Book:
Molecular Biology of the Cell
ما هي هذه الوحدات الحية التي تسمى الخلايا؟ مثلها كمثل الإقطاعيات الصغيرة، تتمتع الخلايا بكل المعدات والخبرات اللازمة للقيام بوظائف الحياة. فالخلية قادرة على الأكل والنمو والتحرك. كما يمكنها القيام بالصيانة اللازمة، وإعادة تدوير الأجزاء، والتخلص من النفايات. كما يمكنها التكيف مع التغيرات في بيئتها؛ بل وحتى يمكنها تكرار نفسها.
وعلى الرغم من هذه التشابهات، فإن كل الخلايا ليست متساوية. فبعضها قادر على الاستمرار ذاتيا حقا، كما هو الحال مع البكتيريا أو الخميرة وحيدة الخلية، في حين تعيش خلايا أخرى بشكل جماعي، وأحيانا كجزء من كائنات متعددة الخلايا معقدة. وتختلف الخلايا أيضا في الحجم. ورغم أن الخلايا قد تكون كبيرة جدا ــ فكر في بيضة الضفدع على سبيل المثال ــ فإن معظمها صغير جدا بحيث لا يمكن رؤيته بالعين المجردة. والواقع أن تطوير المجهر الضوئي كان ضروريا لاكتشاف الإنسان للخلايا.
ولا تنخدع أيضا بالرسوم التخطيطية المألوفة للخلايا ذات الشكل البيضاوي. فالخلايا الحقيقية ثلاثية الأبعاد، بطبيعة الحال، وهي موجودة في مجموعة متنوعة من الأشكال المعقدة والرائعة. على سبيل المثال، يمكن أن يزيد طول خلية عصبية واحدة لدى الإنسان عن متر واحد، وتمتد من العمود الفقري إلى إصبع القدم الكبير. قارن ذلك بالخلايا التي تبطن الأمعاء الدقيقة، والتي تحتوي على عشرات النتوءات الصغيرة التي تشبه الأصابع لتعظيم مساحة السطح التي يمكن للمغذيات أن تمر عبرها.
ولكن كيف بالضبط تنجز الخلايا المهام المعقدة للحياة؟ ما الأدوات والمواد التي تحتاجها؟ وما هي الخصائص الرئيسية التي تميز الخلية؟ تجيب هذه الوحدة على هذه الأسئلة وتوفر نظرة عامة أساسية على العمل الداخلي للخلية.
كيف يتم استخدام المعلومات الوراثية للخلية؟ تقوم الخلايا بأرشفة هذه المعلومات في الحمض النووي، والذي يعمل كمجموعة رئيسية من التعليمات لبناء البروتينات. إنه نظام جميل معقد بسبب مستويات عديدة من التحكم، ومفاتيح التشغيل والإيقاف، والتغذية الراجعة، والضبط الدقيق. يتم نسخ أجزاء من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي، ثم يتم ترجمة هذا الحمض النووي الريبي إلى بروتينات. ثم تطوى البروتينات الناتجة في تكويناتها ثلاثية الأبعاد وتتحد مع بروتينات أخرى، أو يتم تزيينها بالسكريات أو الدهون لإنشاء أدوات مصممة بدقة للقيام بوظائف خلوية محددة. تتراوح وظائف البروتين من الدعامات والمحركات البنيوية إلى محفزات التفاعلات الكيميائية الحيوية ومراقبي البيئات الداخلية والخارجية للخلية.
يمكن تعديل كل خطوة في مسار إنتاج البروتين بالزيادة أو النقصان حسب احتياجات الخلية. إن القدرة على تنظيم النسخ والترجمة وطي البروتين وتعديله بعناية، ووظيفة البروتين هي سمة تجعل الخلايا أشكال حياة مرنة ومتعددة الاستخدامات.
لا يهتم العلماء فقط بالجزيئات الفردية الموجودة في الخلايا أو بالوظائف الأيضية للخلايا ومساراتها؛ بل يسعون أيضًا إلى معرفة المزيد عن الطرق التي تخدم بها مجموعات أكبر من الجزيئات الخلايا. تتخذ هذه المجموعات أشكالًا عديدة وهي مسؤولة عن مجموعة واسعة من الوظائف. على سبيل المثال، تشكل الأغشية الخلوية حدودها الخارجية وتقسم عضياتها، ويوفر هيكلها الخلوي دعمًا ثلاثي الأبعاد ووسائل الحركة. تطورت هياكل متخصصة أخرى، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء وجدران الخلايا، للقيام بوظائف حيوية، لكنها لا توجد إلا في فئات محددة من الخلايا. لذلك، فإن فهم هذه الهياكل لا يوفر نظرة ثاقبة للوظيفة الخلوية فحسب، بل يساعد أيضًا في توضيح الاختلافات بين أنواع مختلفة من الكائنات الحية.
قد تكون الخلايا وحدات حياة مكتفية ذاتيا، لكنها لا تعيش في عزلة. يعتمد بقاؤها على تلقي ومعالجة المعلومات من البيئة الخارجية، سواء كانت هذه المعلومات تتعلق بتوفر العناصر الغذائية، أو التغيرات في درجات الحرارة، أو الاختلافات في مستويات الضوء.
يمكن للخلايا أيضًا التواصل مع بعضها البعض - وتغيير عملها الداخلي استجابة لذلك - من خلال مجموعة متنوعة من الإشارات الكيميائية والميكانيكية. في الكائنات متعددة الخلايا، تسمح إشارات الخلايا بالتخصص في مجموعات الخلايا. يمكن لأنواع الخلايا المتعددة بعد ذلك أن تتحد معًا لتكوين أنسجة، مثل العضلات والدم وأنسجة المخ. في الكائنات وحيدة الخلية، تسمح الإشارات لمجموعات الخلايا بالتنسيق مع بعضها البعض والعمل كفريق واحد لإنجاز المهام التي لا يمكن لخلية واحدة القيام بها بمفردها.
إن الخلايا قادرة على تكرار نفسها. والقدرة على التكاثر هي جزء مما يميز الخلايا ككائنات حية. وتساعد هذه الخاصية الفردية أيضًا في تفسير العديد من الظواهر الأخرى للحياة كما نعرفها، بما في ذلك ظهور الكائنات متعددة الخلايا، والتنوع الواسع للأنسجة التي لوحظت في الكائنات الحية، وحتى آفة السرطان.
إن العملية التي تنقسم بها خلية واحدة إلى خليتين ابنتين تسمى الانقسام المتساوي. والانقسام المتساوي هو جزء مهم من دورة حياة الخلية - لكن بقية هذه الدورة، المعروفة مجتمعة باسم الطور البيني، ليست ثابتة. أثناء الطور البيني، تنفذ الخلية التفاعلات الكيميائية الحيوية اليومية المرتبطة بالتمثيل الغذائي، كما تشارك أيضًا في العديد من العمليات التي ستوجهها خلال الجولة التالية من الانقسام. بالإضافة إلى ذلك، توجد طوال دورة الخلية أنظمة مراقبة ونقاط تفتيش متعددة تساعد الخلية في تحديد ما إذا كان ينبغي لها الانقسام ومتى، وما إذا كان الوقت قد حان للتقدم إلى المرحلة التالية، أو ما إذا كان الوقت قد حان للموت وإفساح المجال لخلية أصغر سنًا وأكثر صحة.
إن القيود المختلفة التي تفرض على نمو الخلايا أثناء الطور البيني تسمح للأنسجة بتجديد نشاطها دون زيادة حجمها. وعندما تفشل هذه القيود فإن النتائج ــ بما في ذلك نمو وانتشار السرطان ــ قد تكون مدمرة.