4.5: חיידקים מסתעפים עמוק

Last updated

Oct 31, 2023
Page ID
209114
Save as PDF
- 4.4: חיידקים גראם חיוביים
- 4.6: ארכאה

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

מטרות למידה

תאר את המאפיינים הייחודיים של חיידקים המסתעפים עמוק
תן דוגמאות לחיידקים משמעותיים המסתעפים עמוק

על עץ פילוגנטי (ראה גישה שיטתית), הגזע או השורש של העץ מייצגים אב קדמון אבולוציוני עתיק משותף, המכונה לעתים קרובות האב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון (LUCA), והענפים הם צאצאיו האבולוציוניים. מדענים רואים בחיידקים המסתעפים עמוק, כמו הסוג Acetothermus, להיות הראשון מבין צורות החיים הלא-לוקה הללו שהופקו על ידי האבולוציה לפני כ -3.5 מיליארד שנים. כשהם מונחים על העץ הפילוגנטי, הם נובעים משורש החיים המשותף, עמוק וקרוב לשורש LUCA - ומכאן השם "הסתעפות עמוקה" (איור). $\PageIndex{1}$

תרשים של עץ פילוגנטי. בבסיס התווית LUCA זה מסתעף לשני ענפים. הענף משמאל הוא החיידק, הענף מימין מסתעף שוב ליצירת הארכאה והאוקריה. הענף הנמוך ביותר של החיידק הוא acetothermus (אשר מככב). ענפים למעלה הכוללים (מלמטה למעלה): אקוויפקס, תרמוטוגה, חיידקים חוטים ירוקים, בקטריואידים, ציטופאגה, פלנקטומיס, גרם חיובי, ציאנובקטריה, פורטיובקטריה וספירוצ'טים. ענפי הארקאה מלמטה למעלה: פירודיקטיקום, תרמופרוטאוס, תרמוקוקוס, מתנוקוקוס, מתנובקטריום, מתנוסארצ'ינה והלופיות. ענפי האוקריה מלמטה למעלה: דיפלומונדות, מיקרוספורידיה, טריכומונדות, דגלים, אנטמבות, תבניות רפש, ריסים, צמחים, בעלי חיים ופטריות. — איור $\PageIndex{1}$ : הכוכב על עץ החיים הפילוגנטי הזה מראה את מיקומם של החיידקים המסתעפים עמוק Acetothermus. (אשראי: שינוי העבודה על ידי אריק גאבא)

החיידקים המסתעפים עמוק עשויים לספק רמזים לגבי המבנה והתפקוד של צורות חיים עתיקות ונכחדות כעת. אנו יכולים לשער שחיידקים עתיקים, כמו החיידקים המסתעפים עמוק שעדיין קיימים, היו תרמופילים או היפרתרמופילים, כלומר הם שגשגו בטמפרטורות גבוהות מאוד. Acetothermus paucivorans, חיידק אנאירובי גרם שלילי שהתגלה בשנת 1988 בבוצה ביוב, הוא תרמופיל הגדל בטמפרטורה אופטימלית של 58 מעלות צלזיוס. ¹ מדענים קבעו שזה החיידק המסועף העמוק ביותר, או קרוב המשפחה האבולוציוני הקרוב ביותר של LUCA (איור). $\PageIndex{1}$

המעמד Aquificae כולל חיידקים מסתעפים עמוק המותאמים לתנאים הקשים ביותר בכוכב הלכת שלנו, הדומים לתנאים שנחשבו לשלוט בכדור הארץ כאשר הופיעו החיים לראשונה. חיידקים מהסוג Aquifex הם היפרתרמופילים, החיים במעיינות חמים בטמפרטורה גבוהה מ-90 מעלות צלזיוס. המין A. pyrophilus משגשג ליד הרי געש תת-מימיים ופתחי אוורור תרמיים באוקיינוס, שם טמפרטורת המים (בלחץ גבוה) יכולה להגיע ל-138 מעלות צלזיוס. חיידקי אקוויפקס משתמשים בחומרים אנאורגניים כחומרים מזינים. לדוגמה, A. pyrophilus יכול להפחית חמצן, והוא מסוגל להפחית חנקן בתנאים אנאירוביים. הם גם מראים עמידות יוצאת דופן לאור אולטרה סגול וקרינה מייננת. יחדיו, תצפיות אלה תומכות בהשערה כי אבותיהם הקדומים של חיידקים מסתעפים עמוקים החלו להתפתח לפני יותר מ -3 מיליארד שנה, כאשר כדור הארץ היה חם וחסר אווירה, וחשף את החיידקים לקרינה לא יוניונית ומייננת.

המחלקה Thermotogae מיוצגת בעיקר על ידי היפרתרמופילים, כמו גם כמה מזופילים (מעדיפים טמפרטורות מתונות), חיידקים גרם שליליים אנאירוביים שתאיהם עטופים בקרום חיצוני דמוי מעטפת מוזר הנקרא טוגה. לשכבה הדקה של פפטידוגליקן בדופן התא שלהם יש מבנה יוצא דופן; הוא מכיל חומצה דיאמינופימלית ו- D-lysine. חיידקים אלה מסוגלים להשתמש במגוון מצעים אורגניים ולייצר מימן מולקולרי, שניתן להשתמש בהם בתעשייה. הכיתה מכילה כמה סוגים, מהם הידוע ביותר הוא הסוג Thermotoga. מין אחד מהסוג הזה, T. maritima, חי ליד פתחי האוורור התרמיים של האוקיינוס ומשגשג בטמפרטורות של 90 מעלות צלזיוס; מין אחר, T. subterranea, חי במאגרי נפט תת קרקעיים.

לבסוף, החיידק המסתעף עמוק Deinococcus radiodurans שייך לסוג ששמו נגזר ממילה יוונית שמשמעותה ברי נורא. המכונה "קונאן החיידק", D. radiodurans נחשב לפוליאקסטרמופיל בגלל יכולתו לשרוד תחת סוגים רבים ושונים של תנאים קיצוניים - חום קיצוני, בצורת, ואקום, חומציות וקרינה. הוא חייב את שמו ליכולתו לעמוד במינונים של קרינה מייננת ההורגת את כל החיידקים הידועים האחרים; יכולת מיוחדת זו מיוחסת לכמה מנגנונים ייחודיים לתיקון DNA.

מיקרוגרף של ארבעה תאים עגולים היוצרים ריבוע. — איור $\PageIndex{1}$ : *Deinococcus radiodurans*, או "קונאן החיידק", שורד בתנאים הקשים ביותר על פני כדור הארץ.

סיכום

חיידקים המסתעפים עמוק הם פילוגנטית צורות החיים העתיקות ביותר, בהיותם הקרובים ביותר לאב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון.
חיידקים מסתעפים עמוק כוללים מינים רבים המשגשגים בסביבות קיצוניות שנחשבות דומות לתנאים על פני כדור הארץ לפני מיליארדי שנים
חיידקים מסתעפים עמוק חשובים להבנתנו את האבולוציה; חלקם משמשים בתעשייה

הערות שוליים

1 ג 'דיטריך ואח '. "אצטותרמוס פאוציבורנים, גנרל נוב, sp. _{נובמבר, חיידק אנאירובי, תרמופילי למהדרין מבוצה של ביוב, תסיסה של הקסוזות לאצטט, CO _{2 ו- H 2}."} מיקרוביולוגיה שיטתית ויישומית 10 מס '2 (1988) :174—179.