Skip to main content
Global

4.5: البكتيريا المتفرعة بعمق

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194821

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

    أهداف التعلم

    • وصف الميزات الفريدة للبكتيريا المتفرعة بعمق
    • أعط أمثلة على البكتيريا المهمة المتفرعة بعمق

    على شجرة النشوء والتطور (انظر المنهج المنهجي)، يمثل جذع الشجرة أو جذرها سلفًا تطوريًا قديمًا شائعًا، يُطلق عليه غالبًا اسم آخر سلف عالمي مشترك (LUCA)، والفروع هي نسلها التطوري. يعتبر العلماء أن البكتيريا المتفرعة بعمق، مثل جنس Acetothermus، هي الأولى من أشكال الحياة غير لوكا التي أنتجها التطور منذ حوالي 3.5 مليار سنة. عند وضعها على شجرة النشوء والتطور، فإنها تنبع من جذر الحياة المشترك، العميق والقريب من جذر LUCA - ومن هنا جاء اسم «التفرع بعمق» (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    رسم تخطيطي لشجرة النشوء والتطور. في القاعدة توجد التسمية LUCA التي تتفرع إلى فرعين. الفرع الموجود على اليسار هو البكتيريا، والفرع الموجود على الفروع اليمنى مرة أخرى لتشكيل الأركيا وأوكاريا. أدنى فرع من البكتيريا هو الأسيتوثيرموس (الذي يلعب دور البطولة). الفروع أعلاه تشمل (من الأسفل إلى الأعلى): طبقات المياه الجوفية، الترموغا، البكتيريا الخيطية الخضراء، البكتيريا، السيتوفاغا، البلاستيكومايسيس، إيجابيات الجرام، البكتيريا الزرقاء، البكتيريا البروتينية، اللولبيات. فروع الأركيا من الأسفل إلى الأعلى: البيروديكتيكوم، والترموبروتيوس، والمكورات الحرارية، والميثانوباكتريوم، والميثانوباكتريوم، والميثانوساركينا، والهالوفيفات. فروع الإوكاريا من الأسفل إلى الأعلى: الدبلوموناد والميكروسبوريديا والترايكوموناد والسوط والإنتامويبا وقوالب السلايم والسيليتات والنباتات والحيوانات والفطريات.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يُظهر النجم الموجود على شجرة الحياة النشوئية هذه موضع البكتيريا المتفرعة بعمق Acetothermus. (الائتمان: تعديل العمل من قبل إريك غابا)

    قد توفر البكتيريا المتفرعة بعمق أدلة تتعلق ببنية ووظيفة أشكال الحياة القديمة والمنقرضة الآن. يمكننا أن نفترض أن البكتيريا القديمة، مثل البكتيريا المتفرعة بعمق التي لا تزال موجودة، كانت محبة للحرارة أو شديدة الحرارة، مما يعني أنها ازدهرت في درجات حرارة عالية جدًا. Acetothermus paucivorans، وهي بكتيريا لاهوائية سالبة الجرام اكتشفت في عام 1988 في حمأة الصرف الصحي، هي بكتيريا حرارية تنمو عند درجة حرارة مثالية تبلغ 58 درجة مئوية. 1 قرر العلماء أنها أعمق بكتيريا متفرعة، أو أقرب قريب تطوري لـ LUCA (الشكل 1) \(\PageIndex{1}\)).

    تشتمل فئة Aquificae على بكتيريا متفرعة بعمق تتكيف مع أقسى الظروف على كوكبنا، وتشبه الظروف التي يعتقد أنها تهيمن على الأرض عندما ظهرت الحياة لأول مرة. البكتيريا من جنس Aquifex هي بكتيريا شديدة الحرارة تعيش في الينابيع الساخنة عند درجة حرارة أعلى من 90 درجة مئوية، ويزدهر نوع A. pyrophilus بالقرب من البراكين تحت الماء وفتحات المحيطات الحرارية، حيث يمكن أن تصل درجة حرارة الماء (تحت ضغط مرتفع) إلى 138 درجة مئوية. تستخدم البكتيريا مواد غير عضوية كمغذيات. على سبيل المثال، يمكن لـ A. pyrophilus تقليل الأكسجين، وهو قادر على تقليل النيتروجين في الظروف اللاهوائية. كما أنها تظهر مقاومة ملحوظة للأشعة فوق البنفسجية والإشعاع المؤين. تدعم هذه الملاحظات مجتمعة الفرضية القائلة بأن الأسلاف القدامى للبكتيريا المتفرعة بعمق بدأوا في التطور منذ أكثر من 3 مليارات سنة، عندما كانت الأرض ساخنة وتفتقر إلى الغلاف الجوي، مما عرّض البكتيريا للإشعاع غير المؤين والمؤين.

    يتم تمثيل فئة Thermotogae في الغالب عن طريق فرط الحرارة، بالإضافة إلى بعض البكتيريا المتوسطة (التي تفضل درجات الحرارة المعتدلة)، والبكتيريا اللاهوائية سالبة الجرام والتي يتم لف خلاياها بغشاء خارجي غريب يشبه الغلاف يسمى التوغا. تحتوي الطبقة الرقيقة من الببتيدوجليكان في جدار الخلية على بنية غير عادية؛ فهي تحتوي على حمض ديامينوبيمليك و D-ليسين. هذه البكتيريا قادرة على استخدام مجموعة متنوعة من الركائز العضوية وإنتاج الهيدروجين الجزيئي، والذي يمكن استخدامه في الصناعة. يحتوي الفصل على عدة أجناس، أشهرها جنس Thermotoga. يعيش أحد أنواع هذا الجنس، T. maritima، بالقرب من فتحات المحيط الحرارية ويزدهر في درجات حرارة 90 درجة مئوية؛ ويعيش نوع آخر، T. subterranea، في خزانات النفط تحت الأرض.

    أخيرًا، تنتمي بكتيريا Deinococcus radiodurans المتفرعة بعمق إلى جنس مشتق اسمه من كلمة يونانية تعني التوت الرهيب. يُعتبر الدكتور راديودورنز، الذي يُطلق عليه اسم «كونان ذا باكتريا»، من محبي الإكستريم نظرًا لقدرته على البقاء على قيد الحياة في ظل العديد من الأنواع المختلفة من الظروف القاسية، مثل الحرارة الشديدة والجفاف والفراغ والحموضة والإشعاع. يرجع اسمها إلى قدرتها على تحمل جرعات الإشعاع المؤين التي تقتل جميع البكتيريا المعروفة الأخرى؛ تُعزى هذه القدرة الخاصة إلى بعض الآليات الفريدة لإصلاح الحمض النووي.

    صورة مجهرية لأربع خلايا دائرية تشكل مربعًا.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): تعيش Deinococcus radiodurans، أو «Conan the Bacterium»، في أقسى الظروف على وجه الأرض.

    ملخص

    • تعد البكتيريا المتفرعة بعمق من الناحية التطورية أقدم أشكال الحياة، كونها الأقرب إلى آخر سلف عالمي مشترك.
    • تشمل البكتيريا المتفرعة بعمق العديد من الأنواع التي تزدهر في البيئات القاسية التي يعتقد أنها تشبه الظروف على الأرض منذ مليارات السنين.
    • تعد البكتيريا المتفرعة بعمق مهمة لفهمنا للتطور؛ بعضها يستخدم في الصناعة

    الحواشي

    1. 1 جي ديتريش وآخرون «أسيتوثيرموس باوسيفوران، الجنرال نوفمبر، إلخ. تشرين الثاني (نوفمبر)، بكتيريا لا هوائية تمامًا ومحبة للحرارة من حمأة الصرف الصحي، وسداسيات التخمير إلى الأسيتات وثاني أكسيد الكربون و H 2.» علم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطبيقي 10 رقم 2 (1988): 174-179.