نبذة تاريخية عن علم الخلية

يعرف علم الخلية cytology بانه العلم الذي يهتم بدراسة تركيب الخلية ووظيفتها وتكاثرها والتركيب الجزيئي لها ويهتم ايضاً بوراثة الخلية ويعرف ايضاً بانه العلم الذي يهتم بدراسة انواع الخلايا وتخصصاتها ووظائفها وتركيبها وان علم الخلية والذي يعرف حالياً بعلم حياة الخلية (بايلوجية الخلية)Cell Biology هو احد الفروع الفتية لعلوم الحياة يتناول دراسة تركيب ووظيفة العضيات الخلوية Organelles ودورها في وحدة بناء الكائن الحي وان الخلية Cell هي الوحدة الأساسية للكائن الحي والتي لها القدرة وبشكل مستقل على التكاثر او الانتاج Reproduction والتي تتكون من السايتوبلازم والنواة ]او منطقة نووية[ ومحاطة بغشاء خلوي . 

 كان علم حياة الخلية يضم ثلاثة اتجاهات: الاتجاه الاول هو علم الخلية الكلاسيكي الذي يهتم بدراسة التراكيب الخلوية المشاهدة بواسطة المجهر الضوئي والاتجاه الثاني هو علم وظيفة الخلية والذي يهتم بالكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية ووظائف الخلية في حين كان علم حياة الخلية يكون الاتجاه الثالث والذي يفسر الخلية على مستوى الجزيئات كالجزيئات الكبيرة مثل الاحماض النووية والبروتين. اما في الوقت الحالي فهنالك ترابط بين هذه الاتجاهات الثلاثة ولم تعد اتجاهات منفصلة ويستخدم علم الخلية وعلم حياة الخلية كمرادفان. 

نبذة تأريخية Historical Background

 أن الفلاسفة الاغريق القدماء مثل ارسطو Aristotle (384-322) ق.م و Paracelsus أوضحوا ان جميع الحيوانات والنباتات رغم تعقيدها فأنها تتألف من عناصر قليلة والتي تكون متكررة في تلك المجاميع وقد كانوا يشيرون الى التراكيب الانكلوسكوبية لتلك الكائنات مثل الجذور والاوراق والازهار والشائعة في مختلف النباتات وكذلك القطع  والاعضاء في عالم الحيوان وبعد قرون وبسبب اختراع العدسات المستعملة في التكبير فان الابعاد الانكلوسكوبية قد اكتشفت من الباحث Davinci عام 1485 واشار الى استخدام العدسات في مشاهدة الاشياء الصغيرة وفي عام 1558 فان عالم الاحياء السويدي كونراد جسز نشر نتائج دراساته حول تركيب مجموعة من الطليعيات الي تدعى foraminifera وقد كانت مخططاتة للبروتوزوا تتضمن العديد من التفاصيل لايمكن ان تظهر الا اذا استخدم مجموعة من العدسات المكبرة وربما هذه هي السجل الاول او المبكر لاستخدام الاجهزة المكبرة في الدراسات البايولوجية لذلك فان النمو والتطور في علم حياة الخلية مبدئياً قد اشترك مع تطور العدسات البصرية واستخدام هذه العدسات في تركيب المجاهر المركبة لذلك فان اختراع المجهر وتطوره كان يجري جنبا الى جنب مع التطور في علم حياة الخلية. ان اول مجهر مركب قد اخترع عام 1590 بواسطة F. Janssen و. J. Janssen وفي العام 1610 فأن العالم الايطالي Galilei Galileo اخترع المجهر البسيط والذي يحتوي على عدسة مكبرة واحدة وقد استخدم لدراسة تركيب القرنية في العين المركبة للحشرات كما ويعد العالم الايطالي مالبيجي من بين الاوائل الذين استخدموا المجهر في فحص ووصف شرائح رقيقة من الانسجة الحيوانية المأخوذة من بعض الاعضاء مثل الدماغ والكبد والكلية والطحال والرئات واللسان وكذلك درس الانسجة النباتية وقد اقترح بأنها تتركب من وحدات تركيبية وسماها او اطلق عليها utricles ثم جاء بعد ذلك العالم الانكليزي روبرت هوك وهو اول من استخدم مصطلح الخلية وقد ارتبط اسمه باستخدام مصطلح الخلية في عام 1665 وقد فحص شرائح رقيقة مأخوذة من قطعة من الفلين الجاف بواسطة استعمال مجهره المركب الذي صنعه بنفسه . وقد نشر هوك مجموعة من المقالات تحت عنوان Micrographia وقد كان وصفه البسيط للفلين كبيوت النحل وقد كانت الخلايا فارغة من المكونات الحية وكان يعتقد بأن الخلايا التي شاهدها تشابه الاوردة والشرايين في الحيوانات وانها ممتلئة بالعصير في النباتات الحية ولكن مجهره هذا لم يظهرها. وقد استخدم عدساته في بناء مجاهر عديدة منها قد يصل تكبيرها الى 300× ويعد الاول في مشاهدة الخلايا الحية الحرة وفي العام 1675 وصف كائنات مجهرية في ماء المطر جمعها بواسطة انابيب مغروسة في التربة اثناء هطول المطر وان رسوماته تتضمن انواع من البكتريا كما يعد العالم ليفنهوك الاول في وصف خلايا النطفة للانسان والكلاب والارانب والضفادع والاسماك والحشرات وفي مشاهدة حركة خلايا الدم في اللبائن والطيور والبرمائيات والاسماك وقد لاحظ ان هذه الخلايا في الاسماك والبرمائيات كانت بيضوية في شكلها وتحتوي جسم مركزي (النواة) في حين كانت الخلايا للانسان وبقية اللبائن دائرية كما لاحظ العضلات المخططة. وكما نشر عالم النبات الانكليزي N. Grew مجموعة من الفحوص المجهرية كمقاطع مأخوذة من الازهار والجذور والسيقان للنبات والتي تشير يوضوح انه قد حدد الطبيعة الخلوية للانسجة النباتية. وخلال القرن التاسع عشر كانت هناك العديد من الاختراعات والملاحظات وقد صيغت معالم عدد من النظريات مثل نظرية الخلية ونظرية البروتوبلازم وفي عام 1807 الباحث ميربيل صرح بأن جميع الانسجة النباتية مكونة من خلايا وفي العام 1824 فان العالم الفرنسي R. Dutrochet اوضح بان جميع الانسجة النباتية والحيوانية هي عبارة عن تجمع من خلايا كروية وفي العام 1831 فأن العالم الانكليزي روبرت براون قد اكتشف النواة في الخلايا وسماها بهذا الاسم وقد اشار الى ان النواة من المكونات الرئيسة والثابتة في الخلايا.

صورة توضيحية للمجهر الذي استعمله هوك 

بالنظر لتعدد الفروع والمجالات العلمية والتشعب للاختصاصات فقد وجدت بينها علاقات متطورة ودقيقة حيث ان العلم الواحد لايؤدي مهامه بكفائة عالية بمعزل عن العلوم الاخرى والتقنيات الاخرى. ولذلك فقد اضحى لعلم الخلية اتصالات وثيقة ومباشرة مع العديد من الفروع والمجالات العلمية كعلم الوراثة وعلم الكيمياء الحياتية وعلم الحيوان وعلم النبات وعلم التشريح وعلم الانسجة وعلم الفسلجة وعلم الامراض وعلم الاجنة فعن علاقته بعلم الاجنة فأن هناك مشاكل علمية متعلقة بالخلية وهي مشاكل متعلقة بنمو الجنين والانقسام الخلوي هي مسائل حيوية وضرورية بالنسبة الى نشوء ونمو الجنين وهي ايضاً الاساس المعتمد لتنظيم نمو الكائن الحي لذلك على علماء الاجنة ان يكونوا على معرفة جيدة للتركيب الاساسي للخلية واهمية وتوزيع كل من العضيات الموجودة فيها . 

 اما عن العلاقة بعلم الوراثة فإن التقاء علم الوراثة وعلم الخلية يأتي بعد ان أصبح انقسام الخلية في اواسط القرن التاسع عشر الظاهرة الرئيسة لتكاثر الكائنات الحية واعتبر الباحث ولسون Wilson ان الوراثة هي نتيجة لأستمرارية صفات الخلية بواسطة الانقسام اما بالنسبة للباحث وايزمان Weisman في عام 1885 فقد ابتكر نظرية البلازما الجرثومية Germplasm أي ان انتقال العوامل الوراثية من جيل الى اخر يحدث عن طريق جراثيم خاصة وموضع هذه الجراثيم هي العناصر التناسلية المني Spermatozon والبيضة Ovum وتختلف هذه الجراثيم عن الخلايا الجسمية Somatic cells . كما اكد هذا الباحث على حقيقة الاخصاب وبين ان عدد الكروموسومات تبقى ثابتة في الخلية وكما ان التجارب التي اجراها الباحث وايزمان Weisman تؤدي الى استنتاج يؤكد بوجوب حصول اختزال في عدد الكرموسومات اثناء عملية توليد الامشاج Gametogenesis  لكي لا تحصل زيادة مستمرة في عدد الكروموسومات بعد كل عملية اخصاب. اما العلماء هيرتوينج Hertwing وفول Fol وستراسبورجر Strasburger عام 1874 فقد اكتشفوا ان النواة التي تحمل العوامل الطبيعية للوراثة ولكن الباحث روكس Roux اوضح على ان الكروماتين هي المادة التي تتكون منها الكرموسومات Chromosomes ولها ترتيب خيطي وان الكرموسومات موجودة داخل النواة واعتبر وايزمان Weisman فيما بعد ان الوحدات الوراثية والتي سميت فيما بعد بالجينات مرتبة على طول الكرموسوم. ان القوانين الاساسية للوراثة قد اكتشفت من قبل العالم جريجور مندل Gregor Mendel سنة 1865 من خلال دراسة على نبات البازلاء والذي اكد على فرضية الانعزال الحر للصفات الوراثية ولكن التعقيدات الخلوية التي تحدث في الخلايا الجنسية لم تكن معروفة في ذلك الوقت كانت من الاسباب التي جعلت الاهتمام بقوانين مندل الوراثية قليلة جداً حتى 1901 عندما اكد علماء النبات تشيرماك Tscherrmak وكورينز Correns ودي فرايز De Vries على اهمية قوانين مندل من جديد وفي هذا الوقت كان مفهوم علم الخلية قد تقدم بشكل ملموس حيث نجح بتعليل قوانين مندل في الوراثة وقد تأكد ان الخلايا الجسمية ثنائية المجموعة الكروموسومية Diploid (2n) اما بالنسبة للخلايا التكاثرية او الكاميتات فهي احادية المجموعة الكروموسوميةHaploid  (In) فضلاًعن ذلك فأن علماء الخلية لاحظوا بأن الدور الذي تقوم به الكرموسومات خلال عملية الانقسام الاختزالي Meiosis له علاقة وثيقة بالظواهر الوراثية للكائن الحي واعتماداً على هذه الاكتشافات فقد اقترح ماك كلونك McClung عام 1902 بأن تحديد نوع الجنس في الكائن الحي له علاقة بكرموسومات خاصة. اما نظرية الكرموسوم في الوراثة فقد قدمت من قبل بوفيري Boveri وبالتزر Baltzer كما شاهد بوفيري واخرون عملية الاختزال وبدأت الدراسة الخلوية لعملية الانقسام الخلوي Meiosis وقد تمكن مورجان Morgan سنة 1910 من تحديد العديد من الطفرات وأحد هذه الطفرات (العين البيضاء) في حشرة الدروسوفيلا كانت مرتبطة بالجنس لذلك اكد مورجان واخرون نظرية الجينات واعتبروا وجود وحدات او مواضع Loci على الكرموسومات مسؤولة عن الصفات الوراثية كما برهن مورجان Morgan على ان زوجين من الجينات المرتبطة جنباً تعطي اتحادات وراثية جديدة Recombination في الانثى وان عملية اعادة الاتحاد هي عملية غير عشوائية أي ان الجينات المرتبطة جنباً تكون مرتبطة مع بعضها في الانثى. هذه البحوث والتجارب والدراسات الوراثية المنفصلة عن باقي فروع علوم الحياة ادى الى ظهور علم منفصل سمى بعلم الوراثة Genetics من قبل الباحث باتيسون Bateson عام 1906 ولكون هذه الابحاث تختص بالخلية لذا بقي علم الوراثة ذو علاقة وطيدة مع علم الخلية ونشأ فرع من علم الوراثة سمي بعلم الوراثة الخلوية Cytogenetics كما ارتبط علم الوراثة فيما بعد بعلم الكيمياء الحياتية لان الدراسة وصلت الى مستوى الجزيئات المكونة للعوامل الوراثية مما ساعد في ظهور حقل علمي جديد سمي علم الوراثة الجزيئي Molecular genetics. 

 اما عن علاقته بالكيمياء الحياتية Relation of cytology with biochemistry فهناك علاقة وثيقة ما بين علم الخلية وعلم الكيمياء الحياتية وتظهر هذه العلاقة من خلال اكتشاف علماء الكيمياء الحياتية للبروتين ومنهم فيشر Fischer سنة 1920 واكدوا على ان جزيئة البروتين تتكون من وحدات صغيرة تسمى بالاحماض الامينية ومن التطورات الاخرى اكتشاف الانزيمات ودورها كعوامل مساعدة واهميتها في تحويل الطاقة وفي الفعاليات الحياتية الخلوية المختلفة. وقد تمكن العالمان بنسلي Bensley وهوفير Hover عام 1934 من عزل المايتوكوندريا Mitochondria من الخلية بكميات تكفي للتحليلات الكيميائية والفيزياوية وهذه هي الطريقة التي ادت فيما بعد الى معرفة المايتوكوندريا على انها مركز تفاعلات الاكسدة والاختزال في الخلية وانها تحتوي على جميع الانزيمات الخاصة بهذه التفاعلات.

 وقد استعملت النظائر المشعة Isotops لغرض الدراسات الخاصة بالفعاليات الايضية الخلوية Cell Metabolism ومن اهم الاكتشافات التقدم الكبير الذي حصل على مستوى الدراسات الخلوية وذلك نتيجة لدخول المجهر الالكتروني. حيث تمكن العلماء من ملاحظة العضيات الخلوية الدقيقة التي يتعذر رؤيتها بالمجهر الضوئي. هذا وبتطور دراسة كيمياء الخلية Cytochemistry اصبح من الممكن تحديد التفاعلات الانزيمية بواسطة المجهر الالكتروني حيث بواسطتها عرفت مواضع الانزيمات في الخلية. وهناك اكتشافات مهمة اخرى منها دخول تقنية النبذ المركزي Centrifugation ذات سرع التدوير الفائقة جداً بحيث تمكن العلماء من فصل العضيات الخلوية عن بعضها البعض بالاضافة الى التعرف عليها بشكل مستفيض وكما استخدمت تقنية التصوير الاشعاعي الذاتي Autoradiography في تحديد مواقع العضيات وحركة الجزيئات بين التراكيب الخلوية المختلفة ومنها انتقال البروتينات الافرازية عبر الجهاز الفجوي السايتوبلامي Vacular System. 

 واما عن علاقته بالعلوم الاخرى فلا يمكن دراسة علم الحيوان Zoology او علم النبات Botany او علم التشريح Anatomy او علم الانسجة Histology او علم وظائف الاعضاء Physiology او علم الامراض Pathology بدون معرفة معلومات أساسية في تركيب الخلية ووظيفتها. ان المرض حالة اولية للنشاط غير الطبيعي في الخلية لذا فلابد ان تكون هناك علاقة بين علم الخلية من جهة وعلم الامراض والصحة من جهة اخرى حيث يعد فهم الخلية حجر الاساس في هذا البناء العلمي ولكي نفهم المرض يتطلب دراسة الخلية الحية السليمة وكيف يمكن ان يصيبها الاعتلال لنصل الى فهم عملية الخلل الذي ينعكس في مرض معين ومن ثم فهم اساس الحالة المرضية ككل. وترتبط دراسات علم الخلية مع الفعاليات الفسيولوجية المختلفة حيث وضعت العديد من الفرضيات حول الطبيعة الفسيولوجية الكيميائية التركيبية لبروتوبلازم الخلية كما اجريت العديد من الدراسات التي تتعلق بطبيعة سايتوبلازم الخلية وحركتها والحركة الاميبية وحركة الاسواط وانتقال الجزيئات في داخل الخلية وبالاضافة الى انقباض العضلات. كما اهتم الباحثون في هذا المجال بطبيعة الغشاء البلازمي من النواحي التركيبية والوظيفية واقترحوا العديد من النماذج لوصف تركيب الغشاء البلازمي كذلك اهتموا بآليات عبور المواد عبر الغشاء البلازمي ومنها النقل الفعال Active transport وكذلك النمو والتغذية والافراز بالاضافة الى الفعاليات الخلوية الاخرى. وأن هذه الدراسات ساعدت على ظهور علم جديد سمي بعلم فسلجة الخلية Cell physiology ولعلم الخلية ايضاً علاقة متينة مع علم التصنيف Taxonomy فالابحاث والدراسات الحديثة في تصنيف الكائنات الحية مبنية اساساً على كرموسومات الخلية وعلى الاختلاف في عددها وشكلها من كائن حي الى آخر وقد لاحظ ستيبنس Stebbins ان الكرموسومات لكونها حاملة للعوامل الوراثية يجب ان تعتبر الاساس المعتمد عليه في العلاقة بين الخلية والتصنيف ومن الدراسات المهمة في هذا المجال هي المقارنات التفصيلية الكاملة للطرز الكرموسومية وتحليل عملية الانقسام الاختزالي وخاصة عند حدوث عملية التهجين وكذالك دراسة التفاعلات الكرموسومية الطبيعية والتركيبية فالدراسات حول منشأ بعض النباتات المهمة مثل نباتات المحاصيل كالقمح والشعير والقطن قد وضحت بصورة جيدة مثلها في ذلك مثل الدراسات الخاصة بالخلية وبالوراثة.