New Technology Peers at the Electrical Signals Inside Cells – May Inspire New Fields of Research
Chúng ta đều được cấu tạo từ tế bào
I. Lý thuyết tế bào: Tóm lược lịch sử
Câu chuyện về sinh học tế bào đã được mở ra từ khoảng 300 năm trước, khi những nhà tiến sĩ người Châu Âu bắt đầu tập trung vào ống kính hiển vi thô sơ trên những vật liệu sinh học từ võ cây đến vi khuẩn đến tinh trùng ở người. Khi đó, một nhà tiến sĩ là Robert Hooke, người quản lý và dụng cụ của hoàng gia London. Trong năm 1665, Hooke đã làm một chiếc kính hiển vi và thực nghiệm trên vết cắt mỏng của nút bần bằng một con dao. Ông đã thấy những mạng lưới của những ngăn tủ hình hộp gợi cho ông về tổ ong và ông cho nó là ‘cell’ (tế bào) , từ tiếng latin là cellula, nghĩ là ‘little tiny room’ (những căn phòng nhỏ)
Sau này, chúng ta đã biết rằng cái mà ông Hooke quan sát thực ra hoàn toàn không phải là tế bào. Những ngăn tủ hình hộp được hình thành từ thành tế bào rỗng ở mô chết của cây. Tuy nhiên, ông Hooke không biết rằng những tế bào này đã chết, vì ông không hiểu rằng chúng có thể sống! Mặc dù ông đã nhận ra rằng tế bào trong mô của cây chứa đầy những hỗn hợp mà ông gọi là ‘juices’ (nước ép), ông vẫn thích thú hơn với việc tập trung vào thành tế bào của nút bần mà ông đã gặp.
Quan sát của ông Hooke đã bị giới hạn bởi sức phóng đại của kính hiển vi ông sỡ hữu, cái mà chỉ có thể phóng đại được vật lên tối đa 30 lần (x30) với độ lớn thông thường của chúng. Điều này làm việc quan sát và nguyên cứu tổ chức bên trong tế bào trở nên vô cùng khó khăn. Nhưng trong một vài năm sau, Antonic van Leeuwenhoek, một thương gia dệt may người Hà Lan, đã tạo ra một loại ống kính nhỏ có thể phóng đại vật lên khoảng gần 300 lần (x300) kích thước ban đầu. Với tấm kính này, van Leeuwenhowk đã trở thành người đầu tiên có thể quan sát những tế bào sống bao gồm tế bào máu, tinh trùng, vi khuẩn và những sinh vật đơn bào (tảo và động vật nguyên sinh) mà ông tìm thấy ở nước trong ao. Ông đã báo cáo quan sát của mình tới hoàng gia London qua một chuỗi các lá thư vào cuối những năm 1600. Với những báo cáo chi tiết và sắc sảo, ông đã góp một phần không hề nhỏ để tạo tiền đề cho sự phát triển của hiểu biết của con người về một thế giới vô cùng nhỏ bé ẩn giấu bên trong thế giới to lớn của chúng ta.
Có hai nhân tố giới hạn sự hiểu biết của chúng ta về tế bào trong tự nhiên. Đầu tiên, kính hiển vi vủa chúng ta có độ phân giải giới hạn - khả năng để nhìn cấu trúc một cách chi tiết, rõ ràng. Ngay cả kính hiển vi của van Leeuwenhoek cũng không thể đẩy được giới hạn này lên được bao nhiêu. Nhân tố thứ hai chính là do mô tả về tự nhiên của sinh học thế kỷ 17. Đó là thời kỳ mới của sự quan sát, với những ý tưởng nhỏ đưa ra để giải thích các chi tiết kiến trúc hấp dẫn được tìm thấy trong các vật liệu sinh học.
Một thể kỷ trải qua trước khi sự kết hợp của kính hiển vi nâng cấp và các nhà quan sát cũng đã dày dặn về kinh nghiệm và kết quả cho ra là một chuỗi những phát kiến dẫn đến sự thông hiểu sâu sắc hơn của con người về tầm quan trọng của tế bào trong tổ chức sinh học. Những năm thập niên 30 của thế kỷ 19, một cải tiến mới trong chất lượng của những ống kính và trong kính hiển vi hỗn hợp, khi ống kính thứ nhất phóng đại hình ảnh của ống kính thứ hai. Thành quả cho ra một độ phóng đại và phân giải tốt hơn đến những cấu trúc nhỏ đến một micrometer và nanometer cũng có thể được nhìn thấy rõ.
Thế giới siêu nhỏ micrometer
Thế giới siêu siêu nhỏ nanometer
Được hỗ trợ với những ống kính tân tiến, nhà sinh vật học người Anh tên là Robert Brown đã tìm thấy rằng tất cả các tế bào thực vật ông ấy quan sát đều chứa một cấu trúc dạng vòng, ông ấy gọi là nucleus (nhân), một thuật nghữ bắt đầu từ tiếng Latin với ‘kernel’ (hạt nhân). Trong năm 1838, người đồng nghiệp người Đức của ông là Matthias Schleiden đã đưa ra một kết luận quan trọng đó là tất cả mô của thực vật được cấu thành từ một tế bào và phôi của thực vật luôn phát sinh từ một tế bào. Một năm sau, một nhà tế bào học người Đức báo cáo một kết luận tương tự về mô động vật, từ đó làm giảm sự tín nhiệm về suy đoán thực vật và động vật không giống nhau về cấu trúc. Những suy đoán này dựa trên cơ sở khi quan sát thành tế bào hình thành những ranh giới vô cùng dễ quan sát giữa các tế bào có thể nhìn thấy được qua kính hiển vi thô sơ, trong khi tế bào đơn lẻ ở động vật thì rất ít thành tế bào và rất khó để phân biệt qua các mẫu mô. Tuy nhiên, khi Schwann thực nghiệm trên tế bào sụn ở động vật, ông thấy rằng chúng khác biệc với hầu hết các tế bào ở động vật bởi vì chúng có những ranh giới được nhận biết bởi một lớp đặt của sợi collagen. Theo đó, ông bị thuyết phục về sự tương quan giữa tế bào thực vật và động vật. Dựa trong sự sắc sảo trong quan sát, Schwann đã phát triển một học thuyết thống nhất về tổ chức tế bào, thuyết phục đến mức học thuyết đã trường tồn theo thời gian và tiếp tục là những tiêu chí cơ bản cho sự hiểu biết của chúng ta về tầm quan trọng của tế bào và sinh học tế bào.
Nguyên bản của học thuyết được Schwann đưa ra vào năm 1839, gồm hai nguyên tắc cơ bản:
Tất cả các sinh vật đều bao gồm một hay nhiều tế bàoTế bào là đơn vị cơ bản của toàn bộ sinh vật
Hơn 30 năm sau, nguyên tắc thứ ba được thêm vào. Được xây dựng dựa trên mô tả của Brown về nuclei (nhân), được mở rộng nhờ nhà thực vật học Thụy Sĩ Kerl Nageli về những quan sát các tế bào phân chia trong tự nhiên. Năm 1855, Rudolf Virchow, nhà vật lý người Đức đã kết luận rằng tế bào phát sinh từ sự phân chia của các tế bào tiền thân trước nó. Virchow đã gói gọn kết luận này trong tiếng Latin là omnis cellula e cellula sau này được phiên dịch trở thành nghiên tắt thứ ba của học thuyết tế bào hiện đại:
Các tế bào phát sinh từ các tế bào tiền thân trước nó
Theo đó, tế bào không chỉ là đơn vị cơ bản của toàn bộ sinh vật mà còn là đơn vị cơ bản của sinh sản. Đó chính là lý do tại sao chúng ta phải hiểu tế bào và vật chất của nó để nhìn toàn bộ các khía cạnh của sinh học.
Hình 1-1.a) tế bào nấm hình sợi; b) tế bào vi khuẩn Treponema; c) một tế bào hồng cầu, tiểu cầu và bạch cầu( từ trái sang phải nhé!); d) Trùng tia; e) động vật kén (động vật nguyên sinh); f) tinh trùng và trứng ở người; g) tế bào lông mao; h) mạch gỗ; và i) tế bào võng mạch thần kinh
Tế bào tồn tại rất đa dạng và phong phú về hình dạng và kích thước, từ tế bào nấm sợi tới hình vi khuẩn Treponema với hình soắn ốc tới những tế bào với hình hài khác biệc trong máu của chúng ta. Các tế bào khác còn dị biệc hơn nhiều chẳng hạn như đơn bào và sinh vật đơn bào được hiểu thị ở hình 1-1d và hình 1-1e. Ngay cả hai giao tử được bào ở người là tinh trùng và trứng, đã khác nhau rất nhiều về hình dạng và kích thước hình 1-1f. Thông thường, sự đánh giá dạng và cấu trúc sẽ đưa ra manh mối về chức năng của chúng.
II) Sự phát triển của sinh học tế bào hiện đại
Hình 1-2. Lịch sự phát triển của tế tế bào
Sinh học tế bào hiện đại là kết quả của việc kết hợp ba hướng tìm hiểu sinh học khác nhau - tế bào học, hóa sinh và di truyền học – tập hợp thành một nhánh duy nhất. Như dòng thời gian được minh họa ở Hình 1-2, mỗi nhánh trong số các nhánh đều có nguồn gốc lịch sử riêng, và mỗi cái đều có những đóng góp độc đáo và quan trọng cho sinh học tế bào hiện đại. Các nhà sinh học tế bào đương đại đều nắm được thông tin đầy đủ về cả ba nhánh, bất kể vấn đề trước mắt của họ là gì. Ngoài ra, họ phải hiểu các quá trình sinh học tuân theo các quy luật hóa học và vật lý như thế nào. 
Về mặt lịch sử, nhánh đầu tiên xuất hiện trong số những nhánh này là tế bào học, chủ yếu liên quan đến cấu trúc tế bào. Trong các nghiên cứu của mình, chúng ta sẽ thường xuyên gặp các từ Hy Lạp chứa tiền tố cyto– hoặc hậu tố –cyte, cả hai đều có nghĩa là “bình rỗng” và chỉ các tế bào. Như chúng ta đã thấy, tế bào học có nguồn gốc từ hơn ba thế kỷ trước và sự thúc đẩy phát triển lúc đầu của nó phụ thuộc rất nhiều vào kính hiển vi quang học. Sự ra đời của kính hiển vi điện tử và các kỹ thuật quang học tiên tiến khác đã làm tăng đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về cấu trúc và chức năng của tế bào. 
Nhánh thứ hai đại diện cho những đóng góp của hóa sinh đối với sự hiểu biết của chúng ta về cấu trúc và chức năng tế bào. Hầu hết những phát triển trong lĩnh vực này đã trải dài trong 75 năm qua, mặc dù nguồn gốc của nó đã bắt đầu từ trước đó ít nhất một thế kỷ. Đặc biệt quan trọng là sự phát triển của các kỹ thuật như siêu ly tâm, sắc ký, ghi nhãn phóng xạ, điện di và khối phổ để phân tách và xác định các thành phần tế bào. Chúng ta sẽ gặp những kỹ thuật này và các kỹ thuật khác sau này trong các nghiên cứu của mình khi chúng ta khám phá cách các chi tiết cụ thể về cấu trúc và chức năng tế bào được phát hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật này. 
Nhánh thứ ba góp phần vào sự phát triển của sinh học tế bào hiện đại là di truyền học. Ở đây, dòng thời gian kéo dài hơn 150 năm về trước, bắt đầu từ một nhà tu sĩ - nhà sinh vật học người Áo Gregor Mendel. Tuy nhiên, một lần nữa, chúng ta đã có được nhiều hiểu biết hiện tại trong vòng 75 năm qua. Một bước ngoặt đặc biệt quan trọng trên chuỗi gen là chứng minh rằng, ở tất cả các sinh vật, DNA (axit deoxyribonucleic) là vật mang thông tin di truyền. Nó mã hóa rất nhiều loại protein và phân tử RNA (axit ribonucleic) chịu trách nhiệm cho hầu hết các đặc điểm chức năng và cấu trúc của tế bào. Những thành tựu gần đây về chuỗi gen bao gồm việc xác định trình tự của toàn bộ bộ gen (tất cả DNA) của con người và các loài khác và nhân bản (sản xuất các sinh vật giống hệt nhau về mặt di truyền) của động vật có vú, bao gồm cừu, gia súc và mèo. 
Do đó, để hiểu về sinh học tế bào ngày nay, chúng ta phải đánh giá cao nguồn gốc đa dạng của nó và những đóng góp quan trọng của từng nhánh thành phần của nó đối với hiểu biết hiện tại của chúng ta về tế bào là gì và nó có thể làm gì. Mỗi một trong ba chuỗi lịch sử của sinh học tế bào được thảo luận ngắn gọn ở đây; sự đánh giá sâu hơn về từng loại sẽ có trong các bài sau khi chúng ta khám phá chi tiết các tế bào. Cũng nên nhớ rằng ngoài những phát triển trong tế bào học, hóa sinh và di truyền học, lĩnh vực sinh học tế bào đã được hưởng lợi rất nhiều từ những tiến bộ trong các lĩnh vực nghiên cứu khác như hóa học, vật lý, khoa học máy tính và kỹ thuật.
Cảm ơn ơn các đọc giả đã đọc bài của mình ^^
Mình nghĩ đáng nhẽ ra mình nên làm bài này đầu tiên thay vì bài về màng tế bào trước kia. Sinh học tế bào là một ngành khoa học phức tạp và trừu tượng nên mình mong một chút ít những gì mình chia sẻ có thể giúp bạn hiểu hơn về thế giới nhỏ bé nhưng cũng vô cùng thú vị này.
Nếu bạn ủng hộ mình thì:
Thái Thiên Bách - Tài khoản: 9704151554383282 (Vietinbank, Thành phố Đà Nẵng)
Nguồn của bài mình lấy từ sách: Becker's World of the Cell 8th
Các bài khác của mình về chủ đề này: