Skip to main content
Global

1.3: סיווג - מערכת שלושת הדומיינים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208850

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

    מטרות למידה
    1. הגדר פילוגניה.
    2. תן שם לשלושת הדומיינים של מערכת הסיווג 3 הדומיינים והכיר תיאור של כל אחד מהם.
    3. תן שם לארבע הממלכות של התחום Eukarya והכיר תיאור של כל אחת מהן.
    4. הגדר העברת גנים אופקית.

    כדור הארץ בן 4.6 מיליארד שנה ונחשבים כי חיי החיידקים הופיעו לראשונה לפני 3.8 עד 3.9 מיליארד שנה; למעשה, 80% מההיסטוריה של כדור הארץ היו אך ורק חיים מיקרוביאליים. חיים מיקרוביאליים הם עדיין צורת החיים הדומיננטית על פני כדור הארץ. ההערכה היא כי המספר הכולל של תאים מיקרוביאליים על פני כדור הארץ בסדר גודל של 2.5 X 10 30 תאים, מה שהופך אותו לחלק העיקרי של ביומסה על פני כדור הארץ.

    פילוגניה מתייחסת ליחסים האבולוציוניים בין אורגניזמים. מערכת שלושת הדומיינים, המוצעת על ידי Woese ואחרים, היא מודל אבולוציוני של פילוגניה המבוסס על הבדלים ברצפי הנוקלאוטידים ב-RNA הריבוזומלי של התא (rRNA), כמו גם במבנה השומנים של הממברנה של התא ורגישותו לאנטיביוטיקה. השוואת מבנה rRNA שימושית במיוחד. מכיוון שמולקולות rRNA ברחבי הטבע מבצעות את אותה פונקציה, המבנה שלהן משתנה מעט מאוד עם הזמן. לכן קווי דמיון ושוני ברצפי נוקלאוטידים של rRNA הם אינדיקציה טובה עד כמה תאים ואורגניזמים שונים קשורים או לא קשורים.

    ישנן השערות שונות לגבי מקורם של תאים פרוקריוטים ואיקריוטים. מכיוון שכל התאים דומים באופיים, נהוג לחשוב שכל התאים הגיעו מתא אב קדמון משותף המכונה האב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון (LUCA). LUCAS אלה התפתחו בסופו של דבר לשלושה סוגי תאים שונים, שכל אחד מהם מייצג תחום. שלושת התחומים הם הארכיאה, החיידקים והאוקריה.

    alt
    איור\(\PageIndex{1}\): עץ פילוגנטי המבוסס על נתוני rRNA, המראה את ההפרדה בין תחומי חיידקים, ארכאים ואוקריוטה.

    לאחרונה החלו לשלוט בספרות השערות היתוך שונות. אחד מציע שהטבע הדיפלואידי או 2N של הגנום האוקריוטי התרחש לאחר מיזוג של שני תאים פרוקריוטים הפלואידים או 1N. אחרים מציעים שהתחומים Archaea ו- Eukarya יצאו מאב קדמון ארכאי-אוקריוטי משותף שבעצמו הגיח מחבר בתחום בַּקטֶרִיָה. חלק מהראיות העומדות מאחורי השערה זו מבוססות על "סופרפילום" של חיידקים הנקראים PVC, שחבריהם חולקים כמה מאפיינים הן עם ארכאה והן עם אוקריוטים. ישנן עדויות הולכות וגוברות לכך שאולי מקורם של אוקריוטים בתוך תת-קבוצה של ארכאה. בכל מקרה, מקובל כיום שיש שלושה תחומים נפרדים של אורגניזמים בטבע: חיידקים, ארכאה ואוקריה. להלן תיאור של שלושת התחומים.

    דומיינים?

    יש "סופרפילום" של חיידקים הנקראים PVC, המתייחס לשלושת חברי הסופרפילום ההוא: הפלנקטומיציטים, הוורוקומיקרוביה והכלמידיה. חברי ה-PVC, בעודם שייכים לתחום חיידקים, מראים כמה מאפיינים של התחומים Archaea ו-Eukarya.

    חלק מהחיידקים הללו מראים מידור תאים שבו ממברנות מקיפות חלקים של פנים התא, כגון קבוצות של ריבוזומים או DNA, בדומה לתאים אוקריוטיים. חלקם מתחלקים על ידי ניצנים או מכילים סטרולים בממברנותיהם, שוב דומים לאאוקריוטים. לחלקם חסר פפטידוגליקן, בדומה לאאוקריוטים וארכיאה. הועלתה השערה כי חיידקים אלה עשויים להיות שלב ביניים בין אב קדמון שהגיח מחיידק (תחום חיידקים) לבין אב קדמון ארכאלי-אוקריוטי לפני פיצולו לתחומים Archaea ו- Eukarya.

    alt
    איור\(\PageIndex{2}\): מיקרוגרף אלקטרונים של החיידק Gemmata obscuriglobus, פלנקטומיצט הידוע במורפולוגיה הממברנה המורכבת ביותר שלו, הממחיש מורפולוגיות מייצגות. סרגל קנה מידה = 500 ננומטר. סנטארלה-מלוויג ר ', פרנקה ג'יי, ג'דיקה א', גורג'אנאץ 'מ', באואר U, באד א ', ואח'. (2010) לחיידקים הממודרים של הסופרפילום הפלנקטומיצטים-ורוקומיקרוביה-כלמידיה יש חלבונים דמויי מעיל ממברנה. פלוס ביול 8 (1): e1000281. דוי:10.1371/יומן.pbio.1000281

    הארכיאה (ארכבקטריה)

    לארכאה יש את המאפיינים הבאים:

    1. ארכאים הם תאים פרוקריוטיים.
    2. בניגוד לחיידקים ולאוקריה, לארכאה יש ממברנות המורכבות משרשראות פחמימנים מסועפות (רבות מכילות גם טבעות בתוך שרשראות הפחמימנים) המחוברות לגליצרול על ידי קישורי אתר (איור). \(\PageIndex{3}\)
    3. דפנות התא של ארכאה אינן מכילות פפטידוגליקן.
    4. Archaea אינם רגישים לאנטיביוטיקה מסוימת המשפיעה על חיידקים, אך רגישים לאנטיביוטיקה מסוימת המשפיעה על Eukarya.
    5. Archaea מכיל rRNA הייחודי לארכיאה כפי שמצוין על ידי הנוכחות אזורים מולקולריים השונים באופן מובהק מה-rRNA של חיידקים ואוקריה.
    alt
    איור\(\PageIndex{3}\): ליפידים ממברנה של ארכאה, חיידקים ואוקריה. לחיידקים ולאוקריה יש ממברנות המורכבות משרשראות חומצות שומן לא מסועפות המחוברות לגליצרול על ידי קישורי אסטר. לארכאה יש ממברנות המורכבות משרשראות פחמימנים מסועפות המחוברות לגליצרול על ידי קישורי אתר.

    ארכאים חיים לעתים קרובות בסביבות קיצוניות וכוללים מתנוגנים, הלופילים קיצוניים והיפרתרמופילים. אחת הסיבות לכך היא שהקשרים המכילים אתר בממברנות Archaea יציבים יותר מהקישורים המכילים אסתר בחיידקים ובאוקריה והם מסוגלים לעמוד טוב יותר בטמפרטורות גבוהות יותר ובריכוזי חומצה חזקים יותר.

    החיידקים (אובקטריה)

    חיידקים (הידועים גם בשם eubacteria או "חיידקים אמיתיים") הם תאים פרוקריוטים הנפוצים בחיי היומיום של האדם, נתקלים פעמים רבות יותר מהארכיבקטריה. ניתן למצוא Eubacteria כמעט בכל מקום ולהרוג אלפי על אלפי אנשים מדי שנה, אך משמשים גם כיצרני אנטיביוטיקה ומעכלי מזון בבטן שלנו. לחיידקים יש את המאפיינים הבאים:

    1. חיידקים הם תאים פרוקריוטים.
    2. בדומה לאוקריה, יש להם ממברנות המורכבות משרשראות חומצות שומן לא מסועפות המחוברות לגליצרול על ידי קישורי אסטר (איור). \(\PageIndex{3}\)
    3. קירות התא של חיידקים, בניגוד לארכאה ולאוקריה, מכילים פפטידוגליקן.
    4. חיידקים רגישים לאנטיביוטיקה אנטיבקטריאלית מסורתית אך עמידים לרוב האנטיביוטיקה המשפיעה על Eukarya.
    5. חיידקים מכילים rRNA הייחודי לחיידקים כפי שמצוין על ידי הנוכחות אזורים מולקולריים השונים באופן מובהק מה-rRNA של Archaea ו-Eukarya.

    חיידקים כוללים מיקופלזמות, ציאנובקטריה, חיידקים גראם חיוביים וחיידקים גראם שליליים.

    האוקריה (אוקריוטים)

    לאוקריה (מאוית גם Eucarya) יש את המאפיינים הבאים:

    1. לאוקריה יש תאים אוקריוטיים.
    2. בדומה לחיידקים, יש להם ממברנות המורכבות משרשראות חומצות שומן לא מסועפות המחוברות לגליצרול על ידי קישורי אסטר (איור). \(\PageIndex{3}\)
    3. לא לכל Eukarya יש תאים עם דופן תא, אבל עבור אלה שיש לאוקריה דופן תא, הקיר הזה אינו מכיל פפטידוגליקן.
    4. Eukarya עמידים לאנטיביוטיקה אנטיבקטריאלית מסורתית אך רגישים לרוב האנטיביוטיקה המשפיעה על תאים אוקריוטיים.
    5. Eukarya מכילים rRNA הייחודי לאוקריה כפי שמצוין על ידי הנוכחות אזורים מולקולריים השונים באופן מובהק מה-rRNA של ארכאה וחיידקים.

    האוקריה מחולקים לארבע הממלכות הבאות:

    1. ממלכת פרוטיסטה: פרוטיסטה הם אורגניזמים אוקריוטיים פשוטים, בעיקר חד-תאיים. דוגמאות כוללות תבניות רפש, אוגלנואידים, אצות ופרוטוזואנים.
    2. ממלכת הפטריות: פטריות הן אורגניזמים חד-תאיים או רב-תאיים עם סוגי תאים אוקריוטיים. לתאים יש קירות תאים אך אינם מאורגנים לרקמות. הם אינם מבצעים פוטוסינתזה ומקבלים חומרים מזינים באמצעות ספיגה. דוגמאות כוללות פטריות שק, פטריות מועדון, שמרים ועובשים.
    3. ממלכת Plantae: צמחים הם אורגניזמים רב תאיים המורכבים מתאים אוקריוטיים. התאים מאורגנים לרקמות ובעלי דפנות תאים. הם משיגים חומרים מזינים על ידי פוטוסינתזה וספיגה. דוגמאות כוללות טחבים, שרכים, עצי מחט וצמחים פורחים.
    4. ממלכת החיות: בעלי חיים הם אורגניזמים רב תאיים המורכבים מתאים אוקריוטיים. התאים מאורגנים לרקמות וחסרים דפנות תאים. הם אינם מבצעים פוטוסינתזה ומקבלים חומרים מזינים בעיקר על ידי בליעה. דוגמאות כוללות ספוגים, תולעים, חרקים ובעלי חוליות.

    פעם חשבו שהשינויים המאפשרים למיקרואורגניזמים להסתגל לסביבות חדשות או לשנות את יכולות הארסיות שלהם הם תהליך איטי יחסית המתרחש בתוך אורגניזם בעיקר באמצעות מוטציות, סידורים כרומוזומליים, מחיקות גנים ושכפול גנים. שינויים אלה יועברו לאחר מכן לצאצאיו של אותו חיידק והברירה הטבעית תתרחש. העברת גנים זו מאורגניזם הורה לצאצאיו נקראת העברת גנים אנכית.

    כיום ידוע שגנים מיקרוביאליים מועברים לא רק אנכית מאורגניזם הורה לצאצאיו, אלא גם אופקית לקרובי משפחה הקשורים רק רחוק, למשל, מינים אחרים וסוגים אחרים. תהליך אחרון זה ידוע בשם העברת גנים אופקית. באמצעות מנגנונים כגון טרנספורמציה, התמרה וצימוד, אלמנטים גנטיים כגון פלסמידים, טרנספוזונים, אינטגרונים ואפילו DNA כרומוזומלי יכולים להתפשט בקלות ממיקרואורגניזם אחד למשנהו. כתוצאה מכך, "עץ החיים" הישן בעל שלושת הענפים ביחס למיקרואורגניזמים (איור\(\PageIndex{1}\)) נראה כעת יותר כ"רשת חיים".

    ידוע כי חיידקים חיים בסביבות מגוונות להפליא, שרבות מהן קשות ביותר. יכולת ההסתגלות המדהימה והמהירה הזו היא תוצאה של יכולתם לשנות במהירות את רפרטואר תפקודי החלבון שלהם על ידי שינוי, השגת או אובדן הגנים שלהם. הרחבת גנים זו מתרחשת בעיקר על ידי העברה אופקית.

    סיכום

    1. פילוגניה מתייחסת ליחסים האבולוציוניים בין אורגניזמים.
    2. ניתן לסווג אורגניזמים לאחד משלושה תחומים בהתבסס על הבדלים ברצפי הנוקלאוטידים ב-RNA הריבוזומלי של התא (rRNA), במבנה השומנים של הממברנה של התא ורגישותו לאנטיביוטיקה.
    3. שלושת התחומים הם הארכיאה, החיידקים והאוקריה.
    4. אורגניזמים פרוקריוטיים שייכים לתחום Archaea או לתחום בַּקטֶרִיָה; אורגניזמים עם תאים אוקריוטיים שייכים לתחום Eukarya.
    5. מיקרואורגניזם מעביר גנים למיקרואורגניזמים אחרים באמצעות העברת גנים אופקית - העברת DNA לאורגניזם שאינו צאצאיו.