Zellen sind die Bausteine des Lebens – alle lebenden Organismen sind aus ihnen aufgebaut. In Lehrbüchern wird oft ein einziges „typisches“ Beispiel einer pflanzlichen oder tierischen Zelle gezeigt, aber in Wirklichkeit können die Formen der Zellen sehr unterschiedlich sein. Vor allem tierische Zellen gibt es in allen möglichen Formen und Größen. Pflanzenzellen ähneln sich in der Regel aufgrund ihrer starren Zellwand
Wir können viel darüber lernen, was eine Zelle tut, indem wir ihre Form und Größe betrachten, und Mikroskope sind das ideale Werkzeug dafür.
Gestaltet für die Aufgabe
Zellen haben unterschiedliche Formen, weil sie unterschiedliche Dinge tun. Jeder Zelltyp hat seine eigene Aufgabe, um unserem Körper zu helfen, richtig zu funktionieren, und ihre Formen helfen ihnen, diese Aufgaben effektiv zu erfüllen. Die folgenden Zelltypen haben alle ungewöhnliche Formen, die für ihre Funktion wichtig sind.
Neuronen sind Zellen im Gehirn und im Nervensystem. Ihre Aufgabe ist es, elektrische Nachrichten vom Gehirn zum Rest des Körpers und wieder zurück zu transportieren (fast wie ein elektrischer Draht), daher sind sie sehr lange, dünne Zellen. Außerdem müssen sie sich mit anderen Neuronen verbinden, um Kommunikationsnetze zu bilden, weshalb sie viele lange Verzweigungen haben. Mehr über Neuronen erfährst du an anderer Stelle auf unserer Website.
Photorezeptorzellen (Stäbchen und Zapfen) sind Zellen im Auge, die Licht erkennen. Sie sind eigentlich eine sehr spezialisierte Form von Neuronen. Fotorezeptoren müssen das Licht so effizient wie möglich sammeln. Deshalb haben sie einen speziellen Vorsprung an der Zelle (das so genannte äußere Segment), der mit Molekülen gefüllt ist, die das Licht absorbieren. Stäbchen, die besonders gut Licht wahrnehmen können, haben einen größeren Vorsprung. Man weiß jetzt, dass das äußere Segment eine stark modifizierte Art von primärem Zilium ist, eine kürzlich entdeckte Organelle. Mehr über das primäre Cilium können Sie an anderer Stelle in diesem Zusammenhang lesen.
Immunzellen sind Zellen, die reagieren, wenn der Körper infiziert wird (z. B. durch ein Bakterium). Damit sie ihre Aufgabe erfüllen können, müssen sie ihre Form verändern können. Lymphozyten müssen sich zum Beispiel durch das Körpergewebe bewegen, um zum Infektionsherd zu gelangen, und ändern daher ihre Form, um sich an dicht gepackten Gewebezellen vorbeizudrücken. Einige Immunzellen (z. B. neutrophile Granulozyten) verschlingen Bakterien und Viren und müssen daher ihre Form ändern, um sie zu „schlucken“. Mehr über die verschiedenen Arten von Immunzellen erfahren Sie im Zusammenhang mit der Bekämpfung von Infektionen.
Mikroskope auf Zellen
Fast unser gesamtes Verständnis der Zellform stammt aus jahrelangen Mikroskop-Experimenten. Es gibt kein anderes Werkzeug, mit dem wir die Zellform direkt betrachten können. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie konnten Wissenschaftler lebende Zellen betrachten, um zu sehen, wie sich ihre Form im Laufe der Zeit verändert. Sie konnten auch zelluläre Prozesse beobachten, die mit Formveränderungen einhergehen, wie z. B. die Mitose
Aufgrund der Bauweise von Elektronenmikroskopen können lebende Zellen unter den rauen Bedingungen im Inneren des Mikroskops nicht überleben und können daher nicht direkt betrachtet werden. Elektronenmikroskope können jedoch hochauflösende Informationen über die Form einzelner Zellen liefern, die für die Betrachtung präpariert wurden, einschließlich kleiner Bereiche der Zelle, die spezifische Formen haben, wie das primäre Zilium und die Mikrovilli.
Zellen in 3D
Zellen sind dreidimensionale Objekte mit komplexen Formen, aber die von den meisten Mikroskopen erzeugten Bilder sind zweidimensional. Das hat es schwierig gemacht, die Gesamtform von Zellen und ihre Interaktion miteinander zu verstehen. Mit verschiedenen mikroskopischen Techniken ist es nun möglich, dreidimensionale Modelle von Zellen oder Teilen von Zellen zu erstellen. Dazu werden mehrere zweidimensionale Bilder digital erfasst und dann mit Hilfe von Computerprogrammen kombiniert.
Dr. Rebecca Campbell und Associate Professor Tony Poole sind zwei Wissenschaftler an der University of Otago, die Mikroskopbilder verwenden, um dreidimensionale Modelle der von ihnen untersuchten Zellen zu erstellen. Rebecca verwendet mehrere Bilder des konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops, um 3D-Ansichten ganzer Neuronen zu erstellen, und Tony hat ein 3D-Modell des primären Ziliums erstellt. Mehr über Rebeccas und Tonys Arbeit erfahren Sie an anderer Stelle in diesem Zusammenhang.
Natur der Wissenschaft
Wissenschaftliche Experimente bringen oft unerwartete Informationen zutage, die zu neuen Hypothesen und Theorien führen können. Im 16. Jahrhundert waren Wissenschaftler überrascht, winzige „Bausteine“ zu sehen, als sie Gewebe unter dem Lichtmikroskop betrachteten. Ihre Beobachtungen führten schließlich zur Entwicklung der Zelltheorie – der Idee, dass die Zelle die Grundeinheit des Lebens ist.
Nützliche Links
Schauen Sie sich dieses kurze Video an, um zu sehen, wie eine Immunzelle (ein Neutrophiler) ihre Form verändert, während sie einem Bakterium durch das Blut folgt und es schließlich verschlingt.
Diese fabelhafte Broschüre Inside the Cell wurde vom National Institute of General Medical Sciences (USA) entwickelt und enthält wunderschöne Bilder von Zellen, Beschreibungen und Details darüber, wie Zellen untersucht werden. Es ist sehr detailliert, aber einen Blick wert!