1.2: Njia ya Utaratibu

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi microorganisms zinavyoainishwa na kutofautishwa kama spishi
• Kulinganisha mifumo ya kihistoria na ya sasa ya taksonomia kutumika kuainisha microorganisms

Mara microbes ikawa inayoonekana kwa wanadamu kwa msaada wa microscopes, wanasayansi walianza kutambua tofauti zao kubwa. Microorganisms hutofautiana kwa njia zote, ikiwa ni pamoja na ukubwa wao, muonekano wao, na viwango vyao vya uzazi. Ili kujifunza hii safu mpya ya viumbe, watafiti walihitaji njia ya kuandaa kwa utaratibu.

Sayansi ya Uainishaji

Taksonomia ni uainishaji, maelezo, utambulisho, na kutaja viumbe hai. Uainishaji ni mazoezi ya kuandaa viumbe katika vikundi tofauti kulingana na sifa zao zilizoshirikiwa. Mtaalamu maarufu wa mapema alikuwa mtaalamu wa mimea wa Kiswidi, mwanasayansi wa zoolojia, na daktari aliyeitwa Carolus Linnaeus (1701—1778). Mwaka 1735, Linnaeus alichapisha Systema Naturae, kijitabu cha ukurasa 11 ambamo alipendekeza taksonomia ya Linnaean, mfumo wa kuainisha na kumtaja viumbe kwa kutumia muundo wa kawaida ili wanasayansi waweze kujadili viumbe kwa kutumia istilahi thabiti. Aliendelea kurekebisha na kuongeza kwenye kitabu, kilichokua kwa kiasi kikubwa (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mchungaji wa Kiswidi, mwanasayansi wa zoolojia, na daktari Carolus Linnaeus walianzisha mfumo mpya wa kuainisha mimea na wanyama. Katika picha hii ya 1853 na Hendrik Hollander, Linnaeus anashika maua mapacha, aitwaye Linnaea borealis kwa heshima yake.

Katika uainishaji wake, Linnaeus aligawanya ulimwengu wa asili katika falme tatu: wanyama, mmea, na madini (ufalme wa madini uliachwa baadaye). Ndani ya falme za wanyama na mimea, alikusanya viumbe kwa kutumia uongozi wa viwango vinavyozidi maalum na sublevels kulingana na kufanana kwao. Majina ya viwango katika taksonomia ya awali ya Linnaeus yalikuwa ufalme, tabaka, utaratibu, familia, jenasi (wingi: genera), na spishi. Spishi ilikuwa, na inaendelea kuwa, maalum zaidi na ya msingi taxonomic kitengo.

Kubadilisha Miti ya Uzima (Phylogenies)

Pamoja na maendeleo katika teknolojia, wanasayansi wengine hatua kwa hatua walifanya marekebisho kwa mfumo wa Linnaean na hatimaye wakaunda mifumo mpya ya kuainisha viumbe. Katika miaka ya 1800, kulikuwa na riba kubwa katika kuendeleza taxonomies zilizozingatia mahusiano ya mabadiliko, au phylogenies, ya aina zote za viumbe duniani. Njia moja ya kuonyesha mahusiano haya ni kupitia mchoro unaoitwa mti wa phylogenetic (au mti wa uzima). Katika michoro hizi, makundi ya viumbe hupangwa kwa jinsi ya karibu yanavyofikiriwa kuwa. Katika miti ya mapema ya phylogenetic, uhusiano wa viumbe ulifanywa na kufanana kwao, kama uwepo au kutokuwepo kwa nywele au idadi ya viungo. Sasa, uchambuzi ni ngumu zaidi. Leo, uchambuzi wa phylogenic ni pamoja na kulinganisha maumbile, biochemical, na embryological, kama itajadiliwa baadaye katika sura hii.

Mti wa maisha wa Linnaeus ulikuwa na matawi mawili makuu tu kwa vitu vyote vilivyo hai: falme za wanyama na mimea. Mwaka 1866, Ernst Haeckel, mwanabiolojia wa Ujerumani, mwanafalsafa, na daktari, alipendekeza ufalme mwingine, Protista, kwa viumbe vya unicellular (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Baadaye alipendekeza ufalme wa nne, Monera, kwa viumbe visivyo na seli ambazo seli zake hazina viini, kama bakteria.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): utoaji Ernst Haeckel ya mti wa uzima, kutoka kitabu chake 1866 General Morphology ya Viumbe, zilizomo falme tatu: Plantae, Protista, na Animalia. Baadaye aliongeza ufalme wa nne, Monera, kwa viumbe unicellular kukosa kiini.

Karibu miaka 100 baadaye, mwaka 1969, mwanakolojia wa Marekani Robert Whittaker (1920—1980) alipendekeza kuongeza ufalme mwingine—fungi—katika mti wake wa uzima. Mti wa Whittaker pia ulikuwa na kiwango cha uainishaji juu ya kiwango cha ufalama—kiwango cha ufalme au kiwango cha ufalme super-kutofautisha kati ya viumbe ambavyo vina viini vya utando kwenye seli zao (eukaryotes) na zile ambazo hazina (prokaryotes). Dola Prokaryota zilizomo tu Ufalme Monera. Dola Eukaryota lilikuwa na falme nyingine nne: Fungi, Protista, Plantae, na Animalia. Mti wa ufalme wa Whittaker ulionekana kuwa phylogeny ya kawaida kwa miaka mingi.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) kinaonyesha jinsi mti wa uzima umebadilika kwa muda. Kumbuka kwamba virusi hazipatikani katika miti yoyote hii. Hiyo ni kwa sababu hazijumuishwa na seli na hivyo ni vigumu kuamua wapi wangeweza kuingia katika mti wa uzima.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Ratiba hii inaonyesha jinsi sura ya mti wa uzima imebadilika zaidi ya karne nyingi. Hata leo, taksonomia ya viumbe hai inaendelea kufanyiwa upya na kusafishwa na maendeleo katika teknolojia.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Kwa kifupi muhtasari jinsi uelewa wetu unaobadilika wa microorganisms umechangia mabadiliko katika njia ambayo viumbe huainishwa.

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 2

Dawa za antibiotiki zimeundwa mahsusi ili kuua au kuzuia ukuaji wa bakteria. Lakini baada ya siku kadhaa juu ya antibiotics, Cora inaonyesha hakuna ishara za kuboresha. Pia, tamaduni zake za CSF zilirudi kutoka kwenye maabara hasi. Kwa kuwa bakteria au fungi hazikutengwa na sampuli ya CSF ya Cora, daktari wake anatawala meningitis ya bakteria na ya vimelea. Meningitis ya virusi bado ni uwezekano.

Hata hivyo, Cora sasa anaripoti baadhi ya dalili mpya zinazosumbua. Anaanza kuwa na shida kutembea. Ugumu wake wa misuli umeenea kutoka shingo yake hadi mwili wake wote, na miguu yake wakati mwingine hupiga bila kujali. Aidha, dalili za utambuzi wa Cora zinazidi kuongezeka. Kwa hatua hii, daktari wa Cora anakuwa na wasiwasi sana na anaagiza vipimo zaidi kwenye sampuli za CSF.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Ni aina gani za microorganisms zinaweza kusababisha dalili za Cora?

Jukumu la Genetics katika Taksonomia ya Kisasa

Miti ya Haeckel na Whittaker iliwasilisha nadharia kuhusu phylogeny ya viumbe tofauti kulingana na sifa zinazoonekana kwa urahisi. Lakini ujio wa maumbile ya Masi mwishoni mwa karne ya 20 ulifunua njia nyingine za kuandaa miti ya phylogenetic. Mbinu za maumbile zinaruhusu njia sanifu ya kulinganisha viumbe hai vyote bila kutegemea sifa zinazoonekana ambazo zinaweza mara nyingi kuwa subjective. Taksonomia ya kisasa inategemea sana kulinganisha asidi nucleic (asidi deoxyribonucleic [DNA] au asidi ribonucleiki [RNA]) au protini kutoka viumbe mbalimbali. Vile vile vile asidi za nucleic na protini ni kati ya viumbe viwili, vinavyohusiana kwa karibu zaidi vinachukuliwa kuwa.

Katika miaka ya 1970, mwanabiolojia wa Marekani Carl Woese aligundua kile kilichoonekana kuwa “rekodi hai” ya mageuzi ya viumbe. Yeye na mshirika wake George Fox waliunda mti wa uhai wa maumbile kulingana na kufanana na tofauti walizoziona katika RNA ndogo ndogo ya ribosomal (rRNA) ya viumbe mbalimbali. Katika mchakato huo, waligundua kwamba aina fulani ya bakteria, inayoitwa archaebacteria (sasa inajulikana tu kama archaea), zilikuwa tofauti sana na bakteria nyingine na eukaryotes kwa suala la mlolongo wa rRNA ndogo ndogo ndogo. Ili kuzingatia tofauti hii, waliunda mti wenye Domains tatu juu ya kiwango cha Ufalme: Archaea, Bakteria, na Eukarya (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Uchunguzi wa maumbile wa rRNA ndogo ndogo unaonyesha archaea, bakteria, na eukaryotes zote zilibadilika kutoka aina ya kawaida ya kiini cha mababu. Mti huu umetengana ili kuonyesha uhusiano wa karibu wa mageuzi kati ya Archaea na Eukarya kuliko wanavyo na Bakteria.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Wanasayansi wanaendelea kutumia uchambuzi wa RNA, DNA, na protini kuamua jinsi viumbe vinahusiana. Mojawapo ya kuvutia, na yenye ugumu, ugunduzi ni ule wa uhamisho wa jeni usio na usawa —wakati jeni la aina moja linapoingizwa ndani ya jenomu ya kiumbe kingine. Uhamisho wa jeni usio na usawa ni wa kawaida hasa katika vijidudu na unaweza kufanya iwe vigumu kuamua jinsi viumbe vinavyohusiana na mageuzi. Kwa hiyo, wanasayansi wengine sasa wanafikiri katika suala la “webs ya uzima” badala ya “miti ya uzima.”

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

1. Katika taksonomia ya kisasa, wanasayansi wanaamua jinsi viumbe viwili vinavyohusiana?
2. Eleza kwa nini matawi kwenye “mti wa uzima” yote yanatoka “shina moja.”

Kutaja microbes

Katika kuendeleza taksonomia yake, Linnaeus alitumia mfumo wa nomenclature ya binomial, mfumo wa kumtaja neno mbili kwa kutambua viumbe kwa jenasi na spishi. Kwa mfano binadamu wa kisasa wako katika jenasi Homo na wana jina la spishi sapiens, hivyo jina lao la kisayansi katika nomenclature ya binomial ni Homo sapiens. Katika nomenclature ya binomial, sehemu ya jenasi ya jina daima ni mtaji; inafuatiwa na jina la aina, ambayo si mtaji. Majina yote mawili ni italicized.

Majina ya Taxonomic katika karne ya 18 hadi karne ya 20 yalikuwa kawaida inayotokana na Kilatini, kwani hiyo ilikuwa lugha ya kawaida inayotumiwa na wanasayansi wakati mifumo ya taxonomic iliundwa kwanza. Leo, viumbe wapya vilivyogunduliwa vinaweza kupewa majina yanayotokana na Kilatini, Kigiriki, au Kiingereza. Wakati mwingine majina haya yanaonyesha sifa tofauti ya viumbe; katika hali nyingine, microorganisms ni jina baada ya wanasayansi ambao waligundua yao. Archaeon Haloquadratum walsbyi ni mfano wa miradi hii yote ya kumtaja. Jenasi, Haloquadratum, inaelezea mazingira ya maji ya chumvi ya microorganism (halo inatokana na neno la Kigiriki kwa “chumvi”) pamoja na mpangilio wa seli zake za mraba, ambazo hupangwa katika makundi ya mraba ya seli nne (quadratum ni Kilatini kwa “foursquare”). Spishi, walsbyi, ni jina la kutaja Anthony Edward Walsby, mwanabaiolojia aliyegundua Haloquadratum walsbyi mwaka 1980. Ingawa inaweza kuonekana rahisi kutoa kiumbe jina la kawaida la kuelezea-kama msitu mwenye rangi nyekundu-tunaweza kufikiria jinsi ambayo inaweza kuwa tatizo. Ni nini kinachotokea wakati aina nyingine ya miti ya mbao yenye rangi nyekundu ya kichwa inagunduliwa? Wanasayansi wa utaratibu wa utaratibu wa majina hutumia hupunguza tatizo hili la uwezo kwa kumshirikisha kila kiumbe jina moja, la kipekee la neno mbili ambalo linatambuliwa na wanasayansi duniani kote.

Katika maandishi haya, sisi kawaida abbreviate jenasi ya viumbe na aina baada ya kutaja yake ya kwanza. Fomu iliyofupishwa ni tu ya kwanza ya jenasi, ikifuatiwa na kipindi na jina kamili la spishi. Kwa mfano, bakteria Escherichia coli inafupishwa kwa E. coli katika fomu yake iliyofupishwa. Utakutana na mkataba huo huo katika maandiko mengine ya kisayansi pia.

Vitabu vya Bergey

Ikiwa katika mti au wavuti, microbes inaweza kuwa vigumu kutambua na kuainisha. Bila sifa za macroscopic zinazoonekana kwa urahisi kama manyoya, miguu, au manyoya, wanasayansi wanapaswa kukamata, kukua, na kuunda njia za kujifunza mali zao za biochemical ili kutofautisha na kuainisha microbes. Licha ya vikwazo hivi, kundi la microbiologists liliunda na kusasisha seti ya miongozo ya kutambua na kuainisha microorganisms. Ilichapishwa kwanza mwaka wa 1923 na tangu kusasishwa mara nyingi, Mwongozo wa Bergey wa Bakteriolojia ya Uamuzi na Mwongozo wa Bergey wa Bakteriolojia ya Utaratibu ni marejeo ya kawaida ya kutambua na kuainisha prokaryotes tofauti. (Kiambatisho D cha kitabu hiki kimetokana na miongozo ya Bergey; inaonyesha jinsi viumbe vinavyoonekana katika kitabu hiki vinavyotambulishwa.) Kwa sababu bakteria nyingi zinaonekana kufanana, mbinu zinazotokana na sifa zisizo za kuona lazima zitumike kuzitambua. Kwa mfano, vipimo vya biochemical vinaweza kutumika kutambua kemikali pekee kwa aina fulani. Vivyo hivyo, vipimo vya serological vinaweza kutumika kutambua kingamwili maalum ambazo zitaitikia dhidi ya protini zinazopatikana katika spishi fulani. Hatimaye, mpangilio wa DNA na rRNA unaweza kutumika wote kwa kutambua aina fulani za bakteria na kwa kuainisha spishi mpya zilizogunduliwa.

Zoezi\(\PageIndex{4}\)

• Nomenclature ya binomial ni nini na kwa nini ni chombo muhimu cha kumtaja viumbe?
• Eleza kwa nini rasilimali kama moja ya miongozo ya Bergey ingekuwa na manufaa katika kutambua microorganism katika sampuli.

Jina moja, Aina tofauti

Ndani ya aina moja ya microorganism, kunaweza kuwa na subtypes kadhaa zinazoitwa matatizo. Wakati aina mbalimbali inaweza kuwa karibu kufanana vinasaba, wanaweza kuwa na sifa tofauti sana. Bakteria Escherichia coli ni sifa mbaya kwa kusababisha sumu ya chakula na kuhara kwa msafiri. Hata hivyo, kuna aina nyingi za E. coli, na hutofautiana katika uwezo wao wa kusababisha ugonjwa.

Moja ya pathogenic (kusababisha ugonjwa) E. coli aina ambayo unaweza kuwa umesikia ni E. coli O157:H7. Kwa binadamu, maambukizi kutoka kwa E. coli O157:H7 yanaweza kusababisha tumbo la tumbo na kuhara. Kuambukizwa kwa kawaida hutoka kwa maji machafu au chakula, hasa mboga mboga na nyama isiyopikwa. Katika miaka ya 1990, kulikuwa na kuzuka kwa kiasi kikubwa cha E. coli O157:H7 zilizofikiriwa kuwa zimetokea katika hamburgers zisizopikwa.

Wakati E. koli O157:H7 na aina nyingine zimempa E. coli jina baya, Matatizo mengi ya E. coli hayana kusababisha ugonjwa. Kwa kweli, baadhi inaweza kuwa na manufaa. Matatizo tofauti ya E. coli yaliyopatikana kwa kawaida katika tumbo yetu hutusaidia kuchimba chakula chetu, kutupa kemikali zinazohitajika, na kupambana na microbes za pathogenic.

Muhtasari

• Carolus Linnaeus alianzisha mfumo wa taxonomic kwa kuainisha viumbe katika makundi yanayohusiana.
• Nomenclature ya Binomial inateua viumbe Majina ya kisayansi ya Kilatini na jina la jenasi na aina.
• Mti wa phylogenetic ni njia ya kuonyesha jinsi viumbe tofauti vinavyofikiriwa kuwa vinahusiana na kila mmoja kutoka kwa mtazamo wa mabadiliko.
• Mti wa kwanza wa phylogenetic ulikuwa na falme za mimea na wanyama; Ernst Haeckel alipendekeza kuongeza ufalme kwa waprotisti.
• Mti wa Robert Whittaker ulikuwa na falme tano: Animalia, Plantae, Protista, Fungi, na Monera.
• Carl Woese alitumia RNA ndogo ndogo ya ribosomal ili kuunda mti wa phylogenetic ambao hukusanya viumbe katika nyanja tatu kulingana na kufanana kwao kwa maumbile.
• Miongozo ya Bergey ya vimelea vya kuamua na utaratibu ni marejeo ya kawaida ya kutambua na kuainisha bakteria, kwa mtiririko huo.
• Bakteria zinaweza kutambuliwa kupitia vipimo vya biochemical, uchambuzi wa DNA/RNA, na mbinu za kupima serological.

faharasa

nomenclature ya binomial

mkataba wa ulimwengu wa kutaja kisayansi kwa viumbe kwa kutumia majina ya Kilatini kwa jenasi na aina

eukaryote

kiumbe kilichoundwa na seli moja au zaidi zilizo na kiini kilichofungwa na membrane na organelles

phylogeny

historia ya mabadiliko ya kundi la viumbe

prokaryote

kiumbe ambao kiini muundo haina ni pamoja na kiini utando amefungwa

uainishaji

uainishaji, maelezo, kitambulisho, na kumtaja viumbe hai