لست بحاجة إلى مجهر لرؤية أكبر بكتيريا وجدت على الإطلاق

15


اكتشف العلماء في إحدى غابات المنغروف في منطقة البحر الكاريبي نوعًا من البكتيريا ينمو إلى حجم وشكل رمش الإنسان.

هذه الخلايا هي أكبر بكتيريا تمت ملاحظتها على الإطلاق ، وهي أكبر بآلاف المرات من البكتيريا المعروفة مثل Escherichia coli. قال جان ماري فولاند ، عالِم الأحياء الدقيقة في معهد جينوم جوينت في بيركلي ، كاليفورنيا: “سيكون الأمر أشبه بمقابلة إنسان آخر بحجم جبل إيفرست”.

د. فولاند وزملاؤه نشرت دراستهم للبكتيريا المسماة Thiomargarita magnifica يوم الخميس في مجلة Science.

اعتقد العلماء ذات مرة أن البكتيريا كانت بسيطة للغاية لإنتاج خلايا كبيرة. ولكن تبين أن مادة Thiomargarita magnifica معقدة بشكل ملحوظ. نظرًا لأن معظم العالم البكتيري لم يتم استكشافه بعد ، فمن المحتمل تمامًا أن البكتيريا الأكبر والأكثر تعقيدًا في انتظار اكتشافها.

لقد مرت حوالي 350 عامًا منذ أن اكتشف مطحنة العدسات الهولندية أنتوني فان ليوينهوك البكتيريا عن طريق كشط أسنانه. عندما وضع اللويحة السنية تحت مجهر بدائي ، اندهش عندما رأى كائنات وحيدة الخلية تسبح حولها. على مدى القرون الثلاثة التالية ، وجد العلماء أنواعًا كثيرة أخرى من البكتيريا ، وكلها كانت غير مرئية بالعين المجردة. خلية الإشريكية القولونية ، على سبيل المثال ، تقيس حول ميكرون، أو أقل من عشرة آلاف من البوصة.

كل خلية بكتيرية هي كائن حي خاص بها ، مما يعني أنها يمكن أن تنمو وتنقسم إلى زوج من البكتيريا الجديدة. لكن الخلايا البكتيرية غالبًا ما تعيش معًا. تم طلاء أسنان Van Leeuwenhoek بفيلم يشبه الهلام يحتوي على مليارات البكتيريا. في البحيرات والأنهار ، تلتصق بعض الخلايا البكتيرية معًا لتكون صغيرة جدًا خيوط.

نحن البشر كائنات متعددة الخلايا ، تتكون أجسامنا من حوالي 30 تريليون خلية. في حين أن خلايانا غير مرئية للعين المجردة ، فإنها عادة ما تكون أكبر بكثير من تلك الموجودة في البكتيريا. يمكن أن تصل خلية البويضة البشرية 120 ميكرون في القطر ، أو خمسة أجزاء من الألف من البوصة.

يمكن أن تنمو خلايا الأنواع الأخرى بشكل أكبر: تنتج الطحالب الخضراء Caulerpa taxifolia خلايا على شكل شفرة يمكن أن تنمو إلى طول قدم.

مع ظهور الهوة بين الخلايا الصغيرة والكبيرة ، تطلع العلماء إلى التطور لفهمها. تنتمي جميع الحيوانات والنباتات والفطريات إلى نفس النسب التطورية ، والتي تسمى حقيقيات النوى. تشترك حقيقيات النوى في العديد من التعديلات التي تساعدها على بناء خلايا كبيرة. استنتج العلماء أنه بدون هذه التكيفات ، يجب أن تبقى الخلايا البكتيرية صغيرة.

للبدء ، تحتاج الخلية الكبيرة إلى دعم مادي حتى لا تنهار أو تتمزق. تحتوي خلايا حقيقيات النوى على أسلاك جزيئية صلبة تعمل مثل أعمدة في خيمة. ومع ذلك ، لا تمتلك البكتيريا هذا الهيكل الخلوي.

تواجه الخلية الكبيرة أيضًا تحديًا كيميائيًا: مع زيادة حجمها ، تستغرق الجزيئات وقتًا أطول لتتجول وتلتقي بالشركاء المناسبين لإجراء تفاعلات كيميائية دقيقة.

طورت حقيقيات النوى حلاً لهذه المشكلة عن طريق ملء الخلايا بأجزاء صغيرة حيث يمكن أن تحدث أشكال مميزة من الكيمياء الحيوية. يحافظون على الحمض النووي ملفوفًا في كيس يسمى النواة ، جنبًا إلى جنب مع الجزيئات التي يمكنها قراءة الجينات لصنع البروتينات ، أو البروتينات تنتج نسخًا جديدة من الحمض النووي عندما تتكاثر الخلية. تولد كل خلية وقودًا داخل أكياس تسمى الميتوكوندريا.

لا تحتوي البكتيريا على الأجزاء الموجودة في خلايا حقيقيات النوى. بدون نواة ، تحمل كل بكتيريا عادةً حلقة من الحمض النووي تطفو بحرية حول باطنها. هم أيضا لا يملكون ميتوكوندريا. وبدلاً من ذلك ، فإنها تولد وقودًا عادةً بجزيئات مدمجة في أغشيتها. يعمل هذا الترتيب جيدًا مع الخلايا الصغيرة. ولكن مع زيادة حجم الخلية ، لا توجد مساحة كافية على سطح الخلية تكفي لجزيئات توليد الوقود.

يبدو أن بساطة البكتيريا تفسر سبب صغر حجمها: لم يكن لديهم التعقيد الضروري للتضخم.

ومع ذلك ، تم التوصل إلى هذا الاستنتاج على نحو متسرع ، وفقًا لشاليش ديت ، مؤسس مختبر البحث في الأنظمة المعقدة في مينلو بارك ، كاليفورنيا ، والمؤلف المشارك مع الدكتور فولاند. أصدر العلماء تعميمات كاسحة حول البكتيريا بعد دراسة جزء صغير من العالم البكتيري.

قال: “لقد خدشنا السطح للتو ، لكننا كنا دوغمائيين للغاية”.

بدأت تلك العقيدة في التصدع في التسعينيات. وجد علماء الأحياء الدقيقة أن بعض البكتيريا قد طورت بشكل مستقل مقصورات خاصة بها. اكتشفوا أيضًا أنواعًا كانت مرئية بالعين المجردة. Epulopiscium fishelsoni، على سبيل المثال ، ظهر في عام 1993. عندما تعيش داخل سمكة الجراح ، تنمو البكتيريا بطول 600 ميكرون – أكبر من حبة ملح.

اكتشف أوليفييه جروس ، عالم الأحياء بجامعة جزر الأنتيل ، Thiomargarita magnifica في عام 2009 أثناء مسح غابات المنغروف في جوادلوب، مجموعة جزر الكاريبي التي هي جزء من فرنسا. بدا الميكروب مثل قطع صغيرة من السباغيتي البيضاء ، مكونة طبقة على أوراق الشجر الميتة التي تطفو في الماء.

في البداية ، لم يعرف الدكتور جروس ما وجده. كان يعتقد أن السباغيتي قد تكون فطريات أو إسفنج صغير أو بعض حقيقيات النوى الأخرى. ولكن عندما استخرج هو وزملاؤه الحمض النووي من عينات في المختبر ، اكتشفوا أنها بكتيريا.

انضم الدكتور جروس إلى الدكتور فولاند وعلماء آخرين للبحث عن كثب في الكائنات الغريبة. تساءلوا عما إذا كانت البكتيريا عبارة عن خلايا مجهرية ملتصقة ببعضها البعض في سلاسل.

تبين أن هذا ليس هو الحال. عندما أطل الباحثون داخل المعكرونة البكتيرية باستخدام المجاهر الإلكترونية ، أدركوا أن كل واحدة كانت خليتها العملاقة. يبلغ متوسط ​​طول الخلية حوالي 9000 ميكرون ، وأكبرها 20000 ميكرون – وهي طويلة بما يكفي لتمتد بقطر بنس واحد.

لقد تحركت الدراسات التي أجريت على Thiomargarita magnifica ببطء لأن الدكتور فالانت وزملائه لم يتوصلوا بعد إلى كيفية زراعة البكتيريا في معملهم. في الوقت الحالي ، يتعين على الدكتور جروس جمع إمدادات جديدة من البكتيريا في كل مرة يريد فيها الفريق إجراء تجربة جديدة. يمكنه العثور عليها ليس فقط على الأوراق ، ولكن على قشور المحار والزجاجات البلاستيكية الموجودة على الرواسب الغنية بالكبريت في غابة المنغروف. لكن يبدو أن البكتيريا تتبع دورة حياة غير متوقعة.

قال الدكتور جروس: “في الشهرين الماضيين ، لم أجدهم”. “أنا لا أعرف أين هم.”

داخل خلايا Thiomargarita magnifica ، اكتشف الباحثون بنية غريبة ومعقدة. تحتوي أغشيتها على أنواع مختلفة من المقصورات المضمنة فيها. تختلف هذه الحجيرات عن تلك الموجودة في خلايانا ، لكنها قد تسمح لثيومارجريتا ماجنيفيكا بالنمو إلى أحجام ضخمة.

يبدو أن بعض الحجرات عبارة عن مصانع لتوليد الوقود ، حيث يمكن للميكروب الاستفادة من الطاقة في النترات والمواد الكيميائية الأخرى التي يستهلكها في غابات المنغروف.

يحتوي Thiomargarita magnifica أيضًا على مقصورات أخرى تبدو بشكل ملحوظ مثل نوى الإنسان. تحتوي كل مقصورة ، والتي أطلق عليها العلماء اسم البيبين بعد البذور الصغيرة في الفاكهة مثل الكيوي ، على حلقة من الحمض النووي. بينما تحتوي الخلية البكتيرية النموذجية على حلقة واحدة فقط من الحمض النووي ، فإن Thiomargarita magnifica بها مئات الآلاف منها ، كل منها مدسوس داخل البيبين الخاص به.

والأهم من ذلك ، أن كل بيبين يحتوي على مصانع لبناء البروتينات من حمضه النووي. قالت بيترا ليفين ، عالمة الأحياء الدقيقة بجامعة واشنطن في سانت لويس ، والتي لم تشارك في الدراسة: “لديهم خلايا صغيرة بشكل أساسي داخل الخلايا”.

قد يسمح إمداد Thiomargarita magnifica الضخم من الحمض النووي له بتكوين البروتينات الإضافية التي تحتاجها. قد يصنع كل بيبين مجموعات خاصة من البروتينات اللازمة في منطقته من البكتيريا.

يأمل الدكتور فولاند وزملاؤه أنه بعد أن يبدأوا في زراعة البكتيريا ، سيتمكنون من تأكيد هذه الفرضيات. كما أنهم سيعالجون ألغازًا أخرى ، مثل كيف يمكن للبكتيريا أن تكون شديدة الصعوبة بدون هيكل عظمي جزيئي.

قال الدكتور فولاند: “يمكنك إخراج خيط واحد من الماء بالملاقط ووضعه في وعاء آخر”. “كيف تتماسك وكيف تكتسب شكلها – هذه أسئلة لم نجب عليها.”

قال الدكتور ديت إنه قد يكون هناك المزيد من البكتيريا العملاقة في انتظار العثور عليها ، وربما أكبر من Thiomargarita magnifica.

قال: “كم يمكن أن يصلوا ، لا نعرف حقًا”. “ولكن الآن ، أظهرت لنا هذه البكتيريا الطريق.”



Source link

المادة السابقةيساعد هذا الروبوت الذي يتم التحكم فيه عن بُعد رجال الإطفاء على معالجة ألسنة اللهب
المقالة القادمةالخطة الرئيسية لمدرب مان يونايتد مكلارين لإعادة بناء “ثقافة الفوز” في أولد ترافورد