23 Dicembre 2021
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Come la forma di una cellula è legata alla sua funzione?

Le cellule sono gli elementi costitutivi della vita – tutti gli organismi viventi sono costituiti da esse. I libri di testo spesso mostrano un singolo esempio “tipico” di una cellula vegetale o animale, ma in realtà le forme delle cellule possono variare ampiamente. Le cellule animali in particolare sono disponibili in tutti i tipi di forme e dimensioni. Le forme delle cellule vegetali tendono ad essere abbastanza simili tra loro a causa della loro rigida parete cellulare

Possiamo imparare molto su cosa fa una cellula osservando la sua forma e dimensione, e i microscopi sono lo strumento ideale per questo.

Forma per il compito

Le cellule hanno forme diverse perché fanno cose diverse. Ogni tipo di cellula ha il proprio ruolo da svolgere nell’aiutare il nostro corpo a funzionare correttamente, e le loro forme le aiutano a svolgere questi ruoli in modo efficace. I seguenti tipi di cellule hanno tutti forme insolite che sono importanti per la loro funzione.

Neuroni sono cellule del cervello e del sistema nervoso. Il loro compito è quello di portare messaggi elettrici dal cervello al resto del corpo e viceversa (quasi come un filo elettrico), quindi sono cellule molto lunghe e sottili. Hanno anche bisogno di connettersi con altri neuroni per formare reti di comunicazione, quindi hanno molte lunghe ramificazioni. Puoi imparare di più sui neuroni altrove sul nostro sito.

Cellule fotorecettrici (bastoncelli e coni) sono cellule dell’occhio che rilevano la luce. Sono in realtà una forma molto specializzata di neurone. I fotorecettori devono raccogliere la luce nel modo più efficiente possibile, quindi hanno una sporgenza specializzata dalla cellula (chiamata segmento esterno) che è piena di molecole che assorbono la luce. I bastoncelli, che sono particolarmente bravi a rilevare la luce, hanno una sporgenza più grande. Il segmento esterno è ora noto per essere un tipo altamente modificato di cilium primario, un organello scoperto di recente. Puoi leggere di più sul cilio primario altrove in questo contesto.

Cellule immunitarie sono cellule che rispondono quando il corpo è infettato (da un batterio, per esempio). Per fare il loro lavoro, devono essere in grado di cambiare forma. Per esempio, i linfociti possono avere bisogno di muoversi attraverso i tessuti del corpo per raggiungere il sito dell’infezione, quindi cambiano la loro forma per passare oltre le cellule del tessuto strettamente imballate. Alcune cellule immunitarie (come i neutrofili) fagocitano batteri e virus, quindi hanno bisogno di cambiare forma per “ingoiarli”. Puoi imparare di più sui diversi tipi di cellule immunitarie nel contesto Combattere le infezioni.

Microscopi sulle cellule

Praticamente tutta la nostra comprensione della forma delle cellule deriva da anni di esperimenti al microscopio accumulati. Non c’è nessun altro strumento che ci permette di guardare direttamente la forma delle cellule. Usando il microscopio ottico, gli scienziati sono stati in grado di osservare le cellule viventi per vedere come le loro forme cambiano nel tempo. Hanno anche potuto osservare i processi cellulari che comportano cambiamenti di forma come la mitosi

A causa del design dei microscopi elettronici, le cellule viventi non possono sopravvivere nelle dure condizioni all’interno del microscopio e quindi non possono essere viste direttamente. Tuttavia, i microscopi elettronici possono fornire informazioni ad alta risoluzione sulla forma delle singole cellule che sono state preparate per la visualizzazione, comprese le piccole aree della cellula che hanno forme specifiche, come il cilium primario e i microvilli.

Cellule in 3D

Le cellule sono oggetti tridimensionali con forme complesse, ma le immagini generate dalla maggior parte dei microscopi sono bidimensionali. Questo ha reso difficile capire la forma complessiva delle cellule e come interagiscono tra loro. Ora, però, diverse tecniche microscopiche rendono possibile fare modelli tridimensionali di cellule o parti di cellule. Questo viene fatto raccogliendo più immagini bidimensionali digitalmente, poi combinandole con programmi informatici.

La dottoressa Rebecca Campbell e il professore associato Tony Poole sono due scienziati dell’Università di Otago che usano le immagini del microscopio per creare modelli tridimensionali delle cellule che studiano. Rebecca usa immagini multiple dal microscopio confocale a scansione laser per costruire viste 3D di interi neuroni, e Tony ha costruito un modello 3D del cilium primario. Puoi saperne di più sul lavoro di Rebecca e Tony altrove in questo contesto.

Natura della scienza

Gli esperimenti scientifici spesso rivelano informazioni inaspettate che possono portare a nuove ipotesi e teorie. Gli scienziati del 1600 furono sorpresi di vedere minuscoli “blocchi di costruzione” quando guardavano i tessuti al microscopio ottico. Le loro osservazioni alla fine portarono allo sviluppo della teoria cellulare – l’idea che la cellula sia l’unità di base della vita.

Link utili

Guarda questo breve video per vedere una cellula immunitaria (un neutrofilo) che cambia forma mentre segue un batterio nel sangue e alla fine lo inghiotte.

Questo favoloso libretto Inside the Cell è stato sviluppato dal National Institute of General Medical Sciences (USA) e contiene bellissime immagini di cellule, descrizioni e dettagli su come vengono studiate le cellule. È molto dettagliato, ma vale la pena darci un’occhiata!

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