Hücre Teorisi
Hücre ve yapılarının keşfedilmesi, merceklerin, özellikle de mikroskobun gelişmesine bağlı olmuştur. Onyedinci yüzyılda, Antony van Leeuwenhoek ve arkadaşları basit gözlemlerin yapılabileceği bir mikroskoba yetecek düzeyde merceklerin üretimini gerçekleştirdiler. Böylece 1665’de, Robert Hooke “Royal Society of London” da bir mantar parçasında “hiç görmediğim, belki de hiç görülmemiş olan ilk mikroskobik delikler” üzerine çalışmasını yayınlayabildi. Hooke’un mantarlar üzerine bu ilk çalışması hücre çalışmalarının başlangıcını oluşturmaktadır. Ancak, hücrelerle ilgili yoğun çalışmalara 19.yy. başlarına kadar devam edilmedi.
Canlı varlıkların hücrelerden oluştuğu fikri -hücre teorisi- iki Alman araştırıcıya aittir. Bunlar, sonuçlarını arka arkaya 1838 ve 1839’da yayınlayan botanikçi Matthias Jakob Schleiden ve zoolog Theodor Schwann’dır. Hücre teorisinin önemli bir uzantısı da Alman fizikçi Rudolf Virchow tarafından öne sürülen “tüm canlı hücreler önceden var olan canlı hücrelerden oluşur ( omnis cellula ecellula) idi. Böylece, hücrelerin cansız maddelerden kendiliklerinden oluşması da mümkün olmuyordu. Canlıdan canlı oluşumunu destekleyen biyogenez teorisi kendiliğinden oluşumla ilgili yanlış inanışları da ortadan kaldırdı. Bu görüş, bilim adamları tarafından olduğu gibi halk tarafından da yaygın bir şekilde kabul edildi. Louis Pasteur, Fransa‘da, bir kaç yıl sonra (1862) Virchow’un teorisini bir seri klasik deneyle destekleyen çalışmalar yaptı. Pasteur önce çeşitli besi örneğini uzun boyunlu balon yapılara yerleştirdi ve daha sonra da balonların boyunlarını dirsek biçiminde kıvırdı. Daha sonra da, içlerinde bulundurdukları mikroorganizmaları öldürmek için bu balonları kaynattı. Balonlarda zamanla havadaki mikroorganizma yüklü toz parçacıkları, bir filtresel işlev gören kıvrımlı uç boyunda tutuldu. Kuğu boynu şeklinde boynu olan balonların içindeki besin ortamında aylarca, bir yıl ve hatta daha uzun süre herhangi bir canlılık belirtisi görülmedi. Düz boyunlu balonların içinde bulunan besi ortamları kontrol sıvıları görevi görür ve içinde zamanla mikroorganizmalar ürer. Kısa bir süre sonra, bu balonlar yaşamla dolar. Benzer bir şekilde, balonun kıvrımlı boynu kırıldığında, içindeki besin ortamında bakteri ve mantar kolonilerinin ürediği görüldü. Titiz bir bilimsel işlem gerektiren kontrol sıvıları, Pasteur teorisinin kanıtları için can alıcı noktayı oluşturuyordu. Denetim sıvılarının çalışması yalnız bir şekilde havadan gelen mikropları karşı karşıya kalma farklılık gösterdi; değişmiş olan sonuç bu farklılığa bağlanmalıydı. Pasteur, böylece süt ve şarap gibi maddelerin bozulmasına ya da kokuşmasına neden olan bakterilerin havadan geldiğini göstermiş oldu. Organizmalar deneyde kendiliklerinden ortaya çıkmıyorlardı. Hücre teorisinin iki unsuru “tüm canlı varlıklar hücrelerden oluşur ve tüm hücreler diğer hücrelerden meydana gelir” canlı varlıkları tanımlama için bize temel oluşturur. Canlı varlıklar hücresel yapılardan meydana gelen kimyasal organizasyonlar olup, kendilerini çoğaltma özelliğindedir.
Hücreyi Gözleme
Hücre içi organizasyonuyla ilgili bilgilerimizin çoğu daha iyi ve daha güçlü mikroskopların gelişmesiyle mümkün olabilmiştir. Hücre içi yapısının ayrıntılı analizinde mikroskopların üç özelliği, büyütme, çözümleme ve kontrast çok önemlidir. Büyütme, gözlemlenen nesnenin görülen boyutunun arttırılması demektir. Çözümleme, birbirine benzeyen yapı ve nesneleri belirgin bir şekilde ayırt edip gösterme kapasitesidir. Kontrast, hücrenin bir bölgesini diğerinden ayırt etmede önemlidir.
Bilinen bileşik ışık mikroskobunun, tüm mikroskopların kullanımına temel teşkil edecek pek çok özellikleri vardır. Işık, örnekten geçer, sonra mercekler yardımıyla tutulup, güçlendirilip, netleştirilir. Büyütme ve örneğin büyüklüğüne bağlı olarak tüm hücre ya da küçük bir kısmı her hangi bir zaman görüntü alanında bulunabilir. Örneğin daha büyük ya da daha küçük kesitlerinden ışık alan değişik şekilli mercekler kullanarak büyütmeyi değiştirebiliriz. Okülere ulaşan ışık miktarı azaldıkça, büyütme de artar. Bununla birlikte ışık mikroskobunda kullanılan büyütmenin sınırı daha fazla aydınlatma ile ilgili değildir. Ama, ışığın mercekten geçerken, kırılma şeklinde yön değiştirmesiyle ilgilidir. Sapma olarak bilinen bu olay ışık kaynağından düz bir hat şeklinde gelip, örnekten geçip objektife doğru giden ışığın kırılması ile görüntünün bozulmasıdır. Sonuç, azalan çözümleme ile gittikçe bozulan resim eldesidir. Mümkün olan kullanışlı büyütmenin miktarı adi ışığın dalga boyu ile sınırlıdır. Bu sınırda, nesnenin gerçek boyutunun net görüntüsü, en fazla 1000 kez büyütülerek elde edilebilir. Bin kez büyütme, çıplak göze göre anormal bir gelişme olmasına karşın, daha küçük hücreiçi yapıları görmemiz için kesinlikle yeterli değildir. Işık mikroskobunda kontrast, büyütme kadar önemlidir. Eğer cisimleri, bulundukları zeminden ayırt edeceksek, kontrast gereklidir.
Çoğu hücre bileşeni renksizdir ve hemen hemen aynı yapıya sahiptir. Fakat, hücrenin değişik kısımlarının çeşitli boyalara karşı ilgileri çoğunlukla farklıdır. Öyle ki, bu bölgeler birinden diğerinin kolayca ayırdedilebilmesi için çeşitli renk ve çeşitli yoğunluktaki boyalarla boyanabilir. Ancak,boyama genellikle hücreleri öldürür ve bu yüzden hücre içi yapıda değişiklikler olur. Her ikisinin de ayrıntılı optik manipulasyona bağlı olduğu faz-kontrast ve Nomarski optikleri gibi yeni teknikler, ışık mikroskobunun değerini büyük ölçüde arttırmıştır; çünkü bunlar, hücrelerde boyama yapmaksızın kontrast oluşturmaktadır.
Elektron mikroskobu (EM), aydınlatma kaynağı olarak ışık yerine bir elektron bombardımanı kullanılması ile hücre çalışmalarında yeni ufuklar açmıştır. Aydınlatmanın ve elektron bombardımanının dalga boyunun görünür ışıktan daha kısa olmasına bağlı olarak çözümlemenin daha fazla gelişmesi, (yani, kırılmasının azalması) elektron mikroskoplarının nesneleri ışık mikroskobundan 10.000 misli daha iyi çözümlemesine neden olmaktadır.
Transmisyon elektron mikroskobunda (TEM), elektronlar çok ince kesilmiş örnekten geçerek merceklerden daha iyi çalışan mıknatıslar yardımıyla bir araya toplanırlar. Daha sonra, örneğin görüntüsünü oluşturdukları fotoğraf filmi ya da fosforesent perde üzerine düşerler. Hücreler esasen elektronlara geçirgen olduğundan, transmisyon EM için hazırlanmış bir örnek, özel hücre yapı larına bağlanan elektronca yoğun kimyasal madde ile farklı özellikle boyanabilmelidir. Ortaya çıkan resim, onu ortaya çıkarmak için kullanılan boyama tekniği kadar iyi olabilir. Bu yüzden de pek çok değişik teknik vardır. Bunlardan birisi ağır-metal atomlarını içeren boyaları kullanmaktır. Bu boyalar çeşitli hücre içi yapılara bağlanıp, bu bölgelerde elektron geçişini engellerler. Bir diğer teknik ise örneği eğerek, elektronca yoğun maddenin atomlarının örneğin üzerine düşmesini sağlamaktadır. Sonuçlanan EM resmindeki gölgeler ve aydınlık kısımlar üç boyutlu bir etki yapmaktadır. Yani, örneğin önemli yüzey ayrıntılarını gösteren bir çeşit topografik haritası oluşmaktadır.
Bir tarayıcı elektron mikroskop da (SEM), üç boyutlu görüntü oluşturabilir. Metal atomlarıyla kaplanmış olan örnek, yukarıdan aşağıya doğru hareket eden elektron bombardımanı ile taranır. Netlik oluşturan prob örneğin içine girmez; bunun yerine ikincil elektronların yüzeyden yayılmasına neden olur. İkincil elektronların yayılma yoğunluğu probun yüzeye gönderdiği elektron bombardımanın açısına bağlıdır ve bu yüzden örneğin dış hatlarına bağlı olarak değişiklik gösterir. Böylece, yayılmanın kaydedilmesiyle her noktanın 3 boyutlu görünümü ortaya çıkartılmış olur. Tarayıcı elektron mikroskobunun (SEM) çözümleme gücü her ne kadar transmisyon elektron mikroskobununki (TEM) kadar değilse de üç boyutlu görüntü oluşturma özelliği bir çok uygulamalar için büyük avantaj sağlar. Ayrıca taranan yüzey alanları için bilgi verdiğinden, bir örnek tam bir bütün olarak incelenebilir. Daha da fazlası, “gölgeleme” gerekmediğinden aynı örnek istenildiği kadar çevrilip çeşitli açılardan incelenebilir.
Elektron mikroskopların en son çeşidi tarayıcı tünelli mikroskoptur (STM). Örneğin üzerinde gidip gelen ve sıralı bir şekilde örneği tarayan çok ince elektron yayıcı bir proba sahiptir. Prob, örneğe değecek kadar yaklaşıp aşağı yukarı hareket ederek örneğin tüm ayrıntılarını ortaya çıkartır. Probun yüksekliği, sürekli elektron akışı sağlamak için sabit bir şekilde ayarlanmıştı r. Böylece, elektron yayıcı probun, hemen altındaki örneğin bir parçasından sabit bir mesafede tutulması sağlanır. Probun bu aşağı yukarı hareketleri, örneğin topoğrafisini yeniden oluşturmak ve video monitöründe resim haline getirmek için bir bilgisayar tarafından kontrol edilir.
Kaynakça:
Khan Akademy
Yazar: Taner Tunç