تُعَد نظرية الخلية إحدى النظريات الموحَّدة في علم الأحياء. للخلايا أهمية في علم الأحياء، مثل الذرات في علم الكيمياء، والجاذبية في علم الفيزياء. ما نُسمِّيه «نظرية الخلية» يُعَد نظرية تاريخية مقبولة عالميًّا اليوم. تتضمَّن هذه النظرية ثلاثة مبادئ، وهي كالآتي:
- جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة على الأقل.
- الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة.
- جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
يمكنك اعتبار هذه العبارات حقائق، لكن قبل تطوير المجهر في بدايات القرن السابع عشر، لم يكُن لدى العلماء أي وسيلة لمعرفة ممَّا تتكوَّن الكائنات الحية. نُلقي نظرة على بعض العلماء الذين ساهموا في نظرية الخلية وعمل كلٍّ منهم.
نظرية: نظرية الخلية
- المبدأ الأول: جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة على الأقل.
- المبدأ الثاني: الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة.
- المبدأ الثالث: جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
مثال ١: تذكُّر مبادئ نظرية الخلية
أيٌّ ممَّا يلي ليس أحد المبادئ التي تستند إليها نظرية الخلية؟
- الخلايا هي أصغر التراكيب الموجودة في كائن حي.
- جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة أو أكثر.
- جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
- الوحدة الوظيفية الأساسية لجميع الكائنات الحية هي الخلية.
الحل
تُعَد نظرية الخلية نظرية تاريخية مقبولة عالميًّا تستند إلى ثلاثة مبادئ. ساهم العديد من العلماء في تطوير نظرية الخلية من بداية القرن السابع عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر. ويُعَد اختراع وإنتاج المجاهر البسيطة والمركبة، التي مكَّنت العلماء من رؤية العالم المجهري بوضوح للمرة الأولى، أحد العوامل التكنولوجية الرئيسية المساهمة في تطوير نظرية الخلية. ونجد فيما يلي المبادئ الثلاثة لنظرية الخلية: جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة على الأقل، والخلية هي الوحدة الأساسية للحياة، وجميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا. وعلى الرغم من أن الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة، وأصغر شيء داخل الكائن الحي يمكن اعتباره حيًّا بشكلٍ مستقل، فإن الخلايا نفسها تتكوَّن من تراكيب أصغر تُسمَّى العضيات. ومن ثَمَّ، فإن الخلايا ليست أصغر التراكيب الموجودة داخل الكائنات الحية.
إذن العبارة التي لا تمثِّل أحد مبادئ نظرية الخلية هي الخيار (أ)، الخلايا هي أصغر التراكيب الموجودة في كائن حي.
كانت بداية التطور التاريخي لنظرية الخلية مع روبرت هوك الذي ابتكر مصطلح «الخلية» في عام 1665. كان هوك عالمًا إنجليزيًّا ومهندسًا معماريًّا. صنع هوك مجهره المركَّب البدائي (وهو مجهر يحتوي على ثلاث عدسات متتالية)، وقدَّم من خلاله العديد من الملاحظات التي نشرها في كتاب بعنوان «الفحص المجهري». قدَّم هوك في كتابه رسمًا لما لاحظه من خلال المجهر عند فحص شريحة رقيقة جدًّا من الفلين الذي يُستخدم لإغلاق فوهة زجاجة. كانت المادة ممتلئة بفراغات مفتوحة ومنتظمة أطلق عليها اسم «خلايا»، وهو اسم مأخوذ من كلمة لاتينية تعني حجرة صغيرة. يوضِّح الشكل 1 نوع المجهر الذي استخدمه هوك.
توصَّل هوك إلى مصطلح «الخلية»، لكنه لم يكُن يعرف أن الخلايا حية. ما لاحظه هوك، وهو ما يُشبه ما هو موضَّح في الشكل 2، هو الجدران الخلوية التي تبقَّت في قطعة الفلين الجافة بعد موت الخلايا النباتية داخلها. في واقع الأمر، كان هوك مؤيدًا لنظرية «التولُّد الذاتي» التي تنشأ فيها الحياة ببساطة عند استيفاء شروط معيَّنة. حيث كان التولُّد الذاتي هو المعتقد السائد في ذلك الوقت. لاحظ هوك فطرًا ما تحت مجهره البدائي، وعندما لم يتمكَّن من تحديد جهاز تناسلي، استنتج أن الفطر وليد الدفء والرطوبة.
حقيقة: روبرت هوك (1703–1635)
اشتهر العالم الإنجليزي روبرت هوك بفحص شريحة من الفلين تحت مجهر، وابتكاره مصطلح «الخلية».
الخطوة التالية في تطوير نظرية الخلية كانت اكتشاف الطبيعة الحية الأساسية للخلايا. وهو ما حقَّقه أنطوني فان ليفينهوك، الذي يُلقَّب عادةً بـ «مؤسس علم الأحياء الدقيقة». كان أنطوني فان ليفينهوك رجل أعمال وسياسيًّا هولنديًّا شغوفًا بالمجهر. لقد تعلَّم صُنع العدسات الزجاجية الخاصة به، وصَنع مجهرًا بسيطًا يتكوَّن في الأساس من عدسة زجاجية مكبِّرة قوية قادرة على تكبير الأشياء إلى أكثر من 200 ضعف حجمها الأصلي. وقد استَخدم هذا المجهر لإجراء العديد من الفحوصات المهمة، ومنها فحصه للأوَّليات الحيوانية التي تعيش في الماء العذب، والتي أسماها «حيوانات دقيقة». كما أنه أصدر أول وصف مكتوب عن البكتيريا عن طريق فحص قطعة جيرية كشطها من أسنانه. ولنا أن نتخيَّل مفاجأة اكتشاف رجل في ذلك الوقت أن فمه ممتلئ بالكائنات الحية الدقيقة!
نشر فان ليفينهوك معظم النتائج التي توصَّل إليها في رسائل أرسلها إلى الجمعية الملكية في لندن. توجَّهت الجمعية بالفعل إلى العالم الإنجليزي روبرت هوك للتأكُّد من صحة النتائج التي توصَّل إليها عالم الطبيعة الهولندي؛ فإن فان ليفينهوك لم يحصل على أي تعليم نظامي في مجال العلوم. واجه هوك مشكلة في استخدام المجاهر البسيطة، لكنه تمكَّن من التوصُّل إلى النتائج نفسها التي توصَّل إليها فان ليفينهوك، وهو ما منحه المصداقية بين الأوساط العلمية.
حقيقة: أنطوني فان ليفينهوك (1723–1632)
أنطوني فان ليفينهوك عالم هولندي اشتُهر بصُنع المجاهر البسيطة، التي يحتوي كلٌّ منها على عدسة واحدة فقط، والتي تتميَّز بدرجة تكبير عالية مكَّنته من فحص نطاق واسع من الحياة المجهرية.
مثال ٢: تذكُّر إسهامات أنطوني فان ليفينهوك في تطوير نظرية الخلية
كيف ساهم أنطوني فان ليفينهوك في تطوير نظرية الخلية؟
- أشار أنطوني فان ليفينهوك إلى أن الخلايا الجديدة في الكائن الحي تُنتجها خلايا موجودة سابقًا.
- استخدم أنطوني فان ليفينهوك مجهرًا لفحص قطعة من الفلين ووجد أنها تتكوَّن من حجرات صغيرة سمَّاها «خلايا».
- استخدم أنطوني فان ليفينهوك عدسات لصنع مجاهر بسيطة يمكن من خلالها رؤية الكائنات الحية بدرجة تكبير تزيد على 200x.
- اكتشف أنطوني فان ليفينهوك أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا.
- درس أنطوني فان ليفينهوك أنسجة النبات، واكتشف أن النباتات تتكوَّن من خلايا.
الحل
كان أنطوني فان ليفينهوك عالمًا هولنديًّا شغوفًا بالمجهر، عاش في القرنين السابع عشر والثامن عشر. لقد كان صانع عدسات ماهرًا، وصنع مجاهره الخاصة البسيطة التي يمكنها تكبير الأشياء بدرجة تصل إلى 270x من حجمها الأصلي. لقد كانت هذه العدسات في الأساس عدسات مكبِّرة وقوية للغاية ودقيقة جدًّا، لدرجة أنه يمكن أن يضعها الشخص على عينه أمام مصدر ضوء قوي لفحص عيِّنة ما. استخدم فان ليفينهوك مجاهره لفحص العديد من أنواع الخلايا الحية المختلفة، من الأوَّليات الحيوانية الموجودة في ماء البِرك إلى الحيوانات المنوية الحية. وبنى عمله على النتائج التي توصَّل إليها روبرت هوك، وهو ما قاد شلايدن وشوان في نهاية الأمر إلى اكتشافاتهما.
وهذا يعني أن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ج)؛ استخدم أنطوني فان ليفينهوك عدسات لصنع مجاهر بسيطة يمكن من خلالها رؤية الكائنات الحية بدرجة تكبير تزيد على 200x.
يُنسَب التقدُّم الكبير التالي في نظرية الخلية إلى ماتياس شلايدن، الذي غالبًا ما يرتبط ذكر عمله باسم ثيودور شوان. في الحقيقة، عادةً ما يُطلَق على شلايدن وصديقه المُقرَّب شوان اسم «مؤسِّسَي نظرية الخلية». كان ماتياس شلايدن عالم نباتات ألمانيًّا اشتُهر بدراسة التراكيب النباتية باستخدام المجهر. في كتاب نُشِر عام 1838، ذكر ماتياس شلايدن أن «جميع النباتات تتكوَّن من خلايا ونواتج للخلايا». وأشار أيضًا إلى أهمية النواة، التي بدت شيئًا أساسيًّا في إنتاج الخلايا الجديدة، ولاحظ أن الخلايا الجديدة تبدو ناشئة من نواة الخلايا القديمة. توضِّح الصورة الآتية مجهرًا مركبًا نموذجيًّا صُنِع في القرن التاسع عشر.
ﺷﻜﻞ4
شارك شلايدن اكتشافاته عن النباتات مع صديقه ثيودور شوان. ولعلك تعرف اسمه من خلايا شوان الموجودة في الجهاز العصبي، التي سُمِّيت باسمه. كان شوان عالمًا فسيولوجيًّا ألمانيًّا يهتم بصفةٍ خاصة بالدراسة المجهرية لأنسجة الحيوانات. يُسمَّى هذا المجال البحثي «علم الأنسجة»، ويمكننا القول إن نظرية ثيودور شوان واكتشافاته وضعت أساسًا لعلم الأنسجة الحديث.
توصَّل شوان إلى الاكتشافات نفسها التي توصَّل إليها شلايدن في النباتات، لكن في أنسجة الحيوانات. وجد أن جميع أنسجة الحيوانات تتكوَّن من خلايا تحتوي على نواة. بعد ذلك تمكَّن شوان، بمساعدة شلايدن، من إثبات أن «جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا ونواتج للخلايا»، وهذا هو أساس النظرية الحديثة للخلية. كما أنه صرَّح بثلاث عبارات أخرى قاطعة:
- الخلية هي وحدة التركيب والوظيفة والتنظيم في الكائنات الحية.
- الخلية كيان مستقل ووحدة بنائية في تكوين الكائنات الحية.
- تتكوَّن الخلايا الحية بطريقة مشابهة لتكوين البلورات؛ ولكن، ثَبَت فيما بعدُ عدم صحة هذه العبارة.
حقيقة: ماتياس شلايدن (1881–1804)
ماتياس شلايدن عالم ألماني اشتُهر باكتشاف أن جميع النباتات تتكوَّن من خلايا. ويُعَد ماتياس شلايدن، إلى جانب ثيودور شوان، مؤسس نظرية الخلية.
حقيقة: ثيودور شوان (1882-1810)
ثيودور شوان عالم ألماني اشتُهر باكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا. ويُعَد ثيودور شوان، إلى جانب ماتياس شلايدن، مؤسس نظرية الخلية.
مثال ٣: تذكُّر إسهامات علماء معيَّنين في مبدأ نظرية الخلية
مَن العالِمان اللذان ساهما في تطوير نظرية الخلية، واكتشفا أن الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا؟
- فيرشو وشوان
- فيرشو وهوك
- شلايدن وشوان
- هوك وفان ليفينهوك
الحل
إن اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا توصَّل إليه عالمان عَمِلا معًا. استخدم ماتياس شلايدن الذي كان عالم نباتات ألمانيًّا في القرن التاسع عشر المجاهر لدراسة تركيب النباتات. واستنتج أن جميع النباتات تتكوَّن من خلايا. كما لاحظ أيضًا أن جميع الخلايا الموجودة في النباتات تحتوي على نواة، ويبدو أن الخلايا الجديدة تنشأ من نواة الخلايا القديمة. طلب شلايدن من صديقه ثيودور شوان، الذي كان عالمًا فسيولوجيًّا ألمانيًّا، مقارنةَ نتائجه بما كان يرصده في أنسجة الحيوانات. وبعد أن استنتج شوان أن جميع أنسجة الحيوانات تتكوَّن بالفعل من خلايا، تمكَّن من وضع نظرية تفيد بأن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة على الأقل.
إذن العالِمان اللذان اكتشفا أن الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا هما شلايدن وشوان. ومن ثَمَّ، فإن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ج)، شلايدن وشوان.
يرجع الفضل في الاكتشاف الأخير في المخطط الزمني لنظرية الخلية، وهو أن جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا، إلى اختصاصي علم الأمراض والسياسي الألماني رودولف فيرشو. وعلى الرغم من رواج عبارة «جميع الخلايا تنشأ من خلايا»، على يد فيرشو، فإن أول من ابتكرها هو عالم فرنسي يُدعى فرانسوا فنسنت راسبيل. في الواقع، هناك دليل على أن أول عالم اكتشف أن منشأ الخلايا ينتج عن انقسام الخلايا الموجودة سابقًا هو عالم ألماني آخر لم تحظَ منشوراته باهتمام كبير، يُدعى روبرت ريماك. تمثِّل هذه الفكرة رفضًا لمفهوم التولُّد الذاتي الذي كان سائدًا في ذلك الوقت. ومن المثير للاهتمام أن فيرشو، وهو عالم تخصص في دراسة الأمراض، عارَض نظرية الجراثيم ذات الشهرة الواسعة، التي تنص على أن بعض الأمراض تنشأ بسبب كائنات حية دقيقة معيِّنة تهاجم الجسم، وعارَض ممارسة غسل اليدين المصاحِبة لهذه النظرية. وكان يعتقد أن الأمراض تنشأ بسبب بعض الاختلالات والأنشطة غير الطبيعية التي تحدث داخل الخلايا، وليس بسبب المسبِّبات الخارجية للأمراض. كما كان يعتقد أيضًا أن الكائنات الحية الدقيقة تنجذب فقط إلى الأنسجة المريضة، باعتبارها موطنًا بيئيًّا طبيعيًّا لها تستقر فيه بعد ذلك. يوضِّح الشكل 5 المخطط الزمني للاكتشافات الرئيسية في تطوير نظرية الخلية.
حقيقة: رودولف فيرشو (1902–1821)
رودولف فيرشو عالم ألماني اشتُهر باكتشاف أن جميع الخلايا الجديدة في الكائن الحي تُنتِجها خلايا موجودة سابقًا.
مثال ٤: تذكُّر تسلسل الأحداث في تطور نظرية الخلية
أيٌّ ممَّا يلي يمثِّل تسلسل الأحداث الصحيح لتطور نظرية الخلية؟
- صُنْع واستخدام مجاهر بسيطة ⟵ اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا ⟵ اكتشاف أن النباتات تتكوَّن من خلايا ⟵ إدراك أن الخلايا الجديدة تنشأ من خلايا موجودة سابقًا
- صُنْع واستخدام مجاهر بسيطة ⟵ اكتشاف أن النباتات تتكوَّن من خلايا ⟵ اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا ⟵ إدراك أن الخلايا الجديدة تنشأ من خلايا موجودة سابقًا
- اكتشاف أن النباتات تتكوَّن من خلايا ⟵ اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا ⟵ صُنْع واستخدام مجاهر بسيطة ⟵ إدراك أن الخلايا الجديدة تنشأ من خلايا موجودة سابقًا
- صُنْع واستخدام مجاهر بسيطة ⟵ إدراك أن الخلايا الجديدة تنشأ من خلايا موجودة سابقًا ⟵ اكتشاف أن النباتات تتكوَّن من خلايا ⟵ اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا
الحل
ساهم العديد من العلماء في تطوير نظرية الخلية. وفيما يلي بعض هذه الإسهامات مرتَّبة ترتيبًا زمنيًّا:
- روبرت هوك يستخدم مجهرًا مُركبًا ويبتكر مصطلح «الخلية».
- أنطوني فان ليفينهوك يستخدم مجهرًا بسيطًا لفحص الحياة المجهرية.
- ماتياس شلايدن يكتشف أن جميع النباتات تتكوَّن من خلايا.
- ثيودور شوان يستنتج أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا.
- رودولف فيرشو يوضِّح أن جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
لولا اختراع المجهر الضوئي في السابق، وهو جهاز يَستخدم العدسات الزجاجية لتكبير صورة الأجسام الصغيرة للغاية؛ ممَّا يجعلها تُرى بالعين المجردة، لما كان لأيٍّ من هذه الاكتشافات أن يتحقَّق.
إذن تسلسل الأحداث الصحيح هو الخيار (ب)، صُنْع واستخدام مجاهر بسيطة ⟵ اكتشاف أن النباتات تتكوَّن من خلايا ⟵ اكتشاف أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلايا ⟵ إدراك أن الخلايا الجديدة تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
نظرية الخلية هي أساس علم الأحياء الحديث. وفي الوقت الراهن، تُعَد المبادئ الثلاثة لنظرية الخلية حقائق علمية. قدَّم كل عالم من العلماء الآتي ذكرهم: هوك، وفان ليفينهوك، وشلايدن، وشوان، وفيرشو، العديد من الإسهامات القيِّمة لعلم الأحياء المعاصر، إضافةً إلى إسهاماتهم في نظرية الخلية. يمكننا أن نلاحظ أيضًا أن علماء الأحياء الدقيقة الجُدد واصلوا الاعتماد على هذا العمل والإضافة إليه، مستخدِمين ما تعلَّمناه عن الخلايا في تطوير نظرية الجراثيم، ونظرية التطور، وعلم الأجنة الحديث، وغير ذلك الكثير.
نلخِّص ما تعلَّمناه عن نظرية الخلية.
النقاط الرئيسية
- تنص نظرية الخلية على أن جميع الكائنات الحية تتكوَّن من خلية واحدة على الأقل، وأن الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة، وأن جميع الخلايا تنشأ من خلايا موجودة سابقًا.
- المساهمون الرئيسيون في نظرية الخلية هم: روبرت هوك، وأنطوني فان ليفينهوك، وماتياس شلايدن، وثيودور شوان، ورودولف فيرشو.
