Skip to main content
Global

1.2: نهج منهجي

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194588

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

    أهداف التعلم

    • وصف كيفية تصنيف الكائنات الحية الدقيقة وتمييزها كأنواع فريدة
    • قارن أنظمة التصنيف التاريخية والحالية المستخدمة لتصنيف الكائنات الحية الدقيقة

    بمجرد أن أصبحت الميكروبات مرئية للبشر بمساعدة المجاهر، بدأ العلماء في إدراك تنوعها الهائل. تختلف الكائنات الحية الدقيقة في جميع أنواع الطرق، بما في ذلك حجمها ومظهرها ومعدلات تكاثرها. لدراسة هذه المجموعة الجديدة المتنوعة للغاية من الكائنات الحية، احتاج الباحثون إلى طريقة لتنظيمها بشكل منهجي.

    علم التصنيف

    التصنيف هو تصنيف ووصف وتحديد وتسمية الكائنات الحية. التصنيف هو ممارسة تنظيم الكائنات الحية في مجموعات مختلفة بناءً على خصائصها المشتركة. كان أشهر عالم تصنيف مبكر عالم نبات وعالم حيوان وطبيب سويدي يدعى كارولوس لينيوس (1701-1778). في عام 1735، نشر لينيوس Systema Naturae، وهو كتيب مكون من 11 صفحة اقترح فيه تصنيف ليناي، وهو نظام لتصنيف وتسمية الكائنات الحية باستخدام صيغة قياسية حتى يتمكن العلماء من مناقشة الكائنات الحية باستخدام مصطلحات متسقة. واستمر في مراجعة الكتاب والإضافة إليه، الذي نما إلى مجلدات متعددة (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    لوحة لكارولوس لينيوس ممسكًا بزهرة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): قام عالم النبات السويدي وعالم الحيوان والطبيب كارولوس لينيوس بتطوير نظام جديد لتصنيف النباتات والحيوانات. في هذه اللوحة التي رسمها هندريك هولاندر عام 1853، يحمل لينيوس زهرةً توأم اسمها لينيا بورياليس تكريماً له.

    في تصنيفه، قسم لينيوس العالم الطبيعي إلى ثلاث ممالك: الحيوان والنبات والمعادن (تم التخلي عن المملكة المعدنية لاحقًا). داخل ممالك الحيوانات والنباتات، قام بتجميع الكائنات الحية باستخدام تسلسل هرمي لمستويات ومستويات فرعية محددة بشكل متزايد بناءً على أوجه التشابه بينها. كانت أسماء المستويات في التصنيف الأصلي لينيوس هي المملكة والطبقة والنظام والأسرة والجنس (الجمع: الأجناس) والأنواع. كانت الأنواع، ولا تزال، الوحدة التصنيفية الأكثر تحديدًا والأساسية.

    أشجار الحياة المتطورة (السلالات)

    مع التقدم التكنولوجي، قام علماء آخرون تدريجياً بإجراء تحسينات على نظام Linnaean وأنشأوا في النهاية أنظمة جديدة لتصنيف الكائنات الحية. في القرن التاسع عشر، كان هناك اهتمام متزايد بتطوير التصنيفات التي أخذت في الاعتبار العلاقات التطورية، أو السلالات، لجميع الأنواع المختلفة من الكائنات الحية على الأرض. تتمثل إحدى طرق تصوير هذه العلاقات في رسم تخطيطي يسمى شجرة النشوء والتطور (أو شجرة الحياة). في هذه الرسوم البيانية، يتم ترتيب مجموعات الكائنات الحية حسب مدى ارتباطها الوثيق. في أشجار النشوء والتطور المبكر، تم استنتاج ارتباط الكائنات الحية من خلال أوجه التشابه المرئية، مثل وجود أو عدم وجود الشعر أو عدد الأطراف. الآن، التحليل أكثر تعقيدًا. اليوم، تشمل التحليلات الوراثية والبيوكيميائية والمقارنات الجنينية، كما ستتم مناقشته لاحقًا في هذا الفصل.

    احتوت شجرة حياة لينيوس على فرعين رئيسيين فقط لجميع الكائنات الحية: ممالك الحيوانات والنباتات. في عام 1866، اقترح إرنست هيكيل، عالم الأحياء والفيلسوف والطبيب الألماني، مملكة أخرى، هي بروتيستا، للكائنات أحادية الخلية (الشكل\(\PageIndex{2}\)). اقترح لاحقًا مملكة رابعة، مونيرا، للكائنات أحادية الخلية التي تفتقر خلاياها إلى النواة، مثل البكتيريا.

    رسم لشجرة. تقرأ قاعدة الشجرة: Radix Monera. يتفرع هذا إلى ثلاثة فروع تسمى Plantae و Protista و Animalia. يتفرع كل فرع من هذه الفروع إلى أبعد من ذلك؛ يتم تصنيف كل فرع جديد بنص صغير ويتم تحديد مجموعات الفروع. على سبيل المثال، تشمل مجموعات الفروع في البروتيستا: الدياتوماز والسوط والبروتوبلاستا والإسفنج.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): اشتمل رسم إرنست هيكيل لشجرة الحياة، من كتابه «مورفولوجيا الكائنات الحية العامة» الصادر عام 1866، على ثلاث ممالك: بلانتي وبروتيستا وأناماليا. وأضاف لاحقًا مملكة رابعة، مونيرا، للكائنات أحادية الخلية التي تفتقر إلى النواة.

    بعد ما يقرب من 100 عام، في عام 1969، اقترح عالم البيئة الأمريكي روبرت ويتاكر (1920-1980) إضافة مملكة أخرى - الفطريات - إلى شجرة حياته. احتوت شجرة ويتاكر أيضًا على مستوى تصنيف أعلى من مستوى المملكة - مستوى الإمبراطورية أو المملكة العظمى - للتمييز بين الكائنات الحية التي تحتوي على نوى مرتبطة بالغشاء في خلاياها (حقيقيات النوى) وتلك التي لا تحتوي عليها (بدائيات النواة). احتوت إمبراطورية بروكاريوتا على مملكة مونيرا فقط. احتوت إمبراطورية Eukaryota على الممالك الأربع الأخرى: الفطريات والبروتيستا وبلانتاي والحيوانات. كانت شجرة Whittaker المكونة من خمس ممالك تعتبر السلالة القياسية لسنوات عديدة.

    \(\PageIndex{3}\)يوضح الشكل كيف تغيرت شجرة الحياة بمرور الوقت. لاحظ أن الفيروسات غير موجودة في أي من هذه الأشجار. هذا لأنها لا تتكون من خلايا وبالتالي يصعب تحديد مكان ملاءمتها لشجرة الحياة.

    يبدأ هذا الجدول الزمني بكارولوس لينيوس الذي طور طريقة جديدة لتصنيف النباتات والحيوانات في عام 1758. تُظهر الصورة الموجودة أعلى لينيوس خطًا متشعبًا يحتوي على فرع واحد مُسمى بالنباتات والآخر حيوانات مُصنَّفة. في عام 1866، كتب إرنست هيكل مورفولوجيا عامة للكائنات الحية، واقترح أربع ممالك. تُظهر الصورة الموجودة أعلى هيكل خطًا مركزيًا حيث تتفرع مونيرا من الأسفل، وتتفرع الطلائع بعد ذلك، ثم النباتات وأخيرًا الحيوانات. في عام 1969، اقترح روبرت ويتاكر إضافة مملكة خامسة - الفطريات - إلى شجرة الحياة. الصورة الموجودة أعلى Whittaker هي نفس الصورة الموجودة فوق Haeckel ولكنها تتضمن فرعًا إضافيًا يسمى الفطريات بين النباتات والحيوانات.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): يوضح هذا الجدول الزمني كيف تغير شكل شجرة الحياة على مر القرون. حتى اليوم، يتم باستمرار إعادة تقييم تصنيف الكائنات الحية وتنقيحه من خلال التقدم التكنولوجي.

    التمارين\(\PageIndex{1}\)

    لخص بإيجاز كيف ساهم فهمنا المتطور للكائنات الحية الدقيقة في التغييرات في طريقة تصنيف الكائنات الحية.

    التركيز السريري: الجزء 2

    تم تصميم أدوية المضادات الحيوية خصيصًا لقتل أو منع نمو البكتيريا. ولكن بعد يومين من تناول المضادات الحيوية، لا تظهر كورا أي علامات على التحسن. أيضًا، عادت ثقافات CSF الخاصة بها من المختبر سلبية. نظرًا لعدم عزل البكتيريا أو الفطريات من عينة CSF الخاصة بـ Cora، يستبعد طبيبها التهاب السحايا البكتيري والفطري. لا يزال التهاب السحايا الفيروسي احتمالًا.

    ومع ذلك، تبلغ كورا الآن عن بعض الأعراض الجديدة المقلقة. بدأت تعاني من صعوبة في المشي. انتشر تصلب عضلاتها من رقبتها إلى بقية جسدها، وأحيانًا ترتعش أطرافها بشكل لا إرادي. بالإضافة إلى ذلك، تتفاقم الأعراض المعرفية لكورا. في هذه المرحلة، يصبح طبيب كورا قلقًا للغاية ويطلب المزيد من الاختبارات على عينات CSF.

    التمارين\(\PageIndex{2}\)

    ما أنواع الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تسبب أعراض كورا؟

    دور علم الوراثة في التصنيف الحديث

    قدمت أشجار Haeckel و Whittaker فرضيات حول سلالة الكائنات الحية المختلفة بناءً على خصائص يمكن ملاحظتها بسهولة. لكن ظهور علم الوراثة الجزيئي في أواخر القرن العشرين كشف عن طرق أخرى لتنظيم أشجار النشوء والتطور. تسمح الطرق الجينية بطريقة موحدة لمقارنة جميع الكائنات الحية دون الاعتماد على الخصائص التي يمكن ملاحظتها والتي يمكن أن تكون ذاتية في كثير من الأحيان. يعتمد التصنيف الحديث بشكل كبير على مقارنة الأحماض النووية (حمض الديوكسي ريبونوكلييك [DNA] أو حمض الريبونوكليك [RNA]) أو البروتينات من الكائنات الحية المختلفة. كلما كانت الأحماض النووية والبروتينات أكثر تشابهًا بين كائنين، زاد ارتباطهما ارتباطًا وثيقًا.

    في السبعينيات، اكتشف عالم الأحياء الدقيقة الأمريكي كارل ويز ما بدا أنه «سجل حي» لتطور الكائنات الحية. قام هو ومساعده جورج فوكس بإنشاء شجرة حياة قائمة على علم الوراثة بناءً على أوجه التشابه والاختلاف التي لاحظوها في الوحدة الفرعية الصغيرة RNA الريبوسومية (rRNA) للكائنات الحية المختلفة. في هذه العملية، اكتشفوا أن نوعًا معينًا من البكتيريا، يسمى archaebacteria (المعروف الآن ببساطة باسم archaea)، كان مختلفًا بشكل كبير عن البكتيريا وحقيقيات النوى الأخرى من حيث تسلسل الحمض النووي الريبي الصغير. لاستيعاب هذا الاختلاف، قاموا بإنشاء شجرة بثلاثة نطاقات فوق مستوى المملكة: أرشيا والبكتيريا وأوكاريا (الشكل\(\PageIndex{4}\)). يشير التحليل الجيني للوحدة الفرعية الصغيرة من الرنا الريبوزي إلى أن الأركيا والبكتيريا وحقيقيات النوى تطورت جميعها من نوع شائع من خلايا الأسلاف. تميل الشجرة لإظهار علاقة تطورية أوثق بين Archaea و Eukarya مقارنة بالبكتيريا.

    شجرة النشوء والتطور في الحياة. رسم للخطوط المتفرعة. يتفرع الخط المركزي في الجزء السفلي إلى فرعين رئيسيين. على الفرع الأيسر توجد المجموعة البكتيرية. ينقسم الفرع الموجود على اليمين إلى مجموعات Archaea و Eukarya. الفروع الإضافية في مجموعة Eukarya من الأسفل إلى الأعلى هي: Diplomonads و Microsporidia و Trichomonads و Flagellates و Entamoebae و قوالب الابتسامة و Ciliates والنباتات والفطريات والحيوانات (التي تحمل نجمة تحمل اسم «أنت هنا)». الفروع على طول مجموعة Archaea من الأسفل إلى الأعلى هي: البيروديكتيك، ثيرموبروتيوس، T. celer، الميثانوكوكوس، ميثانوبكتريوم، ميثانوسارسينا، وهالوفيليس. الفروع في المجموعة البكتيرية من الأسفل إلى الأعلى هي: Aquifex، Thermotoga، البكتيريا الخيطية الخضراء، البكتيريا السيتوفاجا، إيجابيات الجرام، Plantomyces، البكتيريا الزرقاء، البكتيريا البروتينية، و Spirocheres.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): يواصل العلماء استخدام تحليل الحمض النووي الريبي والحمض النووي والبروتينات لتحديد كيفية ارتباط الكائنات الحية. أحد الاكتشافات المثيرة للاهتمام والمعقدة هو النقل الأفقي للجينات - عندما يتم امتصاص جين من أحد الأنواع في جينوم كائن حي آخر. يعد النقل الأفقي للجينات أمرًا شائعًا بشكل خاص في الكائنات الحية الدقيقة ويمكن أن يجعل من الصعب تحديد كيفية ارتباط الكائنات الحية تطوريًا. وبالتالي، يفكر بعض العلماء الآن من منظور «شبكات الحياة» بدلاً من «أشجار الحياة».

    التمارين\(\PageIndex{3}\)

    1. في التصنيف الحديث، كيف يحدد العلماء مدى الارتباط الوثيق بين كائنين؟
    2. اشرح لماذا تنشأ جميع فروع «شجرة الحياة» من «جذع» واحد.

    تسمية الميكروبات

    في تطوير تصنيفه، استخدم لينيوس نظامًا للتسميات ذات الحدين، وهو نظام تسمية مكون من كلمتين لتحديد الكائنات الحية حسب الجنس والأنواع. على سبيل المثال، ينتمي البشر المعاصرون إلى جنس الإنسان ويحمل اسم النوع sapiens، لذا فإن اسمهم العلمي في التسمية ذات الحدين هو Homo sapiens. في التسمية ذات الحدين، يتم دائمًا كتابة جزء الجنس من الاسم بأحرف كبيرة؛ يليه اسم النوع، الذي لا تتم كتابته بأحرف كبيرة. كلا الاسمين بخط مائل.

    عادةً ما كانت الأسماء التصنيفية في القرنين الثامن عشر والعشرين مشتقة من اللاتينية، حيث كانت هذه هي اللغة الشائعة التي استخدمها العلماء عندما تم إنشاء الأنظمة التصنيفية لأول مرة. اليوم، يمكن إعطاء الكائنات الحية المكتشفة حديثًا أسماء مشتقة من اللاتينية أو اليونانية أو الإنجليزية. تعكس هذه الأسماء أحيانًا بعض السمات المميزة للكائن الحي؛ وفي حالات أخرى، تتم تسمية الكائنات الحية الدقيقة باسم العلماء الذين اكتشفوها. يعد archaon Haloquadratum walsbyi مثالاً على كل من مخططات التسمية هذه. يصف الجنس، Haloquadratum، موطن المياه المالحة للكائنات الحية الدقيقة (الهالة مشتقة من الكلمة اليونانية التي تعني «الملح») بالإضافة إلى ترتيب خلاياها المربعة، والتي يتم ترتيبها في مجموعات مربعة من أربع خلايا (الربع هو لاتيني لـ «foursquare»). تمت تسمية هذا النوع، Walsbyi، على اسم أنتوني إدوارد وولسبي، عالم الأحياء الدقيقة الذي اكتشف Haloquadratum walsbyi في عام 1980. في حين أنه قد يبدو من الأسهل إعطاء كائن حي اسمًا وصفيًا شائعًا - مثل نقار الخشب ذي الرأس الأحمر - يمكننا أن نتخيل كيف يمكن أن يصبح ذلك مشكلة. ماذا يحدث عند اكتشاف نوع آخر من نقار الخشب بلون أحمر الرأس؟ إن التسمية المنهجية التي يستخدمها العلماء تقضي على هذه المشكلة المحتملة من خلال تخصيص اسم فريد من كلمتين لكل كائن حي معترف به من قبل العلماء في جميع أنحاء العالم.

    في هذا النص، سنختصر عادةً جنس الكائن الحي وأنواعه بعد ذكره لأول مرة. النموذج المختصر هو ببساطة الحرف الأول من الجنس، متبوعًا بنقطة والاسم الكامل للأنواع. على سبيل المثال، يتم اختصار بكتيريا Escherichia coli إلى E. coli في شكلها المختصر. سوف تواجه هذه الاتفاقية نفسها في النصوص العلمية الأخرى أيضًا.

    أدلة بيرجي

    سواء في شجرة أو شبكة، قد يكون من الصعب تحديد الميكروبات وتصنيفها. بدون ميزات مجهرية يمكن ملاحظتها بسهولة مثل الريش أو القدمين أو الفراء، يجب على العلماء التقاط ونمو وابتكار طرق لدراسة خصائصها البيوكيميائية للتمييز بين الميكروبات وتصنيفها. على الرغم من هذه العقبات، قامت مجموعة من علماء الأحياء الدقيقة بإنشاء وتحديث مجموعة من الأدلة لتحديد وتصنيف الكائنات الحية الدقيقة. يُعد دليل بيرجي لعلم الجراثيم المحدد ودليل بيرجي لعلم الجراثيم المنهجي، الذي نُشر لأول مرة في عام 1923 وتم تحديثه منذ ذلك الحين عدة مرات، المراجع القياسية لتحديد وتصنيف بدائيات النوى المختلفة. (يعتمد الملحق D من هذا الكتاب المدرسي جزئيًا على أدلة Bergey؛ فهو يوضح كيفية تصنيف الكائنات الحية التي تظهر في هذا الكتاب المدرسي.) نظرًا لأن العديد من البكتيريا تبدو متطابقة، يجب استخدام طرق تعتمد على الخصائص غير المرئية للتعرف عليها. على سبيل المثال، يمكن استخدام الاختبارات البيوكيميائية لتحديد المواد الكيميائية الفريدة لأنواع معينة. وبالمثل، يمكن استخدام الاختبارات المصلية لتحديد الأجسام المضادة المحددة التي ستتفاعل ضد البروتينات الموجودة في بعض الأنواع. في النهاية، يمكن استخدام تسلسل الحمض النووي والرنا الريبي لتحديد نوع بكتيري معين وتصنيف الأنواع المكتشفة حديثًا.

    التمارين\(\PageIndex{4}\)

    • ما هي التسمية ذات الحدين ولماذا هي أداة مفيدة لتسمية الكائنات الحية؟
    • اشرح لماذا سيكون مورد مثل أحد أدلة Bergey مفيدًا في تحديد الكائنات الحية الدقيقة في العينة.

    نفس الاسم، سلالة مختلفة

    داخل نوع واحد من الكائنات الحية الدقيقة، يمكن أن يكون هناك عدة أنواع فرعية تسمى السلالات. في حين أن السلالات المختلفة قد تكون متطابقة تقريبًا وراثيًا، إلا أنها يمكن أن تكون لها سمات مختلفة جدًا. تشتهر بكتيريا Escherichia coli بتسببها في التسمم الغذائي وإسهال المسافرين. ومع ذلك، هناك بالفعل العديد من السلالات المختلفة من E. coli، وتختلف في قدرتها على التسبب في المرض.

    إحدى سلالات E. coli المسببة للأمراض (المسببة للأمراض) التي ربما سمعت عنها هي E. coli O157:H7. في البشر، يمكن أن تسبب العدوى من E. coli O157:H7 تشنجات في البطن والإسهال. عادة ما تنشأ العدوى من المياه الملوثة أو الطعام، وخاصة الخضروات النيئة واللحوم غير المطهية جيدًا. في التسعينيات، كان هناك العديد من حالات تفشي E. coli O157:H7 التي يُعتقد أنها نشأت في الهامبرغر غير المطبوخ جيدًا.

    في حين أن E. coli O157:H7 وبعض السلالات الأخرى أعطت E. coli اسمًا سيئًا، فإن معظم سلالات E. coli لا تسبب المرض. في الواقع، يمكن أن يكون بعضها مفيدًا. تساعدنا سلالات مختلفة من E. coli الموجودة بشكل طبيعي في أمعائنا على هضم طعامنا وتزويدنا ببعض المواد الكيميائية اللازمة ومحاربة الميكروبات المسببة للأمراض.

    ملخص

    • طور Carolus Linnaeus نظامًا تصنيفيًا لتصنيف الكائنات الحية إلى مجموعات ذات صلة.
    • تحدد التسمية ذات الحدين أسماء علمية لاتينية للكائنات الحية مع تسمية الجنس والأنواع.
    • شجرة النشوء والتطور هي طريقة لإظهار كيف يُعتقد أن الكائنات الحية المختلفة مرتبطة ببعضها البعض من وجهة نظر تطورية.
    • احتوت أول شجرة من النشوء والتطور على ممالك للنباتات والحيوانات؛ واقترح إرنست هيكل إضافة مملكة للطواحين.
    • احتوت شجرة روبرت ويتاكر على خمس ممالك: أنيماليا وبلانتي وبروتيستا والفطريات ومونيرا.
    • استخدم Carl Woese وحدة فرعية صغيرة من الحمض النووي الريبوزي لإنشاء شجرة النشوء والتطور التي تجمع الكائنات الحية في ثلاثة مجالات بناءً على تشابهها الجيني.
    • تعتبر أدلة Bergey لعلم الجراثيم الحاسم والجهازي المراجع القياسية لتحديد وتصنيف البكتيريا، على التوالي.
    • يمكن التعرف على البكتيريا من خلال الاختبارات البيوكيميائية وتحليل الحمض النووي/الحمض النووي الريبي وطرق الاختبار المصلي.

    مسرد المصطلحات

    التسمية ذات الحدين
    اتفاقية عالمية للتسمية العلمية للكائنات الحية باستخدام الأسماء اللاتينية للجنس والأنواع
    حقيقيات النواة
    كائن حي يتكون من خلية واحدة أو أكثر تحتوي على نواة وعضيات مرتبطة بالغشاء
    علم النشوء
    التاريخ التطوري لمجموعة من الكائنات الحية
    بدائيات النواة
    كائن حي لا يتضمن هيكله الخلوي نواة مرتبطة بالغشاء
    تصنيف
    تصنيف الكائنات الحية ووصفها وتحديدها وتسميتها