Skip to main content
Library homepage
 
Global

10.1: קהילות מיקרוביאליות

האורגניזמים בתוך קהילה מסוימת תלויים לעתים קרובות באופן קריטי זה בזה. אורגניזמים מסוימים יפרישו חומרים מזינים הדרושים לאחרים להישרדותם. הצורך שלנו בוויטמינים, מולקולות המתקבלות מהתזונה שלנו, משקף תלות הדדית זו. חלק מהאורגניזמים מפרישים רעלים כדי לשלוט בצמיחתם של אחרים. חלקם מפרישים מולקולות המשפיעות על התנהגויות של אורגניזמים אחרים (כולל עצמם). קיימות שיחות מורכבות ברמה המולקולרית בין האורגניזמים בתוך מערכת אקולוגית לבין התאים בתוך אורגניזם. אורגניזמים אינם עצמאיים, התנהגויותיהם משתנות על ידי סביבתם והם בתורם משנים את סביבתם.

דוגמה לאופן שבו אפילו האורגניזמים הפשוטים ביותר יכולים לשתף פעולה היא אפקט המכונה חישת מניין (שהזכרנו בעבר). חיידק ממין מסוים יכול להפריש גורמים שימושיים, למשל, בעיכול המזון למולקולות תזונתיות מסיסות שהוא יכול לבלוע. אך כאשר גדלים במצבים דלילים (מעט אורגניזמים ליחידת נפח או שטח), אסטרטגיה כזו אינה יעילה. אם אורגניזמים בצפיפות נמוכה בסביבה מימית, יקר לייצר מולקולות מופרשות נוטים יותר להתפזר משם ולכן הם חסרי תועלת למעשה לאורגניזם שייצר אותם. אולם אם אורגניזמים נמצאים בצפיפות מקומית גבוהה, אז התהליך הופך ליעיל יותר, ריכוז המולקולות המופרשות עולה ומגיע לרמות שימושיות. על ידי שיתוף פעולה עם שכניהם כדי לייצר התנהגות מועילה הדדית, כל אדם מרוויח.

איך שיתוף פעולה מסוג זה יכול לעבוד? בחיידקים אסטרטגיה נפוצה היא שאנשים ייצרו ויפרישו מולקולות קטנות (זולות יחסית מבחינה אנרגטית) הידועות כגורמים אוטומטיים. הם גם מייצרים קולטן סלולרי ספציפי למעורר אוטומטי זה. מערכת הקולטן האוטומטי מאפשרת לאורגניזמים מאותו סוג לזהות זה את נוכחותו של זה. המערכת פועלת מכיוון שרמת המעורר האוטומטי המיוצר על ידי חיידק בודד אינה מספיקה להפעלת הקולטנים שלו; רק כאשר צפיפות החיידקים המפרישים אוטומטית מגיעה לרמת סף, ריכוז המעורר האוטומטי עולה לרמה גבוהה מספיק כדי להפעיל את הקולטנים. הפעלת הקולטן המעורר האוטומטי יוצרת אות שמשפיע בתורו על התנהגות החיידק (כולל ביטוי גנים) 303. התנהגות ברורה אחת יכולה להיות הפרשת אנזימי עיכול, אך ישנם מספר אחרים. לדוגמה, סוגים מסוימים של חיידקים (כולל E. coli) משתמשים בחישת מניין כדי לשלוט בנדידת תאים. עם הזמן תאים בודדים נודדים באמצעות מערכת השחייה שלהם. מערכת אחת כזו מסתמכת על מנועים דגלים (סיבוביים) המונעים על ידי שיפועים אלקטרוכימיים כדי להזיז את התא קדימה. בהיעדר שיפוע כזה, המנוע הפוך גורם לתא ליפול ולשנות כיוון. כאשר נעים במעלה שיפוע של מושך, או במורד שיפוע של דוחה, נפילה מדוכאת; התוצאה הסופית היא תנועה מכוונת.

סוג זה של התנהגות הודגם באופן דרמטי באמצעות אי - קולי המכיל פלסמיד המקודד לחלבון הפלואורסצנטי הירוק (GFP), חלבון שכאשר מואר באור כחול זוהר בירוק 304! כאשר מבטאים GFP E. coli מתורבתים בסביבה דמוית מבוך עם "תא" מרכזי עם פתח יחיד, חומר המשיכה המופרש מצטבר לריכוזים גבוהים בתוך חלל זה. במשך תקופה של שלוש שעות החיידקים שוחים בצורה מכוונת במעלה שיפוע הריכוז המושך לתא 305. בשלב זה מופעלות התנהגויות מבוקרות חישה מניין. למשל במצבים בהם חומרים מזינים הופכים נדירים, מניין החוש התנהגות מבוקרת יכול להוביל חלק מהתאים באוכלוסייה למות, תהליך המכונה מוות תאים מתוכנת, ומשחרר את חומרי המזון שלהם לשימוש שכניהם. ניתן לראות בכך סוג של אלטרואיזם, מכיוון שהוא מסייע לשכנים, העשויים להיות קרובי משפחה של התא המקריב 306. סוג אחר של התנהגות שיכולה להתרחש בתנאי לחץ הוא שתת-אוכלוסייה של תאים, המכונה תאים שקטים או "מתמידים", צומחת לאט או בכלל לא, בעוד שאר האוכלוסייה ממשיכה לגדול 307. אם הסביבה הופכת לעוינת ברצינות, למתמידים יש סבירות גבוהה בהרבה להישרדות מאשר לתאים הגדלים באופן פעיל. אם התנאים משתפרים, המתמידים יכולים להפוך את התנהגותם ולהקים מחדש אוכלוסייה הגדלה באופן פעיל. מצד שני, אם התנאים לעולם לא נעשים עוינים, לתאים הגדלים יש יתרון אבולוציוני על פני תאים שהולכים שקטים. זה מרמז על נוכחות של מערכת יכולה לייצר מתמידים כאשר הם עשויים להיות שימושיים, ולדכא את היווצרותם כאשר לא. יכולתו של אורגניזם לייצר מצב מתמשך שקט עוזרת להבטיח את הישרדות האוכלוסייה בטווח רחב יותר של סביבות ממה שניתן היה לצפות לאוכלוסייה שאינה יכולה לייצר מתמידים. זוהי דוגמה לבחירת קבוצות. התנהגות דומה נמצאה בקרב אוכלוסיות של תאים סרטניים 308. תאים מתמידים יכולים לשרוד טיפולים טיפוליים ולהופיע מחדש מאוחר יותר. כבר ראינו, בהקשר של lac operon, כיצד אוכלוסייה אחידה בתחילה של אורגניזמים יכולה לייצר פנוטיפים מובחנים באמצעות תהליכים סטוכסטיים; אירועים אקראיים דומים ממלאים תפקיד חשוב בקביעת גורל התא במצבים חברתיים רבים.

שיתוף פעולה חברתי בין תאים יכול לספק יתרונות, אך גם פותח את המערכת להתנהגויות אנוכיות, בעצם מרמה 309. זה מעלה את השאלה האבולוציונית מה ניתן לעשות כדי לדכא את הופעתם של רמאים חברתיים? ראשית, למה בדיוק אנחנו מתכוונים על ידי רמאי חברתי? בהקשר של חישת מניין, נניח שאדם אינו מייצר את המעורר האוטומטי, אלא ממשיך לייצר את הקולטן שלו. הרמאי מרוויח את היתרונות של תקשורת עם חיידקים אחרים, אך ממזער את תרומתו לתהליך (הוא אינו משתמש באנרגיה כדי לסנתז את autoinducer). זה עשוי בהחלט להשיג יתרון בכך שהאנרגיה המשמשת לייצור המעורר האוטומטי יכולה לשמש במקום זאת לצמיחה ורבייה. עם זאת, ישנם גבולות מובנים לרמאות. אם מספיק חברים בקבוצה (אוכלוסייה) יהפכו לרמאים מערכת חישת הקוורום תיכשל מכיוון שלא מספיק חברי הקהילה מפרישים את הגורם האוטומטי. בהנחה שההתנהגות החברתית היא קריטית להישרדות האוכלוסייה, קבוצה עם יותר מדי רמאים עלולה למות (להיכחד).

ישנן אסטרטגיות פרו-אקטיביות אחרות שניתן להשתמש בהן כדי לדכא רמאים. יכול להיות שייצור המעורר האוטומטי הוא תוצר לוואי של תגובה חיונית. במקרה זה, אובדן היכולת לייצר את המעורר האוטומטי עלול להוביל בעצמו למוות (האורגניזמים מתמכרים לאינדוקטור האוטומטי). מיני חיידקים רבים מסנתזים רעלים שהם עצמם חסינים אליהם, אך הורגים תאים ממינים קשורים. יכול להיות שחסינות הרעלנים מחוברת לביטוי מעורר אוטומטי. באורגניזמים גבוהים יותר יכולה להיות התפתחות היכולת לזהות רמאים על ידי התנהגותם במצבים מסוימים. אנו יכולים לחשוב על סרטן (היווצרות גידולים) כסוג של רמאות חברתית עם אורגניזם רב תאי, והם מנגנונים שאמורים לדכא אותו (אם כי לא נצטרך זמן לחקור אותם במידה משמעותית).

תורמים וייחוסים