La cellula: fondamenti, teoria e importanza biologica

Un essere umano, un giacinto, un fungo e un batterio sembrano avere poco in comune, se non il fatto di essere vivi. Eppure, a livello microscopico, questi organismi appaiono molto simili. Per esempio, sono tutti costituiti da strutture microscopiche chiamate cellule, le più piccole unità della vita capaci di funzionare in modo autosufficiente. All'interno delle cellule si realizzano processi biochimici complessi che insieme costituiscono le funzioni di base della vita. In questo capitolo introdurremo la cellula, per passare poi a esaminare i processi cellulari nei capitoli che seguono.

Sviluppo della teoria cellulare

Nel corso del XIX secolo, microscopi più potenti, migliorati nelle capacità di illuminare e ingrandire i campioni, rivelato i dettagli della struttura interna delle cellule.

Nel 1839, i biologi tedeschi Mathias J. Schleiden e Theodor Schwann introdussero una nuova teoria basata sulle loro osservazioni al microscopio Schleiden aveva notato che le cellule erano le unità di base delle piante, successivamente, Schwann confrontò le cellule animali con quelle vegetali. Dopo aver osservato che diverse cellule animali e vegetali avevano molte caratteristiche in comune, gli scienziati conclusero che le cellule erano le parti costitutive elementari degli organismi, l'unità di base della loro struttura e funzione». Secondo la teoria cellulare di Schleiden.e

Schwann, turi gli organismi sono costituiti da una o più cellule, la cellula è l'unità fondamentale di tutte le forme di vita.

Contributi di Virchow e Pasteur

Nel 1855 il fisiologo tedesco Rudolf Virchow aggiunse una terza ipo

tesi alla teoria cellulare, proponendo che tutte le cellule derivassero da altre cellule preesistenti. Era un'idea incompatibile con una teoria allora in voga, quella della generazione spontanea della vita. Qualche anno più tardi, però, Louis Pasteur, chimico e microbiologo francese, avrebbe dimostrato che la teoria della generazione spontanea era falsa, portando ulteriori prove a favore della teoria cellulare.

Come ogni teoria scientifica anche la teoria cellulare è potenzialmente falsificabile; tuttavia, poiché ciascuna delle sue ipotesi ha varie conferme indipendenti, si tratta di una delle idee più forti della biologia.

Caratteristiche comuni delle cellule

I microscopi e altri strumenti mostrano con chiarezza che le cellule hanno alcune caratteristiche in comune benché appaiano molto diverse tra loro: tutte le cellule, dalle più semplici alle più complesse, condividono strutture e molecole che permettono loro di riprodursi, crescere, rispondere agli stimoli e ottenere energia.
Un'altra caratteristica propria di quasi tutte le cellule è che sono piccole, con diametro di solito inferiore a 0,1 mm. Perché così piccole? Perché le sostanze nutrienti, l'acqua, l'ossigeno, il diossido di carbonio e i prodotti di scarto entrano ed escono dalle cellule attraversando la loro superficie, dunque tale superficie deve essere abbastanza estesa da agevolare questi scambi. Tuttavia, all'aumentare delle dimensioni di un oggetto, il suo volume cresce più velocemente della sua superficie.

Le cellule aggirano il vincolo dell'estensione superficiale in modi diversi: i neuroni (cellule nervose) sono lunghi fino a 1 metro, ma sono anche estremamente sottili, così che il rapporto superficie/volume rimane elevato; i globuli rossi hanno una forma appiattita, che agevola lo scambio di ossigeno e diossido di carbonio cui sono adibiti; le numerose estensioni microscopiche della membrana dell'ameba ne aumentano la superficie per assorbire l'ossigeno e catturare il cibo.

Inoltre, le cellule sono dotate di un sistema di trasporto interno che fa circolare rapidamente le sostanze nutritive e di scarto.

Importanza dell'area superficiale

Il concetto di area superficiale si trova ovunque in biologia. Gli esempi sono moltissimi: i granuli pollinici di pino hanno estensioni che ne massimizzano la capacità di Attuare sulle correnti d'aria; le radici hanno sottili propaggini che aumentano la superficie in grado di assorbire acqua dal terreno; le enormi orecchie dei conigli che vivono nei deserti aiutano a disperdere il calore del corpo. Secondo il principio inverso, una superficie piccola riduce al minimo gli scambi di materia e calore con l'ambiente: un animale in letargo, per esempio, conserva calore raccogliendo gli arti vicino al corpo.