tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
ציוד היקפי זה נשלט על ידי הגרעין באמצעות מנהלי התקנים (device drivers).
מנהל התקנים (דרייבר) הוא תוכנת מחשב המאפשרת למערכת ההפעלה ליצור אינטראקציה עם התקן חומרה כלשהו.
מנהל ההתקנים מספק למערכת ההפעלה מידע כיצד לשלוט על יחידת חומרה מסוימת ואיך לתקשר איתה.
לדרייבר חשיבות מכרעת עבור תוכנית יישומים.
המטרה בתכנון מנהל התקנים היא ליצור אבסטרקציה על ידי תרגום קריאות של פונקציות (function/programming calls) היוצאות ממערכת ההפעלה, לקריאות הספציפיות עבור התקן מסוים.
עקרונית, התקן אמור לעבוד באופן תקין עם מנהל ההתקנים המתאים עבורו.
בדרך כלל מהנדסים כותבים את הקוד עבור מנהלי התקנים.
הם פועלים על: כרטיסי מסך, כרטיסי קול, מדפסות, סורקים, מודמים, כרטיסי רשת, ועוד.
לדוגמה, כדי להציג למשתמש משהו על גבי המסך, תוכנית תגיש בקשה לגרעין, שבתורו יעביר את הבקשה למנהל ההתקנים של המסך, אשר באחריותו לבצע את ההצגה עצמה של התו או הפיקסל.
על הגרעין להחזיק ברשימה של כל ההתקנים הזמינים.
רשימה זו יכולה להיות ידועה מראש (למשל במערכת משובצת מחשב שבה הגרעין יכתב מחדש אם החומרה תשתנה); יכולה להיות מוגדרת על ידי המשתמש (טיפוסי למחשבים אישיים ישנים ובמערכות שלא מיועדות לשימוש אישי); או שהיא מזוהה על ידי מערכת ההפעלה בזמן ריצה – הכנס-הפעל (plug and play).
במערכת הכנס-הפעל, מנהל ההתקנים תחילה מבצע סריקה על אפיקי חומרה שונים, כגון PCI ו-USB על מנת לזהות התקנים מותקנים, ואז מחפש אחר הדרייברים המתאימים.
מכיוון שניהול התקנים הוא ייחודי ותלוי מערכת הפעלה, כל אחד מסוגי התכנון של הגרעינים מטפל במנהלי התקנים אלה באופן שונה.
אך בכל מקרה, הגרעין צריך לספק את האמצעים לביצוע קלט/פלט על מנת לאפשר למנהלי ההתקנים גישה פיזית אל ההתקנים שלהם דרך פורט מסוים או מקום כלשהו בזיכרון.
יש לקבל החלטות חשובות מאוד בזמן התכנון של מערכת לניהול התקנים, מכיוון שבחלק מהעיצובים, הגישה להתקנים יכולה להיות כרוכה בהחלפות הקשר, מה שהופך את הפעולה לכזאת שדורשת פעילות אינטנסיבית של המעבד, ובכך יכולה לגרום לירידה משמעותית בביצועי המערכת.
קריאת מערכת (system call) היא מנגנון המשמש תוכניות לצורך בקשת שירות ממערכת ההפעלה.
הן משתמשות בהוראות בשפת מכונה אשר גורמות למעבד לשנות מצב.
דוגמה לכך יכולה להיות מעבר בין המצבים supervisor mode ל-protected mode.
כאן מערכת ההפעלה מבצעת פעולות כמו גישה להתקני חומרה או ליחידת ניהול הזיכרון (MMU).
בדרך כלל מערכת ההפעלה מספקת ספרייה שיושבת בינה לבין התוכניות הרגילות.
בדרך כלל זוהי ספרייה בשפת C כמו glibc או Windows API.
הספרייה מטפלת בפרטים ברמה הנמוכה (low level) של העברת מידע אל הגרעין ומעבר למצב משגוח (supervisor mode).
קריאות מערכת נפוצות הן: close, open, read, write.
כדי לעשות פעילות מועילה כלשהי, על התהליך להיות מסוגל לגשת לשירותים שמספק הגרעין.
דבר זה ממומש באופן שונה על ידי כל גרעין, אבל רובן מספקות ספרייה – C standard library, או ממשק תכנות יישומים (API), שבתורם קוראים לפונקציות של הגרעין.
בגרעין מונוליטי (monolithic kernel) כל שירותי מערכת ההפעלה רצים ביחד עם התהליכון הראשי של הגרעין, ולכן הם גם שוכנים באותו האזור בזיכרון.
שיטה זו מאפשרת גישה עשירה ורבת עוצמה לחומרה.
חלק מהמפתחים, כמו קן תומפסון, המפתח של UNIX, טוענים כי "קל יותר לממש גרעין מונוליטי" לעומת מיקרו-גרעינים (microkernels).
החסרונות העיקריים של גרעינים מונוליטים הם התלויות שבין רכיבי המערכת – באג במנהל התקנים עלול לגרום לקריסת המערכת כולה, וכמו כן גרעינים גדולים עשויים להפוך לקשים מאוד לתחזוקה.
גרעינים מונוליטים, אשר באופן מסורתי שימשו במערכות הפעלה דמויות-יוניקס, מכילים את כל פונקציות הגרעין של מערכת ההפעלה ואת מנהלי ההתקנים (תוכניות קטנות שמאפשרות למערכת ההפעלה לתקשר עם התקני חומרה כגון כונני דיסקים, כרטיסים גרפיים ומדפסות).
זהו העיצוב המסורתי של מערכות UNIX.
גרעין מונוליטי הוא תוכנה אחת שמכילה את כל הקוד הדרוש לביצוע כל המשימות שקשורות לגרעין.
כל חלק שלא ניתן לגשת אליו על ידי רוב התוכניות ושלא ניתן להכניסו לתוך ספרייה יימצא במרחב הגרעין: מנהלי התקנים, מתזמנים, ניהול זיכרון, מערכות קבצים, מחסניות רשת, ועוד.
קריאות מערכת רבות מסופקות לתוכניות על מנת לאפשר להן גישה לכל השירותים הנ"ל.
אף על פי שתחילה גרעינים מונוליטים היו עמוסים בתתי-מערכות שאולי לא היה בהן צורך, ניתן היה לכוונן אותן לרמה בה הן פועלות באותה המהירות או אף מהר יותר מגרעין שתוכנן ספציפית עבור חומרה מסוימת.
גרעינים מונוליטים מודרניים כגון הגרעינים של לינוקס ו-FreeBSD (שתי מערכות הפעלה הנכנסות לקטגוריית מערכות הפעלה דמויות-יוניקס), כוללים את היכולת לטעון מודולים בזמן ריצה, ובכך מאפשרות הרחבה פשוטה של יכולות הגרעין בהתאם לדרישה, ועוזרות להקטין את כמות הקוד שרץ במרחב הגרעין.
מהיתרונות שנזקפים לטובת הגרעינים המונוליטים:
מכיוון שמעורבות פחות תוכניות, הגרעין גם מהיר יותר.
מכיוון שזוהי תוכנה יחידה, היא אמורה להיות קטנה יותר גם כקוד מקור וגם בצורה שעברה הידור.
בדרך כלל פחות קוד, משמע גם פחות באגים שבתורם יכולים להוות בעיות אבטחה.
מרבית העבודה בגרעין מונוליטי מבוצעת דרך קריאות מערכת.
אלו הם ממשקים הנשמרים בדרך כלל במבנה טבלאי, ואשר ניגשים לתת מערכת כלשהי בתוך הגרעין, כמו ביצוע פעולות על דיסק למשל.
בעיקרו של דבר, קריאות מתבצעות בתוך תוכניות ועותק בדוק של הבקשה מועבר דרך קריאת מערכת.
מכאן שהמסלול הוא לא ארוך בכלל.
ניתן להפוך את הגרעין המונוליטי של לינוקס לקטן במיוחד לא רק בזכות היכולת שלו לטעון דינאמית מודולים, אלא גם בגלל הקלות לבצע בו התאמות אישיות.
למעשה, קיימות כמה גרסאות קטנות דיין שיכולות להיכנס ביחד עם מספר גדול של יישומים ותוכניות אחרות לתוך נפח של כ-2MB ועדיין לספק מערכת הפעלה פונקציונלית לכל דבר (אחת ממערכות ההפעלה הפופולריות מהסוג היא OpenWRT, הפצה פופולרית לנתבים).
היכולת הזאת למזעור של הגרעין שלה, הובילה גם לצמיחה המהירה בשימוש בלינוקס במערכות משובצות מחשב (מעגלים ממוחשבים המובנים לתוך מוצרים אחרים).
גרעינים מהסוג הזה מורכבים מהפונקציות הבסיסיות של מערכת ההפעלה וממנהלי התקנים עם היכולת לטעון מודולים בזמן ריצה.
הם מספקים הפשטות עשירות ורבות עוצמה של החומרה שמתחת.
כמו כן הגרעינים מספקים סט קטן של הפשטות פשוטות ומשתמשים באפליקציות שנקראות שרתים (servers) על מנת לספק עוד פונקציונליות.
גישה זו מגדירה ממשק וירטואלי גבוה (high-level) מעל החומרה, ביחד עם קבוצה של קריאות מערכת שמממשות שירותי מערכת הפעלה כגון ניהול תהליכים, מקביליות וניהול זיכרון, אשר מתבצעים במצב משגוח (supervisor mode).
בעיצוב זה ישנם כמה פגמים ומגבלות:
תכנות במרחב הגרעין הוא קשה מאחר שלא ניתן להשתמש בספריות המקובלות (כמו libc על כל שירותיה).
ניפוי שגיאות הוא קשה אף יותר (קשה להשתמש במנפה שגיאות ברמת הקוד כמו GDB).
אתחול של המחשב נדרש לעיתים קרובות.
זוהי איננה רק בעיית נוחיות עבור המפתחים.
ניפוי השגיאות קשה יותר, וככל שהקשיים נעשים רציניים יותר, כך גם עולה הסבירות שהקוד יכיל יותר באגים.
לבאגים בחלק מסוים בגרעין יכולים להיות תופעות לוואי חמורות.
מאחר שלכל פונקציה בגרעין יש את כל ההרשאות, באג בפונקציה כלשהי יכול לפגוע במבנה נתונים בחלק אחר ובכלל לא קשור של הגרעין, או בכל תוכנית אחרת שרצה.
לעיתים קרובות גרעינים הופכים לענקים וקשים מאוד לתחזוקה.
אפילו אם קיימת חלוקה למודולים נפרדים, האינטגרציה של הקוד יכולה להיות קשה לביצוע.
מכיוון שהמודולים רצים באותו מרחב כתובות, באג באחד מהם עלול להפיל את המערכת כולה.
עוד חיסרון של גרעינים מונוליטים הוא בכך שהם לא יבילים.
כלומר יש לשכתב אותם עבור כל ארכיטקטורה שמערכת ההפעלה תפעל עליה.
מיקרו-גרעין (microkernel, µK) הוא מונח המתאר גישה לתכנון מערכות הפעלה, בה הפונקציונליות של המערכת מועברת החוצה מה"גרעין" המסורתי, אל קבוצה של "שרתים" אשר מתקשרים דרך גרעין "מינימלי", ובכך משאירה כמה שניתן פחות ב"מרחב המערכת" וכמה שיותר ב"מרחב המשתמש".
מיקרו-גרעין אשר מתוכנן עבור פלטפורמה או מכשיר ספציפי, תמיד יכיל אך ורק את הדרוש לה על מנת לפעול.
תפישת המיקרו-גרעין כוללת הגדרה של אבסטרקציה פשוטה של החומרה, ביחד עם קבוצה של פרימיטיבים או קריאות מערכת כדי לממש שירותי מערכת הפעלה מינימליים כגון ניהול זיכרון, ריבוי משימות ותקשורת בין תהליכים.
שירותים אחרים, כולל אלו שבדרך כלל מסופקים על ידי הגרעין, כמו רישות (networking), ממומשים בתוכניות שרצות במרחב המשתמש, המכונות שרתים.
מיקרו-גרעינים הם פשוטים יותר לתחזוקה לעומת גרעינים מונוליטים, אבל המספר הגדול של קריאות מערכת והחלפות הקשר עלול להאט את המערכת מכיוון שהן בדרך כלל דורשות יותר משאבים לעומת קריאות פשוטות של פונקציות.
רק החלקים שבאמת חייבים לעבוד במצב עם הרשאות מלאות (privileged mode) נמצאים במרחב הגרעין: תקשורת בין תהליכים (IPC), המתזמן הבסיסי או פרימיטיבים של תזמון, ניהול זיכרון בסיסי, פרימיטיבים בסיסיים לקלט/פלט.
במקרה זה חלקים קריטיים רבים רצים במרחב המשתמש: המתזמן המלא, ניהול זיכרון, מערכות קבצים ומחסניות רשת.
מיקרו-גרעינים הומצאו בתגובה לעיצוב ה"מונוליטי" של גרעינים, שבו כל הפונקציונליות של המערכת הוכנסה לתוך תוכנה סטטית אחת, אשר רצה במצב "מערכת" מיוחד של המעבד.
במיקרו-גרעין מתבצעות רק המשימות הבסיסיות ביותר, כמו היכולת לגשת לחלק מרכיבי החומרה (לא בהכרח אל כולם), ניהול זיכרון, וניהול העברת מסרים בין תהליכים.
בדרך כלל התחזוקה פשוטה יותר.
ניתן לבחון תיקונים חדשים ביחידה נפרדת, ולאחר מכן להכניס אותם במקום יחידה קודמת במערכת שכבר נמצאת בייצור (production).
במערכות הפעלה רבות יש קוד גרעין מודולרי שאפשר להוריד ולטעון ללא צורך באתחול הגרעין.
עמידות גבוהה יותר בתקלות (שרידות; persistence).
ניתן להריץ יותר מיחידה אחת ובמקביל, ואם אחת משתבשת, להפעיל את השנייה.
מרבית המיקרו-גרעינים משתמשים במערכת מסוג כלשהו להעברת מסרים על מנת לטפל בהעברת בקשות משרת אחד לשני.
מערכת העברת המסרים בדרך כלל עובדת על בסיס פורטים עם המיקרו-גרעין.
לדוגמה, אם נשלחת בקשה לעוד זיכרון, נפתח פורט עם המיקרו-גרעין והבקשה נשלחת דרכו.
לאחר שהבקשה הגיעה למיקרו-גרעין, הצעדים הם זהים לקריאות מערכת.
ההיגיון שעמד מאחורי תכנון כזה, היה בכך שהוא ייצור מודולריות בארכיטקטורת המערכת, אשר תוביל למערכת נקייה יותר, קלה יותר לניפוי שגיאות או לשינוי דינאמי, ניתנת להתאמה אישית לפי צורכי המשתמשים, ובעלת ביצועים טובים יותר.
אף על פי שמיקרו-גרעינים הם קטנים מאוד בפני עצמם, בשילוב עם כל קוד העזר עבורם, לעיתים קרובות הם הופכים להיות גדולים יותר מגרעינים מונוליטים.
התומכים בגרעינים מונוליטים מציינים גם שהמבנה הדו-שכבתי של מערכות מיקרו-גרעין, שבו מרבית ממערכת ההפעלה לא מתקשרת באופן ישיר עם החומרה, מביא לירידה ביעילות המערכת.
גרעינים מסוג זה מספקים רק את השירותים המינימליים כגון הגדרת מרחבי כתובות, תקשורת בין תהליכים, וניהול תהליכים.
משימות אחרות כמו הרצת התהליכים של החומרה, לא מטופלות באופן ישיר על ידי מיקרו-גרעינים.
התומכים של מיקרו-גרעינים מציינים כי החיסרון הקיים בגרעינים מונוליטים הוא ששגיאה בגרעין עלולה לגרום למערכת כולה לקרוס.
לעומת זאת במיקרו-גרעין, אם אחד מתהליכי הגרעין מתרסק, עדיין אפשרי למנוע את קריסת המערכת כולה, פשוט על ידי הפעלה מחדש של השירות שגרם לשגיאה.
החשיבות של היתרון הזה מוטלת בספק, מפני שמערכות הפעלה עם גרעינים מונוליטים, כמו לינוקס, הפכו ליציבים ביותר ויכולים לרוץ במשך שנים מבלי לקרוס.
שירותים אחרים המסופקים על ידי הגרעין, כמו עבודה ברשת (networking), ממומשים בתוכניות למרחב המשתמש, המכונות שרתים (servers).
השרתים מאפשרים לשנות את מערכת ההפעלה פשוט על ידי הפעלה ועצירה של תוכניות.
לדוגמה, מכונה אשר אינה תומכת בעבודה ברשת, לא מפעילה את שרת ה-networking.
מיקרו-גרעינים בדרך כלל מציגים ביצועים נחותים ביחס לעיצובים המסורתיים בגלל התקורה של המעברים אל ומחוץ לגרעין על מנת להעביר נתונים בין התוכניות והשרתים השונים.
בעיה זו טופלה בגרסאות חדשות יותר של הגרעין.
עם זאת קיימים חסרונות נוספים במיקרו-גרעינים:
נדרשות יותר תוכנות להתממשקות, מה שיכול להוביל לירידה בביצועים.
באגים בהעברת מסרים יכולים להיות קשים יותר לתיקון בגלל המסלול הארוך יותר שעל המסרים לעבור לעומת המצב של עותק יחיד בגרעין מונוליטי.
ניהול תהליכים עשוי להיות מאוד מסובך.
מיקרו-גרעין מאפשר לממש את יתר מערכת ההפעלה כתוכנית יישומים רגילה, הנכתבת בשפה עילית.
כמו כן ניתן להריץ מערכות הפעלה שונות על גבי אותו הגרעין שאיננו משתנה.
ניתן להחליף דינאמית בין מערכות הפעלה ושתהיה יותר ממערכת אחת פעילה בו זמנית.
הגישה של מיקרו-גרעינים הייתה נפוצה מאוד בחוגי האקדמיה בשנות השמונים והתשעים של המאה העשרים, בשנים שבהן תוכננו רבות ממערכות ההפעלה שמשתמשים בהן היום.
כתוצאה מכך הן מערכת ההפעלה Windows NT (שממנה נוצרו כל הגרסאות השולחניות המודרניות של מערכת חלונות) והן מערכת Mac OS X שנמצאת במחשבי מקינטוש מודרניים, תוכננו במקור כמערכות מיקרו-גרעין.
אולם בהמשך נזנחה הגישה הזו ובשתי המערכות הללו יש בפועל גרעין היברידי, שמשלב את שתי הגישות.
דוגמאות למערכות הפעלה שבנויות מעל מיקרו-גרעין:
QNX – משמשת בעיקר במערכות מבוזרות, אך גם בכמה טלפוני בלקברי.
HURD – הייתה אמורה להיות מערכת ההפעלה של פרויקט גנו.
בפועל ירשה גנו/לינוקס את מקומה.
המערכת עדיין בפיתוח אולם אין לה כמעט שימוש.
במערכת HURD משתמשים במיקרו-גרעין Mach שמספק רק מיפוי כתובות והעברת הודעות.
גרעין היברידי דומה למיקרו-גרעין, אך מכיל קוד נוסף ברמת הגרעין על מנת לשפר את ביצועיו.
הרעיון הוצע כפשרה בין שתי הגישות כך שתאפשר למפתחים "ליהנות משני העולמות" וליישם את היתרונות העיקריים שבשימוש בגרעין מונוליטי ובמיקרו-גרעין כאחד.
רעיון הגרעין ההיברידי הוא הרחבה של רעיון המיקרו-גרעין עם מספר תכונות שנלקחו מהגרעין המונוליטי.
עם זאת בניגוד לגרעינים מונוליטיים, גרעינים היברידיים לא מסוגלים לטעון מודולים בזמן ריצה כשלעצמם.
המשמעות היא ששירותים מסוימים, כמו מערכת הקבצים או מחסניות הרשת "ירדו" לרמת הגרעין על מנת להקטין את תקורת הביצועים בדומה למה שקורה בגרעין מונוליטי, אך מרבית השירותים (כמו מנהלי ההתקנים) רצים ב"שרתים" נפרדים ש"מדברים" עם הגרעין, בדומה למה שקורה במיקרו-גרעין.
בין היתרונות של גרעינים היברידיים:
זמן פיתוח מהיר של מנהלי התקן היכולים לפעול מתוך מודולי הליבה.
על מנת לבדוק אותם אין צורך להפעיל מחדש את הליבה (בהנחה שהיא עדיין במצב יציב)
אין צורך להדר מחדש את קוד הליבה על מנת להטמיע מנהלי התקן חדשים או תת-מערכות
ניתן לשלב טכנולוגיות צד שלישי בצורה מהירה יותר.
נודע גם כ"ליבה" של מערכת ההפעלה.
לדוגמה, בעבר, מיקרוסופט תרגמה מאנגלית את המינוח "kernel memory" באמצעות המינוח "זיכרון ליבה" בלשונית הביצועים של מנהל המשימות של מערכות ההפעלה Windows XP ו-Windows 7.
השימוש במינוח "גרעין" נפוץ בקורסי מערכות הפעלה במחלקות מדעי המחשב באוניברסיטאות, שבהם המינוח "ליבה" שמור בדרך כלל לליבה של מעבד.
בנוסף למינוחים "גרעין" ו"ליבה", יש המשתמשים בתעתיק מאנגלית: "קֶרְנֶל".
גרעין התא הוא אברון הנמצא בתאים האאוקריוטים.
הגרעין מכיל את רובו של החומר התורשתי בתא, המאורגן במולקולת הסליל הכפול של ה-DNA.
ה-DNA "מלופף" סביב חלבונים כדוריים הנקראים היסטונים היוצרים מבנה הנקרא כרומוזומים.
כרומוזומים אלו מצויים בגרעין התא וכלל הגנים המצויים בכרומוזומים אלה מהווים את הגנום.
תפקידיו של הגרעין כוללים שמירה על שלמותם של הגנים המצויים בו וכן בקרה על ביטוי גנים אלו בכל תא ותא.
המבנים העיקריים היוצרים את גרעין התא הם מעטפת הגרעין בעלת שני הקרומים, העוטפת את כל האברון ומפרידה את תכולת הגרעין מן הציטופלזמה, והלמינה הגרעינית, רשת סיבית בתוך הגרעין המעניקה לו תמיכה מכנית, כפי ששלד התא תומך במבנה התא כולו.
מכיוון שמעטפת הגרעין היא בלתי חדירה עבור רוב המולקולות, קיימת מערכת של נקבוביות המשובצת ברחבי המעטפת, הדרושה על מנת לאפשר למולקולות אלה תנועה אל ומהגרעין, דרך המעטפת.
נקבוביות אלו חוצות את שני הקרומים ובכך מאפשרות מעבר חופשי ליונים ומולקולות קטנות.
תנועתן של מולקולות גדולות, כגון חלבונים וחומצות גרעין, מבוקרת בקפידה מרובה ודרוש מעבר פעיל (קרי: תוך השקעת אנרגיה בתהליך) המווסת על ידי נשאים, על מנת להעביר מולקולות אלו דרך המעטפת.
התנועה דרך מעטפת הגרעין היא הכרחית לתפקוד התקין של התא, שכן התנועה דרך נקבוביות הגרעין דרושה לתהליכי ביטוי הגנים וכן לצורך תחזוקה כרומוזומלית.
אף על פי שתוכו של גרעין התא לא מכיל קרומים המפרידים אותו לתתי-מחלקות, תכולתו עדיין אינה אחידה וקיימים מספר גופים ומבנים תוך-גרעינים המורכבים מחלבונים ייחודיים, גדילי RNA וחלקים מסוימים של הכרומוזומים.
המבנה הידוע ביותר הוא הגרעינון, המעורב בעיקר בהרכבת הריבוזומים.
לאחר הרכבתם בגרעינון, הריבוזומים מיוצאים אל הציטופלזמה, שם הם משתתפים בתהליך התרגום.
הגרעין הוא האברון הראשון שהתגלה, כנראה מכיוון שהוא גדול בממדיו וכהה יותר ביחס לשאר אברוני התא, שתי תכונות המהוות יתרון בעת צפייה מבעד למיקרוסקופ אור.
הראשון שצפה בגרעין התא היה סוחר הבדים ומלטש העדשות החובב אנטוני ואן לוונהוק, ששכלל את המצאת המיקרוסקופ ובאמצעותו התבונן בסוגי תאים שונים.
ב-1719, בעת התבוננות בתאי דם אדומים של דג הסלמון, הבחין ואן לוונהוק בחלל עטוף קרום ויצר רישום של תצפיתו.
את מכלול מחקריו, הכוללים את איוריו ורישומיו מתצפיותיו, שלח ואן לוונהוק במהלך השנים אל החברה המלכותית של לונדון.
הבוטנאי הסקוטי רוברט בראון היה הראשון לכנות את הגרעין בשם, בעת שחקר צמחי סחלב תחת עדשת מיקרוסקופ אור.
בתוך האפידרמיס (השכבה החיצונית) של הסחלב הבחין בראון באזור עגלגל שהיה כהה יותר משאר חלקי התא.
בראון כינה אזור זה בשם "גרעין" (nucleus), אך לא הציע כל תפקיד אפשרי לאזור זה בתא.
בבדיקות נוספות גילה בראון גרעינים גם בתאים של צמחים אחרים.
בראון הציג את ממצאיו ב-1831 במהלך הרצאה באגודה הלינאית של לונדון.
ניסוח תאוריית התא מיוחס לבוטנאי מתאוס שליידן ולזואולוג תיאודור שוואן.
שליידן היה הראשון שייחס חשיבות לגרעין ולציטופלזמה.
הוא מצא גרעינים בכל סוגי תאי הצמחים שבדק תחת המיקרוסקופ, לפחות בשלבים הראשונים להיווצרם.
דבר זה הביא אותו למסקנה כי תאים "נוצרים" מהגרעין, מסקנה שנמצאה מאוחר יותר שגויה.
פעם אחת, כאשר סעד שליידן בחברת שוואן ב-1837, נדדה השיחה לתיאור הגרעינים בתאי הצמחים בהם צפה שליידן ועל תאי בעלי חיים.
שליידן חלק את דעתו עם שוואן על חשיבותו של הגרעין כגופיף פעיל בתאי הצמחים.
שוואן זכר כי ראה מבנים דומים לאלו שתוארו על ידי שליידן בתאי בעלי חיים שונים.
שוואן הבין מיד את החשיבות שבחיבור בין שתי התופעות שנצפו, המוביל לרעיון כי תאים של בעלי חיים וצמחים נוצרים באותה דרך, ושבכל תא יש גרעין, ולו תפקיד ייחודי בתא.
כדי למצוא עדויות לתאוריה בדק שוואן תאים של בעלי חיים רבים, כגון תאים מצפרדעים ודגים, והדמיון בין שני סוגי התאים אושש מיד.
שוואן פרסם את ממצאיו יחד עם שליידן ובו הכתיבו כי החלק העיקרי של התא איננו דופן או קרום התא, אלא תוכנו ובו הגרעין והציטופלזמה.
ב-1838 ניסחו שליידן ושוואן את תאוריית התא, הקובעת כי:
מאוחר יותר, ב-1858, ניסח רודולף וירכאו על פי תאוריה זו את המשפט הידוע:
בשנות השלושים ביצע החוקר הגרמני יואכים המרלינג סדרה של ניסויים שמטרתם הייתה לבדוק מהו תפקידו של הגרעין בתא.
החומר החי בניסויים אלו היה מספר מינים של אצה הנקראת אצטבולריה.
אצה זו ייחודית בכך שכל גוף האצה בנוי מתא בודד (כלומר זהו יצור חד-תאי), אף על פי שאורך גוף האצה יכול להגיע לכדי 5 ס"מ ולכן ניתן לצפות באצה זו ולהבחין בשינויים המורפולוגיים שחלים בה גם בעין בלתי מזוינת.
אצת האצטבולריה מורכבת משלושה חלקים עיקריים: "כובע" האצה, גבעול ובסיס האצה, בו נמצא גרעין התא.
מאפיין נוסף המייחד את אצת האצטבולריה הוא יכולתה לגדל מחדש את הגבעול והכובע שלה לאחר שאלו מוסרים.
למיני האצטבולריה השונים ישנם כובעים שונים.
האמרלינג השתמש בניסוייו בשני מינים של האצטבולריה: בניסוי הראשון היה כובע האצה חלק (שמו המדעי של מין זה הוא Acetabularia Meditarranea), ובניסוי השני היה כובע האצה בעל אונות, בצורה הדומה לשושנת ים (שמו המדעי של מין זה הוא Acetabularia Crenulata).
בניסוי הראשון הפריד האמרלינג בין שלושת חלקי התא של האצטבולריה של פרט ממין א' ושל פרט ממין ב'.
לאחר מכן, השתיל האמרלינג את הגרעין של הפרט ממין א' בבסיס האצה ממין ב' ולהפך.
לאחר זמן מה, גידל הפרט שגרעינו ממין א' ובסיסו ממין ב' כובע חלק, הזהה בצורתו לזה של מין א' והפרט שגרעינו ממין ב' ובסיסו ממין א' גידל כובע עם אונות, הזהה בצורתו לזה של מין ב'.
+ תוצאות הניסוי של האמרלינג: מקור הגרעין מקור הריזואיד צורת הכובע מין א'מין ב'מין א' מין ב'מין א'מין ב'
בניסוי השני, הוציא האמרלינג גרעין של אצה ממין א', ולאחר שהפריד גבעול של אצה ממין ב' משאר חלקיה, השתיל את הגרעין של האצה ממין א' בגבעול של אצה ממין ב'.
לאחר זמן מה, הגבעול הצמיח בסיס וכובע הזהים בצורתם לאלו של מין א'.
לאור תוצאות מחקריו שהראו כי הכובעים התפתחו בהתאם למין ממנו נלקח הגרעין, הסיק האמרלינג כי מידע מסוים הנמצא בגרעין הוא האחראי לצורת הכובע.
בשנות החמישים ערך החוקר היהודי-אמריקאי דניאל מאזיה ניסויים באמבה, יצור חד-תאי חסר צורה ברורה הנראה בבירור תחת עדשת מיקרוסקופ אור.
מאזיה חתך את תאי האמבה לשני חלקים, כך שבחלק אחד הייתה ציטופלזמה ואת גרעין התא ובשני ציטופלזמה ללא גרעין.
מאזיה הפריד את החלקים וגידל אותם בתנאים שווים בתוך כלים המכילים תמיסות מזון בכמויות שוות.
לאחר זמן מה התברר למאזיה כי רק חלקי האמבה המכילים את הגרעין המשיכו לחיות, לגדול, להתפתח ולהתרבות, בעוד שהחלקים חסרי הגרעין התנוונו ומתו תוך פרק זמן קצר.
תוצאות ניסוי זה הובילו למסקנה כי גרעין התא חיוני לקיומו, תפקודו והתרבותו של התא.
תוצאות מחקרים אלה ומחקרים נוספים, כמו גם גילויים מחדש של חוקי מנדל בתחילת המאה ה-20, הביאו את הקהילה המדעית להסכמה כי המידע התורשתי מצוי ב-DNA שבתוך גרעין התא ביצורים איקריוטיים וכי הוא משמש כאתר למספר תהליכים מכריעים שבסופם מתורגם מידע זה לחלבונים, אבני הבניין הבסיסיות של החיים.
גלריית תמונות האישים המוזכרים בערך:
הגרעין הוא האברון הגדול ביותר בתא האיקריוטי והוא תחום במעטפת המורכבת משני קרומים, המפרידה בינו לבין הציטופלזמה.
בתאי יונקים, הקוטר הממוצע של הגרעין הוא בערך 6 מיקרון (μm) והוא תופס כ-10% מנפחו הכולל של התא.
בתוך הגרעין מצוי נוזל סמיך המכונה "נוזל הגרעין" או "נוקליאופלזמה".
נוזל הגרעין דומה בהרכבו לציטוזול המצוי מחוץ לגרעין.
בפלזמה נמצאים הכרומוזומים, שהם מולקולות DNA וחלבונים הקשורים אליהם.
בגרעין ישנו גם צביר מרוכז של חומר הקרוי גרעינון; שם מיוצרות תת-יחידות ריבוזומאליות, שהן RNA וחלבונים, ומהן מורכבים הריבוזומים.
קרום הגרעין מכיל נקבים חלבוניים הנקראים נקבוביות ומאפשרים מעבר בררני ביותר של חומרים מהציטופלזמה לפלזמת הגרעין ולהפך.
המולקולות החשובות ביותר שעוברות מהגרעין אל החוץ הן מולקולות ה-RNA, המשועתקות מה-DNA שבגרעין ואז נודדות אל ציטופלזמת התא, אל הריבוזומים, בהם משמש המידע המקודד ב-RNA לייצור חלבונים.
מעטפת הגרעין, המכונה גם ממברנת או קרום הגרעין, מורכבת משני קרומים – קרום חיצוני וקרום פנימי, הממוקמים האחד במקביל לשני ומופרדים בכ-10 עד 50 ננומטרים האחד מהשני.
מעטפת הגרעין מקיפה את הגרעין במלואו, מפרידה בין המידע הגנטי של התא מהציטופלזמה הסובבת אותו ומשמשת חוצץ למניעת מעבר בדיפוזיה של מקרומולקולות בחופשיות ואקראיות בין נוזל הגרעין לציטופלזמה.
קרום הגרעין החיצוני הוא המשכו של קרום הרשת האנדופלזמתית המחוספסת ובדומה לה, הוא משובץ בריבוזומים.
החלל שבין שני הקרומים נקרא חלל מעטפת הגרעין (Perinuclear Space) והוא המשכו של החלל של הרשת האנדופלזמתית המחוספסת.
מעטפת הגרעין מכילה נקבים חלבוניים הנקראים נקבוביות ומאפשרים מעבר בררני ביותר של חומרים מהציטופלזמה לפלזמת הגרעין ולהפך.
הנקבוביות שבמעטפת הגרעין, המספקות תעלות מעבר למקרומולקולות מהגרעין ולגרעין, מורכבות מחלבונים רבים.
משקל הנקבוביות הוא בערך 125 מגה דלטון והן מורכבות מעשרות חלבונים – בין 50 (בשמרים) ל-100 (בירקות) ).
קוטרן של הנקבוביות הוא כ-100 ננומטרים.
לעומת זאת, המרווח דרכו עוברות המולקולות בדיפוזיה באופן חופשי על גבי המעטפת הוא רק 9 ננומטר ברוחבו, בזכות נוכחותה של מערכת וויסות בתוך מרכז הנקבובית.
גודל זה מאפשר את מעברן החופשי של מולקולות קטנות המומסות במים ובה בעת למנוע את מעברן החופשי של מולקולות גדולות כחומצות גרעין או חלבונים גדולים, שמעברן מהגרעין עלול לפגום בתפקוד הגרעין וכמו כן גם למנוע כניסה לא רצויה של מקרומולקולות אחרות העלולות לשבש את תפקודו של הגרעין.
במקום זאת, מקרומולקולות אלו חייבות לעבור באופן אקטיבי אל ומהגרעין, משמע, תוך כדי השקעת אנרגיה.
גרעין טיפוסי של יונק יכול להכיל בין 3,000 ל-4,000 נקבוביות הפרוסות על גבי המעטפת, כאשר כל אחת מהן בנויה כמבנה טבעתי במקום בו שני הקרומים המרכיבים את מעטפת הגרעין מחוברים זה לזה.
למבנה הטבעתי מחובר מבנה חרוטי המגיע אל תוך נוזל הגרעין מהצד הפנימי וסדרה של סלילים מוארכים הנמצאים בתוך הציטופלזמה מהצד החיצוני.
שני מבנים אלו משמשים כמתווכים להגבלת מעבר חלבונים אל ולגרעין.
רוב החלבונים, תתי מערכות של הריבוזומים וחלק מן ה-RNA, מועברים דרך קומפלקסי הנקבוביות הללו בתהליך המתווך על ידי משפחה של פקטורי העברה הנקראת קריופרין.
קריופרינים אלו המתווכים את התנועה אל תוך הגרעין נקראים גם אימפורטינים (מהמילה Import שפירושה: לייבא), בעוד שאלו המתווכים תנועה אל מחוץ לגרעין נקראים אקספורטינים (מהמילה Export שמשמעותה היא לייצא).
רוב הקריופרינים נמצאים במגע ישיר עם ה"מטען" שהם מייבאים או מייצאים, אף על פי שחלקם משתמשים במתאמים חלבוניים.
הורמונים סטרואידים כגון קורטיזול ואלדוסטרון, כמו גם מולקולות קטנות אחרות המומסות בליפידים והקשורות באיתות התוך תאי, יכולות לעבור בדיפוזיה דרך קרום התא ולתוך הציטופלזמה.
בציטופלזמה מולקולות אלו מתקשרות עם קולטנים חלבוניים ייחודיים המועברים לתוך הגרעין.
שם קולטנים אלו משמשים כגורמי שעתוק כאשר הם מתחברים אל הליגנד שלהם.
בתאי בעלי חיים, ישנם שני מערכי מבנים סיביים המעניקים לגרעין תמיכה מכנית.
הלמינה הגרעינית יוצרת מערך מורכב ומאורגן של רשת סיבית בצדה הפנימי של מעטפת הגרעין, בעוד שתמיכה פחות מאורגנת קיימת בצידה החיצוני של המעטפת.
שתי מערכות אלו מספקות תמיכה מבנית למעטפת הגרעין ומאפשרות חלל בו יכולים להתקיים הכרומוזומים והנקבוביות.
הלמינה הגרעינית מורכבת בעיקר מקבוצת חלבוני הלמין.
כמו כל שאר החלבונים, חלבוני הלמין נבנים בציטופלזמה ומועברים מאוחר יותר אל תוך הגרעין, שם הם מתאספים לפני שהם משולבים במערכת הרשתות הקיימת של הלמינה הגרעינית.
למינים מצויים גם בנוזל הגרעין, שם הם יוצרים מבנה קבוע אחר, הנקרא "מעטה נוזל הגרעין" (nucleoplasmic veil), בו ניתן לצפות על ידי מיקרוסקופ המשתמש בפלואורסצנציה.
תפקידו של המעטה איננו ברור, אף על פי שהוא מבודד מהגרעינון והוא מוצג במהלך האינטרפאזה.
מבני הלמין היוצרים את המעטה קושרים כרומטין ומשבשים את המבנה שלהם ובכך מדכאים את התעתוק של גנים המקודדים לחלבונים.
חלבון הלמין הוא מונומר בעל סליל אלפא הגורם לשני למינים להתפתל זה סביב זה, כך שהם יוצרים דימר.
לאחר מכן, שני דימרים שכאלה מחוברים יחד זה לצד זה במבנה לא מקביל ויוצרים טטראמר.
שמונה טטראמרים שכאלה יוצרים סיב חלבוני דק.
סיבים אלה ניתן להרכיב ולפרק לפי הצורך, כלומר – אורכה הכולל של הרשת החלבונית, היא הלמינה הגרעינית, תלוי במספר היחידות החלבוניות המתווספות או מוסרות מהסיבים.
מוטציות בגן המקודד לחלבון הלמין המובילות לפגמים בהרכבת הסיב החלבוני, נקראות "למינופתיות".
המחלה המוכרת ביותר הנגרמת ממוטציות היא הפרוגריה, הגורמת להזדקנות בטרם עת.
עד כה, המנגנון המדויק הגורם לשינויים הביוכימיים הגורמים לפנוטיפ ההזדקנות בגיל צעיר איננו מובן במלואו.
גרעין התא מכיל את מרבית המידע הגנטי בתצורת מולקולת ה-DNA בעלת מבנה הסליל הכפול, ה"מלופפת" סביב כדורונים חלבונים הנקראים היסטונים לכדי מבנים הנקראים כרומוזומים.
במהלך רוב מחזור התא מולקולות ה-DNA מאורגנות בקומפלקס הנקרא כרומטין ורק בזמן חלוקת התא (שלב ה-M) מתארגן לצורה המסודרת יותר של הכרומוזום, כפי שהיא נראית בקריוטיפים.
חלק קטן מן המידע התורשתי בתא מצוי גם במיטוכונדריה.
ישנן שתי צורות של כרומטין.
האאוכרומטין מכיל DNA בצורה יחסית לא צפופה ולכן הגנים הארוזים בו יכולים להתבטא על ידי התא.
ההטרוכרומטין הוא גופיף בו ה-DNA ארוז בצורה צפופה מאוד, ולפיכך הגנים הארוזים בו מבוטאים רק לעיתים רחוקות.
ההטרוכרומטין לאחר מכן ממוינים להטרוכרומטינים פקולטטיביים, המכילים גנים המוכנסים להטרוכרומטין רק בסוגי תאים מסוימים או רק בשלבים התפתחותיים מסוימים, ולהטרוכרומטינים קונסטיטוטיביים המכילים מבנים כרומוזומליים כגון טלומרים וצנטרומרים.
במהלך האינטרפאזה, הכרומטינים מתארגנים ונארזים לגופיפים אינדיבידואליים מובחנים, הם הכרומוזומים, בטריטוריות הכרומוזומליות שלהם.
נוגדנים למספר צורות של גופים כרומטינים, ובמיוחד נוקלאוזומים, כנראה קשורים למספר מחלות אוטו-אימוניות, כגון זאבת אדמנתית מערכתית.
נוגדנים אלו ידועים בשם "נוגדנים אנטי גרעיניים" ("Anti-nuclear antibody" או ANA בקיצור) ונצפו גם בחולי טרשת נפוצה כחלק מאי-התפקוד הכללי של מערכת החיסון.
כמו במקרה של פרוגריה, תפקידם של הנוגדנים בהגברת הסיפטומים של המחלות האוטו-אימוניות אינו ברור עדיין.
הגרעינון הוא אברון משני (או "תת-אברון") המצוי בתוך גרעין התא של רוב התאים האאוקריוטים.
הגרעינון הוא מבנה עגלגל, כהה ודחוס המופרד בבירור משאר תכולת הגרעין.
תפקידו העיקרי של הגרעינון הוא ייצור הריבוזומים.
הגרעינון מורכב מכמה קומפלקסים של חלבונים והוא שוכן בצמוד לכרומוזומים, באזור שבו ה-DNA מכיל גנים המקודדים ל-rRNA.
באזור זה, המכונה NOR (ראשי תיבות באנגלית של Nucleolar Organizer Region, "אזור ארגון הגרעינון"), שוכנים רוב הגנים המקודדים ל-rRNA.
הגרעינון אינו מוקף בממברנה כלשהי, והוא חשוף לנוקלאופלזמה (הנוזל הממלא את גרעין התא).
בתאי האדם, למשל, מפוזרים הגנים ל-rRNA על גבי חמישה כרומוזומים, וגרעינון נפרד נבנה בצמוד לכל אחד מהם.
בגרעינון מתבצע עיבוד ה-pre-rRNA, התעתיק הראשוני של ה-rRNA.
הלה נחתך לגדילים המתאימים ליחידות הריבוזום, וכן מתבצע בו שינוי כימי של מספר נוקלאוטידים.
את מרבית השינויים בגרעינון מבצעת חומצת גרעין הקרויה sno-RNA, ("RNA גרעינוני קטן").
אל הגרעינון מגיעים חלבונים המהווים חלק מהריבוזום, ושם הם מוצמדים ל-rRNA.
מלבד הגרעינון, הגרעין מכיל מספר גופיפים חסרי מעטפות אחרים.
אלו כוללים את גופיפי קחאל, אזורי ה-PIKA, גופי ה-PML ואחרים.
על אף שתפקידיהם הברורים של חלק מגופים אלו אינם ידועים לנו עד כה, הם מראים כי נוזל הגרעין איננו תערובת אחידה, אלא מכילה תתי אזורים תפקודיים רבים.
גרעין תא נורמטיבי מכיל בדרך כלל בין 1 ל-10 יחידות דחוסות הקרויות גופי קחאל (על שם סנטיאגו רמון אי קחאל), שקוטרם הוא בין 0.2 ל-2 מיקרומטר, כאשר ישנה תלות בסוג התא ומין בעל החיים.
כאשר הם נצפים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, הם נראים דומים בצורתם לכדורים קטנים וגופים אלה מהווים מוקדי תפוצה עבור החלבון קוילין.
גופי קחאל מעורבים בכמה תפקידים הקשורים לעיבוד ה-RNA, ובמיוחד של הבשלת ה-snoRNA וה-snRNA, כמו גם הגהה של ה-mRNA.
תפקידיו העיקריים של גרעין התא הם בקרה על ביטוי הגנים והענקת מצע מבודד משאר התא, בו יכולים להתבצע תהליכי שכפול ה-DNA, השעתוק ותהליכי השחבור.
ההפרדה שנוצרת על ידי גרעין התא בין מקום התרחשות תהליכים אלו לבין מקום התרחשות תהליך התרגום מאפשרת יצירת שלבים רבים יותר להגבלת התבטאות הגנים, שלבים שאינם קיימים ביצורים פרוקריוטים חסרי הגרעין.
מעטפת הגרעין מאפשרת לגרעין לפקח ולברור את תכולתו, וכן מפרידה את תכולת הגרעין מן הציטופלזמה.
יכולת זו חשובה לבקרת התהליכים המתרחשים בכל צד של מעטפת הגרעין.
במקרים מסוימים, כאשר תהליך ציטופלזמי מסוים צריך להיות מוגבל או להיפסק, מורחק משתתף מרכזי בתהליך, כגון מגיב, מן הציטופלזמה לגרעין, שם הוא מתקשר לגורמי התעתוק לדיכוי יצירתו של אנזים מסוים הדרוש להמשך התגובה.
התבטאות הגנים מתחילה את דרכה בתהליך השעתוק, בו נבנית מולקולת RNA על גבי גדיל של DNA באמצעות זיווג בסיסים.
במקרה של גנים המבטאים לחלבונים, תוצר תהליך זה הוא mRNA, המועבר לריבוזומים שבציטופלזמה, שם הוא עובר תהליך נוסף הנקרא תרגום, בו נבנה חלבון על פי הקודונים שב-mRNA.
מאחר שהגרעין מהווה אתר בו מתבצע השעתוק, מצויים בו חלבונים רבים הדרושים לתהליך זה או להגבלתו.
חלבונים אלה כוללים את האנזים אליקאז האחראי לרופף ולהתיר את הקשרים בין הנוקליאוטידים של שני גדילי ה-DNA, על מנת שהאנזים RNA פולימראז יוכל לבנות על גבי כל אחד מהגדילים מולקולת RNA.
כמו כן מצויים גם הטופואיזומראז המרופף את הקשרים בין הגדילים של ה-DNA וכן מספר גדול של גורמי שעתוק.
מיד לאחר השעתוק, נקראות מולקולות ה-mRNA" mRNA ראשוני" או "pre-mRNA".
ה-mRNA הראשוני מכיל מקטעי DNA רבים שאינם מקודדים לחלבונים או אינם רצויים ולכן יש להסירם ממולקולות ה-mRNA שישלחו לתרגום.
בתהליך זה, מוסרים קטעים מסוימים מרצף הנוקליאוטידים המרכיב את ה-mRNA הראשוני, בעיקר המקטעים שאינם מקודדים לחלבונים ומקטעי הגנים המקודדים לחלבונים מסוימים מוצמדים זה לזה על מנת ליצור את ה-mRNA הסופי שישלח לתהליך התרגום.
קטעי מולקולת ה-DNA המשועתקים ל-mRNA ומורחקים בתהליך השחבור נקראים אינטרונים והקטעים שאינם מורחקים בתהליך השחבור ולפיכך מתורגמים לחלבונים נקראים אקסונים.
תהליך השחבור על אותה מולקולת ה-RNA אינו מתרחש תמיד באותה צורה.
שתי מולקולות RNA זהות יכולות לעבור בתא שחבורים שונים, תופעה הידועה כשחבור חליפי.
תופעה זו היא האחראית לכך שמספר גנים מצומצם יחסית יכול להביא לכמיליון תוצרים חלבוניים שונים האפשריים בתא איקריוטי.
דוגמה נפוצה לתוצר של תהליך השחבור החליפי הם חלבוני הנוגדנים המהווים חלק ממערכת החיסון.
תהליכי השחבור והשחבור החליפי מתבצעים בתת-אברון הספלייסוזום שבתוך גרעין התא.
תאים איקריוטיים חסרי גרעין ותאים מרובי גרעינים
על אף שלרוב התאים האיקריוטיים יש גרעין יחיד, ישנם מספר סוגים של תאים איקריוטיים להם אין גרעין, ואחרים להם יש יותר מגרעין אחד.
מצב זה יכול להיות תוצאה של תהליך נורמטיבי, כמו תהליך האריתרופויזה במשפחת היונקים, בו תאי הדם האדומים מאבדים את גרעינם כחלק מתהליך ההתפתחות הטבעי שלהם במח העצם, או כתוצאה מחלוקת תא משובשת.
מכיוון שאין בידם מידע גנטי להעביר לדור הבא, תאים חסרי גרעין אינן יכולים להתחלק וליצור תאי בת.
כאמור, התאים חסרי הגרעין הידועים ביותר הם תאי הדם האדומים אצל היונקים, החסרים גם אברונים אחרים, כגון מיטוכונדריון ומשמשים בעיקר לתהליכי תחלופת הגזים בגוף.
בתהליך האריתרופויזה, תאי הדם האדומים מאבדים, בנוסף לגרעין, גם אברונים נוספים כגון המיטוכונדריה וכן את הריבוזומים.
נוכחותם של מוטגנים עלולה לגרום לשחרורם של תאי דם אדומים עם גרעין קטן ולא מפותח, לתוך מערכת ההובלה.
תאים חסרי גרעין נוספים יכולים להיווצר בגוף בחלוקת תא לא תקינה, בה תא בת אחד מחוסר גרעין ותא בת אחר בעל שני גרעינים.
בטבע מצויים גם יצורים בהם תאים מרובי גרעינים תקינים.
ביניהם נמנים רוב מחלקת ה-Acantharea של הפרוטוזואה ומספר סוגי פטריות.
כיאה למאפיין המרכזי של התא האיקריוטי, שאלת מוצאו האבולוציוני של גרעין התא היוותה ומהווה מקור להשערות רבות ומגוונות.
ארבע השערות עיקריות הוצעו להסבר קיומו, אך אף אחת מהן לא קיבלה תמיכה חד משמעית מהקהילה המדעית.
לפי התאוריה המכונה "המודל הסינוטרופי", יחסי סימביוזה בין חיידקים קדומים לבין חיידקים יצרו תא איקריוטי המכיל גרעין.
השערת התאוריה היא שהסימביוזה נוצרה כאשר חיידק קדום (ארכיאה) הדומה ל"Methanogenic", פלש וחי לתוך חיידק פרוקריוטי הדומה ל"Myxobacteria" ובסופו של דבר התנוון ונוצר הגרעין הראשון.
ישנן נקודות דמיון בין תאוריה זו לתאוריה האנדוסימביוטית המקובלת על רוב הקהילה המדעית, המסבירה את מקורם של אברוני המיטוכונדריה והכלורופלסטים המצויים בתאים איקריוטיים, לפיה אברונים אלה התפתחו מיחסים אנדוסימביוטים דומים בין התא האיקריוטי הראשון לבין חיידק פרוקריוטי אווירני (אירובי; המשתמש בחמצן לתהליכי הפקת האנרגיה בתא).
תאוריית המודל הסינוטרופי נתמכת על ידי תצפיות שנעשו, בהן התגלה כי לחיידקים קדומים ולאיקריוטים גנים דומים לחלבונים מסוימים, כולל היסטונים.
תצפיות שהראו כי החיידק "myxobacteria" הוא בעל כושר תנועה עצמאית, יכול ליצור קומפלקסים רב תאיים ומכיל קינאז וחלבון G בדומה לתאים איקריוטיים, תומך בהשערה כי המקור לתא האיקריוטי הוא בחיידק פרוקריוטי.
לפי התאוריה השנייה, התא האיקריוטי הראשון התפתח מחיידק פרוקריוטי ללא שלב אנדוסימביוטי.
תאוריה זו נתמכת על ידי קיומו של החיידק "Planctomycetes".
חיידק זה בעל מבנה גרעיני עם נקבוביות פרימיטיביות ומבנים ממודרים אחרים הנמצאים על גבי מעטפת הגרעין בתא איקריוטי.
התאוריה השנויה ביותר במחלוקת גורסת כי מקורה של מעטפת הגרעין, ביחד עם עוד תכונות איקריוטיות, הוא בהדבקת חיידק פרוקריוטי בנגיף.
הצעה זו מבוססת על נקודות דמיון הקיימות בין האיקריוטים לבין נגיפים, הכוללות את נוכחות גדילי DNA קווים, ביצוע mRNA capping וקשירה חזקה לחלבונים (כאשר מבצעים אנלוגיה בין ההיסטונים למעטפת הנגיף).
כמו כן, הוצע כי השאלה הבלתי פתורה בנוגע להתפתחות הרבייה המינית (שכן לרוב רובם של המיקרואורגניזמים אין רבייה מינית) יכולה להיות קשורה להשערה שמוצאו של התא האיקריוטי הוא נגיפי.
לבסוף, תאוריה חדשה טוענת כי הגרסאות המסורתיות לתאוריה האנדוסימביוטית אינן חזקות מספיק על מנת להסביר את מוצאו של התא האיקריוטי.
מודל זה, המכונה "השערת הקרום החיצוני", מציע כי מוצאו של הגרעין הוא בתא קדמון אחד שפיתח קרום חיצוני שני לתא.
הקרום הפנימי הסוגר את התא הפך לאחר מכן למעטפת הגרעין ופיתח מבני נקבוביות יותר ויותר משוכללות למעבר של מרכיבים תאיים הנבנים בתוך הגרעין, כגון תתי-יחידות של ריבוזומים.
התא-יחידת החיים, המרכז להוראת המדעים באוניברסיטה העברית, חיה גרוס ויהודית עתידיה
פרקים במיקרוביולוגיה ובמערכות הגנה, המרכז להוראת המדעים באוניברסיטה העברית, חנה ברנהולץ, ליאורה פלד ורות וינקלר
גנטיקה, המרכז להוראת המדעים באוניברסיטה העברית, חיה גרוס ויהודית עתידיה
גרעין האקומבנס (NAc) הוא אזור במוח הממוקם בסטריאטום, הוא החלק העיקרי של הסטריאטום הגחוני (ventral striatum) ואחד מגרעיני הבסיס של המוח הגדול.
מבחינה פונקציונלית, גרעין זה הוא חלק מהמערכת המזולימבית ומהמערכת הלימבית.
גרעין האקומבנס מקבל מידע ממבנים לימביים החיוניים לעיבוד רגשי וכן ממבנים האחראיים על קואורדינציה של התנועה.
הוא מקושר לטגמנטום הגחוני כחלק מהמערכת המזולימבית mesolimbic system של המוליך העצבי דופמין.
גרעין האקומבנס מעורב במנגנוני חיזוק וקשב.
אותות דופמינרגיים הנשלחים אל גרעין האקומבנס מסמנים נוכחות או אפשרות של גמול.
לפיכך, הוא מעורב בתהליכים שונים הקשורים להנעה (מוטיבציה) וגמול, ולעיתים אף מכונה "מרכז העונג" של המוח.
גרעין האקומבנס שולח מידע אל קליפת המוח הקדם-מצחית כדי לסייע בארגון של פעולות מוטוריות וקוגניטיביות
וממלא תפקיד מרכזי במערכת החיזוק במוח.
לגרעין האקומבנס יש חשיבות רבה לתהליכי הוויסות של התנהגויות המכוונות לקבלת גמול.
הוא חיוני ליצירת אינטגרציה של מידע מוטיבציוני לצורך ויסות ההתנהגות.
עלייה ברמות הדופמין שמגיע לגרעין האקומבנס מתרחשת בעקבות ציפייה לגמול עתידי ולא רק בעקבות גישה לתגמולים קיימים.
על ידי כך הוא מעודד בחירה של פעולות, אשר יובילו לגמול מצופה.
בנוסף, לגרעין האקומבנס יש תפקיד מרכזי בוויסות של אימפולסיביות.
אזור זה נחקר רבות בהקשרים של התמכרות לסמים, וידוע כי סמים ממכרים גורמים לעלייה ברמת הדופמין בתוך גרעין האקומבנס.
גרעין האקומבנס מורכב משני חלקים עיקריים:
ליבה (The NAC core (NACc - לליבה של גרעין האקומבנס יש תפקיד חיוני ביכולת של חיזוקים מותנים (CR - Conditioned Reinforcer) להשפיע על ההתנהגות.
גרסת כיסוי או קאבר היא יצירה מחודשת של שיר של אמן אחד על ידי אמן אחר.
לעיתים קרובות גרסת הכיסוי דומה למקור, אך מבוצעת בצורה או בסגנון מוזיקלי שונה, ולכן היא מוגדרת כגרסת כיסוי.
לעיתים אמן מבצע גרסה שונה לשיר שלו עצמו בסגנון שונה מהגרסה המקורית.
וגם גרסה זו נקראת לפעמים גרסת כיסוי.
לעיתים האמנים המבצעים את גרסת הכיסוי נוטים להעניק לשיר נופך אישי, מה שעשוי להפוך את משמעותו מקצה לקצה.
דוגמה לכך ניתן למצוא בשיר "בוא" שבוצע במקור על ידי ריטה, ולאחר מכן עברי לידר יצר לו גרסת כיסוי.
השיר "Yesterday" של להקת הביטלס הוא, על פי ספר השיאים של גינס, שיר הפופ שזכה למספר הרב ביותר של גרסאות כיסוי.
הבא אחריו במספר גרסאות הכיסוי הוא השיר "הנערה מאיפנמה".
הרכבים ואמנים בראשית דרכם נוטים להתבסס על גרסאות כיסוי עקב רפרטואר מצומצם, לדוגמה: הרולינג סטונז, הינדר וזוהר ארגוב.
כמו כן קיימות להקות המתמחות בביצוע גרסאות כיסוי בלבד, למשל נובל ואג.
גרעין גלקטי פעיל הוא אזור קטן במרכז של גלקסיה שמהווה מקור לפליטה חזקה של אנרגיה שלא ניתן לשייך אותה לקרינה רגילה של כוכבים.
עוצמת הקרינה משתנה מגלקסיה לגלקסיה, אך באופייה היא דומה לקרינה הנצפית בקווזרים.
קיים רצף ברור של עוצמת קרינה מגלקסיות הפעילות בעוצמה חלשה ועד לעוצמות הנצפות בקווזרים רחוקים, ולכן מניחים שהקווזרים הם ליבות של גלקסיות פעילות.
בין הגלקסיות הפעילות שנתגלו לראשונה היו NGC 1068 ו-NGC 4151, שהן קרובות יחסית לשביל החלב והפעילות במרכזן חזקה.
המודל המקובל על רוב החוקרים כיום להסברת מקור הקרינה של גלקסיה פעילה הוא מודל המבוסס על דיסקת ספיחה סביב חור שחור על-מסיבי, בדומה למודל הסברת הקווזרים.
ההבדל בעוצמת הקרינה בין גלקסיה לגלקסיה מוסבר בגודלו של החור השחור, כמות החומר סביבו, ופרמטרים נוספים.
ככל שמשתכללות טכניקות התצפית מתגלה פעילות גם בגלקסיות שנחשבו "שקטות", וכיום נחשבות רוב הגלקסיות הספירליות לגלקסיות פעילות ברמה כזו או אחרת.
נצפו גם גלקסיות אליפטיות פעילות, אם כי בדרך כלל הן פולטות בעיקר קרינת רדיו.
דיסקות ספיחה שמכילות כמות רבה של חומר גורמות לפליטת סילוני חומר במהירות גבוהה מאוד מהקטבים.
סילונים אלו מהווים מקור רב עוצמה לפליטה של קרינת רנטגן.
בעבר, היו קוראים לגרעין הגלקטי הפעיל כגלקסיה אקטיבית כיוון שלא הבינו מה מקור התופעה, לאחר זמן מה הבינו כי המינוח גלקסיות אקטיביות לא התאים לתיאור הגרעין הגלקטי הפעיל מבחינת הפיזיקה שלו.
גלקסיות אקטיביות הן גלקסיות בפני עצמן אשר בעלות גרעין גלקטי פעיל שפולט אנרגיה רבה, ולכן כאשר אומרים גלקסיה אקטיבית לא מתכוונים לגרעין גלקטי פעיל אלא לגלקסיה אשר בעלת גרעין אקטיבי פעיל בליבת הגלקסיה.
בתורת הקטגוריות, גרעין הוא מושג כללי המכליל את מושג הגרעין האלגבראי - דהיינו גרעין של הומומורפיזם של חבורות, חוגים ומודולים.
באופן לא לגמרי פורמלי, גרעין של מורפיזם עבור אובייקטים כלשהם, הוא האובייקט "הכללי ביותר" עם מורפיזם מתאים מהצורה , כך ש-.
תהי קטגוריה, המכילה את מורפיזם האפס.
הגרעין של הוא אובייקט שעבורו קיים מורפיזם שהוא המשווה של ושל מורפיזם האפס , וכן אוניברסלי ביחס לתכונה זו של קיום .
באופן מפורש, גרעין הוא אובייקט המקיים את שתי התכונות הבאות:
, כלומר הדיאגרמה הבאה קומוטטיבית:
בהינתן אובייקט עם מורפיזם כלשהו כך ש-, קיים מורפיזם יחיד כך ש .
במקרים רבים, במיוחד באלגברה, מתייחסים לגרעין כאל הגרעין האלגברי, וההמורפיזם הוא העתקת ההכלה הטבעית.
ניתן להראות כי k הוא תמיד מונומורפיזם.
לא לכל מורפיזם בהכרח קיים גרעין, אך אם קיים גרעין אז הוא יחיד עד כדי איזומורפיזם.
בקטגוריה של חבורות, בהינתן הומומורפיזם , אם K הוא הגרעין של f במובן הרגיל של המילה, אז K היא תת-קבוצה של X, ומורפיזם ההכלה הוא הגרעין של f במובן הקטגורי.
בקטגוריה של חוגים אין גרעין, משום שאין בקטגוריה זו מורפיזם אפס.
(שהרי מניחים כי הומומורפיזמים מעתיקים את היחידה ליחידה).
גרעין הברך הצדי או LGN הוא אזור בתלמוס, אשר נמצא במוח הביניים.
שמו של הגרעין ניתן לו על שום דמיונו לברך כפופה (genu, פירושו "ברך").
גרעין הברך הצדי הוא מבנה דו-צדדי (הוא נמצא על שתי המיספרות במוח), ומורכב משש שכבות של תאי עצב בכל המיספרה.
הגרעין מעורב בתהליך התפיסה החזותית.
הוא מקבל מידע חזותי מהרשתית באמצעות עצב הראייה ומעביר את המידע הלאה, בעיקר אל האזור הראשוני בקליפת המוח הראייתית (V1), כאשר כל שכבה בו מקבלת קלט מעין אחת בלבד.
כ-90% מהסיבים העצביים שבעצב הראייה מגיעים לגרעין הברך הצדי.
השכבות של גרעין הברך הצדי
בפרימטים, גופי התאים בשתי השכבות הפנימיות ביותר גדולים יותר מגופי התא שבארבע השכבות החיצוניות.
מטעם זה נקראות שתי השכבות הפנימיות "השכבות המאגנו-תאיות" (magnocellular layers, מאגנום פירושו "גדול" בלטינית), ואילו ארבע השכבות החיצוניות נקראות "השכבות הפארוו-תאיות" (parvocellular layers פרבוס פירושו "קטן").
שני סוגי השכבות משתייכים לשתי מערכות נבדלות, המופקדות על ניתוח סוגים שונים של מידע חזותי.
כל אחת מן המערכות מקבלת קלט מאחד הסוגים של תאי הגנגליון ברשתית - מתאי M או מתאי P.
שדות הקלט של התאים בגרעין הברך הצדי שומרים על אותו ארגון של מרכז והיקף, הקיים בתאי הגנגליון המתקשרים אליהם.
שכבות 1 ו- 2 מורכבות מתאי המערכת המאגנו-תאית.
מערכת זו קיימת בכל היונקים, בעוד שהמערכת הפארוו-תאית קיימת בפרימטים בלבד.
תאי העצב של המערכת המאגנו-תאית ניחנים במאפיינים של תאי M (בשכבת תאי הגנגליון).
כלומר, הם אינם מקבלים מידע על צבע, אינם מאפשרים הבחנה בפרטים דקים ותגובתם לגירוי חזותי קצרה ומהירה.
תאים אלה מעורבים כפי הנראה בעיבוד חזותי שרמת דיוקו פחותה, אך הם מסוגלים להבחין בהבדלי בהירות דקים וגם רגישים במיוחד לתנועה.
בפרימטים שכבות 3 עד 6 מורכבות מתאי המערכת הפארוו-תאית.
תאי העצב של מערכת זו ניחנים במאפיינים של תאי P (בשכבת תאי הגנגליון), כלומר הם מנתחים מידע על צבע ומצטיינים בכושר גבוה של הפרדה מרחבית, ומכאן - בעיבוד חזותי שרמת דיוקו גבוהה.
מנגד, תגובותיהם איטיות ומתמשכות ואין הם רגישים לתנועה.
גרסימוס היה מראשוני הנזירים בארץ ישראל.
ייסד לאורה וקוינוביון ממזרח ליריחו במקום המזוהה היום כמנזר דיר חג'לה, ונחשב כמייסד נזירות בקעת הירדן.
גרסימוס נולד במיירה (Myra או Μύρα) שבליקיה שבאסיה הקטנה, ולארץ ישראל הגיע אחרי שכבר היה נזיר בארץ הולדתו.
הוא ייסד את מנזרו ליד הירדן בהשפעת הנזיר אותימיוס ב-455 לספירה.
גרסימוס היה ממתנגדי אמונת ועידת כלקדון ואחר כך מנאמניה.
גרסימוס נפטר בשנת 475 לספירה, ונחשב לבני הדור השני של נזירי המדבר (יחד עם אותימיוס, קלמון ואחרים), ואחרי חריטון מייסד נזירות המדבר.
החוקרים סבורים שהיצירה "חיי גרסימוס" שיוחסה לקירילוס מסקיתופוליס, לא נכתבה על ידו אלא על ידי נזיר אחר מן הלאורה של גרסימוס.
נראה שקירילוס שילב בין כתביו סיפורים על גרסימוס, ומכאן הטעות.
את הלאורה שלו הקים גרסימוס כק"מ וחצי מן הירדן, מה שפתר את בעיית המים לשתייה.
עצי דקל הגדלים בסביבה הקרובה סיפקו תמרים.
את ענפי התמרים לקחו הנזירים לקליעת סלים.
המקום מזוהה היום מעט מזרחית למנזר דיר חג'לה, ששימר את מקום הקוינוביון.
המנזר היה לאורה של נזירים מתבודדים, אך במרכזו עמד קוינוביון ובו התגוררו נזירים מתלמדים, ששירתו את המתבודדים תוך הכשרתם לחיי התבודדות.
המתבודדים שהו בתאיהם חמישה ימים בשבוע, וביום שבת וראשון באו לקוינוביון לתפילה וארוחה משותפת של לחם הקודש.
אלו היו חידושים של גרסימוס, והם התקבלו במנזרים נוספים.
סבאס, למשל, אימץ את מנהג התפילה המשותפת בצורתה זו במנזריו.
גרסימוס קבע תקנון חמור (רגולה), ובו הגביל את מזונם של הנזירים ללחם, תמרים ומים, אסר עליהם להדליק אש או אפילו נר, ואסר עליהם להחזיק ברכוש פרטי כלשהו פרט לבגדים שעל גופם וכלי המיטה שלהם.
תקנון זה הפך להיות חלק מרכזי במנזרים ברחבי המדבר.
נכתב כי מספר תלמידיו היה שבעים, כמו גם מספר התלמידים של סבאס, ואף של ישו עצמו.
הדבר מלמד יותר מכל על הכבוד שרחשו לו ממשיכיו בנזירות ועל המקום המרכזי שתפס בתולדות נזירות המדבר.
בין תלמידיו היה הנזיר קיריאקוס, שהתחנך במנזר 9 שנים.
גרסימוס ראה בחיזיון את מותו של אותימיוס: דרך נס התגלה לגרסימוס כי נפשו של אותימיוס עולה השמימה עם מלאכים, והוא שיתף בידיעה את קיריאקוס.
אחד הסיפורים הכי ידועים על גרסימוס הוא סיפור האריה.
יום אחד הלך גרסימוס עם נזירים נוספים במדבר, כשלפתע פגש באריה.
האריה שאג וכל הנזירים נסוגו בפחד.
רק גרסימוס הבין כי שאגות האריה הן קריאות כאב.
הוא ניגש אל האריה ושלף קוץ מאצבעו.
מאותו יום האריה לא עזב את גרסימוס ועשה עבורו משימות יומיומיות במנזר.
הוא אף השגיח עבורו על חמור, והואשם בטריפתו אף שלא עשה זאת, והדבר הוכח מאוחר יותר.
סיפור האריה הוסב מאוחר יותר על סבאס ואף על הירונימוס.
בטא הוא כינוי לאחת מגרסאותיו של מוצר תוכנה הנמצא בפיתוח.
הגרסה נקראת כך על פי האות השנייה באלפאבית היווני.
בטא היא הגרסה שלאחר שיפור אב טיפוס בעקבות סדרת ניסויי פיילוט, היא השלב האחרון של ההכנה המקדימה בתהליך פיתוח מערכת או אפליקציה.
גרסה בטא בשלה דיה להפצה לבודקים חיצוניים (אלו נקראים בודקי-בטא; באנגלית: beta testers), והיא מופצת לפני הפצת הגרסה הרשמית.
מקור השם הוא במחזור החיים של פיתוח תוכנה: בשלב בדיקות התוכנה נערכות הבדיקות הראשוניות על גרסה ראשונה שנקראת "גרסת אלפא"; בדיקות אלו מבוצעות על ידי קבוצת המפתחים או קבוצת הבדיקות של הארגון.
לאחר שלב זה (אך בטרם הפצת גרסה סופית ורשמית), מפיצים גרסת בטא אל קבוצת משתמשים גדולה (לרוב מחוץ לשורות הארגון) לשם בחינת התוכנה "בתנאי אמת".
לאחר תיקון התקלות המתגלות בבדיקת הבטא, מופצת גרסה סופית (לרוב מסומנת כגרסה 1.0 – הגרסה הרשמית הראשונה של התוכנה).
בגרסת בטא בדרך כלל כל מאפייני התוכנה כבר פותחו (Feature Complete) אך עדיין קיימים מספר באגים הידועים למפתחים.
הגדרת השם בטא, בא להדגיש כי אף על פי שהגרסה יצאה לקהל רחב, יש לדעת כי עדיין אינה מושלמת ועל המשתמשים לקחת זאת בחשבון.
גרסת הבטא עלולה לסבול מבעיות של מהירות ביצועים, אובדן מידע ותוכן ואף קריסות.
משתמשי גרסת הבטא משמשים, הלכה למעשה, כבודקי תוכנה "על רטוב" והם מעודדים על ידי המפתחים לדווח על תקלות, כדי שיתוקנו לקראת שחרור הגרסה הרשמית.
לגרסת בטא אין אורך חיים מוגדר – תוכנה יכולה להישאר בשלב הבטא מספר שנים, כאשר היא משמשת כבסיס ואליה מתווספות תכונות חדשות ושיפורים נעשים בה על בסיס קבוע, ללא הוצאה של גרסה סופית רשמית.
בודקי בטא הם לקוחות אמיתיים אשר מוכנים ומתנדבים לבדוק את התוכנה בארגון שלהם, על מידע אמיתי.
לרוב, בודקי בטא אינם משלמים מחיר מלא עבור השרות אותו הם בודקים או אפילו משתמשים בו בחינם, בתמורה למשוב שהם מספקים למפתחי התוכנה.
גופים אשר משחררים גרסאות בטא של תוכנות ללקוחות מוסיפים לעיתים סעיף בתנאי השימוש אשר מבהיר כי הגרסה הנוכחית היא גרסת בטא ועל כן אינה מייצגת את הגרסה הסופית של המוצר, עלולה להכיל תקלות העלולות לגרום לכשלים כולל אובדן מידע.
גרסת הבמאי היא גרסה של סרט קולנוע (או לעיתים של סרט טלוויזיה או וידאו קליפ) שעריכתה אושרה על ידי הבמאי עצמו.
קודמת לה עריכתו של העורך, ולרוב לאחריה באה הגרסה שאושרה על ידי האולפן להקרנה בציבור, המכונה "Final Cut".
גרסת הבמאי נותרת לרוב על שולחן העריכה, כאשר ברוב המקרים האולפן אינו נותן לבמאי את הזכות להחליט בדבר העריכה הסופית של הסרט, משיקולים שונים, לרוב מסחריים.
לעיתים המדובר בשינוי תוכני מהותי, כגון סוף שונה, שמח יותר, אך לרוב המדובר בקיצור הסרט, והשמטת קטעים מתוכו (אם כי ידועים גם מקרים הפוכים, בהם גרסת הבמאי קצרה יותר, ויוצרת סרט "קצבי" ו"מהודק" יותר).
מסיבה זו "גרסת הבמאי" היא לרוב גרסה ארוכה יותר של אותו הסרט.
בסרטים בעלי ערך אמנותי, שנוצרו על ידי במאים ידועים, מופצת לעיתים באופן מסחרי "גרסת הבמאי", המאפשרת לצופים מבט נוסף אל אותה היצירה עצמה, שזכתה לרוב למוניטין בגרסה שהוקרנה לקהל, והבנה טובה יותר של כוונותיו של הבמאי, ושל חזונו ביצירת הסרט.
עם הצלחת שיווקן של "גרסאות במאי", החלו אולפנים גם לשווק "מהדורה מיוחדת" או "מהדורה מורחבת" שאינן "גרסת במאי" היסטורית, אלא מהדורות שונות, המספקות זווית ראייה שונה, או מורחבת, על יצירה שזכתה לקהל אוהדים ומתעניינים.
גם מהדורות אלו נקראות לעיתים "גרסת הבמאי", על אף שאינן כאלו על פי פירושו המקורי של המונח.
באופן מסורתי "גרסת הבמאי" אינה הגרסה האידיאלית או המועדפת על ידי הבמאי.
תהליך העריכה של הסרט מחולק לרוב לשלושה שלבים.
ראשית יש את "הגרסה הראשונית" (Rough Cut - החיתוך הגס), התואם באופן גס לתסריט.
גרסה זו נערכת על ידי העורך ליצירת "גרסת העורך" (Editor's Cut), ולבסוף מגיעה "הגרסה הסופית" (Final Cut), שהיא המוקרנת בקולנוע.
גרסת הבמאי היא שלב ביניים בין גרסת העורך והגרסה הסופית.
ברוב המקרים הגרסה הסופית תואמת את כוונות הבמאי, ואפילו מועדפת על גרסאות ביניים.
גרסת הבמאי יכולה לכלול סצנות שאינן משביעות רצון, פסקול לא סופי, היעדר "Pick up shots" (סצנות ביניים קצרות המושתלות בתוך הסרט המוגמר, ומצולמות לרוב לאחר צילום הסרט, משנתגלה חוסר בעריכה), וכיוצא בזה.
לדוגמה, גרסת הבמאי של סרטו של סם פקינפה "פאט גארט ובילי הנער" ארכה 122 דקות, אך הגרסה הסופית שהוקרנה הייתה בת 105 דקות.
"גרסת הבמאי" שהופצה באופן מסחרי, הייתה גרסה מעורבת בת 115 דקות, שהורכבה על בסיס רישומיו של פקינפה, ולפי חזונו הכללי, ולא "גרסת הבמאי" המלאה, שלא הייתה, כפי הנראה, משביעת רצון.
במקרה זה "גרסת הבמאי" הייתה שונה במקצת מהגרסה המועדפת על הבמאי.
גרסת הבמאי של הסרט "הנוסע השמיני" אינה כלל גרסת במאי לפי הגדרה זו.
כפי שמסביר רידלי סקוט ב-DVD שהופץ של גרסה זו, גרסת הבמאי מ-2003 נוצרה לבקשת האולפן שרצה להפיץ את הסרט מחדש, אך ליצור עניין בגרסה שונה וחדשה.
סקוט הסכים, ויצר גרסה אלטרנטיבית של הסרט, שלא הייתה גרסת הבמאי מהתקופה בה נערך הסרט, אלא פשוט גרסה שונה, שגם היא תואמת את חזונו לגבי הסרט, אם כי הוא עדיין מעדיף את הגרסה שהוקרנה בקהל.
בניגוד לכך, גרסת הבמאי של "ממלכת גן עדן" של סקוט מ-2005 היא הגרסה האמיתית שהותיר סקוט בשלבי העריכה, שהייתה ארוכה יותר בשעה מהגרסה שהופצה, וזכתה להצלחה ביקורתית רבה יותר.
גרסת הבמאי היא לעיתים אך תוספת המבהירה את הסרט, מוסיפה לו עומק, או עושר של פרטים החסר בגרסה המקורית.
כך, למשל, גרסת הבמאי פרנסיס פורד קופולה לסרט אפוקליפסה עכשיו כוללת שתי סצנות ארוכות ומשמעותיות, שאינן משנות באופן מהותי את עלילת הסרט, אך מוסיפות עומק ועושר של פרטים לנושאים הנדונים בו.
לדוגמה, בסצנה ארוכה שהוספה בגרסת הבמאי, נפגשים גיבורי הסרט, חיילים אמריקאים, עם חוואים צרפתים בווייטנאם, ודנים עמם דיון ארוך במעורבות הצרפתית והאמריקאית בווייטנאם.
סצנה זו היא ארוכה ואיטית, ונראה כי אחד משיקולי העריכה שהשמיטו אותה היה התחושה כי היא תפריע לקצבו של הסרט, שהיה ארוך ממילא (153 דקות).
לעיתים מהווה חזונו של הבמאי ניגוד לדרך בה חברת ההפצה, או האולפן, רואים את הסרט, וזאת לאחר שהשקיעו בו זמן ומאמץ.
לעיתים מביאות הקרנות ניסיון לקהל לתחושה בקרב האחראים על ההפצה, כי יש לשנות את סופו של הסרט, להפוך אותו לאופטימי יותר, או למובן יותר.
במקרים כאלו, תהיה גרסת הבמאי שונה באופן מהותי, ותשנה לחלוטין את האמירה העולה מהסרט, את עלילתו, ואת אופיים של הגיבורים.
מקרה בולט הוא מקרה הסרט ברזיל שביים טרי גיליאם.
המדובר בדיסטופיה קודרת, שהופצה בעולם בגרסה בת 142 דקות המסתיימת בכך שהגיבור מעונה ויוצא מדעתו.
בארצות הברית החליטה חברת ההפצה שהסרט ארוך מדי ושסופו האפל לא מתאים לקהל האמריקני.
הסרט נערך מחדש לגרסה אופטימית, שסופה טוב.
גיליאם פתח במערכה כנגד האולפנים, וקרא בפומבי להקרין את הסרט בגרסתו המקורית.
לאחר שגיליאם הקרין את הגרסה המקורית של הסרט למבקרי קולנוע אמריקנים, הקרנה שהובילה למועמדותו וזכייתו של "ברזיל" בפרס מבקרי הקולנוע של לוס אנג'לס, הופץ הסרט בגרסתו המקורית ולא בגרסת האולפן.
דוגמה נוספת היא סרטו של רידלי סקוט בלייד ראנר.
הפצת "גרסאות הבמאי" החלה בתחילת שנות ה-80 כאשר מכשירי הוידאו הביתיים הפכו נפוצים, וכך יצרו שוק חדש למוצרים שלא היו קיימים קודם לכן - גרסאות במאי לצפייה ביתית.
בתחילה הופצו גרסאות במאי של סרטי פולחן, שצברו להם קהל צופים נאמן אשר היה ער לשינויים שבין גרסת הבמאי והגרסה המסחרית, והתעניין בהם.
דוגמה ראשונית היה סרטו של מייקל צ'ימינו שערי החופש מ-1980 שהופץ בגרסה בת 149 דקות, שהיוותה כישלון מסחרי ואמנותי שהיה גורם מרכזי בהתמוטטות אולפני יונייטד ארטיסטס שהפיקו את הסרט.
הסרט קוצץ מ-325 דקות בגרסתו המקורית של צ'ימינו, לגרסה בת 219 דקות שהוצגה במשך שבוע, והוסרה מהאקרנים, ולבסוף לגרסה בת 149 דקות.
לאחר כישלון הסרט על מסך הקולנוע, החליט ערוץ כבלים בלוס אנג'לס, בשם "The Z Channel", שהציג לקהל של 100,000 מנויים, רובם אנשי קולנוע מקצוענים, להציג את הסרט בגרסה בת 219 הדקות.
ההצגה זכתה להצלחה ביקורתית, ובהקרנתה נטבע המושג "גרסת הבמאי".
גרסה זו הופצה בקלטות VHS באמצע שנות ה-80 על ידי חברת MGM, ולמעשה, נדיר מאוד למצוא כיום את הגרסה המסחרית בת 149 הדקות, וגרסת הבמאי תפסה את מקומה.
שיטה זו בה עקף הבמאי את מערכת ההפצה של האולפנים, הייתה חלק מהשינוי הגדול שהביאו מערכות הצפייה הביתית לתרבות הקולנוע.