cellula Robert Hooke cellule

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1 Uno dei principi più importanti della biologia è l affermazione che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. È un concetto di importanza capitale perché fornisce il punto di partenza per lo studio della biologia. La biologia si basa, infatti, sulla conoscenza di quel che accade a livello della cellula. Il nome cellula fu utilizzato per la prima volta dal naturalista inglese Robert Hooke nel Egli, osservando sottilissime fettine di sughero, si accorse che erano composte da strutture poligonali simili alle celle di un alveare. Hooke chiamò queste strutture cellule, dal latino piccole celle. 1

2 Non si può affermare che Hooke abbia scoperto la cellula: egli riteneva che le cellule fossero responsabili soltanto dell elasticità del sughero. Osservazioni successive portarono a rendersi conto che le cellule non erano esclusive del sughero, ma si potevano osservare anche in organismi diversi. Poiché le cellule sono troppo piccole per essere viste ad occhio nudo, il loro studio è andato migliorando con il perfezionarsi dei microscopi e solo nel XIX secolo si riuscì a delineare un quadro abbastanza preciso di ciò che poteva essere una cellula. Nel 1831 lo scozzese Robert Brown affermò che tutte le cellule erano delimitate da una membrana e possedevano al loro interno una zona più densa (e quindi più scura) che egli chiamò nucleo. «La cellula è una struttura microscopica delimitata da una membrana e contenente il nucleo». È la prima definizione di cellula che, tutto sommato, possiamo ritenere valida ancora oggi. Un grande passo avanti nell osservazione della cellula fu compiuto quando qualcuno ebbe l idea di colorare le cellule, immergendole in un bagno di coloranti. In questo modo non solo il nucleo e la membrana divennero maggiormente evidenti, ma fu possibile osservare all interno delle cellule molte strutture diverse alle quali fu dato il nome di organuli (dal latino piccoli organi, immaginando che potessero svolgere un ruolo simile a quello degli organi di un organismo). 2

3 Nel 1838 un botanico tedesco, Matthias Schleiden, giunse alla conclusione che tutte le piante sono costituite da cellule e che queste ultime sono alla base del funzionamento di tutti gli organismi vegetali. Un anno dopo, nel 1839, un altro naturalista tedesco, Theodor Schwann, affermò la stessa cosa riguardo agli animali. Infine, nel 1858, un medico tedesco, Rudolf Virchow, giunse alla conclusione che ogni cellula si origina sempre da un altra cellula preesistente. Le affermazioni dei tre scienziati tedeschi costituiscono ancora oggi la base della teoria cellulare: 1. La cellula è la più piccola unità vivente. 2. La cellula è l unità morfologica e funzionale di tutti gli organismi viventi. 3. Ogni cellula si origina sempre da un altra cellula preesistente. Il primo punto afferma che il livello cellulare è il più basso gradino al quale possiamo riscontrare la vita : i singoli componenti della cellula, per quanto complessi ed essenziali siano, non costituiscono un unità vivente. Il secondo punto sostiene che ogni organismo vivente è formato da cellule e che da queste dipendono sia la sua forma (morfologia) che la sua funzione (fisiologia). Il terzo punto evidenzia che, almeno allo stato attuale delle cose, l unico modo per ottenere cellule vive è di farle originare da un altra cellula preesistente: non vi è modo di produrre artificialmente cellule viventi. 3

4 Oggi il secondo punto sembrerebbe avere eccezioni: esistono infatti organismi che non sembrano essere costituiti da cellule. Si tratta dei funghi, dei virus e di alcuni tipi di alghe. Però i funghi e le alghe sono costituiti da unità molto simili alle cellule, solo di grandi dimensioni e contenenti numerosi nuclei. Nei virus, effettivamente, non vi è traccia alcuna di struttura cellulare: non esiste neppure il nucleo. Tutti questi organismi, comunque, costituiscono un eccezione solo apparente poiché sono il risultato di un evoluzione che ha abbandonato la struttura cellulare per esigenze funzionali. Nei funghi e nelle alghe più cellule si sono fuse assieme a formare un unica struttura, com è testimoniato dalla presenza di più nuclei. Nei virus l estrema semplificazione subita da questi organismi ha comportato la perdita della tipica morfologia cellulare. Le cellule sono minuscole, le loro dimensioni si misurano in µm (micrometro o micron: un millesimo di millimetro). Tuttavia non mancano le eccezioni: le uova degli uccelli - costituite da un unica cellula - sono enormi, alcuni tipi di alghe unicellulari possono essere viste a occhio nudo ed i neuroni (le cellule nervose) hanno prolungamenti che possono estendersi per metri. 4

5 Le ridotte dimensioni delle cellula dipendono dalla necessità di mantenere un adeguato rapporto tra superficie e volume. Il volume determina la quantità di attività chimica svolta dalla cellula nell unità di tempo, mentre la superficie determina la quantità di sostanze che la cellula può scambiare con l esterno. Il rapporto superficie/volume di un oggetto cambia se cambiano le dimensioni perché il volume varia più rapidamente della superficie. Se una cellula cresce e diventa più grande, la sua attività chimica aumenta più velocemente della sua superficie e quindi sono rallentati gli scambi con l ambiente. Inoltre all interno di una cellula le sostanze devono distribuite omogeneamente e ciò avviene più facilmente se la cellula è piccola. Questo spiega perché le dimensioni delle cellule devono rimanere molto contenute e gli organismi devono essere composti da molte piccole cellule. L occhio umano ha un potere di risoluzione di poco più di 100 µm, ciò significa che se osserviamo due punti distanti tra loro meno di 100 µm ci appariranno come un unico punto e, analogamente, se due linee distano meno di 100 µm si confonderanno in un unica linea. Le cellule sono ben al di sotto del potere di risoluzione dell occhio. 5

6 Ecco perché, per poterle osservare, si deve ricorrere all aiuto di particolari strumenti. La funzione di questi strumenti non è però tanto quella di ingrandire l oggetto da osservare, quanto piuttosto quella di aumentare il potere di risoluzione dell occhio. Anche se ingrandissimo enormemente le cellule, senza però variare il potere di risoluzione, otterremmo un immagine piuttosto sfuocata e nel complesso indistinguibile. Questo perché potere di risoluzione ed ingrandimento sono due cose diverse: se facciamo una fotografia di due linee distanti tra loro meno di 100 µm e la ingrandiamo indefinitamente, le due linee continueranno a confondersi: il semplice ingrandimento, infatti, non migliora il potere di risoluzione. Lo strumento che consente di accrescere il potere di risoluzione dell occhio è il microscopio. 6