5.1: מבוא למגוון ביולוגי

Last updated
Save as PDF

Page ID: 207821

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

כדור הארץ הוא ביתם של מגוון מרשים של צורות חיים. מאורגניזמים חד תאיים ועד יצורים העשויים מטריליוני תאים רבים, החיים קיבלו צורות נפלאות רבות ופיתחו אינספור אסטרטגיות להישרדות. נזכיר שתורת התא מכתיבה שכל היצורים החיים עשויים מתא אחד או יותר. חלק מהאורגניזמים עשויים מתא בודד בלבד, ולכן מכונים חד תאיים. אומרים שאורגניזמים המכילים יותר מתא אחד הם רב תאיים. למרות המגוון הרחב של האורגניזמים, קיימות רק שתי תוכניות תאים בסיסיות: פרוקריוטיות ואיקריוטיות. ההבדל העיקרי לשתי תוכניות התאים הללו הוא שלתאים אוקריוטיים יש מבנים פנימיים הקשורים לממברנה הנקראים אברונים (ראה chp 2.3). לפיכך, אם היית מנתח מיקרוסקופית את התאים של אורגניזם כלשהו על פני כדור הארץ, היית מוצא תאים פרוקריוטים או אוקריוטיים בהתאם לסוג האורגניזם.

ביולוגים מציינים, מקבצים ומסווגים אורגניזמים על סמך קווי דמיון בגנטיקה ובמורפולוגיה. ענף זה של המדע הביולוגי ידוע בשם טקסונומיה. טקסונומים מקבצים אורגניזמים לקטגוריות שנעות בין רחב מאוד לספציפי מאוד (איור\(\PageIndex{1}\)). הקטגוריה הרחבה ביותר נקראת תחום והספציפי ביותר הוא מינים (שימו לב לדמיון בין המילים ספציפי למין). נכון לעכשיו, הטקסונומים מכירים בשלושה תחומים: חיידקים, ארכאה ואוקריה. כל צורות החיים מסווגות בשלושת התחומים הללו.

איור\(\PageIndex{1}\). איור זה מציג את הקבוצות הטקסונומיות, ברצף, עם דוגמאות. *איור זה* של *OpenStax* *מורשה תחת* *CC BY 4.0*

חיידקי תחום

חיידקי תחום כוללים אורגניזמים פרוקריוטיים, חד-תאיים (איור\(\PageIndex{2}\)). הם שופעים להפליא ונמצאים כמעט בכל סוג של בית גידול שניתן להעלות על הדעת, כולל הגוף שלך. בעוד שאנשים רבים רואים בחיידקים רק אורגניזמים הגורמים למחלות, רוב המינים הם למעשה שפירים או מועילים לבני אדם. אמנם נכון שחלק מהחיידקים עלולים לגרום למחלות אצל אנשים, אבל זה יותר היוצא מן הכלל מאשר הכלל.

חיידקים ידועים במגוון המטבולי שלהם. מטבוליזם הוא מונח כללי המתאר את הביוכימיה המורכבת המתרחשת בתוך התאים. מינים רבים של חיידקים הם אוטוטרופים, כלומר הם יכולים ליצור מקור מזון משלהם מבלי לאכול אורגניזמים אחרים. רוב החיידקים האוטוטרופיים עושים זאת באמצעות פוטוסינתזה, תהליך הממיר אנרגיית אור לאנרגיה כימית שיכולה להיות מנוצלת על ידי תאים. קבוצה ידועה וחשובה מבחינה אקולוגית של חיידקים פוטוסינתטיים היא ציאנובקטריה. אלה מכונים לפעמים אצות כחולות-ירוקות, אך שם זה אינו מתאים מכיוון שכפי שתראו בקרוב, אצות הן אורגניזמים השייכים לתחום Eukarya. ציאנובקטריה ממלאת תפקידים חשובים בקורי מזון של מערכות מימיות, כגון אגמים.

מינים אחרים של חיידקים הם הטרוטרופים, כלומר הם צריכים לרכוש את מזונם על ידי אכילת אורגניזמים אחרים. סיווג זה כולל את החיידקים הגורמים למחלות בבני אדם (במהלך זיהום החיידק אוכל אותך). עם זאת, רוב החיידקים ההטרוטרופיים אינם מזיקים לבני אדם. למעשה, יש לך מאות מינים של חיידקים החיים על העור שלך ובמעי הגס שלך שלא גורמים לך נזק. מעבר לגופך, חיידקים הטרוטרופיים ממלאים תפקידים חיוניים במערכות אקולוגיות, במיוחד חיידקים השוכנים באדמה המפרקים חומר חי והופכים חומרים מזינים לזמינים לצמחים.

איור\(\PageIndex{2}\). פרוקריוטים רבים מתחלקים לשלוש קטגוריות בסיסיות המבוססות על צורתם: (א) קוקי, או כדורי; (ב) בצילי, או בצורת מוט; ו- (ג) ספירילה, או בצורת ספירלה. (אשראי א: שינוי עבודות מאת ג'ניס האני קאר, ד"ר ריצ'רד פאקלאם, CDC; אשראי ג: שינוי עבודה על ידי ד"ר דייוויד קוקס, CDC; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל). *נתון זה* של *OpenStax* *מורשה תחת* *CC BY 4.0*

תחום ארכאה

בדומה לחיידקים, אורגניזמים בתחום Archaea הם פרוקריוטים וחד-תאיים. באופן שטחי, הם נראים הרבה כמו חיידקים, וביולוגים רבים בלבלו אותם כחיידקים עד לפני כמה עשורים. אבל מסתתר בגנים שלהם הוא סיפור שניתוח DNA מודרני חשף לאחרונה: ארכאים כל כך שונים מבחינה גנטית שהם שייכים לתחום שלהם.

מינים ארכאיים רבים נמצאים בכמה מהסביבות הבלתי מסבירות פנים ביותר, באזורים של לחץ עצום (קרקעית האוקיינוס), מליחות (כגון אגם המלח הגדול) או חום (מעיינות גיאותרמיים). אורגניזמים שיכולים לסבול ואף לשגשג בתנאים כאלה ידועים בשם אקסטרמופילים. (יש לציין כי חיידקים רבים הם גם אקסטרופילים). יחד עם עדויות גנטיות, העובדה שאחוז גדול מהארכאים הם אקסטרופילים מעידה על כך שהם עשויים להיות צאצאים של כמה מצורות החיים העתיקות ביותר על פני כדור הארץ; חיים שמקורם בכוכב לכת צעיר שלא היה מסביר פנים בסטנדרטים של ימינו.

מכל סיבה שהיא, ארכאים אינם שופעים בגוף האדם ועליו כמו חיידקים, והם גורמים פחות מחלות באופן משמעותי. מחקר על ארכאים ממשיך לשפוך אור על התחום המעניין והמסתורי הזה.

דומיין אוקריה

תחום זה מוכר ביותר לשימוש מכיוון שהוא כולל בני אדם ובעלי חיים אחרים, יחד עם צמחים, פטריות וקבוצה פחות מוכרת, הפרוטיסטים. בניגוד לתחומים האחרים, תחום Eukarya מכיל אורגניזמים רב-תאיים, בנוסף למינים חד-תאיים. התחום מאופיין בנוכחות תאים אוקריוטיים. עבור תחום זה, תוצג בפניך כמה ממלכותיו. ממלכה היא הקיבוץ הטקסונומי מיד מתחת לתחום (ראה איור\(\PageIndex{1}\)).

Kingdom Animalia מורכבת מאורגניזמים רב-תאיים, הטרוטרופיים. ממלכה זו כוללת בני אדם ופרימטים אחרים, חרקים, דגים, זוחלים וסוגים רבים אחרים של בעלי חיים. Kingdom Plantae כולל אורגניזמים רב תאיים, אוטוטרופיים. למעט כמה מינים שהם טפילים, צמחים משתמשים בפוטוסינתזה כדי לענות על דרישות האנרגיה שלהם.

איור\(\PageIndex{3}\). הפטרייה (א) המוכרת היא רק סוג אחד של פטרייה. גופי הפרי בצבעים עזים של פטריית אלמוגים זו (ב) מוצגים. מיקרוגרף אלקטרונים זה (ג) מציג את המבנים נושאי הנבגים של אספרגילוס, סוג של פטריות רעילות המצויות בעיקר באדמה ובצמחים. (אשראי א: שינוי עבודה מאת כריס ווי; קרדיט ב: שינוי עבודות מאת קורי זנקר; אשראי ג: שינוי עבודות מאת ג'ניס האני קאר, רוברט סימונס, CDC; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל). *עבודה זו* *של *OpenStax* *מורשית תחת* *CC BY 4.0*.*

פטריות ממלכה כוללות פטריות הטרוטרופיות רב-תאיות וחד-תאיות. פטריות נחשבות בדרך כלל בטעות לצמחים מכיוון שמינים מסוימים של פטריות גדלים באדמה. פטריות שונות מהותית מצמחים בכך שהן אינן מבצעות פוטוסינתזה ובמקום זאת ניזונות מחומר חי של אחרים. תפיסה מוטעית נוספת היא שכל הפטריות הן פטריות. פטריה היא מבנה רבייה זמני המשמש כמה מינים פטרייתיים, אך לא כולם. פטריות מסוימות לובשות צורה של עובשים וטחב, הנראים בדרך כלל על מזון נרקב. לבסוף, שמרים הם פטריות חד תאיות. מינים רבים של שמרים חשובים לבני אדם, במיוחד שמרי אופה ומבשלת בירה. באמצעות חילוף החומרים שלהם, שמרים אלה מייצרים CO2 גז ואלכוהול. הראשון גורם ללחם לתפוח והאחרון הוא המקור לכל המשקאות האלכוהוליים.

פרוטיסטים מתייחסים לקבוצה שונה מאוד שהייתה בעבר ממלכה משלה עד שהניתוח הגנטי האחרון הצביע על כך שיש לפצל אותה לממלכות רבות (איור). \(\PageIndex{4}\) כקבוצה, הפרוטיסטים מגוונים מאוד וכוללים אורגניזמים חד-תאיים, רב-תאיים, הטרוטרופיים ואוטוטרופיים. המונח 'פרוטיסט' שימש כתפיסה לכל אוקריוט שלא היה בעל חיים, צמח או פטרייה. דוגמאות לפרוטיסטים כוללות מקרו-אצות כגון אצות ואצות ים, מיקרו-אצות כגון דיאטומים ודינופלגלטים, וחיידקים חשובים הגורמים למחלות כגון פלסמודיום, הטפיל הגורם למלריה. למרבה הצער, מלריה הורגת מאות אלפי אנשים מדי שנה.

איור\(\PageIndex{4}\). הפרוטיסטים נעים בין המיקרוסקופי, החד-תאי (א) *Acanthocystis turfacea וה-* *(ב) ciliate Tetrahymena *thermophila* *ועד* לאצות העצומות והרב-תאיות (ג)* *(Chromalveolata*) המשתרעות על פני מאות מטרים ב"יערות "מתחת למים. (אשראי א: שינוי עבודה על ידי Yuiuji Tsukii; אשראי ב: שינוי העבודה על ידי ריצ'רד רובינסון, הספרייה הציבורית למדע; אשראי ג: שינוי עבודה על ידי קיפ אוונס, NOAA; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל). *עבודה זו* של *OpenStax* *מורשית תחת* *CC BY 4.0*

עם הבנה שטחית ויסודית זו של המגוון הביולוגי, כעת אתה מצויד טוב יותר ללמוד את תפקיד המגוון הביולוגי בביוספרה ובכלכלה, בריאות ותרבות אנושית. כל צורת חיים, אפילו החיידק הקטן ביותר, היא מכונת חיים מרתקת ומורכבת. מורכבות זו פירושה שסביר להניח שלעולם לא נבין כל אורגניזם במלואו ואת אינספור הדרכים שבהן הם מתקשרים זה עם זה, איתנו ועם סביבתם. לפיכך, חכם להעריך את המגוון הביולוגי ולנקוט באמצעים לשימורו.

תורמים וייחוסים

עבודה זו של מתיו ר פישר מורשית תחת CC BY 4.0.