కణ జీవశాస్త్రం

This article is about జీవశాస్త్ర విభాగం గురించి. For కణాల గురించి, see Cell (biology).

కణ జీవశాస్త్రం (Cell biology) అనేది జీవశాస్త్రం (biology) లో ఒక ముఖ్యమైన భాగం. ఇది జీవకణం (cell) గురించి వివరంగా చదువుతుంది. కణాలు ఎలా నిర్మించబడ్డాయి, అవి ఎలా పనిచేస్తాయి, ఇంకా అవి చేసే పనులు ఏమిటి అనే విషయాలను ఇది మనకు వివరిస్తుంది. పూర్వ కాలంలో ఈ శాస్త్రాన్ని 'సైటాలజీ' (cytology) అని పిలిచేవారు. భూమి మీద ఉన్న ప్రతి ప్రాణి కూడా కణాలతోనే తయారవుతుంది. కణం అనేది జీవం (life) యొక్క అతి చిన్న భాగం. ఇటుకలతో ఇల్లు కట్టినట్లుగా, ప్రతి జీవి (organism) శరీరానికి కణాలు ఒక పునాది వంటివి.

కణ జీవశాస్త్రం ఎన్నో విషయాలను పరిశోధిస్తుంది. కణాలు తమకు కావాల్సిన శక్తిని ఎలా పొందుతాయి, ఒక కణం మరో కణంతో ఎలా మాట్లాడుతుంది (సంకేతాలు పంపుతుంది), ఇంకా ఒక కణం విభజన చెంది కొత్త కణాలుగా ఎలా మారుతుంది అనేవి ఇందులో ప్రధాన అంశాలు. ఈ రంగంలో పనిచేసే శాస్త్రవేత్తలు ప్రోకార్యోట్లు (prokaryotes - అంటే బ్యాక్టీరియా వంటి కేంద్రకం లేని కణాలు), యూకార్యోట్లు (eukaryotes - అంటే మొక్కలు, జంతువులలో ఉండే కేంద్రకం ఉన్న కణాలు) రెండింటినీ అధ్యయనం చేస్తారు.

కణాలు ఎందుకు ముఖ్యమైనవి?

ప్రాణం ఉన్న ప్రతి వస్తువులో కణం అనేది స్వతంత్రంగా జీవించగలిగే అతి చిన్న భాగం. అమీబా వంటి కొన్ని జీవులు కేవలం ఒక్క కణంతోనే తయారవుతాయి. కానీ మనుషుల వంటి పెద్ద జీవుల శరీరంలో కోట్లాది కణాలు ఉంటాయి. మన శరీరంలో జరిగే ప్రతి పని కూడా కణాల లోపల లేదా కణాల వల్లనే జరుగుతుంది. అందుకే వీటి గురించి తెలుసుకోవడం చాలా అవసరం.

శాస్త్రవేత్తలు కణాలు పనిచేసే విధానాన్ని అర్థం చేసుకున్నప్పుడు, మన శరీరం మొత్తం ఎలా పనిచేస్తుందో వారికి అర్థమవుతుంది. మనుషులకి రోగాలు ఎందుకు వస్తాయో తెలుసుకోవడానికి ఇది సహాయపడుతుంది. ఉదాహరణకు, క్యాన్సర్ (cancer) అనే వ్యాధి కణాలు సరిగ్గా పెరగకపోవడం వల్ల వస్తుంది. కణ జీవశాస్త్రాన్ని చదవడం వల్ల డాక్టర్లు రోగాలకు మంచి మందులను కనిపెట్టగలరు. ఈ శాస్త్రం జన్యుశాస్త్రం (genetics - జన్యువుల గురించి చదివే శాస్త్రం), జీవ రసాయన శాస్త్రం (biochemistry - జీవులలో ఉండే రసాయనాల గురించి చదివే శాస్త్రం) తో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.

కణ జీవశాస్త్ర చరిత్ర

పూర్వం మనుషులకు కణాల గురించి తెలియదు. కణాలు చాలా చిన్నవిగా ఉంటాయి, కాబట్టి వాటిని మనం కళ్లతో నేరుగా చూడలేము. వాటిని చూడటానికి మనకు ప్రత్యేకమైన పరికరాలు అవసరమయ్యాయి.

మొదటి మైక్రోస్కోపులు

1600వ సంవత్సర కాలంలో ఐరోపా (Europe) లో ఉన్న ప్రజలు మైక్రోస్కోప్ (microscope - సూక్ష్మదర్శిని) అనే పరికరాన్ని కనిపెట్టారు. ఇది అద్దాల సహాయంతో చిన్న వస్తువులను పెద్దవిగా చూపిస్తుంది. 1665లో రాబర్ట్ హుక్ (Robert Hooke) అనే శాస్త్రవేత్త ఈ మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించి ఒక చిన్న బెండు (cork) ముక్కను పరిశీలించాడు. అతనికి అక్కడ చిన్న చిన్న గదుల వంటి ఆకారాలు కనిపించాయి. అవి బౌద్ధ సన్యాసులు ఉండే గదుల్లా ఉండటంతో వాటికి "సెల్స్" (cells - కణాలు) అని పేరు పెట్టాడు. అయితే ఆ బెండు ముక్కలో ఉన్నవి చనిపోయిన కణాలు కావడం వల్ల, వాటి లోపల ఏముందో అప్పుడు ఆయనకు తెలియలేదు.

1674లో ఆంటోనీ వాన్ లీవెన్‌హుక్ (Anton van Leeuwenhoek) మెరుగైన మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించి చెరువు నీటిని పరిశీలించాడు. ప్రాణం ఉన్న కణాలను చూసిన మొదటి వ్యక్తి ఇతనే. నీటిలో చిన్న చిన్న జీవులు ఈదడం ఆయన గమనించాడు. వాటిని ఆయన "యానిమల్‌క్యూల్స్" అని పిలిచాడు.

కణ సిద్ధాంతం

మైక్రోస్కోపులు మెరుగుపడుతున్న కొద్దీ, శాస్త్రవేత్తలు కణాల లోపల మరిన్ని విషయాలను చూడటం మొదలుపెట్టారు. 1831లో రాబర్ట్ బ్రౌన్ (Robert Brown) కణం మధ్యలో ఒక నల్లని చుక్కను చూశాడు. దానికి ఆయన కేంద్రకం (nucleus) అని పేరు పెట్టాడు.

1838లో మథియాస్ జాకబ్ ష్లైడన్ (Matthias Jakob Schleiden), థియోడర్ ష్వాన్ (Theodor Schwann) అనే ఇద్దరు శాస్త్రవేత్తలు తమ పరిశోధనల గురించి చర్చించుకున్నారు. ష్లైడన్ మొక్కల గురించి, ష్వాన్ జంతువుల గురించి పరిశోధన చేశారు. మొక్కలు, జంతువులు రెండూ కూడా కణాలతోనే తయారయ్యాయని వారు గుర్తించారు. దీనివల్ల కణ సిద్ధాంతం (cell theory) పుట్టింది. ఈ సిద్ధాంతంలో మూడు ముఖ్యమైన విషయాలు ఉన్నాయి:

ప్రతి జీవి ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కణాలతో తయారవుతుంది.

జీవుల నిర్మాణం, పనులకు కణమే ప్రాథమిక భాగం.

కొత్త కణాలు అప్పటికే ఉన్న పాత కణాల నుండే పుడతాయి.

1855లో రుడాల్ఫ్ విర్చో (Rudolf Virchow) ఈ సిద్ధాంతానికి మూడవ పాయింట్‌ను జోడించాడు. కణాలు విభజన చెందడం ద్వారా కొత్త కణాలు పుడతాయని ఆయన నిరూపించాడు. జీవులు ఎలా పెరుగుతాయో దీనివల్ల అర్థమైంది.

కణాల రకాలు

ప్రోకార్యోటిక్ కణాలు (Prokaryotic cells)

ఇవి చాలా సరళమైన కణాలు. వీటిలో కేంద్రకం (nucleus) ఉండదు. వీటిలో ఉండే డి.ఎన్.ఏ (DNA - జీవ సమాచారం) కణం లోపల అలా తేలుతూ ఉంటుంది. బ్యాక్టీరియా ఇందుకు ఉత్తమ ఉదాహరణ. ఇవి యూకార్యోటిక్ కణాల కంటే చాలా చిన్నవిగా ఉంటాయి.

యూకార్యోటిక్ కణాలు (Eukaryotic cells)

ఇవి చాలా సంక్లిష్టమైన కణాలు. వీటిలో డి.ఎన్.ఏను భద్రపరిచే కేంద్రకం ఉంటుంది. అలాగే కణం లోపల కణాంగాలు (organelles) అని పిలిచే చిన్న భాగాలు ఉంటాయి. ఇవి శరీరంలోని అవయవాల లాగా ఒక్కో పనిని చేస్తాయి. ఉదాహరణకు, మైటోకాండ్రియా (mitochondria) కణానికి కావలసిన శక్తిని ఇస్తాయి. మొక్కలు, జంతువులు, శిలీంధ్రాలు (fungi) అన్నీ ఈ కణాలతోనే తయారవుతాయి.

శాస్త్రవేత్తలు కణాలను ఎలా అధ్యయనం చేస్తారు?

కణాలు కంటికి కనిపించనంత చిన్నవిగా ఉండటం వల్ల వాటిని చూడటానికి, పరిశోధించడానికి ఎన్నో పద్ధతులు వాడుతున్నారు.

మైక్రోస్కోపీ (Microscopy)

మైక్రోస్కోపులను ఉపయోగించే పద్ధతిని మైక్రోస్కోపీ అంటారు.

కాంతి మైక్రోస్కోపులు (Light microscopes): ఇవి కాంతిని, అద్దాలను ఉపయోగించి కణాలను చూపిస్తాయి. ఇవి సాధారణంగా స్కూళ్లలో కనిపిస్తాయి.

ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోపులు (Fluorescence microscopes): ఇవి కణాలలోని భాగాలకు మెరిసే రంగులను అద్ది చూపిస్తాయి. దీనివల్ల ఏ భాగం ఎక్కడ ఉందో స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపులు (Electron microscopes): ఇవి చాలా శక్తివంతమైనవి. ఇవి కాంతికి బదులుగా ఎలక్ట్రాన్లను వాడుతాయి. కాంతి మైక్రోస్కోప్ చూడలేని అతి చిన్న భాగాలను కూడా ఇవి చూపిస్తాయి.

కణ సంవర్ధనం (Cell culture)

కణ సంవర్ధనం అంటే కణాలను ల్యాబ్‌లో పెంచడం. శాస్త్రవేత్తలు ఒక చిన్న గిన్నెలో కణాలకు కావలసిన ఆహారం (పోషకాలు) వేసి వాటిని పెంచుతారు. దీనివల్ల కొత్త మందులను మనుషుల మీద కాకుండా నేరుగా కణాల మీద పరీక్షించవచ్చు. టీకాలు (vaccines) తయారు చేయడానికి ఇది చాలా ఉపయోగపడుతుంది.

కణ విభజన ప్రక్రియ (Cell fractionation)

శాస్త్రవేత్తలకు కణంలోని ఒకే ఒక భాగం (ఉదాహరణకు కేంద్రకం) గురించి చదవాలని ఉంటే, వారు సెల్ ఫ్రాక్షనేషన్ పద్ధతిని వాడుతారు. మొదట కణాలను ముక్కలు చేస్తారు. తర్వాత ఒక యంత్రాన్ని (centrifuge) ఉపయోగించి వాటిని చాలా వేగంగా తిప్పుతారు. బరువుగా ఉన్న భాగాలు కిందకు వెళ్తాయి, తేలికగా ఉన్నవి పైన ఉంటాయి. దీనివల్ల తమకు కావలసిన భాగాన్ని విడదీసి పరిశోధించవచ్చు.

కణ జీవశాస్త్రం మరియు వ్యాధులు

కణాలు సరిగ్గా పనిచేయకపోతే మనుషులు జబ్బు పడతారు. వ్యాధి సోకిన కణాల గురించి చదివే శాస్త్రాన్ని సైటోపాథాలజీ (cytopathology) అంటారు.

కణ జీవశాస్త్రంలో ప్రసిద్ధమైన పరీక్ష పాప్ స్మియర్ (Pap smear). ఇందులో డాక్టర్లు ఒక స్త్రీ శరీరం నుండి కొన్ని కణాలను తీసుకుని మైక్రోస్కోప్ కింద చూస్తారు. కణాలు వింతగా కనిపిస్తే వారికి క్యాన్సర్ వచ్చే అవకాశం ఉందని అర్థం. ఇలా ముందే గుర్తించడం వల్ల ప్రాణాలను కాపాడవచ్చు.

అలాగే శాస్త్రవేత్తలు వైరస్ (virus) ల గురించి కూడా చదువుతారు. వైరస్లు కణాలు కావు, కానీ అవి పనిచేయాలంటే కణాల లోపలికి వెళ్లాలి. వైరస్లు కణాల లోపలికి ఎలా వెళ్లి వాటిని మారుస్తాయో తెలుసుకోవడం వల్ల ఫ్లూ వంటి జబ్బులకు మంచి మందులు తయారు చేయవచ్చు.

ముఖ్యమైన కణ జీవశాస్త్రవేత్తలు

మనకు కణాల గురించి తెలియజేయడంలో ఎంతో మంది శాస్త్రవేత్తలు కృషి చేశారు.

తొలి నాళ్ల శాస్త్రవేత్తలు

రాబర్ట్ హుక్: కణాలకు పేరు పెట్టిన వ్యక్తి.

ఆంటోనీ వాన్ లీవెన్‌హుక్: నీటిలో ఉన్న సజీవ కణాలను చూసిన మొదటి వ్యక్తి.

రాబర్ట్ బ్రౌన్: కణ కేంద్రకాన్ని కనిపెట్టిన వ్యక్తి.

19వ శతాబ్దపు శాస్త్రవేత్తలు

మథియాస్ జాకబ్ ష్లైడన్: మొక్కలన్నీ కణాలతో తయారవుతాయని చెప్పారు.

థియోడర్ ష్వాన్: జంతువులన్నీ కణాలతో తయారవుతాయని చెప్పారు.

రుడాల్ఫ్ విర్చో: కణాలు పాత కణాల నుండే పుడతాయని నిరూపించారు.

ఆధునిక శాస్త్రవేత్తలు

జార్జ్ ఎమిల్ పలాడ్: కణం లోపల ఉండే ఎన్నో చిన్న భాగాలను కనిపెట్టారు.

యోషినోరి ఓసుమి: కణాలు తమను తాము ఎలా శుభ్రం చేసుకుంటాయో (దీనినే అటోఫాగి - autophagy అంటారు) వివరించినందుకు నోబెల్ బహుమతి పొందారు.

పీటర్ అగ్రే: కణాల లోపలికి, బయటకి నీరు ఎలా వెళ్తుందో కనిపెట్టారు.

కణం లోపల ఏం జరుగుతుంది?

కణాలు ఎప్పుడూ చాలా బిజీగా ఉంటాయి. అవి బ్రతకడానికి నిరంతరం పని చేస్తూనే ఉంటాయి.

జీవక్రియ (Metabolism)

కణం లోపల జరిగే రసాయన చర్యలన్నింటినీ కలిపి జీవక్రియ (Metabolism) అంటారు. కణాలు ఆహారాన్ని తీసుకుని దానిని శక్తిగా మారుస్తాయి. అలాగే కొత్త భాగాలను నిర్మించడానికి కూడా ఈ శక్తిని వాడుతాయి. జీవక్రియ ఆగిపోతే కణం చనిపోతుంది.

కణాల మధ్య సమాచారం (Communication)

కణాలు ఒకదానితో ఒకటి మాట్లాడుకుంటాయి. అవి రసాయన సంకేతాలను పంపుకుంటాయి. ఉదాహరణకు, మీకు దెబ్బ తగిలితే, అక్కడ ఉన్న కణాలు ఇతర కణాలకు సంకేతాలు పంపి గాయాన్ని మాన్పమని చెబుతాయి. దీనిని కణ సంకేత ప్రక్రియ (cell signaling) అంటారు.

కణ చక్రం (The cell cycle)

కణం పుట్టినప్పటి నుండి అది తిరిగి రెండు కణాలుగా విభజన చెందే వరకు జరిగే దాని జీవిత ప్రయాణాన్ని కణ చక్రం అంటారు. మన శరీరం పెరగడానికి, గాయాలు తగ్గుముఖం పట్టడానికి ఈ ప్రక్రియ చాలా ముఖ్యం.

కణ భాగాల సారాంశం

కణ జీవశాస్త్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి కణంలోని భాగాల గురించి తెలియాలి. వాటిలో ముఖ్యమైనవి ఇక్కడ ఉన్నాయి:

బయటి లింకులు

ఏజింగ్ సెల్ జర్నల్

కణ జీవశాస్త్రం ప్రాథమిక పాఠ్యపుస్తకం