24.1: خصائص الفطريات
- Page ID
- 196766
المهارات اللازمة للتطوير
- قائمة خصائص الفطريات
- وصف تكوين الميسيليوم
- وصف طريقة تغذية الفطريات
- شرح التكاثر الجنسي واللاجنسي في الفطريات
على الرغم من أن البشر استخدموا الخمائر والفطر منذ عصور ما قبل التاريخ، إلا أنه حتى وقت قريب، كانت بيولوجيا الفطريات غير مفهومة جيدًا. حتى منتصف القرن العشرين، صنف العديد من العلماء الفطريات كنباتات. نشأت الفطريات، مثل النباتات، في الغالب لاذعة ويبدو أنها متجذرة في مكانها. تمتلك هيكلًا يشبه الجذع يشبه النباتات، بالإضافة إلى وجود أفطورة فطرية تشبه الجذر في التربة. بالإضافة إلى ذلك، لم يكن أسلوب التغذية لديهم مفهومًا جيدًا. كان التقدم في مجال البيولوجيا الفطرية نتيجة علم الفطريات: الدراسة العلمية للفطريات. استنادًا إلى الأدلة الأحفورية، ظهرت الفطريات في عصر ما قبل الكمبري، منذ حوالي 450 مليون سنة. يوضح تحليل البيولوجيا الجزيئية للجينوم الفطري أن الفطريات ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحيوانات أكثر من النباتات. إنها مجموعة متعددة الأنواع من الكائنات الحية التي تشترك في الخصائص، بدلاً من مشاركة سلف واحد مشترك.
الاتصال الوظيفي: أخصائي الفطريات
علماء الفطريات هم علماء الأحياء الذين يدرسون الفطريات. علم الفطريات هو فرع من علم الأحياء الدقيقة، ويبدأ العديد من علماء الفطريات حياتهم المهنية بشهادة في علم الأحياء الدقيقة. لكي تصبح عالمًا في علم الفطريات، فإن درجة البكالوريوس في العلوم البيولوجية (يفضل التخصص في علم الأحياء الدقيقة) ودرجة الماجستير في علم الفطريات ضروريان للغاية. يمكن أن يتخصص علماء الفطريات في التصنيف والجينوم الفطري، والبيولوجيا الجزيئية والخلوية، وعلم أمراض النبات، والتكنولوجيا الحيوية، أو الكيمياء الحيوية. يركز بعض علماء الأحياء الدقيقة الطبية على دراسة الأمراض المعدية التي تسببها الفطريات (الفطريات). يتعاون علماء الفطريات مع علماء الحيوان وأخصائيي أمراض النبات لتحديد الالتهابات الفطرية الصعبة والسيطرة عليها، مثل آفة الكستناء المدمرة، والانخفاض الغامض في أعداد الضفادع في العديد من مناطق العالم، أو الوباء القاتل المسمى متلازمة الأنف الأبيض، الذي يقضي على الخفافيش في شرق الولايات المتحدة.
تقوم الوكالات الحكومية بتوظيف علماء الفطريات كعلماء أبحاث وفنيين لمراقبة صحة المحاصيل والمتنزهات الوطنية والغابات الوطنية. يتم توظيف علماء الفطريات أيضًا في القطاع الخاص من قبل الشركات التي تطور منتجات المكافحة الكيميائية والبيولوجية أو المنتجات الزراعية الجديدة، والشركات التي تقدم خدمات مكافحة الأمراض. نظرًا للدور الرئيسي الذي تلعبه الفطريات في تخمير الكحول وإعداد العديد من الأطعمة المهمة، يعمل العلماء الذين يتمتعون بفهم جيد لفسيولوجيا الفطريات بشكل روتيني في صناعة تكنولوجيا الأغذية. لا يعتمد علم الخمور، وهو علم صناعة النبيذ، على معرفة أصناف العنب وتكوين التربة فحسب، بل يعتمد أيضًا على الفهم القوي لخصائص الخمائر البرية التي تزدهر في مناطق صنع النبيذ المختلفة. من الممكن شراء سلالات الخميرة المعزولة من مناطق زراعة العنب المحددة. قام الكيميائي وعالم الأحياء الدقيقة الفرنسي الكبير لويس باستير بالعديد من اكتشافاته الأساسية بالعمل على خميرة البيرة المتواضعة، وبالتالي اكتشف عملية التخمير.
هيكل الخلية والوظيفة
الفطريات هي حقيقيات النواة، وبالتالي، لديها تنظيم خلوي معقد. في صورة حقيقيات النواة، تحتوي الخلايا الفطرية على نواة مرتبطة بالغشاء. يتم لف الحمض النووي في النواة حول بروتينات الهستون، كما هو موضح في الخلايا حقيقية النواة الأخرى. تحتوي بعض أنواع الفطريات على هياكل مماثلة للبلازميدات البكتيرية (حلقات الحمض النووي)؛ ومع ذلك، نادرًا ما يحدث النقل الأفقي للمعلومات الجينية من بكتيريا ناضجة إلى أخرى في الفطريات. تحتوي الخلايا الفطرية أيضًا على الميتوكوندريا ونظام معقد من الأغشية الداخلية، بما في ذلك الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي.
على عكس الخلايا النباتية، لا تحتوي الخلايا الفطرية على البلاستيدات الخضراء أو الكلوروفيل. تظهر العديد من الفطريات ألوانًا زاهية ناشئة عن أصباغ خلوية أخرى، تتراوح من الأحمر إلى الأخضر إلى الأسود. يمكن التعرف على أمانيتا موسكاريا السامة (ذبابة الغاريك) من خلال غطاءها الأحمر اللامع مع بقع بيضاء (الشكل\(\PageIndex{1}\)). ترتبط الأصباغ الموجودة في الفطريات بجدار الخلية وتلعب دورًا وقائيًا ضد الأشعة فوق البنفسجية. بعض الأصباغ الفطرية سامة.
مثل الخلايا النباتية، تحتوي الخلايا الفطرية على جدار خلوي سميك. تحتوي الطبقات الصلبة من جدران الخلايا الفطرية على السكريات المعقدة التي تسمى الكيتين والجلوكان. الكيتين، الموجود أيضًا في الهيكل الخارجي للحشرات، يعطي قوة هيكلية لجدران خلايا الفطريات. يحمي الجدار الخلية من الجفاف والحيوانات المفترسة. تحتوي الفطريات على أغشية بلازما مشابهة لحقيقيات النوى الأخرى، باستثناء أن التركيب يستقر بواسطة إرغوستيرول: جزيء الستيرويد الذي يحل محل الكوليسترول الموجود في أغشية الخلايا الحيوانية. معظم أعضاء مملكة الفطريات هم من غير المتنقلين. يتم إنتاج الأسواط فقط بواسطة الأمشاج الموجودة في Phylum Chytridiomycota البدائية.
النمو
الجسم النباتي للفطر هو ثالوس أحادي الخلية أو متعدد الخلايا. يمكن أن تتغير الفطريات ثنائية الشكل من الحالة أحادية الخلية إلى الحالة متعددة الخلايا اعتمادًا على الظروف البيئية. يشار إلى الفطريات أحادية الخلية عمومًا باسم الخمائر. تعتبر أنواع Scaromyces cerevisiae (خميرة الخباز) وأنواع المبيضات (عوامل القلاع، وهي عدوى فطرية شائعة) أمثلة على الفطريات أحادية الخلية (الشكل\(\PageIndex{2}\)).
معظم الفطريات هي كائنات متعددة الخلايا. وهي تعرض مرحلتين مورفولوجيتين متميزتين: الخضرية والتناسلية. تتكون المرحلة الخضرية من مجموعة متشابكة من الهياكل الشبيهة بالخيوط النحيلة تسمى الهيفي (المفرد، الهيفا)، في حين أن مرحلة التكاثر يمكن أن تكون أكثر وضوحًا. كتلة الهيفي هي أفطورة (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يمكن أن تنمو على سطح أو في التربة أو المواد المتحللة أو في سائل أو حتى على الأنسجة الحية. على الرغم من أنه يجب ملاحظة الخيوط الفردية تحت المجهر، إلا أن أفطورة الفطريات يمكن أن تكون كبيرة جدًا، حيث تكون بعض الأنواع حقًا «الفطريات العملاقة». يعتبر Armillaria culipes العملاق (فطر العسل) أكبر كائن حي على وجه الأرض، حيث ينتشر عبر أكثر من 2000 فدان من التربة الجوفية في شرق ولاية أوريغون؛ يُقدر أن عمره لا يقل عن 2400 عام.
تنقسم معظم الخيوط الفطرية إلى خلايا منفصلة عن طريق جدران داخلية تسمى الحاجز (المفرد، الحاجز) (الشكل\(\PageIndex{4}\)). في معظم أنواع الفطريات، تسمح الثقوب الصغيرة في الحاجز بالتدفق السريع للعناصر الغذائية والجزيئات الصغيرة من خلية إلى أخرى على طول الهيفا. يتم وصفها بأنها حواجز مثقبة. لا يتم فصل خيوط قوالب الخبز (التي تنتمي إلى Phylum Zygomycota) بواسطة حواجز. بدلاً من ذلك، يتم تشكيلها بواسطة خلايا كبيرة تحتوي على العديد من النوى، وهو ترتيب يوصف باسم خيوط الخلايا العصبية (الشكل 24.1.4).
تزدهر الفطريات في البيئات الرطبة والحمضية قليلاً، ويمكن أن تنمو مع الضوء أو بدونه. تختلف في متطلبات الأكسجين الخاصة بها. معظم الفطريات عبارة عن هوائيات إجبارية تتطلب الأكسجين للبقاء على قيد الحياة. الأنواع الأخرى، مثل Chytridiomycota التي تعيش في كرش الماشية، هي اللاهوائيات الإجبارية، لأنها تستخدم التنفس اللاهوائي فقط لأن الأكسجين سيعطل عملية التمثيل الغذائي أو يقتلها. الخمائر متوسطة، وهي لاهوائيات مهدئة. هذا يعني أنها تنمو بشكل أفضل في وجود الأكسجين باستخدام التنفس الهوائي، ولكن يمكنها البقاء على قيد الحياة باستخدام التنفس اللاهوائي عندما لا يتوفر الأكسجين. يتم استخدام الكحول الناتج عن تخمير الخميرة في إنتاج النبيذ والبيرة.
التغذية
مثل الحيوانات، تعتبر الفطريات غير متجانسة؛ فهي تستخدم مركبات عضوية معقدة كمصدر للكربون، بدلاً من تثبيت ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كما تفعل بعض البكتيريا ومعظم النباتات. بالإضافة إلى ذلك، لا تقوم الفطريات بإصلاح النيتروجين من الغلاف الجوي. مثل الحيوانات، يجب عليهم الحصول عليها من نظامهم الغذائي. ومع ذلك، على عكس معظم الحيوانات، التي تتناول الطعام ثم تهضمه داخليًا في أعضاء متخصصة، تقوم الفطريات بهذه الخطوات بترتيب عكسي؛ الهضم يسبق الابتلاع. أولاً، يتم نقل الإنزيمات الخارجية خارج الخلية، حيث تقوم بمعالجة العناصر الغذائية في البيئة. ثم يتم امتصاص الجزيئات الصغيرة الناتجة عن هذا الهضم الخارجي من خلال مساحة السطح الكبيرة للميسيليوم. كما هو الحال مع الخلايا الحيوانية، فإن السكاريد المخزن هو الجليكوجين، وليس النشا، كما هو موجود في النباتات.
الفطريات هي في الغالب نباتات سابروفيت (السبروفيت مصطلح مكافئ): الكائنات الحية التي تستمد العناصر الغذائية من المواد العضوية المتحللة. يحصلون على مغذياتهم من المواد العضوية الميتة أو المتحللة: المواد النباتية بشكل أساسي. تستطيع الإنزيمات الخارجية الفطرية تكسير السكريات غير القابلة للذوبان، مثل السليلوز واللجنين في الخشب الميت، إلى جزيئات جلوكوز قابلة للامتصاص بسهولة. وبالتالي يتم إطلاق الكربون والنيتروجين والعناصر الأخرى في البيئة. بسبب مساراتها الأيضية المتنوعة، تؤدي الفطريات دورًا بيئيًا مهمًا ويتم التحقيق فيها كأدوات محتملة في المعالجة الحيوية. على سبيل المثال، يمكن استخدام بعض أنواع الفطريات لتحطيم زيت الديزل والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs). تستهلك الأنواع الأخرى المعادن الثقيلة، مثل الكادميوم والرصاص.
بعض الفطريات طفيلية تصيب النباتات أو الحيوانات. يؤثر مرض السموط والدردار الهولندي على النباتات، في حين أن قدم الرياضي وداء المبيضات (القلاع) من الالتهابات الفطرية ذات الأهمية الطبية لدى البشر. في البيئات الفقيرة بالنيتروجين، تلجأ بعض الفطريات إلى افتراس النيماتودا (الديدان المستديرة الصغيرة غير المجزأة). تحتوي أنواع فطريات Arthrobotrys على عدد من الآليات لاصطياد النيماتودا. تتضمن إحدى الآليات انقباض الحلقات داخل شبكة الخيوط. تنتفخ الحلقات عندما تلمس النيماتودا وتمسكها بإحكام. تخترق الفطريات أنسجة الدودة عن طريق توسيع هيفي متخصص يسمى هاوستوريا. تمتلك العديد من الفطريات الطفيلية الهوستوريا، حيث تخترق هذه الهياكل أنسجة المضيف، وتطلق إنزيمات الجهاز الهضمي داخل جسم المضيف، وتمتص العناصر الغذائية المهضومة.
الاستنساخ
تتكاثر الفطريات جنسياً و/أو لا جنسياً. تتكاثر الفطريات المثالية جنسيًا ولاجنسيًا، بينما تتكاثر الفطريات غير الكاملة فقط بشكل غير جنسي (عن طريق الانقسام).
في كل من التكاثر الجنسي واللاجنسي، تنتج الفطريات جراثيم تنتشر من الكائن الحي الأم إما عن طريق الطفو في الرياح أو ركوب حيوان. تعتبر الجراثيم الفطرية أصغر حجمًا وأخف وزنًا من بذور النباتات. ينفجر فطر البوفبول العملاق ويطلق تريليونات من الجراثيم. يزيد العدد الهائل من الجراثيم المنبعثة من احتمالية الهبوط في بيئة تدعم النمو (الشكل\(\PageIndex{5}\)).
التكاثر اللاجنسي
تتكاثر الفطريات جنسياً عن طريق التفتيت أو التبرعم أو إنتاج الجراثيم. يمكن لشظايا الخيوط أن تنمو مستعمرات جديدة. تشكل الخلايا الجسدية في الخميرة براعم. أثناء التبرعم (نوع من الحركة الخلوية)، يتشكل انتفاخ على جانب الخلية، وتنقسم النواة بشكل متشابك، ويفصل البرعم نفسه في النهاية عن الخلية الأم (الشكل\(\PageIndex{6}\)).
الطريقة الأكثر شيوعًا للتكاثر اللاجنسي هي من خلال تكوين الجراثيم اللاجنسية، والتي ينتجها أحد الوالدين فقط (من خلال الانقسام) وهي متطابقة وراثيًا مع ذلك الوالد (الشكل\(\PageIndex{7}\)). تسمح الأبواغ للفطريات بتوسيع انتشارها واستعمار بيئات جديدة. قد يتم إطلاقها من القصبة الأم إما خارج أو داخل كيس تناسلي خاص يسمى سبورانيوم.
هناك العديد من أنواع الجراثيم اللاجنسية. المسام المخروطية هي جراثيم أحادية الخلية أو متعددة الخلايا يتم إطلاقها مباشرة من طرف أو جانب الهايفا. تنشأ الجراثيم اللاجنسية الأخرى في تفتيت الهيفا لتكوين خلايا مفردة يتم إطلاقها على شكل جراثيم؛ بعضها يحتوي على جدار سميك يحيط بالجزء. ومع ذلك، يتخلى البعض الآخر عن الخلية الأم النباتية. يتم إنتاج مسام سبورانجيوم في سبورانيوم (الشكل\(\PageIndex{8}\)).
الاستنساخ الجنسي
يُدخل التكاثر الجنسي تباينًا جينيًا في مجموعة من الفطريات. في الفطريات، يحدث التكاثر الجنسي غالبًا استجابة للظروف البيئية المعاكسة. أثناء التكاثر الجنسي، يتم إنتاج نوعين من التزاوج. عندما يتواجد كلا النوعين من التزاوج في نفس الفطريات، يُطلق عليه اسم المثلية أو الإخصاب الذاتي. تتطلب الميسيليا غير المتجانسة نوعين مختلفين ولكن متوافقين من الميسيليا للتكاثر جنسياً.
على الرغم من وجود العديد من الاختلافات في التكاثر الجنسي الفطري، إلا أنها تشمل المراحل الثلاث التالية (الشكل\(\PageIndex{7}\)). أولاً، أثناء عملية البلازموغامي (حرفيًا، «زواج أو اتحاد السيتوبلازم»)، تندمج خليتان مفردتا الصبغيات، مما يؤدي إلى مرحلة ثنائية النواة حيث تتعايش نواتان أحادية الصبغيات في خلية واحدة. أثناء الزواج النووي («الزواج النووي»)، تندمج النواة أحادية الصيغة الصبغية لتشكل نواة زيجوت ثنائية الصبغيات. أخيرًا، يحدث الانقسام الاختزالي في أعضاء Gametangia (المفرد، gametangium)، حيث يتم إنشاء الأمشاج من أنواع التزاوج المختلفة. في هذه المرحلة، يتم نشر الجراثيم في البيئة.
ملخص
الفطريات هي كائنات حقيقية النواة ظهرت على الأرض منذ أكثر من 450 مليون سنة. إنها غير متجانسة ولا تحتوي على أصباغ التمثيل الضوئي مثل الكلوروفيل ولا العضيات مثل البلاستيدات الخضراء. نظرًا لأن الفطريات تتغذى على المواد المتحللة والميتة، فهي عبارة عن سبورات. تعتبر الفطريات من العوامل المحللة المهمة التي تطلق العناصر الأساسية في البيئة. تقوم الإنزيمات الخارجية بهضم العناصر الغذائية التي يمتصها جسم الفطريات، والتي تسمى الثالوس. يحيط بالخلية جدار خلوي سميك مصنوع من الكيتين. يمكن أن تكون الفطريات أحادية الخلية مثل الخمائر، أو تطور شبكة من الشعيرات تسمى الميسيليوم، والتي غالبًا ما توصف بالعفن. تتكاثر معظم الأنواع من خلال دورات التكاثر اللاجنسية والجنسية وتعرض تناوبًا بين الأجيال. مجموعة أخرى من الفطريات لا تحتوي على دورة جنسية. يشمل التكاثر الجنسي زواج البلازما (اندماج السيتوبلازم)، يليه الزواج النووي (اندماج النوى). يجدد الانقسام الاختزالي الأفراد أحادية الصبغيات، مما يؤدي إلى جراثيم أحادية الصبغيات.
مسرد المصطلحات
- هيفا كوينوسيتيك
- هيفا واحدة تفتقر إلى الحاجز وتحتوي على العديد من النوى
- اللاهوائيات التيسيرية
- الكائنات الحية التي يمكنها إجراء التنفس الهوائي واللاهوائي ويمكنها البقاء على قيد الحياة في بيئة غنية بالأكسجين وتفتقر إلى الأكسجين
- هاوستوريا
- خيوط معدلة على العديد من الفطريات الطفيلية التي تخترق أنسجة مضيفيها، وتطلق الإنزيمات الهضمية، و/أو تمتص العناصر الغذائية من المضيف
- غير متجانس
- يصف وجود نوع تزاوج واحد فقط في الفطريات الفردية
- متجانسة
- يصف وجود كلا النوعين من التزاوج في الفطريات
- هيفا
- خيوط فطرية تتكون من خلية واحدة أو أكثر
- تعدد الزوجات
- انصهار النوى
- أفطورة
- كتلة من خيوط فطرية
- علم الفطريات
- دراسة علمية للفطريات
- الأيروبات الإلزامية
- الكائنات الحية، مثل البشر، التي يجب أن تقوم بالتنفس الهوائي من أجل البقاء
- اللاهوائيات الإلزامية
- الكائنات الحية التي تقوم فقط بالتنفس اللاهوائي وغالبًا ما لا تستطيع البقاء على قيد الحياة في وجود الأكسجين
- البلازموغامي
- اندماج السيتوبلازم
- مسبار
- كائن حي يستمد العناصر الغذائية من المواد العضوية المتحللة؛ وكذلك السابروفيت
- حواجز
- تقسيم جدار الخلية بين خيوط
- سبورانيوم
- كيس تناسلي يحتوي على جراثيم
- ثالوس
- جسم نباتي للفطر
- خميرة
- مصطلح عام يستخدم لوصف الفطريات أحادية الخلية