط بالنواة السيتوبلازم.
وكما أن كل الكائنات الحية تتكون من خلايا، فإن أي خلية جديدة تتكون من خلية أخرى حية. وتتكاثر الخلايا بالانقسام، حيث تتكون خليتان جديدتان من خلية واحدة. وعندما تنقسم الخلية تحصل الخليتان الجديدتان على نسخة من البرنامج الوراثي.
"يكتب" البرنامج الوراثي في مادة كيميائية تسمى د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين). وكل وحدات د ن أ متشابهة، ويتكون كل منها من نفس الكتل البنائية، ولكن البرنامج الوراثي المحمول في د ن أ يجعل كل كائن حي مختلفًا عن الكائنات الأخرى. فهو الذي يجعل الكلب مختلفًا عن السمك، والحمار الوحشي مختلفًا عن الوردة، والصفصاف مختلفًا عن الزنبور، ويجعلك أنت مختلفًا عن الآخرين.
يعرف العلماء الكثير عن البرنامج الوراثي للخلية والشفرة الكيميائية التي يحملها د ن أ. ويستخدمون فهمهم عن البرناج الوراثي والشفرة الكيميائية لتغيير البرنامج الوراثي، وإكساب الكائن الحي خصائص جديدة.
تصف هذه المقالة الخلية وكيفية عملها، وللمزيد من المعلومات انظر مقالتي الوراثة والحياة في الموسوعة.
فحص الخلية
من أهم الأدوات التي يستخدمها العلماء لدراسة الخلية المجهر. فبإمكان المجهر البصري تكبير الخلية إلى 2000ضعف، وبإمكان المجهر الإلكتروني تكبيرها إلى مليون ضعف. ويبلغ طول النملة المكبرة 200000 مرة أكثر من 800متر. ولكن بالرغم من هذا التكبير الهائل لايمكن رؤية التركيب التفصيلي لبعض أجزاء الخلية.
يستخدم العلماء أيضًا الأصباغ في دراسة الخلية. ففي حالة صبغ الأجزاء المختلفة في الخلية بأصباغ معينة، تظهر هذه الأجزاء بوضوح تحت المجهر.
ومن الأدوات الأخرى المستخدمة في دراسة الخلية النابذة. يفصل هذا الجهاز المواد المختلفة في خليط، بتدوير الخليط بسرعات عالية. ولدراسة الخلية يطحن العلماء الخلايا أولاً، ثم يضعون الخليط المحتوي على الأجزاء الخلوية في أنبوب، ويضعون الأنبوب في نابذة تدور بسرعة عالية لفصل الأجزاء الخلوية. ويؤدي هذا إلى ترسب الأجزاء الثقيلة في قاع الأنبوب، بينما تبقى الأجزاء الخفيفة في القمة. وبعد فصل الأجزاء يستطيع العلماء دراسة المحتوى الكيميائي لكل جزء، ونشاطه الكيميائي.
أشكال الخلايا. يمكن للخلايا أن تتشكل على هيئة مكعبات أو ملفات أو صناديق أو عصي أو لوالب أو أخطبوطات أو أطباق أو نجوم أو قطع هلامية. ويشبه العديد من الكائنات الحية وحيدة الخلية (تتكون من خلية واحدة) الكرات الصغيرة. وتشمل الكائنات وحيدة الخلية بعض الخمائر وطحالب معينة. وليس للأميبا، وهو كائن حي آخر وحيد الخلية، شكل معين. فهو كتلة هلامية مسطحة تغير شكلها لتتحرك. وتتشكل البكتيريا على هيئة كرات أو عصي أو لوالب. والدياتومات طحالب وحيدة الخلية توجد في أشكال متباينة مكعبة أو كروية أو هرمية...
... موت الخلية. مثل كل الكائنات الحية، تموت الخلايا. ففي كل دقيقة تموت نحو ثلاثة بلايين خلية في جسمك، وفي نفس الدقيقة تتولد نحو ثلاثة بلايين خلية جديدة بالانقسام الخلوي، عوضًا عن الخلايا الميتة. وخلايا الجلد الميتة تتقشر، بينما تمر الخلايا الميتة من خلايا الأعضاء الداخلية إلى خارج الجسم مع الفضلات. ويتفاوت المدى الزمني للخلايا. فخلايا الدم البيضاء مثلاً تعيش لمدة 13 يومًا، بينما تعيش خلايا الدم الحمراء لمدة 120 يومًا، وخلايا الكبد لحوالي 18 شهرًا. أما الخلايا العصبية فتعيش لحوالي 100 سنة.
عمل الخلية
الخلية عارمة النشاط؛ فهي تقوم بمعظم وظائف الحياة، بما في ذلك النمو والتكاثر. وبالإضافة إلى ذلك تؤدي خلايا بعض الكائنات الحية المتعددة الخلايا، وظائف خاصة. ولكي تعيش وتؤدي عملها، لابد للخلية أن تحصل على طاقة، وأن تصنع البروتينات وغيرها من المواد التي تحتاجها الخلية لبناء نفسها، وتسريع آلاف التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها.
إنتاج الطاقة. تأتي معظم طاقة الإنسان من المتقدرات، أي مراكز إنتاج القدرة في الخلية. وتشبه المتقدرات محطات القدرة التي تحرق الوقود لإنتاج الكهرباء التي تدير الآلات. فالغذاء الذي يتناوله الشخص هو الوقود الذي يحترق داخل المتقدرات. ومن منتجات هذا الاحتراق مركب يسمى ثالث فوسفات الأدينوزين (ث ف أ)، الذي يمثل الكهرباء التي تدير نشاطات الخلية، حيث يوفر الطاقة التي تحتاجها الخلية لأداء عملها ...
... أبحاث الخلية. وفي عام 1838م، أوضح عالم النبات الألماني ماتياس شلايدن أن الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة. وفي العام التالي، طور الفيزيولوجي الألماني ثيودور شوان نفس الفكرة. وكان عدد من العلماء الآخرين قد توصلوا إلى قناعة بأن كل الكائنات الحية مكونة من خلايا. ومنذ ذلك التاريخ اعتبر علماء الأحياء أن الخلية هي الكتلة البنائية للحياة.
وفي منتصف القرن التاسع عشر اكتشف الراهب النمساوي جريجور مندل قوانين الوراثة من خلال تجارب على بازلاء الحدائق. وبترجمة عمل مندل بمصطلحات حديثة يمكننا القول بأنه توصل إلى أن الوراثة مكونة من وحدات أساسية هي المورثات، وأن هذه المورثات توجد في نواة الخلية في أزواج، حيث يأتي فرد من كل زوج من كل من الوالدين. وقد نشر مندل نتائج أبحاثه في عام 1865م، ولكن عمله ظل مجهولاً حتى عام 1900م.
وفي أثناء منتصف القرن التاسع عشر وأواخره اكتشف العلماء الكثير عن الخلايا، باستخدام مجاهر ذات عدسات مطورة. فقد عرفوا أن الخلية تتكاثر بالانقسام، وأن نواة كل خلية تحتوي على مادة تسمى الكروماتين، وأن الكروماتين يتكثف أثناء الانقسام الخلوي إلى عدد من أزواج الصبغيات المرئية، يتفاوت حسب نوع الكائن الحي. كما عرفوا أيضًا أن كل خلية جسدية جديدة تتلقى عددًا من الصبغيات مساويًا لعدد صبغيات خلايا الوالدين، بينما تتلقى الخلايا البيضية والنطاف نصف عدد صبغيات الخلايا الجسدية.
ومع نهاية القرن التاسع عشر طرح عدد من العلماء فكرة أن الصبغيات هي أساس الوراثة، ولكن هذه الفكرة لم تنل القبول حتى الآن.
القرن العشرون. أعيد اكتشاف عمل مندل عبر ثلاثة أعمال مختلفة في عام 1900م، قام بها كل من الهولندي هوجو دو فريس، والألماني كارل كونز، والنمساوي إيريخ فون تشيرماك، حيث توصل الثلاثة، كل على حدة، أثناء تجاربهم على الوراثة، إلى نفس ما توصل إليه مندل من نتائج. وفي عام 1902م أشار العالم الأمريكي وولتر ساتون إلى أن الصبغيات تسلك أثناء الانقسام الخلوي نفس سلوك الصفات الوراثية، الذي أشار إليه مندل. وبعد سنوات قليلة، أثبت علماء في جامعة كولومبيا بالولايات المتحدة الأمريكية، على رأسهم توماس هنت مورجان، أن المورثات هي وحدات الوراثة، كما أثبتوا أن المورثات تنتظم بترتيب معين على الصبغيات...
مصطلحات تستخدم في دراسة الخلية
الأحماض الأمينية. هي الكتل البنائية للبروتينات.
الإنزيمات. بروتينات تُسرِّع التفاعلات الكيميائية.
الانقسام الاختزالي. عملية الانقسام في نوى بعض خلايا الأعضاء الجنسية. وهو يقلل عدد صبغيات الخلايا الجنسية إلى نصف العدد الموجود في الخلايا الجسدية.
الانقسام الخيطي عملية انقسام في نواة الخلية تنتج عنها نواتان متطابقتان، يحتوي كل منهما على مجموعتين من الصبغيات.
بدائية النواة خلية تحتوي على المادة الوراثية د ن أ، ولكن ليس في النواة.
البروتينات. مواد تتكون من الحموض الأمينية. تتكون تركيبات الخلية أساسًا من البروتينات. وتسرع بروتينات تسمى الإنزيمات التفاعلات الكيميائية في الخلية.
ث ف أ (ثالث فوسفات الأدينوزين) مركب ينتج في الخلية، ويمد الخلية بالطاقة اللازمة لنشاطاتها.
حقيقية النواة هي الخلايا التي تحتوي على المادة الوراثية د ن أ في نواة محاطة بغشاء.
الخلايا الجسدية تشمل كل خلايا الكائن الحي المتعدد الخلايا، عدا الخلايا الجنسية. تحتوي الخلايا الجسدية على اثنين من كل نوع من الصبغيات. وتحتوي الخلايا الجنسية الناضجة على صبغي واحد من كل نوع من الصبغيات.
د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) مادة كيميائية في الصبغيات، تحمل المادة الوراثية للخلية والبرنامج الوراثي.
ر ن أ (الحمض النووي الريبي) مادة كيميائية شبيهة بـ د ن أ. يحمل ر ن أ تعليمات د ن أ لصنع بروتينات معينة.
الريبوسومات أجسام دقيقة في الخلية تدخل في إنتاج البروتينات.
السيتوبلازم كل المادة داخل غشاء الخلية، عدا النواة.
شبكة الهيولي الباطنة شبكة معقدة من الأغشية في السيتوبلازم.
الصبغيات تركيبات خيطية داخل كل خلية. تتكون الصبغيات من الكروماتين، وهو مادة تحتوي على بروتينات ود ن أ، أي المادة الوراثية للخلية.
العضيات تركيبات داخل الخلية ذات وظيفة محددة. وتشمل شبكة الهيولي الباطنة والمتقدرات والنواة والربيوسومات.
المتقدرات هي محطات القدرة في الخلية. وهي تحول الطاقة الكيميائية في الغذاء إلى شكل من الطاقة يمكن أن تستفيد منه الخلية.
المورثات هي وحدات الوراثة التي تحدد خصائص معينة مثل الطول ولون الشعر. وكل جين جزء من جزيء د ن أ، ويحمل التعليمات الخاصة بصنع بروتين معين أو جزء منه.
النواة تركيب في الخلايا الحقيقية النواة يحتوي على المادة الوراثية للخلية.
الهيكل الخلوي شبكة من البروتينات تعطي الخلية شكلها، وتحرك التركيبات الموجودة في سيتوبلازم الخلية. وفي بعض الخلايا يساعد الهيكل الخلوي على تحرك الخلية كلها.