ظهر شكل متعدد الخلايا في بكتيريا المحيطات

ظهر شكل متعدد الخلايا في بكتيريا المحيطات
شكل متعدد الخلايا منبثق في بكتيريا المحيطات - ترتبط بكتيريا Vibrio معًا لتشكيل هياكل كروية ، كما في المقطع العرضي أعلاه. الكرة عبارة عن كرة مجوفة تحتوي على خلايا محاطة ببعضها البعض من الخارج وخلايا متحركة من الداخل ، كما يظهر في اختلافات الألوان الاصطناعية التي تمثل كمية النيتروجين الموجودة. جوليا شوارتزمان وعلي إبراهيمي وغرايسون تشادويك

أغمض عينيك وتخيل الميكروبات. ربما تفكر في Escherichia coli التي تعيش في أحشائنا ، أو الكرات الذهبية المتوهجة من المكورات العنقودية ، أو الحلقات اللولبية المتصاعدة التي تسبب مرض لايم. هناك احتمالات ، عندما تفكر في خلية ، مهما كان نوعها وشكلها ، فمن المحتمل أنك تخيلت خلية واحدة أو ربما مجموعة من الخلايا الحية الحرة.

غالبًا ما تلتصق البكتيريا بالأسطح من خلال المواد اللاصقة التي تتطور إلى مجتمعات كبيرة وثابتة تُعرف باسم الأغشية الحيوية. البلاك على أسنانك ، والتهابات القسطرة ، وحثالة البركة ، والحمأة التي تسد تصريف حوض الاستحمام هي أمثلة على الأغشية الحيوية.

ومع ذلك ، فإن الأبحاث الأخيرة التي أجراها شوارتزمان ، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مختبر أوتو كورديرو ، تُظهر أنه حتى البكتيريا التي تطفو في المياه المفتوحة وتفتقر إلى مرسى لتشكيل تكتلات عملاقة يمكن أن تستمر في أشكال متعددة الخلايا.

نشأت هذه الأشكال متعددة الخلايا نتيجة تطور البكتيريا لدورة حياة أكثر تعقيدًا بكثير مما توجد غالبًا في الكائنات وحيدة الخلية ، كما هو موضح في دراسة حديثة نُشرت في علم الأحياء الحالي بواسطة شوارتزمان وكورديرو وزملائه.

أثناء محاولته فهم شيء أكثر جوهرية ، اكتشف شوارتزمان أن البكتيريا البحرية متعددة الخلايا.

غالبًا ما تكون الكربوهيدرات الجيلاتينية المعروفة باسم الألجينات هي المصدر الوحيد للطاقة للبكتيريا البحرية في المحيطات المفتوحة. على عكس الجلوكوز والفركتوز والسكريات البسيطة الأخرى التي يمكن أن تمر بسهولة عبر أغشية الخلايا ، تتكون الألجينات من خيوط طويلة ملفوفة تكون عادة أكبر من البكتيريا التي تأكلها. نظرًا لأن الإنزيمات الهضمية التي تفرزها البكتيريا لتحطيم الألجينات يمكن بسهولة تخفيفها وغسلها في مياه المحيطات المفتوحة ، كان شوارتزمان مهتمًا بمعرفة المزيد حول كيفية تغذية البكتيريا بفعالية.

بدأ يراقب نمو البكتيريا البحرية Vibrio splendidus ، التي تتوهج في زجاجات من المرق الساخن المحتوي على الجينات. أجبرت قوارير شوارتزمان وإبراهيمي بكتيريا Vibrio على العيش على كميات صغيرة نسبيًا من بوليمرات الجينات كبيرة الحجم.

ولكن عندما بدأ شوارتزمان في جمع البيانات ، اعتقد أنه ارتكب خطأ بسيطًا. يتحول مرق الاستزراع الصافي ذو اللون الكهرماني إلى يخنة غائمة مع نمو البكتيريا. كان شوارتزمان قادرًا على استخراج عدد الكائنات الحية الدقيقة في القارورة ، وعن طريق قياس التعكر ، أنشأ منحنى نمو لحساب سرعة انقسام الخلايا. تم استخدام هذه الطريقة لتحديد معدلات النمو من قبل علماء البكتيريا لسنوات عديدة. كان شوارتزمان قد نسي عدد المرات التي أنجز فيها هذا بدرجة ما بعد الدكتوراه على مر السنين.

ومع ذلك ، فإن منحنى النمو في ثقافات Vibrio لم يُظهر الخط الصاعد التدريجي المعتاد ، ولكن متعرجًا متعرجًا يشبه مسار الأفعوانية. استمر في تكرار الإجراء ، لكن الحساء لم يتحول إلى غائم كما توقع بسبب الجراثيم.

وضع شوارتزمان قطرة من سائل المزرعة على شريحة مجهر زجاجي واستخدم تكبير 40 مرة للنظر من خلال العدسة لمعرفة ما حدث. بدلاً من الأسراب الفردية من Vibrio ، لاحظ هو وإبراهيمي كرات مدمجة متعددة الطبقات من مئات أو آلاف البكتيريا الموجودة معًا.

قال شوارتزمان: "لم يكن مجرد مجال من البكتيريا". إنها كرة وفي الوسط يمكنك رؤية الخلايا تختلط.

كشفت المزيد من التحقيقات أن حل Vibrio لمشكلة التغذية المعقدة في البحر يمثله كرات مجوفة. يمكن لبكتيريا واحدة فقط أن تنتج الكثير من الإنزيمات. يسمح تجمع Vibrio معًا بتدهور الجينات بشكل أسرع. إلى حد ما ، هذا تكتيك ناجح ، وفقًا لشوارتزمان. عندما يكون هناك الكثير من الضمات ، يكون هناك عدد من البكتيريا أكثر من الجينات لدعمها.

وجدت البكتيريا حلاً للمشكلة عن طريق إنشاء دورة حياة أكثر تعقيدًا. هناك ثلاث فترات حياة مختلفة للبكتيريا. في البداية ، تنقسم الخلية الواحدة بشكل متكرر وتتجمع الخلايا الوليدة في كتل متوسعة. تعيد الخلايا المتكتلة ترتيب نفسها في كرة مجوفة في المرحلة الثانية. عندما تلتصق الخلايا الخارجية ببعضها البعض ، فإنها تنتج شيئًا يشبه كرة ثلجية صغيرة. تتطور الخلايا الموجودة في الداخل إلى مزيد من الحركة وتبدأ في الطفو لأنها تأكل الجينات المحدودة. يتم كسر الطبقة الخارجية الهشة في المرحلة الثالثة ، مما يؤدي إلى إطلاق الخلايا الداخلية جيدة التغذية لإعادة بدء الدورة.

باستخدام العديد من الجينات لتنظيم نشاطها في كل خطوة ، تنمو البكتيريا الموجودة في Vibrio بشكل فعال إلى مجموعة غير متجانسة من الخلايا. وفقًا لشوارتزمان ، الذي سيفتتح مختبره الخاص في جامعة جنوب كاليفورنيا في يناير ، ينشأ "قدر مذهل من التعقيد" عندما تتفاعل الخلايا مع جيرانها في الإطار. تتلقى البكتيريا باستمرار المعلومات من بيئتها وتستجيب أحيانًا بطريقة تغير بيئتها.

يستفيد Vibrio من هذا التعقيد بعدة طرق. تعتمد قدرة البكتيريا على هضم الألجينات بشكل صحيح على تغيير دورة حياتها لتشمل مرحلة متعددة الخلايا: تعمل القشرة المجوفة على تركيز الإنزيمات مع زيادة تعدادها. وفي الوقت نفسه ، تمنع بنية المجتمع ولادة خلايا أكثر من اللازم. نظرًا لأن كل خلية في الكرة هي استنساخ ، تُحرم خلايا الغلاف من فرصة التكاثر ، لكن الحمض النووي الخاص بها لا يزال على قيد الحياة في الجيل التالي.

البكتيريا متعددة الخلايا

وصف Jordi van Gestel ، الذي يدرس تاريخ تطور الميكروبات في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي ولم يشارك في البحث ، هذا الجهد بأنه "منشور رائع". وفقًا لـ Van Gestel ، تدعم النتائج الحجة القائلة بأن حياة المجموعة الميكروبية هي القاعدة وليس الاستثناء.

وقال إن تعقيد دورة الحياة في مثل هذه الكائنات الدقيقة البسيطة يتضح ببراعة.

يدعي عالم الأحياء الدقيقة أناهيت بينيسيان من جامعة ماكواري في أستراليا أن عمل شوارتزمان وكورديرو يقدم اختبارًا قيمًا للفرضيات البكتيرية. وجادل بأنه بسبب "الراسخ في فكرتنا القائلة بأن الميكروب هو مجرد خلية واحدة" ، غالبًا ما يفشل الباحثون في سبر الأنماط المعقدة التي قد تحكم الوجود الميكروبي. قال أحد الأشخاص: "إن الأمر أشبه بمحاولة التنبؤ بما سيكون عليه النبات بأكمله من خلال النظر إلى بذرة أو بوغ".

تم تضمين أعداد متزايدة من البكتيريا التي يمكن أن تصبح متعددة الخلايا لجزء من حياتها على الأقل في اكتشاف Vibrio الجديد. في مختبراتهم ، تحولت الخمائر وحيدة الخلية بسرعة إلى أشكال كبيرة متعددة الخلايا في غضون عامين فقط ، وفقًا لبحث نشره العام الماضي معهد جورجيا للتكنولوجيا. وفي أكتوبر ، أفاد علماء يابانيون بأنهم عثروا على بكتيريا متعددة الخلايا تزدهر على جدران الكهوف. عندما تغمر التيارات الجوفية الصخور ، تقوم البكتيريا متعددة الخلايا بطرد خلايا خاصة ، مثل البذور ، لاستعمار مناطق جديدة.

يجادل كل من شوارتزمان وفان جستل بأن تعددية الخلايا نشأت في وقت مبكر من تاريخ الحياة وتمت مشاركتها مع الأركيا ، أسلاف البكتيريا أحادية الخلية على ما يبدو. ويعتقدون أنها ستكون مسألة وقت فقط قبل أن يكتشف العلماء أنواعًا إضافية ذات خصائص مماثلة ؛ بدأ شوارتزمان بالفعل في الاستكشاف.

من المؤكد أن عالم الأحياء الدقيقة جيمس شابيرو ، الأستاذ الفخري بجامعة شيكاغو ، سيجده.

أظهر رواد آخرون في علم الأحياء الدقيقة ، مثل شابيرو وبوني باسلر من جامعة برينستون ، في الثمانينيات أن نمط حياة الخلية المفردة المدروس جيدًا كان غالبًا نتيجة ثانوية لظروف الزجاجة الاصطناعية التي تم إنتاجها فيها. في مقال نُشر في المجلة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة لعام 1980 ، اقترح شابيرو أن البكتيريا ليست أحادية الخلية. "لقد استنتجت بالفعل أن جميع البكتيريا كائنات متعددة الخلايا.

على مدار 40 عامًا تقريبًا من حياته المهنية ، شهد شابيرو تطور نظريته ، من شبه هرطقة إلى لا جدال فيها. "في البداية ، لفت انتباهي فقط بدهشة ، ولكن الآن هذه حكمة تقليدية. "تعددية الخلايا بطبيعتها سمة من سمات البكتيريا."

المصدر: quantamagazine - كاري أرنولد

Günceleme: 05/11/2022 20:36

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz