Friday, June 19, 2009

ΒΙΟΛΟΓΙΑ III

Κλωνοποίηση. Η διαδικασία παραγωγής κλώνων, δηλαδή πολλών αντιγράφων από πανομοιότυπα μόρια, κύτταρα ή οργανισμούς. Οργανισμοί πανομοιότυποι (κλώνοι) παράγονται στη φύση με μονογονική αναπαραγωγή (βλ. λ. αναπαραγωγή). Φυτά, για παράδειγμα, που πολλαπλασιάζονται με μοσχεύματα, παραφυάδες, βολβούς και γενικά από ένα τμήμα του μητρικού οργανισμού δίνουν απογόνους πανομοιότυπους με το μητρικό οργανισμό, καθώς μεταφέρεται αυτούσιο το γενετικό υλικό στους απογόνους. Οι οργανισμοί όμως που προέρχονται από διασταύρωση (αμφιγονία) συνδυάζουν τυχαία τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες και των δύο γονέων.
Η μέθοδος της κλωνοποίησης στοχεύει στη δημιουργία πανομοιότυπων απογόνων από οργανισμούς με επιθυμητές ιδιότητες που κανονικά αναπαράγονται με διασταύρωση.
Ο σκοπός της κλωνοποίησης επιτυγχάνεται με τη δημιουργία ενός ωαρίου που να έχει τον πυρήνα ενός σωματικού κυττάρου του οργανισμού τον οποίο θέλουν οι επιστήμονες να κλωνοποιήσουν. Αυτό το ωάριο λειτουργεί ως γονιμοποιημένο, αφού έχει διπλοειδή πυρήνα και ταυτόχρονα έχει τα κατάλληλα υλικά για να εξελιχθεί, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, σε έμβρυο και στη συνέχεια σε οργανισμό. Ο οργανισμός που θα προκύψει θα είναι πανομοιότυπος με τον οργανισμό από τον οποίο προέρχεται ο πυρήνας του ωαρίου.
Το 1950 γεννήθηκε ο πρώτος κλωνοποιημένος βάτραχος από κύτταρα εμβρύου βατράχου. Η πρώτη πετυχημένη κλωνοποίηση θηλαστικού από κύτταρα εμβρύου έγινε το 1984 σε ποντίκια. Το 1996 έγινε η κλωνοποίηση της Ντόλι, του πιο διάσημου προβάτου στον κόσμο, στο Ινστιτούτο Ρόσλιν, στο Εδιμβούργο της Σκοτίας. Η επιτυχία του εγχειρήματος έγκειται στο γεγονός ότι χρησιμοποιήθηκε σωματικό κύτταρο ενήλικου ατόμου και όχι εμβρύου. Το 2003, όμως, η Ντόλι υποβλήθηκε σε ευθανασία καθώς έπασχε από εξελισσόμενη πνευμονική νόσο και πρώιμη αρθρίτιδα, αφού είχε γεννηθεί με χρωμοσωμικές ανωμαλίες, γεγονός που οδήγησε τους επιστήμονες στο συμπέρασμα πως οι κλωνοποιημένοι οργανισμοί είναι πιθανό να παρουσιάσουν σοβαρές ανωμαλίες.
Στην περίπτωση της Ντόλι ο επιθυμητός πυρήνας πάρθηκε από κύτταρο του μαστού της μητέρας της. Ο πυρήνας τοποθετήθηκε με κατάλληλη τεχνική σε ωάριο άλλου προβάτου (δότη ωαρίων), από το οποίο προηγουμένως είχε αφαιρεθεί ο δικός του πυρήνας. Το ωάριο αυτό με την επιθυμητή πλέον γενετική σύσταση, τοποθετήθηκε στη μήτρα τρίτου προβάτου και εκεί εξελίχθηκε σε έμβρυο και στη συνέχεια έδωσε την Ντόλι, πανομοιότυπο πρόβατο με τη «μητέρα» της. Ποια όμως είναι η πραγματική μητέρα της Ντόλι; Το πρόβατο που έχει το ίδιο γενετικό υλικό με αυτήν, το πρόβατο από το οποίο προήλθε το ωάριο ή το πρόβατο που την κυοφόρησε και τη γέννησε;
Η κλωνοποίηση της Ντόλι άνοιξε τους ασκούς του Αιόλου και δημιούργησε αντιπαραθέσεις στον επιστημονικό κόσμο σχετικά με τις ωφέλειες και τους κινδύνους που εγκυμονεί. Η συζήτηση εντάθηκε και προέκυψαν τεράστια ηθικά ζητήματα στην προοπτική της κλωνοποίησης ανθρώπινων εμβρύων, οργάνων ή κυττάρων για θεραπευτικούς σκοπούς καθώς και της κλωνοποίησης ανθρώπων (βλ. λ. βιοηθική).
Οι επιστήμονες κατάφεραν να απομονώσουν βλαστικά κύτταρα εμβρύων (ολοδύναμα), τα οποία μπορούν να εμφυτευτούν στη μήτρα μιας γυναίκας και να εξελιχθούν σε κανονικό έμβρυο καθώς και κύτταρα πολυδύναμα (εμβρύων), τα οποία μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο σωματικών κυττάρων και να παράγουν όργανα και ιστούς κατάλληλους για μεταμόσχευση. Πρόκειται για τη λεγόμενη θεραπευτική κλωνοποίηση, η οποία θεωρητικά μπορεί να λύσει το πρόβλημα της απόρριψης οργάνων κατά τη μεταμόσχευση αν το μόσχευμα προέρχεται από κύτταρα του ίδιου του ασθενή.
Η θεραπευτική κλωνοποίηση επαγγέλλεται την αντιμετώπιση πολλών νόσων, όπως του καρκίνου, της νόσου Αλτσχάιμερ, της νόσου Πάρκινσον, των καρδιοπαθειών, του διαβήτη, εγκαυμάτων, εγκεφαλικών κ.ά. Γι’ αυτό αντιμετωπίζεται θετικά από πολλούς επιστήμονες και ορισμένα κράτη (π.χ. η Βουλή των Λόρδων στο Ηνωμένο Βασίλειο ενέκρινε την έρευνα σε ανθρώπινα βλαστοκύτταρα μόνο για την παραγωγή οργάνων για μεταμόσχευση), ενώ σε άλλες χώρες απαγορεύτηκε η οποιαδήποτε έρευνα σε βλαστοκύτταρα. Εκτός του Ηνωμένου Βασιλείου και άλλες χώρες, όπως οι ΗΠΑ, το Ηνωμένο Βασίλειο, το Βέλγιο, η Ελλάδα κ.ά., έχουν τεθεί θετικά απέναντι στο ζήτημα της θεραπευτικής κλωνοποίησης ανθρώπου.
Αρνητική, όμως, είναι η στάση της πλειοψηφίας των επιστημόνων στο θέμα της αναπαραγωγικής κλωνοποίησης ανθρώπων, η οποία θέτει τεράστια κοινωνικά και ηθικά ζητήματα. Για το σκοπό αυτό σε επίπεδο διεθνούς δικαίου απαγορεύεται ρητά η κλωνοποίηση ανθρώπου, σύμφωνα με την Οικουμενική Διακήρυξη της UNESCO για το Ανθρώπινο Γονιδίωμα και τα Δικαιώματα του Ανθρώπου (1997), το Πρόσθετο Πρωτόκολλο του 1998 στη Σύμβαση του Συμβουλίου της Ευρώπης για τα Ανθρώπινα Δικαιώματα, στο Χάρτη των Θεμελιωδών Δικαιωμάτων της Ευρωπαϊκής Ένωσης το 2000.
Μια ακόμη περίπτωση που η κλωνοποίηση θεωρείται θετική είναι αυτή της αναπαραγωγής ζωικών ειδών που απειλούνται με εξαφάνιση.
Κεστώδεις ή Κεστώδη. Ομοταξία ταινιοειδών σκουληκιών, τα οποία παρασιτούν στον ανθρώπινο οργανισμό και προκαλούν διάφορες παθήσεις.
Οι Κεστώδεις ανήκουν στην τάξη Πλατυέλμινθοι σκώληκες. Έχουν σώμα πεπλατυσμένο, ταινιοειδές και αρθρωτό, αποτελούμενο από πολλούς δακτυλίους (προγλωττίδες) στη σειρά σαν αλυσίδα. Το κεφάλι τους ονομάζεται σκωληκοκεφαλή και έχει άγκιστρα ή όργανα σαν βεντούζες, για να κολλάει εκεί που θέλει. Δεν έχουν πεπτικό, κυκλοφορικό και αναπνευστικό σύστημα γιατί παρασιτούν σε άλλους οργανισμούς και είναι ερμαφρόδιτοι. Ενδιαφέρον είναι ότι ο κάθε δακτύλιός τους έχει ένα τέλειο σύστημα αναπαραγωγής, οπότε μπορεί να ζήσει και να πολλαπλασιαστεί μόνος του.
Στους Κεστώδεις περιλαμβάνονται:
1. Οι κεστοειδείς.
2. Οι ταινιοειδείς, όπου ανήκουν: α) Η Ταινία η εχινόκοκκος (βλ. λ. εχινοκοκκίαση). β) Η Ταινία η μονήρης, η οποία παρασιτεί στον εντερικό σωλήνα του ανθρώπου και σχηματίζει καθημερινά 30.000-720.000 αβγά. Η ταινία αυτή παρασιτεί ενδιάμεσα στο χοίρο, στον οποίο προκαλεί τη νόσο χάλαζα, η οποία εντοπίζεται στους μύες του. Αν ο άνθρωπος φάει κρέας που δεν είναι καλοψημένο από χοίρο που έχει προσβληθεί, προσβάλλεται από την ταινία, η οποία εγκαθίσταται στο έντερό του και τρέφεται σε βάρος του. Σε σπάνιες περιπτώσεις είναι δυνατό να προκληθεί και στον άνθρωπο η χάλαζα. γ) Η Ταινία η άοπλος. Έχει μήκος 4-8 μ. και είναι η πιο συχνή ταινία που παρασιτεί στον άνθρωπο. Προσκολλάται στο έντερο του ανθρώπου από το οποίο και τρέφεται. Κάθε μέρα αποσπώνται οι δύο τελευταίοι της δακτύλιοι, που περιέχουν τα αβγά και έτσι μετατρέπονται σε νέες ταινίες. Παρασιτεί ενδιάμεσα στα βόδια, στα οποία επίσης προκαλεί χάλαζα. δ) Ταινία υμενολέπιδα νάνα. Είναι η πιο μικρή ταινία, μήκους 10-25 χιλιοστών, και η πιο συνηθισμένη, η οποία παρασιτεί στο έντερο των παιδιών. Πολλαπλασιάζεται ταχύτατα.
3. Οι βοθριοειδείς. Ο εξελικτικός κύκλος των βοθριοειδών συντελείται σε δύο ξενιστές ενδιάμεσους, ενώ ο άνθρωπος είναι ο κατεξοχήν ξενιστής. Αντιπροσωπευτικός τύπος των βοθριοειδών είναι ο βοθριοκέφαλος. Αυτός έχει μήκος 2-8 μ. και έχει ως ενδιάμεσους ξενιστές τα όστρακα. Με αυτά ο βοθριοκέφαλος μεταφέρεται στα ψάρια, τα οποία τρώνε τα όστρακα αυτά και στη συνέχεια στον άνθρωπο και τις γάτες, αν φάνε όχι καλοψημένα ψάρια.
Τα συμπτώματα που προκαλούν οι κεστώδεις σκώληκες στον άνθρωπο είναι αναιμία, γαστρεντερικές διαταραχές, αλλεργικές εκδηλώσεις και δερματικά εξανθήματα, νευρικές διαταραχές και συμπτώματα από την εντόπιση των παράσιτων στα διάφορα όργανά του (βλ. λ. ελμινθίαση).
Κυκλοφορικό σύστημα. Σύστημα οργάνων των ζωικών οργανισμών μέσα στο οποίο κυκλοφορεί το αίμα. Σκοπός της κυκλοφορίας του αίματος είναι η τροφοδοσία των ιστών του σώματος με οξυγόνο, καθώς και με τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για τη θρέψη των κυττάρων και η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα και των άχρηστων συστατικών του μεταβολισμού. Με την κυκλοφορία του αίματος επιτυγχάνεται επίσης η μεταφορά των ορμονών, η ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος, η άμυνα του οργανισμού κ.ά.
Το κυκλοφορικό σύστημα στα κατώτερα ζώα είναι απλό. Αποτελείται από ένα σύστημα αγγείων που είναι ανοιχτό ή κλειστό, ενώ στα κατώτερα ασπόνδυλα (σπόγγους κ.ά.) λείπει. Στα ανώτερα ζώα το αίμα κυκλοφορεί αποκλειστικά μέσα σε αγγεία (κλειστό σύστημα) και εμφανίζεται η καρδιά. Η καρδιά παρουσιάζει εξέλιξη στα σπονδυλόζωα. Στα ψάρια η καρδιά έχει έναν κόλπο και μια κοιλία (δίχωρη), στα αμφίβια έχει δύο κόλπους και μια κοιλία (τρίχωρη), στα ερπετά έχει δύο κόλπους και δύο κοιλίες (τετράχωρη), αλλά οι κοιλίες δε διαχωρίζονται καλά, ενώ στα πτηνά και τα θηλαστικά είναι τετράχωρη. Στον άνθρωπο το κυκλοφορικό σύστημα αποτελείται από την καρδιά και τα αιμοφόρα αγγεία (τις αρτηρίες, τις φλέβες και τα τριχοειδή).
Η καρδιά είναι ένα κοίλο μυώδες όργανο που έχει σχήμα κώνου και μέγεθος περίπου όσο η γροθιά του ανθρώπου στον οποίο ανήκει. Βρίσκεται μέσα στο θώρακα και ανάμεσα στους πνεύμονες. Τα τοιχώματά της αποτελούνται από καρδιακό μυϊκό ιστό (βλ. λλ. μυϊκός ιστός, μυοκάρδιο). Εσωτερικά χωρίζεται με δύο κάθετα διαφράγματα σε τέσσερις κοιλότητες, δύο κόλπους επάνω και δύο κοιλίες κάτω. Το αίμα μέσα στην καρδιά κυκλοφορεί μόνο από πάνω προς τα κάτω και συγκεκριμένα από τον αριστερό κόλπο προς την αριστερή κοιλία και από το δεξιό κόλπο προς τη δεξιά κοιλία. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη στις βαλβίδες που παρεμβάλλονται ανάμεσα στους κόλπους και τις κοιλίες, δηλαδή στην τριγλώχινη βαλβίδα ανάμεσα στο δεξιό κόλπο και τη δεξιά κοιλία και στη μιτροειδή βαλβίδα ανάμεσα στον αριστερό κόλπο και την αριστερή κοιλία. Οι βαλβίδες απαγορεύουν την επιστροφή του αίματος από τις κοιλίες στους κόλπους.
Από την καρδιά ξεκινούν οι μεγάλες αρτηρίες που απομακρύνουν το αίμα προς την περιφέρεια του σώματος, όπου καταλήγουν οι μεγάλες φλέβες που το επαναφέρουν στην καρδιά. Από τη δεξιά κοιλία ξεκινάει η πνευμονική αρτηρία που οδηγεί το αίμα στους πνεύμονες, ενώ από την αριστερή κοιλία ξεκινάει η αορτή που οδηγεί το αίμα σε όλους τους ιστούς του σώματος. Στο δεξιό κόλπο καταλήγουν δύο μεγάλες φλέβες, η άνω και η κάτω κοίλη φλέβα που επαναφέρουν το αίμα από τους ιστούς του σώματος, ενώ στον αριστερό κόλπο καταλήγουν οι τέσσερις μεγάλες πνευμονικές φλέβες που επαναφέρουν το αίμα από τους πνεύμονες. Ανάμεσα στις κοιλίες και στις μεγάλες αρτηρίες παρεμβάλλονται επίσης βαλβίδες που λέγονται μηνοειδείς και εμποδίζουν την παλινδρόμηση του αίματος από τις αρτηρίες προς τις κοιλίες της καρδιάς. Τα τοιχώματα των κοιλιών είναι παχύτερα και ισχυρότερα, ιδιαίτερα το τοίχωμα της αριστερής κοιλίας, επειδή στέλνουν το αίμα στην περιφέρεια του σώματος. Η καρδιά αιματώνεται από ειδικό κλάδο αρτηριών, τις στεφανιαίες αρτηρίες, και νευρώνεται από το αυτόνομο νευρικό σύστημα.
Η καρδιά λειτουργεί σαν αντλία που δέχεται και αποστέλλει το αίμα ωθώντας το στην περιφέρεια. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαδοχική και συντονισμένη συστολή και διαστολή των κόλπων και των κοιλιών. Οι κινήσεις της καρδιάς παρουσιάζουν περιοδικότητα και αποτελούν τον καρδιακό παλμό. Ο καρδιακός παλμός περιλαμβάνει τη συστολή των κόλπων (0,1 sec), τη συστολή των κοιλιών (0,3 sec) και την καρδιακή παύλα (0,4 sec). Φυσιολογικά η καρδιά εκτελεί 75 παλμούς ανά λεπτό. Κατά τη διαστολή των κοιλιών το αίμα εισρέει από τους κόλπους στις κοιλίες. Η εισροή ολοκληρώνεται κατά τη συστολή των κόλπων που ακολουθεί. Στη συνέχεια συστέλλονται οι κοιλίες και το αίμα ωθείται με πίεση προς τις αρτηρίες. Μετά τη συστολή των κοιλιών ακολουθεί η χαλάρωση του μυοκαρδίου (καρδιακή παύλα) και ο καρδιακός παλμός επαναλαμβάνεται.
Το περιφερειακό κυκλοφορικό σύστημα περιλαμβάνει τις αρτηρίες, τις φλέβες και τα τριχοειδή αιμοφόρα αγγεία που σχηματίζουν ένα εκτεταμένο δίκτυο αγγείων, μέσα στο οποίο κυκλοφορεί το αίμα. Από τις κοιλίες ξεκινούν οι μεγάλες αρτηρίες, οι οποίες διακλαδίζονται συνεχώς σε μικρότερες, σε αρτηρίδια ή αρτηριόλια και αυτά καταλήγουν στα τριχοειδή αιμοφόρα αγγεία.
Στα τριχοειδή αγγεία επιτελείται ο σκοπός της κυκλοφορίας του αίματος που είναι η τροφοδοσία των κυττάρων του οργανισμού με τα χρήσιμα συστατικά που μεταφέρει το αίμα και η απομάκρυνση από τα κύτταρα των άχρηστων συστατικών του μεταβολισμού (ανταλλαγή ουσιών και αερίων). Τα τριχοειδή συνενώνονται στη συνέχεια σε φλεβίδια και αυτά σε μεγαλύτερες φλέβες, οι οποίες καταλήγουν στους κόλπους της καρδιάς.
Οι αρτηρίες έχουν ελαστικά τοιχώματα, τα οποία συστέλλονται και διαστέλλονται (αρτηριακός σφυγμός) και προωθούν το αίμα προς την περιφέρεια του σώματος. Τον αρτηριακό σφυγμό μπορούμε να τον αντιληφθούμε στις περιφερειακές αρτηρίες. Οι φλέβες είναι περισσότερες από τις αρτηρίες, έχουν λεπτότερα τοιχώματα, δεν παρουσιάζουν σφυγμό και έχουν βαλβίδες, με τις οποίες εμποδίζεται η παλινδρόμηση του αίματος. Οι φλέβες έχουν 24 φορές περίπου μεγαλύτερη χωρητικότητα από τις αρτηρίες, γι’ αυτό και χαρακτηρίζονται ως δεξαμενές αίματος.
Η κυκλοφορία του αίματος περιλαμβάνει τη μικρή ή πνευμονική κυκλοφορία και τη μεγάλη ή σωματική κυκλοφορία. Κατά τη μικρή κυκλοφορία το αίμα από τη δεξιά κοιλία ωθείται στην πνευμονική αρτηρία, η οποία με τους δύο κλάδους της εισχωρεί στους πνεύμονες. Τα τριχοειδή, τα οποία αποτελούν τις τελικές διακλαδώσεις της πνευμονικής αρτηρίας, περιβάλλουν τις κυψελίδες. Εκεί γίνεται η ανταλλαγή των αερίων (βλ. λ. αναπνοή), δηλ. η αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα και η πρόσληψη του οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη του αίματος. Το αίμα οξυγονωμένο (αρτηριακό) επιστρέφει στην καρδιά με τις πνευμονικές φλέβες και εισχωρεί στον αριστερό κόλπο.
Κατά τη μεγάλη ή σωματική κυκλοφορία το αίμα από τον αριστερό κόλπο εισχωρεί στην αριστερή κοιλία και από εκεί ωθείται στην αορτή, η οποία διακλαδίζεται συνεχώς και καταλήγει με τα τριχοειδή σε όλα τα όργανα του σώματος. Εκεί γίνεται η ανταλλαγή των ουσιών και των αναπνευστικών αερίων με τα κύτταρα του οργανισμού. Στη συνέχεια το αίμα (φλεβικό) συγκεντρώνεται σε φλεβίδια και φλέβες που συνενώνονται τελικά σε δύο μεγάλες φλέβες, την άνω και την κάτω κοίλη φλέβα, με τις οποίες καταλήγει στο δεξιό κόλπο της καρδιάς.
Κατά τη μικρή κυκλοφορία το αίμα κάνει μικρή διαδρομή: καρδιά→πνεύμονες→καρδιά, ενώ κατά τη μεγάλη το αίμα κάνει μεγάλη διαδρομή: καρδιά→ιστοί του σώματος→καρδιά.
Οποιαδήποτε διαταραχή της ομαλής κυκλοφορίας του αίματος μπορεί να επιφέρει σημαντικές βλάβες στα όργανα που αιματώνονται και γενικά στον οργανισμό.
Κύτταρο. Η στοιχειώδης ανατομική και λειτουργική μονάδα των ζωντανών οργανισμών. Ο όρος «κύτταρο» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1665 από τον Άγγλο Ρόμπερτ Χουκ. Αυτός παρατηρώντας ένα κομμάτι φελλού με το μικροσκόπιο της εποχής είδε ότι αποτελείται από μικρούς κενούς χώρους, όμοιους με τις κερήθρες των μελισσών. Ονόμασε λοιπόν τους χώρους αυτούς κύτταρα. Το 1675 ο Μαρτσέλο Μαλπίγκι συνάντησε παρόμοιους χώρους σε πολλά φυτά τα οποία μικροσκοπούσε, που τους ονόμασε κυστίδια. Το 1781 ο Φιντάνα, παρόλο που έκανε σύγχυση μεταξύ των μυϊκών, των νευρικών και των συνδετικών κυττάρων, καθώς και των επιθηλιακών κυλινδρικών κυττάρων, ωστόσο είναι ο πρώτος που είχε την ιδέα ότι σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς η στοιχειώδης μονάδα είναι η ίδια. Είναι ο πρώτος που ανακάλυψε τους πυρήνες επιθηλιακών κυττάρων. Ωστόσο η ανακάλυψη αυτή αποδίδεται στο Ρόμπερτ Μπράουν (1831). Το 1840 ο Βοημός φυσιολόγος Πουρκινιέ ανακάλυψε το κυτταρόπλασμα. Η διατύπωση της κυτταρικής θεωρίας, δηλαδή ότι τα κύτταρα αποτελούν τις στοιχειώδεις δομικές και λειτουργικές μονάδες όλων των ζώντων οργανισμών, φυτικών και ζωικών, οφείλεται στο Ματίας Γιάκομπ Σλάιντεν και στον Τεόντορ Σβαν. Ιδιαίτερα ο Σβαν συνέλαβε με μεγάλη ακρίβεια το νόημα της κυτταρικής δομής των ζώντων οργανισμών, ώστε και στη σύγχρονη εποχή η θεωρία του είναι παραδεκτή και ισχύει. Πίστευε δηλαδή ότι οι πολυκύτταροι οργανισμοί αποτελούνται από πολλά κύτταρα και από προϊόντα τους. Το κάθε κύτταρο έχει τη δική του βιολογική οντότητα, εκτελεί τις λειτουργίες του, αλλά ταυτόχρονα εξυπηρετεί και τον οργανισμό στον οποίο ανήκει. Ο διάσημος ανατόμος Ρ. Βίρχοφ συμπλήρωσε την κυτταρική θεωρία (1885) με το αξίωμα ότι «κάθε κύτταρο προέρχεται από τη διαίρεση προϋπάρχοντος κυττάρου» (omnis cellula e cellula). Ο Ρούντολφ Άλμπερτ Κέλικερ το 1862 ανακαλύπτει ότι ο πυρήνας των κυττάρων είναι το πρωταρχικό στοιχείο για την αναπαραγωγή τους και ταυτόχρονα ο φορέας των κληρονομικών ιδιοτήτων των ζώντων οργανισμών. Στη σύγχρονη εποχή, μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, γνωρίζουμε πολλές λεπτομέρειες της εσωτερικής δομής του κυττάρου. Το σώμα κάθε ζωντανού οργανισμού εκτός από τους ιούς αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα, γι’ αυτό οι οργανισμοί διακρίνονται σε μονοκύτταρους και σε πολυκύτταρους.
Τα κύτταρα διακρίνονται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά. Το προκαρυωτικό κύτταρο είναι πιο απλό και πιο πρωτόγονο από το ευκαρυωτικό. Δε διαθέτει πυρηνική μεμβράνη, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες ή άλλα πλαστίδια, ενδοπλασματικό δίκτυο, σύστημα Golgi κ.ά. Διαθέτει κυτταρική μεμβράνη, ριβοσώματα, κυτταρικό τοίχωμα, κάψες ή άλλα περιβλήματα και το γενετικό του υλικό είναι διάχυτο στο κυτταρόπλασμα. Προκαρυωτικά είναι τα κύτταρα των βακτηρίων και των κυανοβακτηρίων. Όλοι οι άλλοι οργανισμοί πολυκύτταροι ή μονοκύτταροι (εκτός των ιών) αποτελούνται από ευκαρυωτικά κύτταρα.
Το μέγεθος και το σχήμα των ευκαρυωτικών κυττάρων ποικίλλει. Διακρίνουμε κύτταρα κυλινδρικά, σφαιρικά, πλακώδη, αστεροειδή, ατρακτοειδή κ.ά., ανάλογα με τη λειτουργία που αυτά επιτελούν. Στους πολυκύτταρους οργανισμούς διακρίνουμε ομάδες κυττάρων που έχουν την ίδια μορφή και επιτελούν την ίδια λειτουργία. Οι ομάδες αυτές ονομάζονται ιστοί (νευρικός, μυϊκός, επιθηλιακός, αγωγός στα φυτά κ.ά.). Παρά τις διαφορές τους, ανατομικές και λειτουργικές, όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά. Η μελέτη του ευκαρυωτικού κυττάρου με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έδειξε ότι, όπως οι ζωντανοί οργανισμοί, έτσι και τα κύτταρα από τα οποία αυτοί αποτελούνται χαρακτηρίζονται από πολυπλοκότητα και οργάνωση των συστατικών τους.
Κάθε κύτταρο περιβάλλεται από μια λεπτή μεμβράνη, την πλασματική ή κυτταρική μεμβράνη. Η πλασματική μεμβράνη ξεχωρίζει το εσωτερικό του κυττάρου από το περιβάλλον του, αλλά και το συνδέει με αυτό παίζοντας σημαντικότατο ρόλο στη ζωή του κυττάρου. Η μεμβράνη ρυθμίζει ποιες ουσίες εισέρχονται και ποιες εξέρχονται από το κύτταρο (εκλεκτική διαπερατότητα). Αναγνωρίζει όμοια κύτταρα και τα φέρνει σε επαφή για τη δημιουργία ιστών. Δέχεται ορμονικά και άλλα ερεθίσματα, με τα οποία ρυθμίζεται ο μεταβολισμός και οι άλλες λειτουργίες του κυττάρου καθώς και ο συντονισμός του με τις λειτουργίες των άλλων κυττάρων. Όλα αυτά επιτυγχάνονται χάρη στη χημική σύσταση της πλασματικής μεμβράνης που είναι λιποπρωτεϊνική, καθώς και στη δομή της. Σύμφωνα με το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού αποτελείται από δύο στιβάδες φωσφολιπιδίων, στις οποίες παρεμβάλλονται μεγάλα μόρια πρωτεϊνών. Τα φωσφολιπίδια είναι τοποθετημένα με τις υδρόφιλες κεφαλές προς τα έξω και τις υδρόφοβες ουρές προς το εσωτερικό της διπλοστιβάδας.
Το εσωτερικό του κυττάρου είναι γεμάτο από μια ημίρρευστη ουσία, το κυτταρόπλασμα, μέσα στο οποίο υπάρχει έντονη διαμερισματοποίηση. Αυτή επιτυγχάνεται χάρη στο πλήθος των εσωτερικών μεμβρανών που δημιουργούν α) επιφάνειες, πάνω στις οποίες γίνονται οι βιολογικές αντιδράσεις, β) διαδρόμους, από τους οποίους διέρχονται οι ουσίες και γ) επιμέρους χώρους (τα κυτταρικά οργανίδια), μέσα στους οποίους γίνονται οι επιμέρους λειτουργίες του κυττάρου.
Τα κυριότερα οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου είναι:
α) Ο πυρήνας. Κατά κανόνα υπάρχει ένας πυρήνας σε κάθε ευκαρυωτικό κύτταρο, αλλά μπορεί να υπάρχουν δύο, όπως στο πρωτόζωο Παραμύκιο (Paramecium), ή περισσότεροι, όπως στα μυϊκά κύτταρα. Υπάρχουν και κύτταρα χωρίς πυρήνα, όπως τα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία γι’ αυτό δεν έχουν τη δυνατότητα αναπαραγωγής. Ο πυρήνας περιέχει το γενετικό υλικό (DNA) του κυττάρου στο οποίο είναι κωδικοποιημένες όλες οι πληροφορίες που καθορίζουν τις ιδιότητες του κυττάρου και ρυθμίζουν τις λειτουργίες του. Μέσα στον πυρήνα υπάρχουν ένας ή περισσότεροι πυρηνίσκοι που αποτελούνται από RNA και DNA, στους οποίους γίνεται η σύνθεση του ριβοσωμικού RNA (rRNA). Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη που έχει πόρους από τους οποίους περνούν οι ουσίες που εισέρχονται στον πυρήνα ή εξέρχονται προς το κυτταρόπλασμα.
β) Το ενδοπλασματικό δίκτυο. Πρόκειται για ένα δίκτυο μεμβρανών μέσα στο κυτταρόπλασμα που σχηματίζει επιφάνειες, αγωγούς και κυστίδια. Πάνω στις επιφάνειες του ενδοπλασματικού δικτύου υπάρχουν τα ριβοσώματα, στα οποία γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών (βλ. λ. πρωτεϊνοσύνθεση). Οι πρωτεΐνες που συντίθενται εκεί διέρχονται μέσα από τους αγωγούς του ενδοπλασματικού δικτύου, τροποποιούνται και μεταφέρονται σε άλλα οργανίδια. Η μεταφορά των πρωτεϊνών γίνεται με τη βοήθεια του συμπλέγματος Golgi, στο οποίο υποβάλλονται σε τελική επεξεργασία, πακετάρονται σε κυστίδια και μεταφέρονται εκεί όπου χρειάζεται το κύτταρο ή εξέρχονται από το κύτταρο.
γ) Μιτοχόνδρια. Είναι τα κέντρα παραγωγής ενέργειας του κυττάρου. Κύτταρα με αυξημένες ανάγκες σε ενέργεια έχουν περισσότερα μιτοχόνδρια. Στα μιτοχόνδρια γίνεται ο κύκλος του Creb’s και η τελική οξείδωση της γλυκόζης (βλ. λ. κυτταρική αναπνοή). Τα μιτοχόνδρια περιέχουν επίσης DNA, ένζυμα και ριβοσώματα για παραγωγή πρωτεϊνών και μπορούν να αναπαράγονται από μόνα τους.
δ) Λυσοσώματα. Σφαιρικά οργανίδια όπου γίνεται διάσπαση μεγάλων μορίων πρωτεϊνών, λιπών, υδατανθράκων ή και μικροοργανισμών που έχουν εισχωρήσει στο κύτταρο.
Τα ένζυμα που περιέχουν απελευθερώνονται με το θάνατο του κυττάρου και βοηθούν στη διάσπαση (αποδόμηση) των συστατικών του.
ε) Υπεροξειδιοσώματα. Σφαιρικά κυστίδια στα οποία υπάρχουν οξειδωτικά ένζυμα που διασπούν τοξικές ουσίες για τον οργανισμό.
στ) Κενοτόπια, χυμοτόπια. Οργανίδια στα οποία γίνεται αποθήκευση ή διάσπαση ουσιών. Στα ζωικά κύτταρα υπάρχουν τα πεπτικά κενοτόπια, στα οποία γίνεται διάσπαση μορίων τροφής ή ολόκληρων μικροοργανισμών. Στα φυτικά κύτταρα υπάρχουν τα χυμοτόπια στα οποία αποθηκεύονται χρήσιμες ή άχρηστες ουσίες για το κύτταρο.
ζ) Κυτταρικός σκελετός. Πρόκειται για ένα πλέγμα ινιδίων (μικροϊνίδια, μακροϊνίδια, ενδιάμεσα ινίδια, μικροσωληνίσκοι) που δικτυώνονται σε όλο το σώμα του κυττάρου και συμβάλλουν στη στήριξη και στην κίνηση του κυττάρου και των οργανιδίων του, καθώς και στη διατήρηση ή μεταβολή της μορφής του κυττάρου. Το κεντροσωμάτιο είναι ένας σχηματισμός από μικροσωληνίσκους που υπάρχει στα ζωικά κύτταρα και συμβάλλει στην κυτταρική διαίρεση.Τα φυτικά κύτταρα εκτός από τα παραπάνω οργανίδια διαθέτουν επιπλέον χλωροπλάστες και κυτταρικό τοίχωμα.
α) Χλωροπλάστες. Υπάρχουν στα κύτταρα που αποτελούν τα πράσινα μέρη των φυτών. Στους χλωροπλάστες γίνεται η φωτοσύνθεση, δηλ. η σύνθεση της γλυκόζης από νερό και διοξείδιο του άνθρακα με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια δεσμεύεται από τη χλωροφύλλη και αποθηκεύεται στη γλυκόζη υπό μορφή χημικής ενέργειας για να χρησιμοποιηθεί για τις ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου και του οργανισμού. Η φωτοσύνθεση είναι η βασική μεταβολική λειτουργία της φύσης που επιτυγχάνει το πέρασμα από την ανόργανη στην οργανική ύλη. Οι χλωροπλάστες, όπως και τα μιτοχόνδρια, διαθέτουν DNA, ριβοσώματα και μπορούν να συνθέτουν πρωτεΐνες και να αναπαράγονται.
β) Κυτταρικό τοίχωμα. Εξωτερικό περίβλημα όλων των φυτικών κυττάρων που αποτελείται κυρίως από κυτταρίνη αλλά και άλλους υδατάνθρακες. Παρέχει προστασία στο φυτικό κύτταρο και διατηρεί το σχήμα του σταθερό. Το κυτταρικό τοίχωμα των φυτικών κυττάρων στηρίζει ολόκληρο το σώμα του φυτού (ιδιαίτερα στα μη ξυλώδη, πράσινα τμήματά του) που δε διαθέτει άλλο είδος εσωτερικού ή εξωτερικού σκελετού, όπως τα ζώα.
Λαθροβίωση ή άδηλη ζωή. Η κατάσταση εκείνη στην οποία όλες οι λειτουργίες ενός οργανισμού –φυτικού ή ζωικού– σταματούν τελείως ή επιβραδύνονται τόσο πολύ, που φαίνεται ότι ο οργανισμός πέθανε, χωρίς αυτό να συμβαίνει στην πραγματικότητα. Είναι δηλαδή ένας φαινομενικός θάνατος και συμβαίνει όταν οι συνθήκες της ζωής ενός οργανισμού, δηλαδή οι συνθήκες στο περιβάλλον όπου ζει, είναι δυσμενείς. Για λόγους πρόνοιας ο οργανισμός αυτός ελαττώνει ή σταματά πρόσκαιρα τις λειτουργίες του, για να μπορέσει να επιζήσει, και, όταν οι συνθήκες στο περιβάλλον ξαναγίνουν ευνοϊκές, επιστρέφει πάλι στην προηγούμενή του κατάσταση. Τα βακτήρια π.χ., όταν οι συνθήκες του περιβάλλοντος δεν είναι ευνοϊκές, σχηματίζουν ανθεκτικές μορφές, τα σπόρια. Αφυδατώνονται, περιβάλλονται από ένα παχύ ανθεκτικό περίβλημα και μέσα εκεί ζουν σε λανθάνουσα κατάσταση, ώσπου οι συνθήκες του περιβάλλοντος να ξαναγίνουν ευνοϊκές. Τότε «βλαστάνουν» και συνεχίζουν κανονικά τη δραστηριότητά τους.
Ανάλογα φαινόμενα, γνωστά ως λήθαργος, παρατηρούνται και σε πολλά κατώτερα φυτά και ζώα (βρυόφυτα, πρωτόζωα κ.ά.) καθώς και σε ανώτερα φυτά (σχηματισμός σπόρων, βολβών, ριζών κτλ.). Στα ζώα ανάλογα φαινόμενα είναι η χειμέρια νάρκη και ο χειμέριος ύπνος.
Πειραματικά, στα πλαίσια του τεχνολογικού κλάδου της κρυογονικής, έγινε επέκταση αυτής της κατάστασης και στον άνθρωπο. Η τεχνική βασίζεται στην υποθερμία, δηλαδή με ειδικά μέσα μειώνεται η θερμοκρασία του σώματος σε πολλούς βαθμούς κάτω από το μηδέν και διατηρείται ζωντανός ο άνθρωπος σε ειδικούς ατομικούς θαλάμους-ψυγεία. Υπάρχουν περιπτώσεις ανθρώπων που τοποθετήθηκαν ζωντανοί σε τέτοιους θαλάμους (πάσχοντες συνήθως από ανίατες αρρώστιες, καρκίνο κτλ.) με την ελπίδα ότι στο μέλλον η επιστήμη θα προοδεύσει τόσο, ώστε να τους ξεπαγώσει και να τους επαναφέρει στη ζωή. Σε πειραματόζωα που δοκιμάστηκε αυτή η τεχνική οι επιστήμονες πέτυχαν, μετά το «ξεπάγωμα», να τα επαναφέρουν στη ζωή και να θέσουν σε λειτουργία μερικά όργανά τους.
Μείωση (μειωτική διαίρεση). Είδος κυτταρικής διαίρεσης με την οποία επιτυγχάνεται η μείωση στο μισό του αριθμού των χρωμοσωμάτων στα θυγατρικά κύτταρα.
Μείωση γίνεται στα άωρα γεννητικά κύτταρα των διπλοειδών οργανισμών, δηλαδή των οργανισμών που έχουν τα χρωμοσώματά τους ανά δύο όμοια (ομόλογα). Με τη διαδικασία της μείωσης παράγονται οι αρσενικοί και θηλυκοί γαμέτες οι οποίοι έχουν το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων από αυτόν που έχουν τα σωματικά κύτταρα του είδους του οργανισμού. Όταν τα γεννητικά κύτταρα (γαμέτες) θα γονιμοποιηθούν (βλ. λ. γονιμοποίηση), θα προκύψει το ζυγωτό κύτταρο και στη συνέχεια ο νέος οργανισμός, του οποίου τα σωματικά κύτταρα θα έχουν τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων με αυτόν που είχαν οι γονείς του. Έτσι με τη μείωση επιτυγχάνεται η διατήρηση σταθερού του αριθμού των χρωμοσωμάτων από γενιά σε γενιά στους διπλοειδείς οργανισμούς που αναπαράγονται με αμφιγονία. Μείωση συμβαίνει επίσης και στο ζυγωτό των απλοειδών οργανισμών που αναπαράγονται με αμφιγονία.
Η διαδικασία της μείωσης περιλαμβάνει δύο κυτταρικές διαιρέσεις. Κατά την πρώτη μειωτική διαίρεση τα ομόλογα χρωμοσώματα τοποθετούνται κατά ζεύγη στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου (σύναψη ομόλογων χρωμοσωμάτων) και κατά την ανάφαση (βλ. λ. μίτωση) αποχωρίζονται. Από την πρώτη μειωτική διαίρεση προκύπτουν δύο θυγατρικά κύτταρα που το καθένα περιέχει ένα χρωμόσωμα από κάθε ζεύγος του μητρικού κυττάρου, δηλαδή περιέχει ολόκληρη τη σειρά των χρωμοσωμάτων του μητρικού κυττάρου, αλλά μία και όχι δύο φορές. Τα δυο θυγατρικά κύτταρα από την πρώτη μειωτική διαίρεση διαιρούνται στη συνέχεια με μιτωτική (βλ. λ. μίτωση) διαίρεση με αποτέλεσμα να προκύψουν τελικά τέσσερα θυγατρικά κύτταρα (βλ. λ. γαμέτες), τα οποία έχουν το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων του μητρικού κυττάρου, αλλά μια πλήρη σειρά.
Οι συνδυασμοί των μη ομόλογων χρωμοσωμάτων στους γαμέτες είναι τυχαίοι και ο αριθμός των διαφορετικών συνδυασμών εξαρτάται από τον αριθμό των χρωμοσωμάτων του είδους. Στον άνθρωπο π.χ. με αριθμό χρωμοσωμάτων 46 ο αριθμός των διαφορετικών συνδυασμών μη ομόλογων χρωμοσωμάτων στους γαμέτες είναι 223 = 8.388.608, δηλαδή η πιθανότητα δύο γαμέτες ενός ατόμου (ωάρια ή σπερματοζωάρια) να είναι ίδιοι γενετικά είναι 1/8.388.608. Έτσι ο κάθε νέος οργανισμός συνδυάζει διαφορετικά χαρακτηριστικά και από τους δύο γονείς. Με τη μείωση επομένως επιτυγχάνεται η ποικιλομορφία των απογόνων στους οργανισμούς που αναπαράγονται με αμφιγονία, γεγονός που ευνοεί την καλύτερη επιβίωσή τους σε δυσμενή περιβάλλοντα και την εξέλιξή τους.
Μεταβολισμός. Το σύνολο των βιοχημικών και φυσιοχημικών διεργασιών που συμβαίνουν μέσα σε έναν οργανισμό και έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου της ζωής. Ο μεταβολισμός διακρίνεται σε αναβολισμό και καταβολισμό. Ο αναβολισμός περιλαμβάνει τις αντιδράσεις εκείνες που έχουν ως αποτέλεσμα την οικοδόμηση ουσιών, δηλαδή τη σύνθεση πολύπλοκων μορίων από απλούστερα, με δαπάνη ενέργειας από μέρους του οργανισμού. Ο καταβολισμός ή αφετεροίωση περιλαμβάνει τις αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα την αποικοδόμηση ουσιών, δηλαδή τη διάσπαση πολύπλοκων μορίων σε απλούστερα με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας. Ο μετασχηματισμός ύλης και ενέργειας είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων των έμβιων όντων. Η ποσότητα ενέργειας που είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί ένας οργανισμός στη ζωή λέγεται βασικός μεταβολισμός. Μέτρο του βασικού μεταβολισμού είναι η κατανάλωση οξυγόνου κατά την αναπνοή. Η μέτρηση του βασικού μεταβολισμού χρησιμοποιείται ως διαγνωστική μέθοδος για διάφορες παθήσεις, όπως π.χ. ανωμαλίες του θυρεοειδή αδένα.
Οι αντιδράσεις του μεταβολισμού γίνονται με τη βοήθεια ενζύμων. Κάθε οργανισμός διαθέτει εκείνα τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για τις βιολογικές του αντιδράσεις. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιούνται οι τροφές τις οποίες ο οργανισμός παίρνει από το περιβάλλον. Κατά την πέψη τα ένζυμα επιδρούν διαδοχικά πάνω στις τροφές, με τελικό αποτέλεσμα τη δημιουργία ουσιών που μπορούν να απορροφηθούν από τον οργανισμό. Οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα, οι υδατάνθρακες σε απλά σάκχαρα και τα λίπη σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα (βλ. λ. πεπτικό σύστημα). Αυτές οι ουσίες είτε διασπώνται περαιτέρω μέσα στα κύτταρα, μπαίνοντας σε κάποιο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής και αποδίδουν ενέργεια, είτε ακολουθούν αναβολική οδό, χρησιμοποιούμενα ως δομικά υλικά για τη σύνθεση πρωτεϊνών, υδατανθράκων ή λιπών που χρειάζεται ο ίδιος ο οργανισμός. Οι αντιδράσεις διάσπασης (καταβολισμός) είναι εξώθερμες αντιδράσεις, ενώ οι αντιδράσεις σύνθεσης (αναβολισμού) είναι ενδόθερμες. Η ενέργεια μεταφέρεται από μια εξώθερμη σε μια ενδόθερμη αντίδραση με τα μόρια της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), που λειτουργεί ως ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου και του οργανισμού.
Η περίσσεια των θρεπτικών ουσιών που δε χρησιμοποιείται αποθηκεύεται στους αποταμιευτικούς ιστούς των φυτών, κυρίως ως υδατάνθρακες, και στα ζώα υπό μορφή λίπους, κυρίως στο λιπώδη ιστό για να χρησιμοποιηθούν σε περίπτωση έλλειψης τροφής.
Διαταραχή του μεταβολισμού προκαλεί ανωμαλίες στον οργανισμό. Η διαπίστωση μιας τέτοιας διαταραχής του μεταβολισμού γίνεται με την εξέταση των προϊόντων των ανταλλαγών της ύλης, όπως είναι τα ούρα (π.χ. λευκωματουρία, διαβήτης κτλ.).
Μετάλλαξη. Μια τυχαία μεταβολή του γενετικού υλικού ενός οργανισμού. Η μεταβολή αυτή μπορεί να είναι ένα «λάθος» κατά την αντιγραφή ή μεταγραφή του DΝΑ είτε κάποιο σπάσιμο και ανασυνδυασμός στα χρωμοσώματα είτε ακόμα κάποιο ατύχημα κατά τη μείωση ή μίτωση, οπότε τα δύο θυγατρικά κύτταρα δεν έχουν το ίδιο γενετικό υλικό και παρουσιάζουν ανωμαλίες. Για τα τρία αυτά είδη μετάλλαξης που αναφέραμε χρησιμοποιούνται αντίστοιχα οι βιολογικοί όροι: γονιδιακή μετάλλαξη ή μετάλλαξη σημείου, χρωμοσωμική ή δομική μετάλλαξη και γενοτυπική μετάλλαξη ή αριθμητική ανωμαλία. Οι γονιδιακές μεταλλάξεις αφορούν στην αλλαγή ενός μόνο γονιδίου, οι δομικές σε πιο εκτεταμένες αλλαγές σε ολόκληρα τμήματα ενός χρωμοσώματος (όπως το σπάσιμο, η έλλειψη, ο διπλασιασμός ή αναστροφή, η μετατόπιση) και οι αριθμητικές αφορούν σε αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων, όπως οι ανευπλοειδίες (ένα χρωμόσωμα παραπάνω ή λιγότερο) και οι πολυπλοειδίες (πολλαπλάσιος αριθμός χρωμοσωμάτων από τον κανονικό).
Το φαινόμενο της μετάλλαξης ήταν γνωστό από αιώνες, αλλά περιγράφηκε επιστημονικά για πρώτη φορά από τον Τ. Η. Morgan, το 1906, στο έντομο δροσόφιλα. Οι μεταλλάξεις είναι δυνατό να συμβούν σε διάφορα στάδια ανάπτυξης του οργανισμού, καθώς και σε οποιοδήποτε κύτταρο, σωματικό ή γεννητικό. Οι σωματικές μεταλλάξεις για να γίνουν φανερές πρέπει να συμβούν σε κύτταρα που θα δώσουν κάποιο φανερό χαρακτηριστικό, όπως π.χ. στα κύτταρα της ίριδας, οπότε το ένα μάτι μπορεί να έχει διαφορετικό χρώμα από το άλλο, ή στα κύτταρα των τριχών, οπότε εμφανίζονται δίχρωμα μαλλιά. Σοβαρές περιπτώσεις σωματικών μεταλλάξεων είναι αυτές που μεταβάλλουν το ρυθμό αναπαραγωγής ενός σωματικού κυττάρου και το καθιστούν καρκινικό. Οι σωματικές μεταλλάξεις στα ζώα χάνονται με το θάνατο του ατόμου που τις φέρει, ενώ στα φυτά μπορούν να περάσουν στους απογόνους, επειδή τα φυτά πολλαπλασιάζονται και αγενώς με παραφυάδες και καταβολάδες. Πιο σημαντικές είναι οι μεταλλάξεις που συμβαίνουν στους γαμέτες (ωάρια και σπερματοζωάρια), γιατί είναι δυνατό να διαιωνιστούν περνώντας από γενιά σε γενιά.
Με τον όρο φυσικές μεταλλάξεις εννοούμε τις μεταβολές του γενετικού υλικού που συμβαίνουν με φυσιολογικές συνθήκες. Τα αίτια που προκαλούν μεταλλάξεις είναι α) οι ιονίζουσες ακτινοβολίες, όπως οι ακτίνες Χ, οι οποίες προκαλούν συνήθως σπασίματα των χρωμοσωμάτων που οδηγούν και σε άλλες δομικές μεταλλάξεις, β) οι υπεριώδεις ακτινοβολίες, γ) χημικές μεταλλαξιγόνες ουσίες που προκαλούν συνήθεις σημειακές μεταλλάξεις, δ) ανωμαλίες κατά τη διαδικασία της μείωσης προκαλούν αριθμητικές μεταλλάξεις. Εκτός από τις φυσικές μεταλλάξεις, που συμβαίνουν συμπτωματικά, υπάρχει η δυνατότητα τεχνικής παραγωγής μεταλλάξεων σε πειραματόζωα, με την επίδραση διάφορων χημικών και φυσικών παραγόντων. Γενικά, η συχνότητα των μεταλλάξεων εξαρτάται από την ηλικία του οργανισμού, του οποίου το γονότυπο μελετάμε (δηλαδή το σύνολο του γενετικού υλικού που διαθέτει), το φύλο, τη γενική φυσιολογική κατάσταση των κυττάρων του, τη θερμοκρασία, τις ακτινοβολίες και διάφορες χημικές ουσίες, όπως το θειικό διαιθύλιο κ.ά. Πειράματα που έγιναν την τελευταία δεκαετία απέδειξαν ότι και ορισμένοι ιοί, όταν προσβάλουν έναν οργανισμό, πολλαπλασιάζουν τη συχνότητα μεταλλάξεων διάφορων γονιδίων του. Έτσι, πολλοί επιστήμονες τείνουν να δεχτούν ότι μια από τις αιτίες της φυσικής μετάλλαξης είναι οι ιοί.
Αποτέλεσμα μιας μετάλλαξης που θα εκδηλωθεί στο άτομο που τη φέρει είναι η εμφάνιση ενός νέου χαρακτηριστικού, το οποίο συνήθως είναι δυσμενές για το άτομο, προκαλεί κάποια ανωμαλία ή ασθένεια (π.χ. μεσογειακή αναιμία). Μπορεί, όμως, να οδηγήσει και σε ένα νέο χαρακτηριστικό ουδέτερο ή και ωφέλιμο για το άτομο σε συγκεκριμένες συνθήκες περιβάλλοντος. Με τη βοήθεια των μεταλλάξεων ο πληθυσμός ενός είδους αποκτά ποικιλομορφία, που του είναι απαραίτητη για να μπορέσει να προσαρμοστεί στο περιβάλλον το οποίο αλλάζει συνέχεια.
Πολλές φορές οι μεταλλάξεις, όταν συνδυαστούν με τη φυσική επιλογή και τη γεωγραφική απομόνωση του πληθυσμού ενός είδους, καταλήγουν στο σχηματισμό ενός νέου είδους. Αυτή η άποψη αποτελεί τη σύγχρονη συνθετική θεωρία της εξέλιξης των ειδών. Στα φυτά οι αριθμητικές μεταλλάξεις είναι περισσότερο ανεκτές απ’ ό,τι στα ζώα και θεωρούνται παράγοντας εμφάνισης νέων ειδών.
Οι οργανισμοί έχουν τη δυνατότητα να διορθώνουν τα λάθη στο γενετικό υλικό και να μειώνουν έτσι τη συχνότητα εμφάνισης μεταλλάξεων.
Στα κατοικίδια ζώα και τα καλλιεργούμενα φυτά οι άνθρωποι από τα παλιά χρόνια παρατηρούσαν μεταλλάξεις, δηλαδή έβλεπαν ξαφνικές αλλαγές των ειδών, που πολλές φορές γίνονταν περισσότερο παραγωγικά και χρήσιμα. Τότε προσπαθούσαν με κατάλληλες διασταυρώσεις να διατηρήσουν την αλλαγή και στις επόμενες γενιές. Με την εργασία αυτή ασχολείται σήμερα η επιστήμη της εφαρμοσμένης γενετικής, που, επιπλέον, προσπαθεί με διάφορα τεχνητά μέσα να προκαλέσει νέες μεταλλάξεις και να δημιουργήσει νέες και περισσότερο παραγωγικές ποικιλίες φυτών και ζώων.
Μεταμόρφωση. Μια σειρά από αλλαγές που παρατηρούνται σε διάφορα ζώα κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους, από το μετεμβρυακό στάδιο ως την ωριμότητα.
Η μεταμόρφωση είναι γενικό φαινόμενο και παρατηρείται σε όλους εκείνους τους οργανισμούς οι οποίοι έχουν αβγό φτωχό σε θρεπτικές ουσίες, οπότε το έμβρυο δεν μπορεί να συμπληρώσει μέσα σε αυτό την ανάπτυξή του και το εγκαταλείπει. Το ανώριμο άτομο που βγαίνει από το αβγό λέγεται γενικά προνύμφη και στις περισσότερες περιπτώσεις δε μοιάζει καθόλου με τους γονείς του ούτε στη μορφή, ούτε στον τρόπο ζωής. Η προνύμφη έχει ως σκοπό τη θρέψη και την ανάπτυξη, ενώ το τέλειο (ώριμο) άτομο έχει ως σκοπό τη διαιώνιση του είδους. Οι δύο αυτές μορφές εξελίχθηκαν ανεξάρτητα η μία από την άλλη για να ανταποκριθούν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο στις ανάγκες που επιβάλλει το περιβάλλον. Το γεγονός αυτό εξηγεί τις διαφορές που παρουσιάζονται μεταξύ τους.
Η μεταμόρφωση συναντάται σε όλες τις εξελικτικές βαθμίδες του ζωικού βασιλείου: σπόγγους, κοιλεντερωτά, σκώληκες, μαλάκια, εχινόδερμα, αρθρόποδα. Εμφανίζεται, επίσης, και σε κατώτερα σπονδυλωτά, όπως ψάρια (κυκλόστομοι), αμφίβια κ.ά. Πολύ χαρακτηριστική είναι η μεταμόρφωση των γυρίνων σε βατράχους. Όμως, η πιο χαρακτηριστική μεταμόρφωση είναι αυτή που παρατηρείται στα αρθρόποδα, και ιδίως στην κλάση των εντόμων. Τα έντομα, πριν φτάσουν στο στάδιο του ώριμου ατόμου, περνούν από πολλά προνυμφικά στάδια με μορφή κάμπιας (προνύμφης) και έπειτα περνούν στο στάδιο της νύμφης, συνήθως κλεισμένα μέσα σε ένα βομβύκιο (κουκούλι).
Η μεταμόρφωση των εντόμων κίνησε το ενδιαφέρον των ανθρώπων από την αρχαιότητα. Ο Αριστοτέλης μελέτησε το φαινόμενο και υποστήριξε ότι η κάμπια είναι ένα «μαλακόν ωόν», ένα έμβρυο, δηλαδή, που επειδή δεν εύρισκε την απαραίτητη ποσότητα τροφής στο αβγό, αναγκάστηκε να το εγκαταλείψει. Σήμερα πιστεύεται ότι ο πολυμορφισμός, ο οποίος παρατηρείται στα είδη που παρουσιάζουν μεταμορφώσεις, είναι ένα φαινόμενο ανάλογο με την εμβρυακή εξέλιξη (οντογένεση), δηλαδή οι κληρονομικές καταθέσεις (γονίδιο), τις οποίες διαθέτει ένα είδος δεν εκφράζονται όλες μαζί, αλλά διαδοχικά, κατά μια αυστηρή τάξη που ρυθμίζεται από διάφορες ορμόνες. Μελέτες και πειράματα που έγιναν σε διάφορα έντομα κατέληξαν στην απομόνωση δυο τέτοιων ορμονών που λέγονται εκδυσόνη και νεανική ορμόνη. Ανάλογα με τη σχετική ποσότητα των δύο αυτών ορμονών ενεργοποιείται ένα μέρος από τη γενετική κληρονομιά του είδους και προκύπτουν τα διάφορα μορφολογικά και ανατομικά χαρακτηριστικά της προνύμφης, της νύμφης ή του ώριμου ατόμου.
Μικρόβια. Μονοκύτταροι οργανισμοί οι οποίοι δε φαίνονται με γυμνό μάτι αλλά μόνο με το μικροσκόπιο. Σε αυτούς περιλαμβάνονται οι ιοί, τα βακτήρια, τα πρωτόζωα, τα μονοκύτταρα φύκη και οι μονοκύτταροι μύκητες.
Το σχήμα, το μέγεθος, η τροφή, η κίνηση, η αναπαραγωγή των μικροβίων ποικίλλουν ανάλογα με την ομάδα και το είδος. Άλλα παραμένουν ακίνητα, άλλα παρουσιάζουν μια τρεμώδη κίνηση και άλλα κινούνται ενεργητικά με ψευδοπόδια, μαστίγια και βλεφαρίδες που διαθέτουν.
Μικρόβια υπάρχουν παντού, σε όλα τα γεωγραφικά μήκη και πλάτη, σε όλα τα περιβάλλοντα (αέρα, νερό, έδαφος) και μέσα στο σώμα άλλων οργανισμών. Οι λόγοι της μεγάλης εξάπλωσης των μικροβίων είναι: α) Το μικρό τους μέγεθος, που απαιτεί μικρές ποσότητες τροφής και ενέργειας. β) Το ότι διαθέτουν πολλούς τρόπους διατροφής (αυτότροφα, ετερότροφα, σαπρόφυτα, παράσιτα, συμβιωτικά). Ορισμένα έχουν τη δυνατότητα σε δυσμενές περιβάλλον να γίνονται από αυτότροφα ετερότροφα, ενώ άλλα (βακτήρια) μπορούν να καταναλώνουν μεγάλη ποικιλία τροφής μέχρι και ανόργανες ουσίες. γ) Το ότι διαθέτουν πολλούς και ταχύτατους τρόπους αναπαραγωγής. Η αγενής αναπαραγωγή τους γίνεται με διχοτόμηση, εκβλάστηση ή κατάτμηση. Ένα βακτήριο κάτω από κατάλληλες συνθήκες μπορεί να διχοτομηθεί σε 20 λεπτά. Πολλά εμφανίζουν αμφιγονικά φαινόμενα (βλ. λ. αμφιγονία), κατά τα οποία ανταλλάσσουν γενετικό υλικό, ανανεώνονται γενετικά και καταφέρνουν έτσι να επιβιώσουν σε δυσμενή περιβάλλοντα. δ) Το γεγονός ότι σε δύσκολες συνθήκες (έλλειψη τροφής, νερού, υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες κ.ά.) σχηματίζουν ανθεκτικές μορφές, τα σπόρια βακτηρίων και μυκήτων, και επιβιώνουν έτσι για μεγάλο χρονικό διάστημα, ακόμη και χιλιάδες χρόνια, μέχρι να βρεθούν πάλι σε κατάλληλες συνθήκες.
Τα περισσότερα μικρόβια είναι ωφέλιμα για τα φυσικά οικοσυστήματα, τον άνθρωπο και τους άλλους οργανισμούς. Ορισμένες κατηγορίες ωφέλιμων μικροβίων είναι: α) Τα φωτοσυνθετικά βακτήρια και φύκη. Αποτελούν το φυτοπλαγκτόν που επιτελεί το 90% της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας του πλανήτη. β) Τα αζωτοβακτήρια. Συμβιώνουν στις ρίζες των ψυχανθών. Προσλαμβάνουν άζωτο από την ατμόσφαιρα, το οποίο μετατρέπουν σε νιτρικά άλατα που αποδίδουν στο έδαφος, συμβάλλοντας έτσι στη φυσική λίπανσή του. γ) Τα σηψιογόνα ή σαπρόφυτα. Συμβάλλουν στην ανοργανοποίηση της νεκρής οργανικής ύλης και είναι απαραίτητος κρίκος στον κύκλο της ύλης. δ) Τα ζυμογόνα βακτήρια και μύκητες. Πραγματοποιούν τις ζυμώσεις, από τις οποίες παράγονται πολύτιμες τροφές για τον άνθρωπο (ποτά, γαλακτοκομικά προϊόντα, ξίδι κ.ά.). ε) Τα αντιβιοτικά. Παράγουν αντιβιοτικές ουσίες, τις οποίες χρησιμοποιεί ο άνθρωπος για την καταπολέμηση ασθενειών που οφείλονται σε άλλα παθογόνα μικρόβια. στ) Τα συμβιωτικά. Συμβιώνουν με άλλους οργανισμούς με κοινή ωφέλεια, π.χ. τα βακτήρια που ζουν στον πεπτικό σωλήνα του ανθρώπου βοηθούν στην πέψη των τροφών, την παραγωγή βιταμινών και την άμυνα του οργανισμού σε άλλα παθογόνα μικρόβια.
Αρκετά μικρόβια είναι παθογόνα, δηλαδή ζουν σε βάρος άλλων οργανισμών (παράσιτα), στους οποίους προκαλούν αρρώστιες (ιώσεις, λοιμώξεις). Τα παθογόνα μικρόβια προσβάλλουν ζώα, φυτά, τον άνθρωπο, εγκαθίστανται συνήθως σε κάποιο όργανο ή ιστό, τρέφονται και πολλαπλασιάζονται προκαλώντας βλάβες στον οργανισμό του ξενιστή.
Όλοι οι οργανισμοί διαθέτουν μηχανισμούς άμυνας (βλ. λ. αμυντικοί μηχανισμοί) απέναντι στα παθογόνα μικρόβια. Επιπλέον οι άνθρωποι εφαρμόζουν ιδιαίτερους τρόπους πρόληψης των μολύνσεων με την καθαριότητα και απολύμανση των χώρων, παστερίωση, αποστείρωση, με εμβολιασμό κ.ά. Η αντιμετώπιση των ασθενειών από τα μικρόβια γίνεται κυρίως με ορούς και αντιβιοτικά.
Τα μικρόβια χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο ως πειραματόζωα, καθώς και στην παραγωγή μιας σειράς ουσιών χρήσιμων για τον άνθρωπο (βλ. λ. βιοτεχνολογία, γενετική μηχανική), στην παραγωγή φτηνών ζωοτροφών, στη μεταλλουργία κ.α.
Με τη μελέτη και αντιμετώπιση των μικροβίων ασχολείται η μικροβιολογία.
Μιτοχόνδριο. Ένα από τα μικροσκοπικά οργανίδια του κυττάρου. Κάθε κύτταρο περιέχει πολλά μιτοχόνδρια που έχουν ως αποστολή την παραγωγή ενέργειας. Τα μιτοχόνδρια παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά το 1894, αλλά ο ρόλος τους και η μεγάλη σημασία που έχουν για τη ζωή του κυττάρου προσδιορίστηκε το 1948. Η μορφή των μιτοχονδρίων ποικίλλει από κύτταρο σε κύτταρο· ακόμα και στο ίδιο κύτταρο τα μιτοχόνδρια αλλάζουν μορφή ανάλογα με την ηλικία του κύτταρου. Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι το μιτοχόνδριο έχει σχήμα κυλινδρικό με αποστρογγυλωμένα άκρα. Η διάμετρός του είναι περίπου 0,5 μικρά (χιλιοστά του χιλιοστού), ενώ το μήκος του μπορεί να φτάσει τα 7 μικρά. Όταν παρατηρούμε ένα κύτταρο στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, συνήθως βλέπουμε τα μιτοχόνδρια σκορπισμένα συμμετρικά στο πρωτόπλασμα. Το πλήθος των μιτοχονδρίων σ' ένα κύτταρο εξαρτάται από τις ανάγκες του κυττάρου αυτού σε ενέργεια. Κύτταρα που παρουσιάζουν μεγάλη δραστηριότητα, όπως π.χ. τα κύτταρα των μυών, τα αδενικά κύτταρα κτλ., έχουν πολλά μιτοχόνδρια στο πρωτόπλασμά τους. Τα φυτικά κύτταρα έχουν λιγότερα μιτοχόνδρια από τα ζωικά, επειδή ένα μέρος της ενέργειας που χρειάζονται παράγεται από τους χλωροπλάστες. Μελέτες που έγιναν με τη βοήθεια ηλεκτρονικών μικροσκοπίων μεγάλης μεγέθυνσης απέδειξαν ότι τα μιτοχόνδρια έχουν πολύπλοκη εσωτερική δομή. Αποτελούνται από δύο μεμβράνες, μία εσωτερική και μία εξωτερική. Κάθε μεμβράνη έχει πάχος περίπου 60 Å.
Η εσωτερική μεμβράνη παρουσιάζει αναδιπλώσεις που λέγονται μιτοχονδριακές ακρολοφίες (cristae), ενώ η εξωτερική περιβάλλει το μιτοχόνδριο, όπως ακριβώς η κυτταρική μεμβράνη περιβάλλει το κύτταρο. Μεταξύ των δυο μεμβρανών υπάρχει ένα διάστημα 60-80 Å που λέγεται μεσομεμβρανικό διάστημα. Τέλος, ο χώρος που περιβάλλεται από την εσωτερική μεμβράνη λέγεται μιτοχονδριακή μήτρα και είναι γεμάτος από υγρό. Καθένας από τους χώρους που αναφέραμε παίζει ιδιαίτερο ρόλο στη διαδικασία της παραγωγής ενέργειας. Με άλλα λόγια τα μιτοχόνδρια είναι ένα μικροσκοπικό ηλεκτροχημικό εργαστήριο, το οποίο διαθέτει χωριστά διαμερίσματα, όπου γίνονται οι διάφορες αντιδράσεις διαδοχικά και παίρνουμε το τελικό προϊόν. Το τελικό προϊόν στην περίπτωση αυτή είναι η ενέργεια που ελευθερώνεται κατά την ένωση του οξυγόνου με το υδρογόνο (τελική οξείδωση). Για να γίνει, όμως, η αντίδραση αυτή πρέπει το οξυγόνο να φορτιστεί με ηλεκτρόνια. Αυτό επιτυγχάνεται με μια σειρά ουσιών που λέγονται κυττοχρώματα. Πρέπει, επίσης, να υπάρχει κάποια πηγή ηλεκτρονίων και υδρογόνου. Αυτά εξασφαλίζονται από έναν κύκλο αντιδράσεων που λέγεται κύκλος του Krebs. Οι αντιδράσεις αυτές είναι με τη σειρά τους συνδεδεμένες με τους άλλους μεταβολικούς κύκλους του οργανισμού.
Η ανακάλυψη της πολύπλοκης αυτής διαδοχής των αντιδράσεων αποτελεί ένα από το μεγαλύτερα κατορθώματα του ανθρώπου στον τομέα της Βιολογίας. Χρειάστηκαν 50 χρόνια δουλειάς από δεκάδες επιστήμονες για να ανακαλυφθούν και να επαληθευτούν οι σχετικές αντιδράσεις. Αναφορικά με την καταγωγή και προέλευση των μιτοχονδρίων, πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν πως πριν εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, όταν πρωτοδημιουργήθηκε η ζωή, τα μιτοχόνδρια ζούσαν ως ανεξάρτητα κύτταρα, όπως τα βακτήρια. Αργότερα πέτυχαν ένα είδος παρασιτισμού πάνω σε άλλα κύτταρα που κατέληξε σε συμβίωση. Η θεωρία αυτή, παρόλο που φαίνεται απίστευτη, έχει πολλές ενδείξεις και επιστημονικά δεδομένα που την ενισχύουν.
Μίτωση. Σύνολο μεταβολών που παρατηρούνται στον πυρήνα των κυττάρων κατά την κυτταρική διαίρεση. Οι μεταβολές που παρατηρούνται ταυτόχρονα στο κυττόπλασμα αναφέρονται συνήθως με τον όρο κυττοκίνηση. Οι δύο αυτές διεργασίες έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία δύο θυγατρικών κυττάρων όμοιων με το αρχικό (μητρικό) κύτταρο ως προς τον αριθμό και το είδος των χρωμοσωμάτων. Με μίτωση διαιρούνται τα σωματικά κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών κατά την αύξηση, την ανάπτυξή τους ή την αναπλήρωση κατεστραμμένων κυττάρων ή ιστών, καθώς και οι μονοκύτταροι οργανισμοί κατά την αναπαραγωγή τους (διχοτόμηση, κατάτμηση κ.ά.) (βλ. λ. αναπαραγωγή).
Ο σκοπός της μίτωσης είναι να μοιράσει, με απόλυτη ακρίβεια, στα δύο θυγατρικά κύτταρα το υλικό του πυρήνα του μητρικού κυττάρου. Στον πυρήνα, πάνω στα χρωμοσώματα, βρίσκονται οι «πληροφορίες» (με μορφή μορίων DNA), οι οποίες είναι απαραίτητες για τη διαβίωση του κυττάρου (βλ. λ. κύτταρο).
Πριν να διαιρεθεί το κύτταρο, πρέπει να κατασκευαστούν δύο ακριβή αντίγραφα των «πληροφοριών» αυτών και να μοιραστούν στα δύο θυγατρικά κύτταρα. Έτσι, πριν από κάθε μίτωση, συμβαίνει διπλασιασμός των μορίων DΝΑ. Το στάδιο κατά το οποίο συμβαίνει το φαινόμενο αυτό λέγεται μεσόφαση. Κατά τη μεσόφαση που μεσολαβεί ανάμεσα σε δύο κυτταρικές διαιρέσεις το κύτταρο προετοιμάζεται για τη μίτωση. Εκτός από το διπλασιασμό του γενετικού του υλικού (αντιγραφή DNA) και το σχηματισμό των χρωματίδων, αυξάνεται η κυτταρική αναπνοή για την εξασφάλιση ενέργειας, παρατηρείται σύνθεση πρωτεϊνών, RNA και σχηματισμός νέων κυτταρικών οργανιδίων (ριβοσωμάτων, μιτοχονδρίων κ.ά.). Όταν τελειώσουν οι απαραίτητες προκαταρκτικές εργασίες, αρχίζει η μίτωση.
Η μίτωση παρουσιάζει τα ίδια περίπου γενικά χαρακτηριστικά, τόσο στα ζωικά όσο και στα φυτικά κύτταρα. Διαρκεί από 5 λεπτά ως 24 ώρες, ανάλογα με τον οργανισμό στον οποίο παρατηρείται. Πρόκειται για ένα συνεχές φαινόμενο, αλλά για λόγους καθαρά διδακτικούς διακρίνεται σε φάσεις. Οι κύριες φάσεις είναι τέσσερις: πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Κατά την πρόφαση παρατηρούμε ότι τα υλικά του πυρήνα (DΝΑ και πρωτεΐνες), που κατά τη μεσόφαση ήταν απλωμένα σαν δίχτυ (το δίχτυ της χρωματίνης) αρχίζουν να συγκεντρώνονται και να σχηματίζουν χρωμοσώματα. Τα χρωμοσώματα φαίνονται αποτελούμενα από δύο όμοια ινίδια, τα χρωμονημάτια, τα οποία είναι ενωμένα σε ένα σημείο που λέγεται κεντρομέρος και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη μίτωση. Καθώς στον πυρήνα συμβαίνουν αυτές οι αλλαγές, στο κυττόπλασμα τα κεντροσωμάτια, που είναι δύο οργανίδια, μετακινούνται προς την περιφέρεια του κυττάρου και τοποθετούνται σε δύο αντιδιαμετρικά σημεία που ονομάζονται πόλοι. Κατά τη μετακίνησή τους τα κεντροσωμάτια σχηματίζουν ένα ακτινωτό κατασκεύασμα από νημάτια, που μοιάζει με αδράχτι και λέγεται πυρηνική άτρακτος (βλ. σχήμα). Κατά το τέλος της πρόφασης παρατηρούμε ότι οι πυρηνίσκοι που υπήρχαν μέσα στον πυρήνα έχουν χαθεί και η πυρηνική μεμβράνη κομματιάζεται και αρχίζει να χάνεται μέσα στο κυττόπλασμα. Κατά τη μετάφαση, η πυρηνική μεμβράνη δε φαίνεται πια. Τα χρωμοσώματα βρίσκονται ελεύθερα μέσα στο κυττόπλασμα και περιβάλλονται από τα νήματα της ατράκτου. Τα χρωμοσώματα αρχίζουν να μετακινούνται και τοποθετούνται σ' ένα επίπεδο που βρίσκεται μεταξύ των πόλων και λέγεται ισημερινή πλάκα. Το κεντρομέρος κάθε χρωμοσώματος φαίνεται ενωμένο με μια ίνα της πυρηνικής ατράκτου.
Κατά την ανάφαση, το κεντρομέρος χωρίζεται και οι δύο χρωματίδες γίνονται τώρα ελεύθερα χρωμοσώματα. Τα κεντρομέρη αρχίζουν να κινούνται προς τους πόλους, ακολουθώντας το νήμα της ατράκτου πάνω στο οποίο ήταν συνδεμένα. Έτσι, με το τέλος της ανάφασης στους δύο πόλους του κυττάρου παρουσιάζονται δύο ξεχωριστές ομάδες χρωμοσωμάτων. Κατά την τελόφαση, τα χρωμοσώματα αρχίζουν να χάνουν το σχήμα τους και να γίνονται πάλι ένα άμορφο δίχτυ, όπως ήταν πριν την πρόφαση. Γύρω από κάθε ομάδα χρωμοσωμάτων (σε κάθε πόλο) αρχίζει να κατασκευάζεται μια πυρηνική μεμβράνη. Σε λίγο εμφανίζεται και ο πυρηνίσκος. Στο διάστημα αυτό παρατηρούμε ότι το κυττόπλασμα στα ζωικά κύτταρα αρχίζει να συσφίγγεται στην περιοχή του ισημερινού του κυττάρου και σιγά σιγά το αρχικό κύτταρο χωρίζεται, δημιουργώντας δύο όμοια θυγατρικά κύτταρα. Κάθε θυγατρικό κύτταρο θα συνεχίσει το βιολογικό κύκλο του: θα αυξηθεί, θα διπλασιάσει το DΝΑ και θα διαιρεθεί και αυτό με τη σειρά του. Στα φυτικά κύτταρα κατά την τελόφαση τα θυγατρικά κύτταρα δεν αποχωρίζονται με περίσφιξη λόγω της ύπαρξης του κυτταρικού τοιχώματος. Στη θέση του ισημερινού σχηματίζεται η κυτταρική πλάκα, ένα πηκτινικό τοίχωμα που ενισχύεται με κυτταρίνη. Στα φυτικά κύτταρα, επίσης, απουσιάζει το κεντροσωμάτιο.
Μύκητες. Μεγάλη ομάδα οργανισμών που δεν κατατάσσονται ούτε στα φυτά ούτε στα ζώα, αλλά αποτελούν ξεχωριστό βασίλειο. Πρόκειται για ετερότροφους ευκαρυωτικούς οργανισμούς που είναι διαδεδομένοι παντού και αριθμούν πάνω από 80.000 είδη. Τρέφονται είτε από ζωντανούς οργανισμούς (παράσιτα) είτε από νεκρούς οργανισμούς, οργανικές ουσίες του εδάφους, τροφές κ.ά., που ανοργανοποιούν (σαπρόφυτα), είτε συμβιώνουν με άλλους οργανισμούς φωτοσυνθετικούς (συμβιωτικοί μύκητες), όπως είναι η περίπτωση των λειχήνων και των μυκόρριζων.
Το σώμα τους (που λέγεται θαλλός) ακόμα και των πολυκύτταρων μυκήτων, όπως τα μανιτάρια, δε διαφοροποιείται σε όργανα. Συνήθως αποτελείται από λεπτά νημάτια που λέγονται υφές. Οι υφές μπορεί να είναι μονοκύτταρες ή πολυκύτταρες. Στις πολυκύτταρες υφές τα κύτταρα χωρίζονται μεταξύ τους με κάθετα χωρίσματα, τα σεπτά. Το σύνολο των υφών ενός μύκητα αποτελεί το μυκήλιο. Υπάρχουν επίσης μύκητες μονοκύτταροι, πλασμώδια, δηλαδή ένα ενιαίο κύτταρο με πολλούς πυρήνες, και ψευδομυκήλια δηλαδή, περισσότερα από ένα κύτταρα που συνδέονται χαλαρά μεταξύ τους.
Οι μύκητες παρουσιάζουν πολλές μορφές αγενούς ή εγγενούς αναπαραγωγής (βλ. λ. αναπαραγωγή). Η αγενής αναπαραγωγή γίνεται με διχοτόμηση, εκβλάστηση ή σποριογονία (ζωοσπόρια, σποριάγγεια, κονίδια). Η εγγενής προϋποθέτει την παραγωγή και τη σύντηξη κάποιων τύπων αρσενικών και θηλυκών γαμετών που κατά περίπτωση ονομάζονται ανθήρια και ωογόνια, ζυγοσπόρια (Ζυγομύκητες), ασκοσπόρια (Ασκομύκητες), βασιδιοσπόρια (Βασιδιομύκητες).
Η σημασία των μυκήτων για τον άνθρωπο και τα οικοσυστήματα είναι τεράστια, είτε των ωφέλιμων είτε των βλαβερών (παθογόνων).
Ωφέλιμοι μύκητες είναι α) τα εδώδιμα μανιτάρια, β) οι ζυμογόνοι μύκητες (ζύμες) που χρησιμοποιούνται από την αρχαιότητα για την παρασκευή του ψωμιού, του κρασιού, της μπίρας, τυριών και άλλων τροφίμων, γ) οι μύκητες από τους οποίους παρασκευάζονται αντιβιοτικά, δ) αυτοί που χρησιμοποιούνται στη βιολογική καταπολέμηση εντόμων και ζιζανίων στις καλλιέργειες, ε) αυτοί που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια για ερευνητικούς σκοπούς, στ) οι μύκητες που ανοργανοποιούν την οργανική ύλη στο έδαφος (βλ. λ. διασπαστές) κ.ά.
Βλαβεροί μύκητες θεωρούνται αυτοί που προσβάλλουν τον άνθρωπο, τα ζώα ή τα φυτά και προκαλούν ασθένειες (μυκητιάσεις), καθώς και οι μούχλες που αναπτύσσονται και αλλοιώνουν τα τρόφιμα, τα υφάσματα, το δέρμα, το ξύλο και οποιαδήποτε άλλη οργανική ύλη.
Η ανάπτυξη των μυκήτων ευνοείται από την υγρασία. Σε δύσκολες συνθήκες πολλοί μύκητες δημιουργούν ανθεκτικές μορφές, μέσα στις οποίες επιβιώνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα μέχρι να βρουν πάλι κατάλληλες συνθήκες.
Συστηματικά χωρίζονται σε δυο μεγάλες ομάδες, τους Μυξομύκητες και τους Ευμύκητες. Η δεύτερη ομάδα υποδιαιρείται σε πέντε κλάσεις: Μαστιγομύκητες, Δευτερομύκητες, Ζυγομύκητες, Ασκομύκητες και Βασιδιομύκητες κυρίως σύμφωνα με τον τρόπο αναπαραγωγής τους.
Νάρκη. Βιολογικό φαινόμενο κατά το οποίο διάφοροι οργανισμοί, ζωικοί και φυτικοί, περιορίζουν τη δραστηριότητά τους και επιβραδύνουν το ρυθμό μεταβολισμού τους, για να μπορέσουν να αντεπεξέλθουν στις δυσμενείς συνθήκες του περιβάλλοντος. Παράγοντες του περιβάλλοντος που επιβάλλουν τη νάρκη είναι το κρύο στις εύκρατες και ψυχρές περιοχές και η ξηρασία στις τροπικές και υποτροπικές, καθώς και η έλλειψη τροφής, που είναι αποτέλεσμα των δύο προηγούμενων. Διακρίνουμε έτσι τη χειμερία νάρκη στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και τη θερινή νάρκη (που είναι λιγότερο συνηθισμένο φαινόμενο) στα μικρά γεωγραφικά πλάτη. Η διάρκεια της νάρκης εξαρτάται από τη διάρκεια της δυσμενούς περιόδου και ποικίλλει ανάλογα με τον οργανισμό.
Στα φυτά ως νάρκη θεωρούμε το πέσιμο των φύλλων που έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση της φυτοσύνθεσης και της αναπνοής και συνεπώς τον περιορισμό του μεταβολισμού του φυτού. Σε πολλά φυτά νεκρώνεται όλος ο υπέργειος βλαστός και παραμένει σε κατάσταση λανθάνουσας ζωής η ρίζα ή ο υπόγειος βλαστός που έχει στην περίπτωση αυτή μορφή κονδύλου.
Στα ζώα κατά την περίοδο της νάρκης ελαττώνεται ο ρυθμός λειτουργίας της καρδιάς με παράλληλη επιβράδυνση της αναπνοής. Η θερμοκρασία του σώματος πέφτει περίπου στο μισό της κανονικής και όλες οι λειτουργίες διατηρούνται στον ελάχιστο δυνατό ρυθμό. Τα περισσότερα ζώα κατά το διάστημα της νάρκης καταναλώνουν το λίπος που έχουν αποταμιεύσει κάτω από το δέρμα τους κατά τη διάρκεια της προηγούμενης περιόδου. Γι’ αυτό, όταν ξυπνούν από τη νάρκη, έχουν χάσει ένα σημαντικό ποσοστό από το βάρος τους. Μερικά ζώα, όπως π.χ. οι νυχτερίδες, ξυπνούν κατά διαστήματα για να αναζητήσουν τροφή και έπειτα ξαναπέφτουν σε νάρκη.
Η νάρκη συνοδεύεται πάντα από ελάττωση ή απώλεια των αισθήσεων και της κινητικότητας των ζώων. Έτσι, κατά τη διάρκειά της τα ζώα δεν μπορούν να υπερασπίσουν τον εαυτό τους από τους εχθρούς τους. Γι’ αυτό διαλέγουν με μεγάλη προσοχή τη φωλιά, όπου θα περάσουν το διάστημα αυτό. Για το λόγο αυτόν ο Αριστοτέλης ονόμαζε το φαινόμενο της νάρκης «φωλείαν».
Ζώα που πέφτουν σε χειμερία νάρκη είναι τα σκουλήκια της βροχής, οι βδέλλες, πολλά μαλάκια, πολλά έντομα, μερικά είδη ψαριών όπως οι κυπρίνοι, βατράχια, φίδια, σαύρες. Μερικά θηλαστικά, όπως οι νυχτερίδες, οι αρκούδες και πολλά τρωκτικά (ομοιόθερμα) πέφτουν σ’ ένα είδος νάρκης, το λεγόμενο χειμέριο ύπνο όχι για ν’ αντιμετωπίσουν το ψύχος αλλά την έλλειψη τροφής. Ο χειμέριος ύπνος των θηλαστικών έχει μικρότερη διάρκεια από τη χειμέρια νάρκη των άλλων ζώων. Σε θερινή νάρκη πέφτουν πολλά αρθρόποδα, τα δίπνοα ψάρια και αρκετά ερπετά, κυρίως στη Νότια Αμερική. Τα μεταναστευτικά ζώα όπως τα πουλιά δεν πέφτουν σε νάρκη, γιατί έχουν άλλο τρόπο ν’ αντιμετωπίσουν το ψύχος και την έλλειψη τροφής. Τα ψάρια επίσης, παρόλο που είναι ποικιλόθερμα, πέφτουν σπανιότερα σε νάρκη καθώς η θερμοκρασία του νερού δεν πέφτει τόσο όσο της ξηράς, ενώ υπάρχει περισσότερη διαθέσιμη τροφή κατά τη δυσμενή περίοδο του χειμώνα.
Νουκλεϊνικά οξέα (DΝΑ, RΝΑ). Βιολογικά μακρομόρια τα οποία περιέχουν και διαχειρίζονται τις γενετικές πληροφορίες των κυττάρων και των οργανισμών. Υπάρχουν δύο είδη νουκλεϊνικών οξέων, το δεσοξυριβονουκλεϊνικό οξύ (DNA) και το ριβονουκλεϊνικό οξύ (RNA). Το DNA λέγεται και νήμα της ζωής, γιατί περιέχει και παρέχει τις γενετικές πληροφορίες που χρειάζεται το κύτταρο και ελέγχει κατ’ αυτόν τον τρόπο τις λειτουργίες του κυττάρου. Χάρη στη μοναδική του ιδιότητα να αυτοδιπλασιάζεται είναι δυνατή η αναπαραγωγή και η μεταβίβαση των γενετικών πληροφοριών από κύτταρο σε κύτταρο και από γενιά σε γενιά. Το RNA λειτουργεί βοηθητικά στη μεταφορά της γενετικής πληροφορίας και στη σύνθεση των πρωτεϊνών του κυττάρου.Το DNA βρίσκεται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων ως συστατικό των χρωμοσωμάτων. Μικρή ποσότητα DNA υπάρχει επίσης στα μιτοχόνδρια καθώς και στους χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων. Γι’ αυτό τα οργανίδια αυτά έχουν μια σχετική αυτονομία, μπορούν δηλαδή ν’ αναπαράγονται και να συνθέτουν κάποιες πρωτεΐνες. Στα προκαρυωτικά κύτταρα το DNA βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα (συνήθως ένα κυκλικό μόριο) και δε συνδέεται με πρωτεΐνες όπως συμβαίνει στα ευκαρυωτικά κύτταρα.
Ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα στον τομέα της βιολογίας ήταν η διατύπωση του μοντέλου της δομής του DNA που έγινε το 1953 από τους Γουάτσον και Κρικ, για το οποίο οι δύο επιστήμονες τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1962.
Σύμφωνα με το λεγόμενο μοντέλο της διπλής έλικας, το DNA μοιάζει με μια περιστρεφόμενη ανεμόσκαλα με «αναρίθμητα» σκαλοπάτια. Είναι δηλαδή ένα πολύ μακρύ δίκλωνο μόριο. Ο κάθε κλώνος του αποτελείται από μικρότερες επαναλαμβανόμενες μονάδες, τα δεσοξυριβονουκλεοτίδια.
Κάθε μονάδα (δεσοξυριβονουκλεοτίδιο) αποτελείται από τρία επιμέρους μόρια: α) μια δεσοξυριβόζη (ένα σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα), β) μια οργανική αζωτούχα βάση και γ) ένα μόριο φωσφορικού οξέος. Οι αζωτούχες βάσεις που παίρνουν μέρος στη σύνθεση του DNA είναι τέσσερις: η αδενίνη (Α), η θυμίνη (Τ), η γουανίνη (G) και η κυτοσίνη (C). Έτσι υπάρχουν τέσσερα είδη δεσοξυριβονουκλεοτιδίων όσες και οι διαφορετικές βάσεις. Οι αζωτούχες βάσεις είναι ανά δύο συμπληρωματικές, η αδενίνη είναι συμπληρωματική της θυμίνης και η γουανίνη της κυτοσίνης. Οι δύο κλώνοι του DNA είναι τοποθετημένοι ο ένας απέναντι στον άλλο με τις βάσεις στραμμένες κάθετα προς τον απέναντι κλώνο με τρόπο ώστε η κάθε βάση να συνδέεται με μια συμπληρωματική της από τον απέναντι κλώνο. Οι συμπληρωματικές βάσεις συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι συγκρατούν ενωμένους τους δύο συμπληρωματικούς κλώνους του DNA. Η διπλή έλικα του DNA είναι δεξιόστροφη και τα σκαλοπάτια της είναι τα ζεύγη των συμπληρωματικών βάσεων (A-T και G-C). Στην αλληλουχία των βάσεων του DNA είναι γραμμένος ο γενετικός κώδικας. Σύμφωνα μ’ αυτόν κάθε τριάδα βάσεων αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ. Έτσι στην αλληλουχία των τριάδων βάσεων (τριπλετών) του DNA είναι κωδικοποιημένη η γενετική πληροφορία για την αλληλουχία των αμινοξέων των πρωτεϊνών που κατασκευάζει το κύτταρο.
Το DNA έχει τη μοναδική ιδιότητα να αναπαράγεται (αυτοδιπλασιάζεται) (βλ. λ. αντιγραφή DNA). Αυτή η ιδιότητα οφείλεται στη συμπληρωματικότητα των βάσεων του DNA. Κατά την αντιγραφή κάθε αλυσίδα (κλώνος) χρησιμεύει ως καλούπι για τη δημιουργία της συμπληρωματικής της. Έτσι στο τέλος της αντιγραφής δημιουργούνται δύο θυγατρικά μόρια DNA όμοια μεταξύ τους και όμοια με το μητρικό μόριο. Η αντιγραφή του DNA γίνεται προς το τέλος της ζωής του κυττάρου (μεσόφαση) και πριν από τη διαίρεσή του (βλ. λ. μίτωση). Κάθε ένα από τα δύο αντίγραφα μόρια (αδερφές χρωματίδες) πηγαίνει σε ένα από τα δύο θυγατρικά κύτταρα. Έτσι η γενετική πληροφορία μεταβιβάζεται αυτούσια από κάθε κύτταρο στα θυγατρικά του κύτταρα.
Το δεύτερο είδος νουκλεϊνικών οξέων είναι το ριβονουκλεϊνικό οξύ (RNA). Υπάρχουν τρία είδη RNA α) Το αγγελιοφόρο RNA (m-RNA) το οποίο συντίθεται στον πυρήνα, μεταγράφει και μεταφέρει τη γενετική πληροφορία στα ριβοσώματα όπου γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών (βλ. λ. μεταγραφή RNA), πρωτεϊνοσύνθεση. β) Το μεταφορικό RNA (t-RNA) το οποίο βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα και μεταφέρει τα αμινοξέα στα ριβοσώματα. γ) Το ριβοσωμικό RNA (r-RNA) το οποίο αποτελεί συστατικό των ριβοσωμάτων.
Το RNA, όπως και το DNA, είναι ένα πολυνουκλεοτίδιο, αποτελείται δηλαδή από επαναλαμβανόμενες μονάδες, τα ριβονουκλεοτίδια. Κάθε ριβονουκλεοτίδιο αποτελείται από μια πεντόζη (σάκχαρο), τη ριβόζη, μια αζωτούχα βάση κι ένα μόριο φωσφορικού οξέος. Οι αζωτούχες βάσεις του RNA είναι η αδενίνη (Α), η ουρακίλη (U), η γουανίνη (G) και η κυτοσίνη (C).
Συνοπτικά οι διαφορές DNA-RNA ως προς τη χημική σύσταση και τη δομή τους είναι: α) Το DNA είναι δίκλωνο ενώ το RNA συνήθως μονόκλωνο β) Το DNA περιέχει το σάκχαρο δεσοξυριβόζη ενώ το RNA το σάκχαρο ριβόζη γ) Το DNA περιέχει τις αζωτούχες βάσεις αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη και κυτοσίνη ενώ το RNA περιέχει αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και αντί της θυμίνης, ουρακίλη. Τα ζεύγη των συμπληρωματικών βάσεων για το RNA είναι A-U G-C.
Μικρή ποσότητα RNA υπάρχει στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες. Αποτελεί επίσης το γενετικό υλικό ορισμένων ιών, αντί του DNA (RNA ιοί).
Για DNA χρησιμοποιείται και η ονομασία δεσοξυριβοζονουκλεϊκό οξύ και για το RNA η ονομασία ριβοζονουκλεϊκό οξύ.
Οργανισμός. Μορφολογική και φυσιολογική οντότητα η ύπαρξη της οποίας στηρίζεται στην αλληλεπίδραση των επιμέρους συστατικών της. Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες οργανισμών: οι μονοκύτταροι και οι πολυκύτταροι. Στην περίπτωση των μονοκύτταρων μέσα στο κυτταρόπλασμα του μοναδικού τους κυττάρου συμβαίνουν όλες οι λειτουργίες που είναι απαραίτητες για την επιβίωση και την αναπαραγωγή τους. Οι διαφοροποιημένες περιοχές του κυτταροπλάσματος των μονοκύτταρων οργανισμών, τα οργανίδια (μιτοχόνδρια, ριβοσώματα, σύστημα Golgi κ.ά.) λειτουργούν απόλυτα συντονισμένα και αλληλοεπηρεαζόμενα, όπως ακριβώς τα όργανα ενός οργανισμού.
Στους απλούστερους πολυκύτταρους οργανισμούς (κατώτερα μετάζωα) τα κύτταρα δεν παρουσιάζουν μεγάλη διαφοροποίηση και εξειδίκευση, γι’ αυτό ακόμη και αν αποχωριστούν από τον οργανισμό έχουν αναγεννητική ικανότητα. Όσο προχωρεί η εξελικτική διαδικασία παρατηρείται διαφοροποίηση και εξειδίκευση των κυττάρων με τη δημιουργία ιστών, δηλαδή συνόλων κυττάρων προσαρμοσμένων σε μια ορισμένη λειτουργία. Στα πιο εξελιγμένα ζώα και φυτά οι ιστοί συνεργάζονται και σχηματίζουν όργανα. Τα όργανα σχηματίζουν συστήματα οργάνων και αυτά συνδυάζονται και συνεργάζονται μεταξύ τους αρμονικά και σχηματίζουν τον οργανισμό.
Με τη μελέτη της διαφοροποίησης των κυττάρων και το σχηματισμό των οργάνων ασχολείται η εμβρυολογία (βλ. λ. ζωντανός οργανισμός).
Ορμόνες. Τα προϊόντα έκκρισης των ενδοκρινών αδένων ή άλλων εξειδικευμένων κυττάρων. Οι ορμόνες μεταφέρονται με το αίμα μέσα στους πολυκύτταρους οργανισμούς και σε συνεργασία με το νευρικό σύστημα συντονίζουν τη λειτουργία των οργάνων του σώματος. Οι ενδοκρινείς αδένες βρίσκονται σε στενή σχέση μεταξύ τους και πολλές φορές η δράση τους είναι ανταγωνιστική. Ο τελικός σκοπός της δραστηριότητάς τους είναι η διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ των διάφορων φυσιολογικών λειτουργιών του οργανισμού και γενικότερα η διατήρηση της σταθερότητας του εσωτερικού περιβάλλοντος, που λέγεται ομοιόσταση.
Η χημική σύσταση των περισσότερων ορμονών είναι γνωστή. Ανήκουν κυρίως σε τρεις ομάδες χημικών ενώσεων: τα πολυπεπτίδια, τα στεροειδή και τις αμίνες. Η έκκριση των ορμονών προκαλείται από τους εκλυτικούς παράγοντες που εκκρίνονται από τον υποθάλαμο (τμήμα του διάμεσου εγκεφάλου), δηλαδή οι ορμόνες εξαρτώνται άμεσα από το νευρικό σύστημα. Οι ορμόνες επηρεάζουν τα ενζυμικά συστήματα του οργανισμού, ενεργούν πάνω στις κυτταρικές μεμβράνες και επηρεάζουν την είσοδο και έξοδο ουσιών, επιδρούν στην ταχύτητα των βιολογικών αντιδράσεων, διεγείρουν τη σύνθεση και έκκριση ουσιών χρήσιμων για το κύτταρο, τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την κυτταρική διαφοροποίηση. Τα κύτταρα διαθέτουν ειδικούς υποδοχείς που δεσμεύουν τη συγκεκριμένη ορμόνη η οποία ενεργοποιεί μια συγκεκριμένη λειτουργία.
Στον ανθρώπινο οργανισμό εκκρίνονται οι εξής ορμόνες:
1. Στον πρόσθιο λοβό της υπόφυσης εκκρίνονται:
α) Η αυξητική ή σωματοτρόπος (GΗ) ορμόνη, που ελέγχει την ανάπτυξη των οστών και του σώματος, ευνοεί τον μεταβολισμό των λιπών, των πρωτεϊνών και υδατανθράκων και έχει διαβητογόνο ενέργεια.
β) Αδενοτρόποι ορμόνες. Αυτές περιλαμβάνουν τη θυρεοειδοτρόπο (ΤSΗ), που διεγείρει την έκκριση θυροξίνης από το θυρεοειδή, και την επινεφριδιοφλοιοτρόπο ορμόνη (ΑCΤΗ), που διεγείρει την έκκριση των ορμονών του φλοιού των επινεφριδίων.
γ) Γοναδοτρόποι ορμόνες. Αυτές επιδρούν στους γεννητικούς αδένες και είναι: η ωοθυλακιοτρόπος ορμόνη (FSΗ), που προκαλεί στις γυναίκες την ανάπτυξη και ωρίμανση των ωοθυλακίων, ενώ στον άντρα διεγείρει τη λειτουργία των σπερματικών σωληναρίων στους όρχεις για την παραγωγή σπερματοζωαρίων, η ωχρινοποιητική ή ωχρινοτρόπος ορμόνη (Ι.Η), που προκαλεί ρήξη του ωοθυλακίου και έκκριση οιστρογόνων και προγεστερόνης στη γυναίκα, ενώ στον άντρα προκαλεί έκκριση της τεστοστερόνης από τους όρχεις, και η λουτεοτρόπος ορμόνη ή προλακτίνη (LΤΗ), που συμβάλλει στην έκκριση προγεστερόνης και οιστρογόνων από τις ωοθήκες και διεγείρει την παραγωγή γάλακτος.
2. Στον οπίσθιο λοβό της υπόφυσης εκκρίνονται:
α) Η αντιδιουρητική ορμόνη (ΑDΗ), που επιτρέπει στα νεφρά να απορροφήσουν ένα μεγάλο μέρος από το νερό που υπάρχει στα ούρα και έτσι περιορίζεται η ούρηση.
β) Η ωκυτοκίνη, που προκαλεί συσπάσεις της μήτρας και διευκολύνει τον τοκετό, ενώ διεγείρει και την έκκριση γάλακτος. Η υπολειτουργία του πρόσθιου λοβού της υπόφυσης προκαλεί νανισμό, ενώ η υπερλειτουργία γιγαντισμό και μεγαλακρία.
3. Στο διάμεσο λοβό της υπόφυσης εκκρίνεται η μελανοτροπίνη, που διεγείρει τη διασπορά της μελανίνης στα κύτταρα της επιδερμίδας.
4. Στο θυρεοειδή αδένα εκκρίνονται η θυροξίνη Τ4, που αυξάνει το βασικό μεταβολισμό, και η θυρεοκαλσιτονίνη, που συμβάλλει στην ανάπτυξη του σκελετού. Υπολειτουργία του θυρεοειδή προκαλεί νανισμό και πνευματική καθυστέρηση, ενώ υπερλειτουργία προκαλεί εξόφθαλμη βρογχοκήλη.
5. Στους παραθυρεοειδείς αδένες εκκρίνεται η παραθυρορμόνη ή παραθορμόνη, που ρυθμίζει τη στάθμη ασβεστίου και φωσφόρου στο αίμα.
6. Στα επινεφρίδια και στη μυελώδη ουσία εκκρίνονται οι κατεχολαμίνες αδρεναλίνη ή επινεφριδίνη, που ενισχύει τη δράση του συμπαθητικού νευρικού συστήματος και διεγείρει την αποικοδόμηση του γλυκογόνου, και η νοραδρεναλίνη, που προκαλεί τη σύσπαση των αιμοφόρων αγγείων.
7.Στη φλοιώδη ουσία των επινεφριδίων εκκρίνονται:
α) Τα γλυκοκορτικοειδή κορτιζόνη και κορτικοστερόνη, που ευνοούν το σχηματισμό γλυκόζης.
β) Τα αλατοκορτικοειδή, όπως η αλδοστερόνη, που διατηρεί τη στάθμη του νάτριου στο αίμα. Πολλές παθολογικές καταστάσεις οφείλονται σε απορρύθμιση της λειτουργίας των επινεφριδίων, όπως είναι η νόσος του Κούσιγκ και η νόσος του Άντισον.
γ) Ανδρογόνα, που επιδρούν στους γεννητικούς αδένες. Ανωμαλίες στην έκκριση των ορμονών αυτών έχουν ως αποτέλεσμα φαινόμενα ψευδοερμαφροδιτισμού, δηλαδή εμφανίζονται αντρικά χαρακτηριστικά στις γυναίκες και γυναικεία στους άντρες.
8. Στο πάγκρεας εκκρίνεται η ινσουλίνη και η γλυκαγόνη. Η ινσουλίνη επιτρέπει την είσοδο της γλυκόζης στο αίμα και τη χρησιμοποίησή της από τους μυς. Μειώνει το σάκχαρο του αίματος και επιδρά στο μεταβολισμό της γλυκόζης. Η γλυκαγόνη εξισορροπεί τη δράση της ινσουλίνης και αυξάνει το σάκχαρο του αίματος σε περίπτωση μειωμένης συγκέντρωσης.
9. Μια άλλη κατηγορία ορμονών είναι οι γαστρεντερικές. Στο στομάχι εκκρίνεται η γαστρίνη, που ρυθμίζει την έκκριση γαστρικού υγρού. Στο έντερο εκκρίνονται: η χοληκυστοκινίνη και η εκκριματίνη. Αυτές προκαλούν την έκκριση του παγκρεατικού και εντερικού υγρού.
Οι βιοχημικοί, αφού ανακάλυψαν τη δομή των ορμονών, κατόρθωσαν να συνθέσουν στο εργαστήριο πολλές από αυτές και άλλες να απομονώσουν από διάφορους ιστούς. Έτσι η ιατρική διαθέτει ένα ισχυρό όπλο για την καταπολέμηση των ασθενειών που οφείλονται σε ανωμαλίες της έκκρισης ορμονών. Πρόκειται για τις λεγόμενες ορμονοθεραπείες, που εφαρμόζονται αρκετά συχνά.
Παράσιτα. Οργανισμοί που ζουν σε βάρος άλλων οργανισμών (ξενιστών). Τα παράσιτα, αν μπορούν να ζήσουν και ως ανεξάρτητοι οργανισμοί, λέγονται προαιρετικά, ενώ, αν είναι υποχρεωμένα να παρασιτούν πάντα, λέγονται αποκλειστικά παράσιτα.
Υπάρχουν δυο κατηγορίες παρασίτων: τα ζωοπαράσιτα και τα φυτοπαράσιτα.
Ζωοπαράσιτα. Υπάρχουν πολλά είδη ζώων που έχουν προσαρμοστεί στον παρασιτικό τρόπο ζωής. Προέρχονται από όλα τα φύλα του ζωικού βασιλείου και το κοινό τους χαρακτηριστικό είναι το μικρό τους μέγεθος.
Τις περισσότερες παρασιτικές μορφές συναντούμε μεταξύ των πρωτόζωων, των τρηματωδών, των κεστωδών και των νηματέλμινθων (όλα αυτά είναι σκωληκόμορφα ζώα), καθώς και των αρθρόποδων (έντομα και οστρακοειδή). Αντίθετα, σπανίζουν οι παρασιτικές μορφές μεταξύ των κοιλεντερωτών, των δακτυλιοσκωλήκων και των μαλακίων. Μεταξύ των εχινόδερμων δεν υπάρχει ούτε μία παρασιτική μορφή, ενώ στα σπονδυλόζωα υπάρχουν μόνο μερικά είδη ψαριών και νυχτερίδων που ζουν παρασιτικά.
Ανάλογα με το ποιος είναι ο ξενιστής, διακρίνουμε τα ζωοπαράσιτα σε δύο κατηγορίες: α) αυτά που παρασιτούν πάνω ή μέσα στο σώμα άλλων ζώων, β) αυτά που παρασιτούν πάνω ή μέσα στο σώμα των φυτών. Τα παράσιτα που ζουν πάνω στο σώμα του ξενιστή λέγονται εξωπαράσιτα, ενώ εκείνα που ζουν μέσα στο σώμα του ξενιστή λέγονται ενδοπαράσιτα. Οι πιο συνηθισμένοι ξενιστές μεταξύ των ζώων είναι τα σπονδυλόζωα, λόγω του μεγέθους και του πολύπλοκου οργανισμού τους. Στο ζωικό βασίλειο υπάρχουν σ' όλα τα φύλα είδη που χρησιμοποιούνται ως ξενιστές. Σε μερικές περιπτώσεις μάλιστα συμβαίνει ένα παράσιτο να χρησιμεύει ως ξενιστής για κάποιο άλλο παράσιτο (αυτό συμβαίνει αρκετά συχνά στα έντομα), οπότε φτάνουμε και σε μια ακραία μορφή παρασιτισμού που χαρακτηρίζεται ως υπερπαρασιτισμός.
Επίσης σε όλα τα αθροίσματα φυτών συναντούμε αντιπροσώπους που χρησιμοποιούνται ως ξενιστές. Κυρίως, όμως, χρησιμοποιούνται τα είδη εκείνα που έχουν άφθονους χυμούς.
Ο τρόπος ζωής των παρασίτων ασκεί μεγάλη επίδραση στη μορφή του σώματός τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα φανερό στα αποκλειστικά παράσιτα. Έτσι, βλέπουμε να αναπτύσσονται υπερβολικά τα όργανα που εξυπηρετούν τον παρασιτικό τρόπο ζωής (μυζητικά όργανα κτλ.), ενώ ατροφούν τα υπόλοιπα όργανα (π.χ. τα ενδοπαράσιτα έχουν ατροφικά άκρα). Επίσης είναι ιδιαίτερα αναπτυγμένο το γεννητικό σύστημα των παρασίτων, ώστε να εξασφαλίζεται η διαιώνιση του είδους, παρ’ όλες τις δυσκολίες και τα εμπόδια που τυχόν θα παρεμβάλει ο ξενιστής. Στη διευκόλυνση της διαιώνισης του είδους συντελούν και ορισμένες άλλες γενετικές προσαρμογές, όπως το προχωρημένο στάδιο εξέλιξης των αβγών που αποθέτονται (συχνά τα νεαρά άτομα γεννιούνται ζωντανά ή εκκολάπτονται αμέσως μόλις γεννηθούν, δηλαδή το αβγό ωριμάζει μέσα στο σώμα της μητέρας), καθώς και το φαινόμενο της πολυεμβρυογονίας, κατά το οποίο από ένα αβγό γεννιούνται πολλά νεαρά άτομα. Το ισχυρό και ανθεκτικό κάλυμμα των αβγών εξυπηρετεί επίσης τη διαιώνιση του είδους.
Τα παράσιτα συχνά αλλάζουν ξενιστή για να συμπληρώσουν το βιολογικό τους κύκλο. Η μετανάστευση από τον έναν ξενιστή στον άλλο μπορεί να είναι ενεργητική ή παθητική. Κατά την παθητική μετανάστευση το κέλυφος που περιβάλλει το αβγό ή το έμβρυο ανοίγει μόνο όταν ο ίδιος ο ξενιστής το φάει μαζί με την τροφή του. Αντίθετα, κατά την ενεργητική το νεαρό άτομο βγαίνει από το αβγό πριν καταλήξει στο σώμα του ξενιστή.
Οι ξενιστές που χρησιμοποιούνται για τα διάφορα στάδια της ανάπτυξης ενός παράσιτου ονομάζονται ενδιάμεσοι, ενώ ο τελευταίος στον οποίο το παράσιτο αναπαράγεται λέγεται κύριος ξενιστής.
Φυτοπαράσιτα. Τα περισσότερα φυτικά παράσιτα συναντιούνται κυρίως μεταξύ των μεγάλων και ετερογενών αθροισμάτων των βακτηρίων και των μυκήτων. Όμως, και μεταξύ των ανώτερων φυτών υπάρχουν αρκετά είδη που εξελικτικά προσαρμόστηκαν στον ετερότροφο τρόπο ζωής, χάνοντας την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν. Τα φυτοπαράσιτα μπορούμε να τα χωρίσουμε σε δυο κατηγορίες: α) αυτά που παρασιτούν σε άλλα φυτά και β) αυτά που παρασιτούν σε ζώα. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν παράσιτα που προκαλούν μερικές από τις πιο γνωστές αρρώστιες των φυτών, όπως ο περονόσπορος, ο άνθρακας, ο δαυλός. Ο ξενιστής δε βλάπτεται μόνο από την απορρόφηση των θρεπτικών ουσιών, αλλά και από την επίδραση των τοξικών απεκκρίσεων που παράγονται κατά το μεταβολισμό του παράσιτου. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν και τα κατώτερα φυτά κουσκούτα, οροβάγχη (λύκος) και τα λαθραία που ζουν απορροφώντας τους θρεπτικούς χυμούς άλλων φυτών. Μία ιδιαίτερη κατηγορία παρασιτισμού που ανήκει εδώ είναι ο ημιπαρασιτισμός. Τα ημιπαράσιτα είναι φυτά που έχουν την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν, αλλά δεν έχουν ρίζες και παίρνουν το νερό και τα απαραίτητα ανόργανα συστατικά του εδάφους από τον ξενιστή. Το πιο γνωστό ημιπαράσιτο είναι ο ιξός (γκι). Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν τα παράσιτα που προκαλούν τις περισσότερες από τις γνωστές αρρώστιες των ζώων και του ανθρώπου, όπως η χολέρα, ο τέτανος, η σύφιλη κ.ά. Τα παράσιτα αυτά είναι βακτήρια. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν και οι περιπτώσεις παρασιτισμού μυκήτων πάνω στην επιδερμίδα των ζώων και λέγονται γενικά μυκητιάσεις.
Οι ιοί, που δεν μπορούν να χαρακτηριστούν ούτε ζώα ούτε φυτά, πρέπει να θεωρηθούν ως υπερπαράσιτα, γιατί τους βρίσκουμε να παρασιτούν σ' όλες τις βαθμίδες του έμβιου κόσμου, από τα βακτήρια ως τον άνθρωπο. Όλοι οι ιοί ζουν παρασιτικά, γιατί ολοκληρώνουν το βιολογικό τους κύκλο αποκλειστικά και μόνο μέσα σ’ ένα ζωντανό κύτταρο σε βάρος του οποίου αναπαράγονται (βλ. λ. ιός).
Το ανθρώπινο είδος χρησιμοποιείται ως ξενιστής από πολλά είδη παρασίτων, από τα οποία τα κυριότερα είναι τα εξής: α) Ιοί, όπως π.χ. ιός της γρίπης, της ευλογιάς κτλ. β) Βακτήρια, όπως π.χ. το βακτήριο του τύφου, της χολέρας κ.ά. γ) Αμοιβάδες, όπως π.χ. η αμοιβάδα της δυσεντερίας. δ) Σπορόζωα, όπως το πλασμώδιο της ελονοσίας. ε) Τρυπανοσώματα, όπως η λεϊσμάνια και το τρυπανόσωμα της αρρώστιας του ύπνου. στ) Πλατυέλμινθες, όπως οι ταινίες, εχινόκοκκοι, βοθριοκέφαλοι κτλ. ζ) Νηματώδεις σκώληκες, όπως οι οξύουροι, το αγκυλόστομο κτλ. η) Δακτυλιοσκώληκες, όπως οι βδέλλες. θ) Έντομα, όπως οι ψείρες και οι ψύλλοι. ι) Μύκητες που προσβάλλουν την επιδερμίδα, το τρίχωμα ή τους βλεννογόνους.
Πλαγκτόν. Το σύνολο των υδρόβιων οργανισμών που κινούνται παθητικά παρασυρόμενοι από τις κινήσεις του νερού των θαλασσών, των λιμνών και των ποταμών. Ο όρος πλαγκτόν καθιερώθηκε στις αρχές του 20ού αι., οπότε έγινε η διάκριση των υδρόβιων οργανισμών σε τρεις κατηγορίες: α) Το πλαγκτόν, στο οποίο ανήκουν όλοι οι οργανισμοί που μεταφέρονται παθητικά από τα ρεύματα και τα κύματα, β) το νηκτό, που περιλαμβάνει όλους τους οργανισμούς που κολυμπούν και γ) το βένθος, που περιλαμβάνει τους οργανισμούς που ζουν στο βυθό. Η διαίρεση αυτή φαίνεται απλή και σαφής, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι δύσκολο να γίνει ακριβής διάκριση πλαγκτονικών, νηκτικών και βενθικών μορφών. Γι' αυτό τείνει να επικρατήσει η άποψη ότι υπάρχουν δύο μόνο κατηγορίες: το πλαγκτόν και το βένθος. Κατά την άποψη αυτή, το νηκτό περιλαμβάνεται στο πλαγκτό, επειδή ακόμα και οι οργανισμοί που κολυμπούν (όπως τα ψάρια) στην πραγματικότητα παρασύρονται συγχρόνως από τα ρεύματα. Η ευρύτερη αυτή έννοια του πλαγκτού φαίνεται ότι βρίσκεται πιο κοντά στην αλήθεια.
Το πλαγκτόν (θεωρούμενο με τη στενή του έννοια) αποτελεί τη βάση της τροφικής αλυσίδας των οικοσυστημάτων του υγρού περιβάλλοντος. Οι οργανισμοί που το αποτελούν, και κυρίως οι φυτικοί, θεωρούνται οι πρωτογενείς παραγωγοί, όπως ακριβώς τα φυτά του χερσαίου περιβάλλοντος που φωτοσυνθέτουν. Οι φυτικοί οργανισμοί του πλαγκτού, που χαρακτηρίζονται με το γενικό όρο φυτοπλαγκτόν, παράγουν κάθε χρόνο φυτική ύλη της τάξης 2  1010 τόνων. Οι ζωικοί πλαγκτονικοί οργανισμοί δεν έχουν βέβαια την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν, έχουν όμως μεγάλη συνθετική ικανότητα και μεγάλη παραγωγή βιομάζας και θεωρούνται εξίσου σημαντικοί με τους πρωτογενείς παραγωγούς. Η αφθονία του πλαγκτού σ' έναν τόπο είναι απόλυτα συνδεδεμένη με τον ιχθυολογικό πλούτο του τόπου αυτού. Ακόμη και οι νεκροί πλαγκτονικοί οργανισμοί παίζουν σημαντικό ρόλο στην υδροβιολογική ισορροπία, επειδή βυθίζονται, φτάνουν στον πυθμένα και χρησιμοποιούνται ως τροφή από πολλούς βενθικούς οργανισμούς.
Είναι δύσκολο να καθορίσει κανείς την ποικιλία και τον αριθμό των πλαγκτονικών μορφών. Θα αναφέρουμε τις κυριότερες ομάδες φυτών και ζώων που συγκροτούν το πλαγκτό:
1. Φυτοπλαγκτόν. Οι σημαντικότερες ομάδες του φυτοπλαγκτού είναι τα διάτομα και τα φυτομαστιγωτά. Τα διάτομα είναι μονοκύτταρα φύκη που περιβάλλονται από μια πυριτική θήκη. Υπάρχουν περίπου 6.000 είδη. Όταν πεθαίνουν, τα πτώματά τους σχηματίζουν τη «γη των διατόμων». Παρά το ότι είναι βαρύτερα από το νερό, επιπλέουν, επειδή έχουν την ιδιότητα να αποταμιεύουν σταγόνες λίπους. Τα φυτομαστιγωτά παρουσιάζονται, επίσης, με μεγάλη αφθονία ειδών. Προτιμούν κυρίως τις θερμές θάλασσες. Οι δύο αυτές κατηγορίες αποτελούν το 90% των πλαγκτονικών οργανισμών. Το υπόλοιπο 10% αποτελείται από διάφορες κατηγορίες φυτών. Χαρακτηριστικό είναι ότι τα χλωροφύκη λείπουν τελείως στο θαλάσσιο πλαγκτόν, ενώ είναι άφθονα στο πλαγκτόν των λιμνών.
2. Ζωοπλαγκτόν. Διακρίνουμε δύο κατηγορίες οργανισμών που συγκροτούν το ζωοπλαγκτόν. Στην πρώτη κατατάσσονται οι οργανισμοί που περνούν όλη τους τη ζωή ως πλαγκτονικοί και λέγονται ολοπλαγκτονικοί οργανισμοί. Στη δεύτερη κατατάσσονται οι οργανισμοί που περνούν μόνο ένα στάδιο της ανάπτυξής τους (π.χ. ως αβγά ή προνύμφες) ως πλαγκτονικοί και λέγονται μεροπλαγκτονικοί. Οι κυριότεροι αντιπρόσωποι του ολοπλαγκτού είναι τα μικροσκοπικά αρθρόποδα που ανήκουν στις τάξεις κωπήποδα (αποτελούν το 70% του συνόλου) και βραγχιόποδα. Σημαντικό ρόλο παίζουν, επίσης, τα πρωτόζωα (ζωομαστιγωτά, ραδιολάρια, βλεφαριδωτά), μερικά κοιλεντερωτά (μέδουσες) και κτενοφόρα. Στο μεροπλαγκτόν συμμετέχουν ως προνύμφες πολλά είδη σπόγγων, κοιλεντερωτών, σκουληκιών, μαλακίων, αρθρόποδων και εχινοδέρμων, καθώς και τα περισσότερα είδη ψαριών με μορφή πλαγκτονικών αβγών.
Πολλοί πλαγκτονικοί οργανισμοί έχουν μηχανισμούς για να μη βυθίζονται, όπως μακριές ή και διακλαδιζόμενες τρίχες για να αυξάνουν την επιφάνειά τους ή αεροφόρα όργανα για να γίνονται ελαφρύτεροι.
Η σύνθεση του πλαγκτού εμφανίζει μεγάλες διακυμάνσεις, ανάλογα με την απόσταση από την ακτή, το βάθος, την εποχή του χρόνου και το γεωγραφικό πλάτος. Το πλαγκτόν, ανάλογα του μεγέθους των ατόμων που το συνιστούν, διακρίνεται σε μεγαλοπλαγκτόν, όταν τα άτομα έχουν διάμετρο πάνω από 1 εκ., μακροπλαγκτόν, όταν η διάμετρος κυμαίνεται από 2 χιλιοστά ως 1 εκ., μεσοπλαγκτόν, όταν η διάμετρος είναι 0,5 χιλιοστά ως 1 χιλιοστό, μικροπλαγκτόν, όταν η διάμετρος είναι 60 μικρά ως 0,5 χιλιοστά και τέλος νανοπλαγκτόν, όταν η διάμετρος είναι από 5 μικρά ως 60 μικρά. Ανάλογα με τη σύνθεση των ειδών χαρακτηρίζεται ως μονότονο, όταν κατά 70% αποτελείται από άτομα του ίδιου είδους, επικρατούν, όταν το 50% είναι άτομα του ίδιου είδους, και πολύμεικτο, όταν κανένα είδος δε φτάνει το 50% της σύνθεσης.
Η συλλογή του πλαγκτού γίνεται με ειδικά δίχτυα, φίλτρα (ηθμούς) ή με φυγοκέντριση του νερού, όταν πρόκειται για μικρό και νανοπλαγκτόν. Ανάλογα με τον τρόπο συγκέντρωσης διακρίνουμε δικτυοπλαγκτόν, ηθμοπλαγκτόν και φυγοκεντροπλαγκτόν.
Πλασμώδιο του Λαβεράν. Γένος πρωτόζωων που κατατάσσεται στην κλάση Σπορόζωα, τάξη Αιμοσπορίδια. Διάφορα είδη του γένους αυτού περνούν ένα στάδιο του βιολογικού τους κύκλου ως παράσιτα στα αιμοσφαίρια του ανθρώπου και προκαλούν τις διάφορες μορφές ελονοσίας.
Ο Γάλλος γιατρός Λαβεράν διατύπωσε για πρώτη φορά γύρω στα 1850 την άποψη ότι η ελονοσία οφείλεται σε παρασιτικούς οργανισμούς που ζουν στα αιμοσφαίρια. Ο Κ. Γκόλτζι το 1885 κατόρθωσε να απομονώσει το αίτιο του καλοήθους τριταίου πυρετού, που το ονόμασε Ρlasmodium vivax, και του τεταρταίου Ρlasmodium malariae. Στα τέλη του 19ου αι. απομονώθηκε και μελετήθηκε το αίτιο του κακοήθους τριταίου, που ονομάστηκε Ρlasmodium falciporum. Τέλος, το 1922 ανακαλύφθηκε ένα ακόμα είδος, το Ρlasmodium ovale. Ο Βρετανός γιατρός Ρόναλντ Ρος ήταν ο πρώτος που μελέτησε (1897) ολόκληρο το βιολογικό κύκλο των πλασμωδίων στο σώμα των κουνουπιών –που χρησιμεύουν ως ενδιάμεσοι ξενιστές– και του ανθρώπου.
Ο κύκλος αυτός είναι σε γενικές γραμμές ο εξής: όταν ένα κουνούπι του γένους Ανωφελής (Αnopheles) τσιμπήσει κάποιον που πάσχει από ελονοσία, ρουφάει μαζί με το αίμα και τα παράσιτα που έχει ο άρρωστος μέσα στο πλάσμα και τα αιμοσφαίριά του. Μέσα στο στομάχι του κουνουπιού τα γεννητικά κύτταρα του παράσιτου ωριμάζουν και γονιμοποιούνται. Τα γονιμοποιημένα κύτταρα μπαίνουν στο τοίχωμα του στομαχιού και αρχίζει η πρώτη φάση της ζωής τους. Σχηματίζεται μία μορφή που λέγεται ωοκύστη και μέσα της τα πλασμώδια πολλαπλασιάζονται και εξελίσσονται σε σποροζωίδια. Με την εμφάνιση των σποροζωιδίων έχει τελειώσει η πρώτη φάση της ζωής του παράσιτου. Οι ωοκύστες ανοίγουν, τα σποροζωίδια ελευθερώνονται και μερικά φτάνουν στους σιελογόνους αδένες του κουνουπιού. Από τη στιγμή αυτή οι ανωφελείς είναι μολυσματικοί και μπορούν να μεταδώσουν την ελονοσία σε υγιείς ανθρώπους. Το κουνούπι τσιμπώντας έναν υγιή άνθρωπο του μεταδίδει το σποροζωίδιο που έχει στο σάλιο του. Τα σποροζωίδια, αφού υποστούν ορισμένες τροποποιήσεις στα κύτταρα του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος (π.χ. στα επιθηλιακά κύτταρα του ήπατος), μπαίνουν στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Στην αρχή έχουν δακτυλιοειδή μορφή, όμως γρήγορα παίρνουν την τυπική μορφή του πλασμωδίου και, αφού συμπληρώσουν την ανάπτυξή τους, χωρίζονται πάλι σε πολλά ανεξάρτητα κύτταρα με μία διαδικασία που λέγεται σχιζογονία. Μετά από έναν ακαθόριστο αριθμό σχιζογονιών εμφανίζονται τα κύτταρα που θα εξασφαλίσουν την εγγενή αναπαραγωγή (γεννητικά κύτταρα). Όμως, απαραίτητη προϋπόθεση για την εγγενή αναπαραγωγή του παράσιτου είναι πάλι η παρεμβολή του κουνουπιού. Τα γεννητικά κύτταρα μέσα στο στομάχι του κουνουπιού θα συζευχθούν, κλείνοντας έτσι το βιολογικό κύκλο του παράσιτου. Η κρίση της ελονοσίας, που παρουσιάζεται με ρίγη και πυρετό, οφείλεται στην ομαδική καταστροφή των αιμοσφαιρίων τη στιγμή που συμπληρώνεται η σχιζογονία και ελευθερώνονται τα παράσιτα. Η χαρακτηριστική επανάληψη της κρίσης κάθε 3 ή 4 μέρες (ανάλογα με το είδος του πλασμωδίου) οφείλεται στο γεγονός ότι κάθε σχιζογονική γενιά χρειάζεται 3 ή 4 μέρες για να συμπληρώσει την ανάπτυξή της.
Πολυμορφισμός ή ετερομορφία. Φαινόμενο πολύ διαδομένο στους οργανισμούς, σύμφωνα με το οποίο ένα είδος παρουσιάζεται με δύο ή περισσότερες μορφές ατόμων. Αν υπάρχουν δύο διαφορετικές μορφές, τότε το φαινόμενο λέγεται διμορφισμός. Υπάρχουν πολλά είδη πολυμορφισμού: α) φυλετικός πολυμορφισμός, β) πολυμορφισμός ατόμων του ίδιου φύλου (ποικιλανδρία ή ποικιλογυνία), γ) εποχιακός πολυμορφισμός.
Ο φυλετικός πολυμορφισμός, που είναι συνήθως διμορφισμός, αποτελεί την πιο γενική και συχνή περίπτωση του φαινομένου. Κατ' αυτόν, τα άτομα των δύο φύλων δε διαφέρουν μόνο ως προς τα γεννητικά τους όργανα, αλλά και ως προς τη μορφή, το χρώμα, τη συμπεριφορά κτλ. Ως παράδειγμα έντονου φυλετικού διμορφισμού αναφέρουμε την κότα και τον πετεινό, το αρσενικό και θηλυκό παγόνι, το αρσενικό λιοντάρι και τη λέαινα κ.ά. Σε μερικούς κατώτερους οργανισμούς το φαινόμενο αυτό οδηγεί σε ακραίες μορφές, όπου το αρσενικό δεν αναπτύσσεται κανονικά, παραμένει μικρό και παρασιτεί στο θηλυκό διαθέτοντας μόνο γεννητικά όργανα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα του εκφυλισμού αυτού του αρσενικού είναι το σκουλήκι Buellia viridis.
Ο πολυμορφισμός μεταξύ των ατόμων του ίδιου φύλου είναι αρκετά συχνός στα έντομα. Έτσι, σε πολλά είδη σκαθαριών υπάρχουν άπτερα και πτερωτά θηλυκά άτομα. Επίσης, στα υμενόπτερα (μέλισσες, σφήκες, μυρμήγκια) έχουμε θηλυκά δυο μορφών, βασίλισσες και εργάτριες, ή αρσενικά ποικίλων μορφών, στρατιώτες, τροφούς κτλ.
Ο εποχιακός πολυμορφισμός είναι το φαινόμενο κατά το οποίο το ζώο παρουσιάζει διάφορες μορφές ανάλογα με την εποχή του χρόνου. Το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο σε περιοχές με κλιματικές αντιθέσεις. Στις περιοχές αυτές οι χειμερινές γενεές είναι διαφορετικές από τις θερινές.
Πολυμορφισμός θεωρείται γενικά η ύπαρξη ατόμων του ίδιου είδους με διαφορετικούς φαινότυπους για ένα κληρονομούμενο γνώρισμα, π.χ. φυτά του ίδιου είδους με διαφορετικό χρώμα στα άνθη, στο σχήμα των καρπών κ.α. Η ύπαρξη διαφορετικών ομάδων αίματος στον άνθρωπο είναι ένα είδος πολυμορφισμού.
Πρωτεϊνοσύνθεση. Η διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών στα ριβοσώματα. Κάθε οργανισμός κατασκευάζει τις δικές του πρωτεΐνες στα ριβοσώματα των κυττάρων του, με οδηγίες που παίρνει από τον πυρήνα. Για κάθε πολυπεπτιδική αλυσίδα μιας πρωτεΐνης υπάρχει στο DNA του οργανισμού ένα αντίστοιχο γονίδιο. Το γονίδιο αυτό φέρει τη γενετική πληροφορία για την αλληλουχία των αμινοξέων (βλ. λλ. αμινοξέα, πρωτεΐνες) στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Η πληροφορία είναι κωδικοποιημένη στο αντίστοιχο γονίδιο με τη μορφή τριπλετών (τριάδων βάσεων). Σύμφωνα με το γενετικό κώδικα κάθε τριάδα βάσεων του DNA αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ. Έτσι, στην αλληλουχία των τριπλετών του αντίστοιχου γονιδίου είναι «γραμμένη» η αλληλουχία των αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Όταν το κύτταρο χρειάζεται να συνθέσει μια πολυπεπτιδική αλυσίδα (πρωτεΐνη ή μέρος μιας πρωτεΐνης), ανοίγει η διπλή έλικα του DNA στο αντίστοιχο γονίδιο και απέναντι από τον έναν κλώνο του συντίθεται (κατασκευάζεται) ένα συμπληρωματικό μόριο m-RNA (αγγελιοφόρο RNA) (βλ. λ. ριβονουκλεϊκά οξέα). Απέναντι από κάθε νουκλεοτίδιο του DNA τοποθετείται ένα ριβονουκλεοτίδιο σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας των βάσεων, δηλαδή απέναντι από μία αδενίνη τοποθετείται μια ουρακίλη, απέναντι από μια θυμίνη τοποθετείται μια αδενίνη, απέναντι από μια γουανίνη μια κυτοσίνη και αντίστροφα. Τα ριβονουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια του ενζύμου RNA-πολυμεράση. Η διαδικασία αυτή λέγεται μεταγραφή της γενετικής πληροφορίας. Το αγγελιοφόρο RNA (m-RNA) στη συνέχεια περνάει στο κυτταρόπλασμα από τους πόρους της πυρηνικής μεμβράνης. Εκεί συνδέεται με ένα ριβόσωμα. Καθώς το ριβόσωμα μετατοπίζεται κατά μήκος του m-RNA, γίνεται η μετάφραση της γενετικής πληροφορίας, δηλαδή η πρωτεϊνοσύνθεση. Απέναντι από την κάθε τριπλέτα (κωδικόνιο) του m-RNA που βρίσκεται στη θέση σύνδεσής του με το ριβόσωμα, έρχεται και τοποθετείται ένα συμπληρωματικό μεταφορικό RNA (t-RNA). Το μόριο του t-RNA αποτελείται από μια μόνο τριπλέτα (αντικωδικόνιο) και από την άλλη μεριά συνδέεται με ένα αμινοξύ και το μεταφέρει. Πρόκειται για ένα αμινοξύ που σύμφωνα με το γενετικό κώδικα αντιστοιχεί στην τριπλέτα του t-RNA (αντικωδικόνιο), που το μεταφέρει και που είναι η ίδια με την τριπλέτα του DNA που κωδικοποιεί το συγκεκριμένο αμινοξύ. Έτσι έρχονται και τοποθετούνται τα αμινοξέα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στη σειρά που ορίζουν οι τριπλέτες του αντίστοιχου γονιδίου. Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικό δεσμό, ενώ τα μόρια του t-RNA απελευθερώνονται για να παραλάβουν ένα άλλο μόριο αμινοξέος.
Η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης είναι μια από τις πιο πολύπλοκες και θαυμαστές λειτουργίες του κυττάρου για τον τρόπο και την ακρίβεια με την οποία γίνεται. Φυσικά, μπορεί να γίνουν και λάθη κατά τη μεταγραφή ή τη μετάφραση της γενετικής πληροφορίας, τα οποία μπορεί να οδηγήσουν στην κατασκευή μιας ελαττωματικής πρωτεΐνης. Τα λάθη αυτά όμως δεν επαναλαμβάνονται, όταν το «καλούπι», δηλαδή το αντίστοιχο γονίδιο, δεν είναι ελαττωματικό, δηλαδή φέρει τη σωστή πληροφορία.
Πρωτεΐνες. Αζωτούχες οργανικές ενώσεις με μεγάλο μοριακό βάρος (από 104 ως 206), που έχουν μεγάλη σημασία για τη δομή και τη δραστηριότητα των ζωντανών οργανισμών. Όλες οι πρωτεΐνες που συναντιούνται στη φύση προέρχονται από συνδυασμούς των 20 φυσικών αμινοξέων. Μόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις το μόριο των πρωτεϊνών περιέχει και άλλες ενώσεις, γεγονός που καθορίζει μια ειδική δράση μέσα στον οργανισμό. Από τις μελέτες που έγιναν προκύπτει ότι οι πρωτεΐνες έχουν κατά μέσο όρο την εξής σύσταση: άνθρακα (C) 50%, οξυγόνο (Ο) 23%, άζωτο (Ν) 16%, υδρογόνο (Η) 7%, θείο (S) 0-13%, φωσφόρο (Ρ) 0-3% και συχνά απαντώνται ίχνη άλλων στοιχείων, όπως σιδήρου, ιωδίου, χαλκού, μαγνησίου, ψευδαργύρου.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ. Οι πρωτεΐνες είναι στερεά σώματα, συνήθως άμορφα και σε σπάνιες περιπτώσεις κρυσταλλικά. Μερικές πρωτεΐνες είναι διαλυτές στο νερό και άλλες δε διαλύονται. Χαρακτηριστική είναι η ιδιότητά τους να στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός προς τα αριστερά.
ΔΟΜΗ. Το κύριο συστατικό δομής των πρωτεϊνών είναι τα αμινοξέα. Όταν η αμινομάδα (-ΝΗ2) ενός αμινοξέος ενωθεί με την καρβοξυλική ομάδα (-CΟΟΗ) ενός άλλου αμινοξέος με σύγχρονη αποβολή ενός μορίου νερού, σχηματίζεται ένας δεσμός που λέγεται πεπτιδικός -ΝΗ-CΟ- και προκύπτει ένα διπεπτίδιο. Όταν στο διπεπτίδιο ενωθεί ακόμα ένα αμινοξύ με πεπτιδικό δεσμό, προκύπτει ένα τριπεπτίδιο. Αν ενωθούν και άλλα πολλά αμινοξέα κατά τον ίδιο τρόπο, προκύπτει ένα πολυπεπτίδιο. Οι πρωτεΐνες είναι συνήθως συνδυασμοί πολυπεπτιδίων . Η διαδοχή των αμινοξέων στο μόριο μιας πρωτεΐνης αποτελεί τη λεγόμενη πρωτοταγή δομή της. Μόλις όμως σχηματιστεί η αλυσίδα των αμινοξέων, συστρέφεται και σχηματίζει μια έλικα. Ο τρόπος ελίκωσης αποτελεί τη δευτεροταγή δομή της πρωτεΐνης. Συνήθως η έλικα αυτή αναδιπλώνεται και πτυχώνεται, οπότε φτάνουμε στην τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης. Τέλος, σε περίπτωση συνδυασμού δύο ή περισσότερων πολυπεπτιδίων σχηματίζονται στο χώρο πολύπλοκα συμπλέγματα και τότε αναφερόμαστε στην τεταρτοταγή δομή της πρωτεΐνης. Η τριτοταγής δομή μιας πρωτεΐνης, δηλαδή η αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο χώρο, της προσδίδει το τελικό της σχήμα (τρισδιάστατη δομή) και τις ιδιότητές της. Αν καταστραφεί η τριτοταγής δομή, με βρασμό για παράδειγμα, η πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργικότητά της (βλ. λ. ένζυμα).Το τελικό σχήμα μιας πρωτεΐνης μπορεί να είναι σφαιρικό (αιμοσφαιρίνη), ινιδίου (κολλαγόνο) ή σφενδόνας (αντισώματα).
Υπολογίζεται ότι στη φύση υπάρχουν 4,5 δισεκατομμύρια διαφορετικές πρωτεΐνες. Κάθε οργανισμός κατασκευάζει τις δικές του πρωτεΐνες από τα ίδια 20 αμινοξέα. Οι δυνατοί συνδυασμοί θεωρητικά είναι απείρως περισσότεροι, π.χ. από 20 αμινοξέα μπορούν να κατασκευαστούν 20100 διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες των 100 αμινοξέων η καθεμία. Οι πληροφορίες για την κατασκευή των πρωτεϊνών κάθε οργανισμού βρίσκονται κωδικοποιημένες στο DNA του, στα αντίστοιχα γονίδια (βλ. λλ. γενετικός κώδικας, πρωτεϊνοσύνθεση).
Από βιολογική άποψη οι πρωτεΐνες διακρίνονται σε δομικές και σε λειτουργικές. Οι δομικές συμβάλλουν στη διαμόρφωση και διατήρηση της υφής κάθε ιστού (είναι τα υλικά με τα οποία είναι «κτισμένος» ο ιστός). Δομικές πρωτεΐνες είναι τα κολλαγόνα, οι κερατίνες και ορισμένες πρωτεΐνες των κυτταρικών μεμβρανών. Οι λειτουργικές πρωτεΐνες έχουν την ιδιότητα να αναγνωρίζουν και να δεσμεύουν άλλα μόρια.
Στις λειτουργικές πρωτεΐνες ανήκουν: 1) Οι καταλυτικές πρωτεΐνες, όπως τα ένζυμα που καταλύουν τις βιολογικές αντιδράσεις. 2) Οι μεταφέρουσες πρωτεΐνες (όπως η αιμοσφαιρίνη), που έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν πρόσκαιρα ορισμένα μόρια, τα οποία μεταφέρουν και αποθέτουν. 3) Τα αντισώματα, που συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού. 4) Οι συσταλτές πρωτεΐνες, όπως η μυοσίνη και η ακτίνη, που συμβάλλουν στην κίνηση του κυττάρου και του οργανισμού. 5) Οι ρυθμιστικές πρωτεΐνες, που παρεμβαίνουν σε διάφορους χημικούς μηχανισμούς των οργανισμών και έχουν την ιδιότητα να αναστέλλουν για ένα χρονικό διάστημα τη λειτουργία των μηχανισμών αυτών. Σε αυτή την ιδιαίτερα σημαντική κατηγορία ανήκουν οι ιστόνες και οι άλλες κατασταλτικές πρωτεΐνες, που ρυθμίζουν τη δραστηριότητα των γονιδίων, καθώς και οι πρωτεϊνικής φύσης ορμόνες. Οι ουσίες αυτές κυριολεκτικά διευθύνουν την ισορροπία των λειτουργιών κάθε οργανισμού. 6) Οι αποταμιευτικές πρωτεΐνες, που δεσμεύουν άλλες ενώσεις με σκοπό να τις αποθηκεύσουν, όπως η καζεΐνη που υπάρχει στο γάλα και αποταμιεύει φωσφόρο και ασβέστιο. Ουσιαστικά κάθε λειτουργία του κυττάρου και του οργανισμού συνδέεται με μια πρωτεΐνη.
ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ-ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ. Οι πρωτεΐνες δίνουν μια σειρά χρωστικών αντιδράσεων, που οφείλονται στην παρουσία ορισμένων αμινοξέων. Οι αντιδράσεις αυτές χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των πρωτεϊνών. Τέτοιες αντιδράσεις είναι: της νινυδρίνης, της διουρίας, η ξανθοπρωτεϊνική, η αντίδραση Millon και η αντίδραση Pauli. Επίσης ανίχνευση και προσδιορισμός των πρωτεϊνών γίνεται με αντιδράσεις καθίζησης με επίδραση θερμού οξέος ή τανίνης. Η εξέλιξη της βιοχημικής τεχνικής έφτασε σε τέτοιο σημείο, ώστε η αναγνώριση της πρωτεΐνης γίνεται από αυτόματα μηχανήματα, που λέγονται αναλυτές αμινοξέων. Σημαντικά επίσης έχει προχωρήσει και ο τομέας της σύνθεσης πρωτεϊνών στα εργαστήρια. Η εργασία αυτή είναι εξαιρετικά λεπτή και κουραστική, επειδή πρέπει να προστεθούν ένα ένα τα αμινοξέα που απαρτίζουν την πρωτεΐνη.
Μία από τις πρώτες πρωτεΐνες που συντέθηκαν στο εργαστήριο ήταν η ινσουλίνη. Ο βιοχημικός αυτός κλάδος της σύνθεσης πρωτεΐνης στο εργαστήριο ανοίγει νέους ορίζοντες στην ιατρική, επειδή πολλές αρρώστιες οφείλονται στην έλλειψη ή ανεπάρκεια κάποιας πρωτεΐνης.
Πρωτόζωα. Μονοκύτταροι οργανισμοί που αποτελούν ανεξάρτητο φύλο. Τα πρωτόζωα είναι μια ανομοιογενής ομάδα οργανισμών. Η μορφή και το μέγεθός τους ποικίλλει. Επίσης η κίνηση, θρέψη και πολλαπλασιασμός γίνονται με διάφορους τρόπους, στις διάφορες ομάδες. Μερικές από τις ομάδες αυτές φαίνεται ότι προέρχονται από εξέλιξη φυτικών, μονοκύτταρων οργανισμών, που με την πάροδο εκατομμυρίων χρόνων έχασαν την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν και προσαρμόστηκαν σε ετερότροφο τρόπο ζωής. Σύμφωνα με μία κατάταξη, τα πρωτόζωα διακρίνονται σε τέσσερις μεγάλες ομάδες: Μαστιγοφόρα, Βλεφαριδοφόρα, Σαρκώδη και Σπορόζωα. Πιο γνωστά πρωτόζωα είναι η αμοιβάδα, το παραμήκιο, τα τρυπανοσώματα, τα ακτινόζωα, τα τρηματοφόρα, τα πλασμώδια κ.ά.
Τα πρωτόζωα δεν έχουν ιστούς και όργανα. Το μοναδικό τους κύτταρο επιτελεί όλες τις λειτουργίες που είναι απαραίτητες για την επιβίωση. Παρόλο όμως που τα πρωτόζωα έχουν ένα μόνο κύτταρο, διαθέτουν σύστημα προστασίας από το εξωτερικό περιβάλλον, σύστημα στήριξης από σκελετικές ίνες και ραβδία, σύστημα κίνησης από μυονήματα, μαστίγια και βλεφαρίδες, νευρικό σύστημα από νευρονημάτια, πεπτικό σύστημα που αποτελείται από σειρά πεπτικών κενοτοπίων και απεκκριτικό-οσμορυθμιστικό σύστημα που αποτελείται από σφυγμώδη κενοτόπια.
Αν παρατηρήσουμε ένα πρωτόζωο κάτω από το μικροσκόπιο, θα δούμε ότι αποτελείται από μια μάζα κυτταροπλάσματος. Το κυτταρόπλασμα (κυτόπλασμα) είναι μια ζελατινώδης και ελαστική ουσία. Αποτελείται από το εξώπλασμα, που είναι περισσότερο στερεό και υαλώδες, και το ενδόπλασμα, που είναι ρευστό και περιέχει διάφορα οργανίδια. Το κυτταρόπλασμα περιβάλλεται από την κυτταρική μεμβράνη. Στην εξωτερική πλευρά της μεμβράνης συχνά προστίθενται και άλλες ουσίες που την κάνουν πιο ανθεκτική. Π.χ. σε μερικά πρωτόζωα η μεμβράνη ενισχύεται από κυτταρίνη, ενώ σε άλλα από ασβεστολιθικά ή πυριτικά κελύφη, όπως στα τρηματοφόρα, τα ακτινόζωα, τα ηλιόζωα κ.ά.).
Τα κυριότερα οργανίδια που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα είναι τα μιτοχόνδρια, το ενδοπλασματικό δίκτυο, το σύστημα Golgi, τα κενοτόπια, το κεντροσωμάτιο και διάφορα παράγωγα των χλωροπλαστών, που συναντάμε σε ορισμένα μόνο γένη πρωτόζωων. Τα μιτοχόνδρια είναι τα κέντρα παραγωγής ενέργειας. Το ενδοπλασματικό δίκτυο και το σύμπλεγμα Golgi είναι το κέντρο σύνθεσης ουσιών. Τα κενοτόπια είναι δυο ειδών: 1. Τα πεπτικά κενοτόπια σχηματίζονται από μια εγκόλπωση της κυτταρικής μεμβράνης που περικλείει την τροφή. Εκεί μέσα πέπτεται η τροφή από ένζυμα που εισχωρούν από το κυτταρόπλασμα. Τα χρήσιμα συστατικά από την πέψη περνούν στο κυτταρόπλασμα, ενώ τα άχρηστα αποβάλλονται με εξωκύτωση. Η τροφή εισέρχεται και εξέρχεται από οποιοδήποτε σημείο του σώματος (αμοιβάδα) ή εισέρχεται από το κυτταρόστομα και εξέρχεται από την κυτταροπυγή (παραμήκιο). 2. Τα σφυγμώδη κενοτόπια ρυθμίζουν τη συγκέντρωση νερού και αλάτων.
Ορισμένα πρωτόζωα διαθέτουν φωτοευαίσθητα όργανα, όπως η οπτική κηλίδα της ευγλήνης (euglena), με τα οποία προσανατολίζονται ανάλογα με τα φωτεινά ερεθίσματα.
Η κίνηση των πρωτόζωων εξασφαλίζεται με διάφορους τρόπους. Πολλά πρωτόζωα κινούνται με προεκβολή ψευδοποδιών, δηλαδή προεκτάσεων του σώματός τους. Η κίνηση αυτή λέγεται αμοιβαδοειδής, επειδή χαρακτηρίζει τις αμοιβάδες. Άλλα πρωτόζωα κινούνται με βλεφαρίδες και μαστίγια. Τέλος μερικά πρωτόζωα κινούνται με συσπάσεις ολόκληρου του σώματος, που πετυχαίνεται με ειδικές μυϊκές ίνες, τα μυονημάτια.
Η θρέψη των πρωτόζωων γίνεται επίσης με ποικίλους τρόπους. Η αμοιβάδα τρέφεται με τη βοήθεια ψευδοποδίων, με τα οποία περιβάλλει την τροφή της (βλ. λλ. φαγοκύτωση, αμοιβάδα). Οι περισσότερο εξελιγμένες μορφές πρωτόζωων διαθέτουν ένα διαμορφωμένο χώρο από τον οποίο μπαίνει η τροφή, το κυτταρόστομα. Πίσω από το κυτταρόστομα βρίσκεται ο κυτοφάρυγγας. Πρόκειται για μια χοάνη της οποίας το τοίχωμα έχει βλεφαρίδες που πάλλονται και παρασύρουν την τροφή στο βάθος, όπου σχηματίζονται πεπτικά κενοτόπια. Τα πρωτόζωα τρέφονται είτε από άλλους μικροοργανισμούς είτε από κομμάτια τροφής (σαπρόζωα) είτε παρασιτούν σε βάρος άλλων οργανισμών, στους οποίους προκαλούν αρρώστιες (δυσεντερία, ελονοσία, ασθένεια του ύπνου κ.ά.).
Αναπαράγονται κυρίως με μονογονία (διχοτόμηση, εκβλάστηση, πολλαπλή κατάτμηση, σπορογονία) (βλ. λ. αναπαραγωγή). Συμβαίνουν όμως και αμφιγονικά φαινόμενα, όπως δύο πρωτόζωα ανταλλάσσουν γενετικό υλικό και ανανεώνονται γενετικά. Αυτό γίνεται με σύντηξη, με παροδική σύζευξη ή με εναλλαγή γενεών.
Τα πρωτόζωα είναι από τις πρώτες μορφές ζωής που εμφανίστηκαν στη Γη. Από αυτά φαίνεται ότι κατάγονται τα πολυκύτταρα ζώα. Μια ένδειξη που ενισχύει την υπόθεση αυτή είναι οι αποικίες των πρωτόζωων, που θεωρούνται ένα πρώτο βήμα προς την πολυκύτταρη οργάνωση (βλ. λλ. αποικία, Βόλβοξ). Τα μόνα πρωτόζωα που βρέθηκαν απολιθωμένα είναι τα τρηματοφόρα, που έχουν κέλυφος και είναι γνωστά από τα μέσα του παλαιοζωικού αιώνα.
Σπερματοζωάριο. Ο αρσενικός γαμέτης στα ζώα. Τα σπερματοζωάρια σχηματίζονται στα γεννητικά όργανα (όρχεις) όλων των αρσενικών ζώων, σύμφωνα με μια διαδικασία που λέγεται σπερματογένεση. Η μορφή και το μέγεθος του σπερματοζωαρίου ποικίλλει από είδος σε είδος.
Η αποστολή του σπερματοζωαρίου είναι να συναντήσει το ωάριο και να ενωθεί με αυτό. Η ένωση (σύντηξη) σπερματοζωαρίου και ωαρίου λέγεται γονιμοποίηση και το κύτταρο που προκύπτει ζυγωτό. Το ζυγωτό είναι το πρώτο κύτταρο κάθε νέου οργανισμού. Για να εκτελέσει την αποστολή του το σπερματοζωάριο πρέπει να έχει την ικανότητα να κινείται (κολυμπάει) μέσα σε υγρό περιβάλλον. Γι’ αυτό στα περισσότερα ζώα τα σπερματοζωάρια έχουν νηματοειδή μορφή, είναι μικρά και δεν έχουν αποταμιευμένες θρεπτικές ουσίες στο κυτταρόπλασμά τους για να είναι ελαφριά και ευκίνητα. Το σπερματοζωάριο όπως και το ωάριο είναι απλοειδή κύτταρα, δηλαδή περιέχουν το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων του είδους (ένα χρωμόσωμα από κάθε ζεύγος ομόλογων). Στον άνθρωπο περιέχουν από 23 χρωμοσώματα.
Τυπικό είναι το ανθρώπινο σπερματοζωάριο. Το μήκος του είναι 52-62 χιλιοστά του χιλιοστού. Για να καταλάβει κανείς το μέγεθος των ανθρώπινων σπερματοζωαρίων αρκεί να αναφερθεί πως αν συγκεντρώσουμε 3 δισεκατομμύρια σπερματοζωάρια, δηλαδή όσα θα χρειάζονταν για να ξαναφτιάξουμε το μισό πληθυσμό της Γης, θα μπορούσαν να χωρέσουν σε μια δαχτυλήθρα.
Το ανθρώπινο σπερματοζωάριο διακρίνεται σε δύο μέρη, την κεφαλή και την ουρά. Στην κεφαλή υπάρχει ο πυρήνας και μια ελάχιστη ποσότητα κυτοπλάσματος. Στο μπροστινό μέρος της κεφαλής υπάρχει η διατρητική αιχμή που μοιάζει με αιχμή μαχαιριού και έχει ως αποστολή το τρύπημα του περιβλήματος του ωαρίου κατά τη γονιμοποίηση. Για το σκοπό αυτό η περιοχή αυτή είναι εφοδιασμένη με λυσοσώματα, οργανίδια πλούσια σε πεπτικά ένζυμα, που θα βοηθήσουν τη διάλυση της μεμβράνης του ωαρίου. Η ουρά ή μαστίγιο αποτελείται από δέσμη συσταλτών ινών που βρίσκονται σε σχέση με ένα άλλο κυτοπλασματικό οργανίδιο, το κεντροσωμάτιο, και ρυθμίζει την κίνηση. Η απαραίτητη ενέργεια εξασφαλίζεται από μιτοχόνδρια.
Το σπερματοζωάριο του ανθρώπου μπορεί να ζήσει ως ανεξάρτητο κύτταρο τρεις περίπου μέρες. Είναι εξαιρετικά ευαίσθητο κύτταρο και επηρεάζεται από οποιαδήποτε αλλαγή του περιβάλλοντος. Ασθενείς βάσεις πετυχαίνουν την κίνησή του, ενώ ασθενή οξέα το παραλύουν. Η διαδικασία με την οποία τα σπερματοζωάρια βγαίνουν από τα γεννητικά όργανα λέγεται εκσπερμάτιση. Κατά την εκσπερμάτιση τα σπερματοζωάρια συνοδεύονται από ένα υγρό που παράγεται από αδένες του γεννητικού συστήματος και λέγεται σπερματικό υγρό ή σπέρμα. Η αποστολή του είναι να διευκολύνει την κίνηση των σπερματοζωαρίων. Υπολογίστηκε πως κάθε εκσπερμάτιση ενός φυσιολογικού άντρα περιέχει 2-3•107 σπερματοζωάρια και πως κατά τη διάρκεια της ζωής του ένας άντρας παράγει περίπου 15•1010 σπερματοζωάρια.


Συμβίωση. Φαινόμενο κατά το οποίο δύο οργανισμοί, που ανήκουν σε διαφορετικό είδος, ζουν μαζί έχοντας αμοιβαίο όφελος. Όταν κάποιος από τους δύο οργανισμούς ωφελείται σε βάρος του άλλου, τότε έχουμε την ειδική περίπτωση που λέγεται παρασιτισμός. Μεταβατικές, από τη συμβίωση στον παρασιτισμό, είναι οι περιπτώσεις κατά τις οποίες ένας οργανισμός μοιράζεται τη φωλιά ενός άλλου ή τρέφεται με τα υπολείμματα της τροφής κάποιου άλλου οργανισμού χωρίς συγχρόνως να τον βλάπτει. Οι περιπτώσεις αυτές χαρακτηρίζονται ως συνοίκηση και συντροφισμός αντίστοιχα.
Στις ειδικές αυτές μορφές συμβίωσης η σχέση μεταξύ των δύο οργανισμών είναι πολύ λεπτή και συχνά ανατρέπεται καταλήγοντας σε παρασιτισμό. Έτσι π.χ. το ερπετό σφηνόδους που μοιράζεται τη φωλιά του πουλιού πουφίνος, συχνά καταστρέφει τα αβγά και τρώει τα μικρά, βλάπτοντας τον οικοδεσπότη του.
Το φαινόμενο της συμβίωσης είναι καθολικό. Συναντιέται σε φυτά και ζώα, σε κατώτερους και ανώτερους οργανισμούς, σε όλες τις βαθμίδες της εξέλιξης, και είναι αποτέλεσμα φυσικής επιλογής.
Ο εξελικτικός αυτός μηχανισμός φαίνεται πως λειτούργησε χιλιάδες φορές στα 1.000 τουλάχιστον εκατομμύρια χρόνια που γνωρίζουμε πως υπάρχει πάνω στη Γη ζωή, από το προκάμβριο ως σήμερα.
Για να γνωρίσουμε καλύτερα το φαινόμενο της συμβίωσης μπορούμε να το χωρίσουμε πρακτικά σε τρεις κατηγορίες: α) συμβίωση μεταξύ φυτών, β) συμβίωση μεταξύ ζώων, γ) συμβίωση μεταξύ φυτών και ζώων.
Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι λειχήνες, οι μυκόρριζες και η συμβίωση των αζωτοβακτηρίων με τις ρίζες των ψυχανθών. Οι λειχήνες είναι σύνθετοι οργανισμοί, που προκύπτουν από τη συμβίωση φυκών και μυκήτων. Το φύκος φωτοσυνθέτει και παρέχει οργανικές ουσίες στο λειχήνα, ενώ ο μύκητας χρησιμεύει ως υπόστρωμα και εξασφαλίζει στο φύκος ανόργανα άλατα και νερό. Οι μυκόρριζες είναι συμπλέγματα μυκήτων που συναντιούνται στις ρίζες ανώτερων φυτών, από αυτές που βρίσκονται αποθηκευμένες στις ρίζες, και ο μύκητας βοηθάει το ανώτερο φυτό στην άντληση ανόργανων αλάτων από το έδαφος, ενώ παίρνει οργανικές ουσίες από το φυτό. Τέλος, τα αζωτοβακτήρια εξασφαλίζουν στα ψυχανθή μεγάλες ποσότητες αζώτου που δεσμεύουν από την ατμόσφαιρα και παίρνουν από αυτά κυρίως υδατάνθρακες.
Στη δεύτερη κατηγορία αναφέρουμε την περίπτωση πολλών ειδών ψαριών που ζουν μέσα σε ορισμένα είδη θαλάσσιων ανεμώνων, καθώς και των πάγουρων (μικρών καρκινοειδών) που ζουν μέσα σε σπόγγους ή σε όστρακα γαστερόποδων κ.ά. Χαρακτηριστικές επίσης είναι οι περιπτώσεις συμβίωσης των ζώων «καθαριστών», όπως λέγονται, που τρέφονται από εξωπαράσιτα που υπάρχουν στο δέρμα άλλων ζώων από τα οποία τα απαλλάσσουν. Καθαριστές είναι πολλά μικρά ψάρια καθώς και το πουλί βουφάγος που ζει στην πλάτη του ρινόκερου και τον απαλλάσσει από έντομα και εξωπαράσιτα.
Στην τρίτη κατηγορία αναφέρουμε τα βακτήρια που ζουν στον πεπτικό σωλήνα των ζώων. Η συμβίωση αυτή συναντιέται σε όλες τις βαθμίδες της εξέλιξης από τα μαλάκια και τα έντομα ως τον άνθρωπο.
Τεράστιο είναι το κεφάλαιο της συνεργασίας μεταξύ οργανισμών όχι με τη στενή έννοια της συμβίωσης αλλά με την έννοια της αμοιβαίας ωφέλειας, κατά την οποία ο κάθε οργανισμός εξυπηρετώντας τις δικές του ανάγκες, χωρίς να το επιδιώκει, εξυπηρετεί και τις ανάγκες του άλλου. Τέτοιες είναι οι περιπτώσεις των ζώων επικονιαστών (πουλιών και εντόμων) τα οποία τρέφονται από τη γύρη ή το νέκταρ των λουλουδιών και χωρίς να το επιδιώκουν επιτελούν τη λειτουργία της μεταφοράς της γύρης και της διασταύρωσης των φυτών (βλ. λ. επικονίαση). Πολλά είδη φυτών έχουν προσαρμόσει την ανατομία και την εμφάνιση του άνθους στη διαμόρφωση και τις ανάγκες των εντόμων επικονιαστών. Τέλος, πολλά ζώα τρώνε τους καρπούς ή τους σπόρους των φυτών και συμβάλλουν στη διασπορά τους, δηλαδή στη μεταφορά τους σε μεγάλες αποστάσεις.
Ο ρόλος της συμβίωσης και της συνεργασίας των οργανισμών είναι πολύ σημαντικός για την ισορροπία των οικοσυστημάτων.

1 comment: