Nel 1665, il fisico inglese Hooke, osservando con il microscopio che egli stesso aveva costruito alcune strisce di sughero, notò che esse erano costituite da piccoli oggetti a forma di scatola; egli chiamò cellule questi elementi (dal latino, cellula = ‘piccola stanza’). Ciò che egli vide erano, in realtà, pareti cellulari vegetali morte. Né lui né gli scienziati suoi contemporanei si resero però conto dell'importanza di questa scoperta.
Solo 170 anni dopo, il naturalista francese Dujardin notò che all'interno delle cellule vi è un "riempimento fluido vivo", chiamato citoplasma. Egli capì inoltre che le cellule stesse erano degli esseri viventi autonomi. Erano in grado cioè di funzionare da sole come organismi unicellulari o di unirsi a formare esseri viventi pluricellulari.
Nel 1838, i biologi tedeschi Schleiden e Schwann, in seguito a una lunga serie di osservazioni sperimentali, proposero la teoria cellulare della vita secondo la quale:
- tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule;
- la cellula è la più piccola unità di materia vivente in cui è organizzato un organismo vivente;
- tutte le cellule derivano da altre cellule (questa terza generalizzazione è stata formulata, alcuni anni dopo, dal fisiologo Rudolf Virchow).
Pertanto, se per conoscere la materia non si può fare a meno di studiare l'atomo, per conoscere gli esseri viventi occorre studire la cellula, che è la più piccola forma di vita che mantiene esattamente tutte le caratteristiche degli esseri viventi.
Avendo un diametro di pochi micron (millesimo di millimetro, µm = 10-3mm), la maggior parte delle cellule non è visibile ad occhio nudo.
Osservandole però al microscopio scopriamo che esse hanno un'organizzazione interna assai complessa.
In genere la cellula è composta da tre parti fondamentali:
- la membrana, un involucro fluido in cui è contenuta la cellula e che la separa dalle altre o dall'ambiente circostante, regolando anche l'ingresso e l'uscita di materiali;
- il citoplasma, sostanza gelatinosa, ricca di acqua, sali minerali e sostanze organiche, nella quale si compie gran parte delle funzioni cellulari. Queste funzioni, nelle cellule meglio organizzate ed evolute, sono affidate a speciali categorie di organuli;
- il nucleo, struttura più o meno sferica racchiusa da un involucro poroso detto membrana nucleare. All'interno del nucleo si trovano il DNA nel quale sono immagazzinate tutte le informazioni necessarie per la regolazione delle attività cellulari e per la determinazione delle caratteristiche di ogni singola cellula e le proteine solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie.
Nucleo cellulare
Il nucleo, che solo nelle cellule eucariote esiste come struttura ben definita in quanto delimitata da una membrana propria, contiene il patrimonio genetico dell'organismo sotto forma di molecole di DNA. Il doppio strato della membrana separa il nucleoplasma dal citoplasma, consentendo gli scambi solo attraverso appositi pori.
Non tutte le cellule però posseggono tutti e tre gli elementi sopra descritti. In particolare, le cellule procariote sono fornite di membrana e citoplasma ma sono sprovviste di nucleo, mentre le cellule eucariote presentano tutte e tre le parti fondamentali.
Gli organismi unicellulari con le cellule procariote vengono detti Procarioti, mentre gli organismi unicellulari o pluricellulari con le cellule eucariote vengono detti Eucarioti. (Vedi paragrafo 8).
La crescita, lo sviluppo e la riproduzione sono processi svolti dalle cellule. Possiamo dire che tutti gli organismi derivano da altri organismi perché tutte le cellule derivano da altre cellule.
La divisione cellulare è alla base di tutti questi processi e, come indica la parola, consiste nella divisione di una cellula madre in due cellule figlie. Essa può avvenire con la mitosi e la meiosi. (Della mitosi e meiosi parleremo più a lungo ed in maggior dettaglio nei paragrafi 9 e 10).