Die Zelltheorie ist eines der Grundprinzipien der Biologie. Die Formulierung dieser Theorie wurde den deutschen Wissenschaftlern Matthias Schleiden, Theodor Schwann und Rudolph Virchow zugeschrieben. Die Zelltheorie besagt, dass alle biologischen Organismen entweder einzellig oder mehrzellig sind. Zellen sind die Grundeinheit des Lebens, und alle Zellen stammen aus bereits vorhandenem Leben. 1839 formulierten Schwann und Schleiden diese Theorie offiziell. Sie ist zur Grundlage der modernen Biologie geworden.
Die Formulierung der Zelltheorie
Als Matthias Schleiden und Theodor Schwann 1838 einen Kaffee nach dem Abendessen tranken, diskutierten sie über ihre Zellstudien. Sie fanden einige Ähnlichkeiten zwischen den Pflanzenzellen, die Schleiden untersuchte, und den Tierzellen, die Schwann beobachtet hatte. Danach beaufsichtigen die beiden Wissenschaftler Schwanns Labor die Proben genau. 1839 veröffentlichte Schwann ein Buch über Pflanzen- und Tierzellen, in dem er die Beobachtungen seiner Experimente in 3 Grundsätzen zusammenfasste. Erstens sind Zellen die Einheit von Struktur, Physiologie und Organisation in lebenden Organismen. Zweitens haben Zellen eine Doppelexistenz als eigenständige Einheit und als Baustein im Aufbau von Organismen. Schließlich bilden sich Zellen durch die Bildung freier Zellen ebenso wie durch die Bildung von Kristallen. Rudolph Virchow stellte später fest, dass der dritte Grundsatz mit seinem mächtigen Diktum „Omnis cellula e cellula“ (Alle Zellen entstehen nur aus bereits bestehenden Zellen) falsch war.
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Die modernen Lehren der Zelltheorie
Mehrere Studien und Experimente anderer Wissenschaftler haben die Zelltheorie verbessert. Die modernen Grundsätze der Zelltheorie besagen, dass alle lebenden Organismen aus Zellen bestehen und die Zelle die funktionelle und strukturelle Einheit aller lebenden Organismen ist. Darüber hinaus entstehen Zellen durch Teilung aus bereits bestehenden Zellen. Während der Zellteilung geben Zellen Erbinformationen (DNA) an andere weiter.
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Ausnahmen
Es gibt verschiedene Ausnahmen von der modernen Interpretation der Zelle. Manche Wissenschaftler betrachten Viren als Lebewesen, obwohl sie nicht aus Zellen bestehen. Obwohl Viren mehrere Merkmale des Lebens aufweisen, werden sie in der Definition der Zelltheorie nicht als lebendig angesehen. Außerdem ist der Ursprung der ersten Zelle unbekannt. Es gab keine vorbestehenden Zellen vor der ersten, da die Definition der Zelle diesen Aspekt auslässt. Chloroplasten und Mitochondrien haben auch ihr eigenes einzigartiges genetisches Material und vermehren sich unabhängig.
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Katzenminze in Töpfen anbauen
Einige der Meilensteine im Studium der Zellbiologie
1595: Jansen erschafft das erste zusammengesetzte Mikroskop
1626: Redi schlug vor, dass Lebewesen nicht aus spontanen Generationen hervorgehen.
1838: Schwann und Schleiden schlagen die Zelltheorie vor.
1858: Rudolf Virchow legt dar, dass sich Zellen nur aus bestehenden Zellen entwickeln
1869: Miescher isoliert die DNA
1883: die Chromosomentheorie der Vererbung
1939: Siemens fertigt das erste kommerzielle Transmissionselektronenmikroskop
1952: Gey und Kollegen beschrieben eine kontinuierliche menschliche Zelllinie.
1953: Watson, Crick und Wilkins schlagen die Struktur der DNA-Doppelhelix vor.
1965: Cambridge Instruments stellt das erste kommerzielle Rasterelektronenmikroskop her
1981: Herstellung von transgenen Fruchtfliegen und Mäusen und Bestimmung der embryonalen Stammzelllinie der Maus.
2000: Entwurf der DNA-Sequenz des menschlichen Genoms
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Die Zellgrundlagen
Alle Lebewesen bestehen aus Zellen und sind auf ihre Funktion angewiesen. Die Zelle enthält Organellen, die bestimmte Funktionen ausführen, die für den normalen Zellbetrieb notwendig sind. Zellen haben auch DNAs und RNAs, die die genetische Information sind, die benötigt wird, um zelluläre Aktivitäten zu steuern. Allerdings sind nicht alle Zellen gleich. Zum Beispiel können Zellen grob in zwei Typen eingeteilt werden: eukaryotische und prokaryotische Zellen. Eukaryotische Zellen haben membrangebundene Organellen, einschließlich eines Zellkerns. Eukaryontische Zellen umfassen Tier-, Pflanzen- und Pilzzellen. Eukaryoten (Organismen mit eukaryotischen Zellen) können ein- oder mehrzellig sein. Prokaryotische Zellen haben keinen Kern oder andere membrangebundene Organelle. Prokaryoten (Organismen mit prokaryotischen Zellen) umfassen Bakterien und Archaeen.
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Zellreproduktion
Zellreproduktion ist der Prozess, bei dem sich bestehende Zellen teilen, um neue Zellen zu bilden. Wenn sich eine Zelle teilt, erstellt sie eine Kopie aller ihrer Chromosomen und sendet sie an die neu geschaffene Zelle. Eine eukaryontische Zelle wächst und reproduziert durch eine komplexe Abfolge von Ereignissen, die als Zellzyklus bezeichnet wird. Die Zelle kann sich entweder durch Meiose- oder Mitose-Prozesse teilen. Zum Beispiel vermehren sich Geschlechtszellen durch Meiose, während sich Körperzellen über Mitose vermehren. Eine prokaryontische Zelle reproduziert sich hauptsächlich durch binäre Spaltung, die eine Art asexueller Fortpflanzung ist. Einige höhere Organismen vermehren sich auch durch asexuelle Fortpflanzung. Zum Beispiel vermehren sich Pflanzen, Pilze und Algen ungeschlechtlich durch Sporenbildung, während Tiere sich ungeschlechtlich durch Knospen, Regeneration, Parthenogenese und Fragmentierung vermehren.
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Zellprozesse: Zellatmung und Photosynthese
Zellen führen viele entscheidende Prozesse durch, die für das Überleben eines Organismus unerlässlich sind. Diese zellulären Prozesse helfen Organismen, die Energie zu gewinnen, die in den Nährstoffen gespeichert ist, die sie verbrauchen. Zellatmung und Photosynthese sind die Lebensprozesse, die die meisten lebenden Organismen durchführen, um nutzbare Energie aus der Natur zu gewinnen. Die meisten Tiere decken ihren Energiebedarf über die Zellatmung, während Pflanzen, Algen und Cyanobakterien ihre Nahrung durch Photosynthese selbst herstellen. Der Prozess der Photosynthese hilft dabei, die Lichtenergie der Sonne in chemische Energie (Glukose) umzuwandeln. Danach durchlaufen Pflanzenzellen eine Zellatmung, wodurch ATP-Moleküle gebildet werden. Glukose, die durch diesen Prozess produziert wird, ist die Energiequelle, die sowohl von photosynthetischen Organismen als auch von Organismen, die sie verbrauchen, verwendet wird, während letztere Zellatmung durchlaufen, um ATP-Moleküle zu erhalten.
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Zellprozesse: Endozytose und Exozytose
Zellen führen die aktiven Transportprozesse der Exozytose und Endozytose durch, um Chemikalien abzusondern, Abfallstoffe auszustoßen und Energie freizusetzen. Endozytose: Bei diesem Vorgang nimmt die Zelle Moleküle wie polare Moleküle und Proteine durch ihre hydrophobe Plasmamembran auf. Mehrere eukaryotische Zellen führen diesen Prozess durch, um Nahrungssubstanzen zu verdauen, indem sie sie umgeben. Exozytose: Bei diesem Prozess stößt die Zelle verdaute Moleküle und andere Substanzen aus, die zu groß sind, um ihre Membranstruktur zu passieren. Die Fusion von Plasmamembran und vesikulärer Membran begleitet diese Austreibung. Die grundlegenden Mechanismen dieser beiden Prozesse sind ähnlich, da sie den Transport von Molekülen zwischen Zellen unterstützen.
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Zellprozesse: Zellmigration
Die Zellmigration ist für die Etablierung und Aufrechterhaltung der richtigen Organisation mehrzelliger lebender Organismen unerlässlich. Die Bildung von Gewebe während der Prozesse der Wundheilung, Embryonalentwicklung und Immunreaktionen erfordert eine orchestrierte Bewegung der Zellen in bestimmte Richtungen. Externe Signale, die chemisch oder mechanisch sein können, führen zur Zellmigration. Einige Prozesse, wie Mitose und Zytokinese, benötigen auch eine Zellmigration.
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Zellprozesse: DNA-Replikation und Proteinsynthese
Für jede neue Zelle muss genetisches Material repliziert werden, um die richtige Anzahl an Chromosomen zu erhalten. DNA-Replikation ist ein Prozess, bei dem die DNA während des Prozesses der Zellteilung eine Kopie von sich selbst erstellt. Dieser Prozess folgt den Schritten der Initiation, Elongation und Termination, an denen Replikationsenzyme und RNAs beteiligt sind. Dieser Prozess ist für mehrere andere Prozesse, einschließlich der Zellteilung und der Chromosomensynthese, von entscheidender Bedeutung. Es ist auch entscheidend für das Zellwachstum und die Reparatur.
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