If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ბიოლოგია

კურსი: ბიოლოგია > თემა 19

გაკვეთილი 2: პროკარიოტების მეტაბოლიზმი და ეკოლოგია
მეცნიერება
ბიოლოგია
ბაქტერიები და არქეები
პროკარიოტების მეტაბოლიზმი და ეკოლოგია
© 2023 Khan Academyგამოყენების პირობებიკონფიდენციალურობის პოლიტიკაშენიშვნა ქუქი-ჩანაწერებზე

პროკარიოტების კლასიფიკაცია და მრავალფეროვნება

Google–ის საკლასო ოთახი
პროკარიოტების განსხვავებული ჯგუფები. ბქტერიების და არქაების ევოლუციური კავშირი. ექსტრემოფილები.

საკვანძო საკითხები:

  • ორი პროკარიოტული დომენი (ზესამეფო), ბაქტერიები და არქეები, ერთმანეთს ევოლუციური ისტორიის ადრეულ ეტაპზე გამოეყო.
  • ბაქტერიები ძალიან მრავალფეროვანნი არიან, დაწყებული დაავადებების გამომწვევი პათოგენებით, დამთავრებული სასარგებლო ფოტოსინთეზატორებითა და სიმბიონტებით.
  • არქეებიც გამოირჩევიან მრავალფეროვნებით, თუმცა არცერთი მათგანი არაა პათოგენური, მათი დიდი ნაწილი კი ექსტრემალურ პირობებში ბინადრობს.
  • დნმ-ის სეკვენირების მეთოდი, რომელსაც მეტაგენომიკა ეწოდება, მეცნიერებს ბაქტერიებისა და არქეების ახალი სახეობების ამოცნობის საშუალებას აძლევს, მათ შორის ისეთების, რომელთა ხელოვნურად მოშენებაც შეუძლებელია.

შესავალი

პროკარიოტები, რომელთა სიაშიც ბაქტერიებიც შედიან და არქეებიც, თითქმის ყველგან არიან — ყველა ეკოსისტემაში, ჩვენი სახლების ყველა ზედაპირზე და ჩვენს სხეულებში! ზოგიერთი მათგანი ისეთ გარემოში ბინადრობს, რომელიც ზედმეტად ექსტრემალურია სხვა ორგანიზმებისთვის, მაგალითად, ოკეანის ფსკერის ცხელ ჰიდროთერმულ წყაროებში.
_სურათის წყარო: „Black smoker in Atlantic ocean“, პ. რონა (საჯარო დომენი)._
იმის მიუხედავად, რომ ისინი ჩვენ გარშემო მრავლად არიან, პროკარიოტების პოვნა, დათვლა და კლასიფიკაცია ძალიან რთულია. ის პროკარიოტული სახეობები, რომელთა შესახებაც ჩვენ ვიცით, სავარაუდოდ, დედამიწაზე არსებული პროკარიოტული სახეობების მხოლოდ მცირე ნაწილს წარმოადგენენ.start superscript, 1, end superscript მეტიც, პროკარიოტებზე საუბრისას თვითონ „სახეობის“ ცნებაც კი ბევრად უფრო ჩახლართული ხდება!
ამ სტატიაში ჩვენ ჯერ განვიხილავთ პროკარიოტთა მთავარ ჯგუფებს, შემდგომ კი ვნახავთ, თუ რატომ არის ზოგჯერ მათი ამოცნობა და კლასიფიკაცია რთული. ბოლოს, გავეცნობით იმას, თუ როგორ გვეხმარება დნმ-ის სეკვენირების მეთოდები ჩვენ გარშემო არსებული პროკარიოტების უფრო სრული სურათის მიღებაში.

პროკარიოტთა „ოჯახის ხე“

დიდი ხნის განმავლობაში ყველა პროკარიოტი ერთ დომენში კლასიფიცირდებოდა (ყველაზე დიდ ტაქსონომიურ ჯგუფში).
მიუხედავად ამისა, 1970-იან წლებში მიკრიობოლოგ კარლ ვოუზის ნაშრომმა ცხადყო, რომ პროკარიოტები ორ განსხვავებულ თაობათა ხაზად იყოფიან: არქეები და ბაქტერიები. დღესდღეობით მიიჩნევა, რომ ეს ჯგუფები სიცოცხლის სამი დომენიდან ორს ქმნიან. მესამე დომენი (ეუკარიოტები) მოიცავს ყველა ეუკარიოტს, როგორებიც არიან მცენარეები, ცხოველები და სოკოები.squared
ამ ფილოგენზე (ევოლუციურ ხეზე) ასახულია ევოლუციური კავშირი სიცოცხლის სამ დომენს (ზესამეფოს) შორის: ეუკარიოტები, არქეები და ბაქტერიები. ორი პროკარიოტული დომენი (ბაქტერიები და არქეები) მოიცავს რამდენიმე მცირე ტაქსონომიურ ჯგუფს. არქეებში შედიან ევრიარქეოტები, კრენარქეოტები, ნანოარქეოტები და კორარქეოტები. ბაქტერიებში შედიან პროტობაქტერიები, ქლამიდიები, სპიროქეტები, ციანობაქტერიები და გრამდადებითი ბაქტერიები.
სურათის წყარო: „პროკარიოტების სტრუქტურა: სურათი 3“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
მილიონობით წლის წინ ერთმანეთისგან გამოყოფის შემდეგ ბაქტერიებიც და არქეებიც მრავალ ჯგუფად და სახეობად დაიყვნენ.

ბაქტერიები

ბაქტერიების დომენი შედგება 5 მთავარი ჯგუფისგან: პროტეობაქტერიები, ქლამიდიები, სპიროქეტები, ციანობაქტერიები და გრამდადებითი ბაქტერიები.
პროტეობაქტერიები ხუთ ქვეჯგუფად იყოფიან, ალფადან ეფსილონამდე. ამ ქვეჯგუფებში არსებულ სახეობებს ცხოვრების განსხვავებული სტილი აქვთ. ზოგიერთი მათგანი სიმბიოზურ ურთიერთობებშია მცენარეებთან, სხვანი ზღვის სიღრმეში, ჰიდროთერმულ წყაროებში ბინადრობენ, ზოგი კი ადამიანებში დაავადებებს იწვევს, მაგალითად, კუჭის წყლულსა (Helicobacter pylori) და საკვებით მოწამვლას (Salmonella).
აღწერილია ბაქტერიების ხუთი ტიპის (ხუთი ფილუმის) მახასიათებლები. პირველი ტიპია პროტეობაქტერიები, რომლებიც მოიცავს ხუთ კლასს: ალფა, ბეტა, გამა, დელტა და ეპსილონი. ალფა პროტეობაქტერიების უმეტესობა ფოტოავტოტროფია, თუმცა ზოგი მცენარეებსა და ცხოველებთანაა სიმბიოზურ ურთიერთობაში, ზოგი კი, სულაც, პათოგენია. მიიჩნევა, რომ ეუკარიოტების მიტოქონდრიები სწორედ ამ ჯგუფიდანაა წარმოშობილი. წარმომადგენლობითი სახეობებია რიზობიუმი, აზოტის მაფიქსირებელი ენდოსიმბიონტი, რომელიც პარკოსან მცენარეთა ფესვებში ცხოვრობს და რიკეტსია, ობლიგატური უჯრედშიდა პარაზიტი, რომელიც ტიფსა და კლდოვანი მთების ლაქებიან ცხელებას იწვევს (მაგრამ არა რაქიტს 3 ამ დაავადების მიზეზი D ვიტამინის ნაკლებობაა). მიკროგრაფზე წარმოდგენილია ჩხირის ფორმის Rickettsia rickettsii ბევრად უფრო დიდი ზომის ეუკარიოტულ უჯრედში.
ბეტა პროტეობაქტერიები საკმაოდ მრავალფეროვანი ჯგუფია. მათგან ზოგი სახეობა აზოტის ციკლისთვისაა მნიშვნელოვანი. წარმომადგენლობითი სახეობებია ნიტროსომები, რომლებიც შარდოვანას ნიტრატად ჟანგავენ, და Spirillum minus, რომელიც ვირთხის ნაკბენის ცხელებას იწვევს. ნაჩვენებია სპირალური ფორმის Spirillum minus-ის მიკროფოტო.
გამა პროტეობაქტერიების ჯგუფი მოიცავს მრავალ სასარგებლო სიმბიონტს, რომელიც ადამიანების ნაწლავებში ცხოვრობს, და ჩვენთვის ნაცნობ, ადამიანისთვის პათოგენურ სახეობებს. ამ ქვეჯგუფის ზოგი წარმომადგენელი გოგირდის ნაერთებს ჟანგავს. წარმომადგენლობითი სახეობებია ნაწლავის ჩხირი (Escherichia coli), რომელიც, ჩვეულებრივ, ადამიანის ნაწლავებში მცხოვრები სასარგებლო მიკრობია, მაგრამ მისი ზოგი შტამი დაავადებებს იწვევს; სალმონელა, რომლის ზოგი შტამიც საკვებით მოწამვლისა და ტიფოიდური ცხელების მიზეზია; Yersinia pestis — შავი ჭირის გამომწვევი ბაქტერია; ლურჯ-მწვანე ჩირქის ჩხირი (Psuedomonas aeruganosa) — იწვევს ფილტვის ინფექციებს; ქოლერის ვიბრიონი — ქოლერის გამომწვევი აგენტი; და ქრომაციუმი — გოგირდის წარმომქმნელი ბაქტერია, რომელიც გოგირდს ჟანგავს და H2S-ად გარდაქმნის. მიკროფოტოზე ჩხირის ფორმის, დაახლოებით 1 მიკრონის სიგრძის ქოლერის ვიბრიონი ჩანს.
დელტა პროტეობაქტერიების ზოგი სახეობა სპორის წარმომქმნელ ნაყოფსხეულად იქცევა არახელსაყრელ პირობებში. ზოგიერთი მათგანი სულფატსა და გოგირდს აღადგენს. წარმომადგენლობითი სახეობებია: მიქსობაქტერია, რომელი სპორის წარმომქმნელ ნაყოფსხეულად იქცევა არახელსაყრელ პირობებში, და Desulfovibrio vulgaris, ანაერობული, გოგირდის აღმდგენი ბაქტერია. მიკროფოტოზე ჩანს მოხრილი ჩხირის ფორმის Desulfovibrio vulgaris გრძელი შოლტით.
იპსილონ პროტეობაქტერიების ჯგუფი მრავალ ისეთ სახეობას მოიცავს, რომელიც ცხოველების საჭმლის მომნელებელ სისტემაში ცხოვრობს სიმბიონტად ან პათოგენად. ამ ჯგუფის ბაქტერიები ოკეანის სიღრმეების ცხელ დინებებშიც გვხვდება და ცივ, ჟონვად ფსკერზეც (ინგლ. Cold seep).
შემდეგი ტიპი ქლამიდიაა. ამ ჯგუფის ყველა წარმომადგენელი ცხოველური უჯრედების ობლიგატური უჯრედშიდა პარატიზია. მათ უჯრედის კედელში პეპტიდოგლიკანი არ შედის. მიკროფოტოზე აღბეჭდილია Chlamydia trachomatis-ით ინფიცირებული უჯრედების პაპ-ნაცხი. ქლამიდია ყველაზე გავრცელებული სქესობრივად გადამდები ინფექციის მიზეზია და მას სიბრმავის გამოწვევაც შეუძლია.
ტიპი სპიროქეტას ყველა წარმომადგენელი სპირალური ფორმისაა. მათი უმეტესობა თავისუფლად მცხოვრები ანაერობია, მაგრამ ზოგი პათოგენურია. შოლტი სიგრძივადაა განთავსებული შიდა და გარე მემბრანას შორის არსებულ პერიპლაზმურ სივრცეში. წარმომადგენლობითი სახეობებია მკრთალი ტრეპონემა (Treponema pallidum), სიფილისის გამომწვევი ბაქტერია და Borrelia burgdorferi, ლაიმის დაავადების გამომწვევი მიკრონი. მიკროფოტოზე წარმოდგენილია დაახლოებით 1 მიკრონის სიგანის, სახრახნისის ფორმის მკრთალი ტრეპონემა.
ციანობაქტერიების ტიპში შემავალი მიკრობები, რომლებსაც ასევე ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეებს უწოდებენ, ენერგიას ფოტოსინთეზის გზით იღებენ. ისინი ყველგან არიან გავრცელებულნი: ხმელეთის, ზღვისა და მტკნარი წყლის ეკოსისტემებში. ვარაუდობენ, რომ ეუკარიოტული ქლოროპლასტები ბაქტერიების ამ ჯგუფიდან მომდინარეობს. ციანობაქტერია Prochlorococcus ყველაზე ფართოდ გავრცელებულ და მრავალრიცხოვან ფოტოსინთეზურ ორგანიზმადაა მიჩნეული დედამიწაზე. ის დედამიწის ჟანგბადის ნახევარს წარმოქმნის. მიკროგრაფი: გრძელი, ვიწრო ძაფისებრი ბაქტერია Phormidium.
გრამდადებით ბაქტერიებს სქელი უჯრედის კედელი აქვთ, მაგრამ გარეთა მემბრანა არ გააჩნიათ. ამ ქვეჯგუფის ნიადაგში მობინადრე წევრები ორგანულ ნივთიერებებს შლიან. ზოგი სახეობა დაავადებებს იწვევს. წარმომადგენელი ორგანიზმებია: Bacillus anthracis, რომელიც იწვევს ციმბირის წყლულს (ანთრაქსს, იგივე ჯილეხს); Clostridium botulinum, რომელიც ბოტულიზმს იწვევს; Clostridium difficile, რომელიც ანტიბიოტიკოთერაპიის დროს დიარეას (ფაღარათს) იწვევს; სტრეპტომიცეტები, რომელთაგანაც მრავალი ანტიბიოტიკი მიიღება, მათ შორის სტრეპტომიცინი; მიკოპლაზმები, ჩვენთვის ცნობილი ყველაზე პატარა ბაქტერიები, რომლებსაც უჯრედის კედელი არ აქვთ. ზოგიერთი თავისუფლად მცხოვრებია, ზოგი კი — პათოგენური. მიკროგრაფი: Clostridium difficile — ჩხირის ფორმის, დაახლოებით 3 მიკრონის სიგრძის ბაქტერია.
_სურათის წყარო: „პროკარიოტების სტრუქტურა: სურათი 4“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, CC BY 4,0. ორიგინალი ნამუშევრის წყაროები: „Rickettsia rickettsia”: CDC-ის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Spirillum minus”: ვოლფრამ ადლასნიგის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Vibrio cholera”: ჯენის ჰანი კარის ნამუშევრის მოდიფიკაცია, CDC; „Desulfovibrio vulgaris”: გრემ ბრედლის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Campylobacter”: ავტორის De Wood, Pooley, USDA, ARS, EMU ნამუშევრის მოდიფიკაცია; მასშტაბის მონაცემები მეტ რასელისა._
ბაქტერიათა დარჩენილი ოთხი მთავარი ჯგუფიც ამდენადვე მრავალფეროვანია. ქლამიდიები არიან პათოგენები, რომლებიც მასპინძელ უჯრედებში ცხოვრობენ, ციანობაქტერიები კი ის ფოტოსინთეზატორები არიან, რომლებიც დედამიწის ჟანგბადის დიდ ნაწილს წარმოქმნიან. სპიროქეტები მოიცავენ უვნებელ და საზიანო ბაქტერიებს, მაგალითად, Borrelia burgdorferi-ს, რომელიც ლაიმის დაავადებას იწვევს. იმავეს თქმა შეიძლება გრამდადებით ბაქტერიებზე, რომელთა შორისაცაა, მაგალითად, პრობიოტური ბაქტერიები იოგურტში და Bacillus anthracis, რომელიც ციმბირის წყლულს (ჯილეხს) აჩენს.start superscript, 4, end superscript
ამ ცხრილში მოცემულია ქლამიდიები, სპიროქეტები, ციანობაქტერიები და გრამდადებითი ბაქტერიები.
ქლამიდიები: ამ ჯგუფის ყველა წევრი ცხოველთა უჯრედების ობლიგატური შიდაუჯრედული პარაზიტია. უჯრედის კედლებს არ აქვთ პეპტიდოგლიკანი. წარმომადგენელი ორგანიზმი: Chlamydia trachomatis, სქესობრივი გზით გადაცემადი ყველაზე ხშირი დაავადება, რომელიც სიბრმავეს იწვევს. მიკროგრაფი: ამ სინჯში Chlamydia trichomatis უჯრედების შიგნით არსებული ვარდისფერი ჩანართებია.
სპიროქეტები: სპირალური ფორმის უჯრედების მქონე ამ სახეობის წარმომადგენელთა უმეტესობა მოძრავი ანაერობია, თუმცა ზოგი პათოგენურია. შოლტები სიგრძივაა გამოშვერილი შიდა და გარე მემბრანებს შორის არსებულ პერიპლაზმურ სივრცეში. წარმომადგენელი ორგანიზმები: Treponema pallidum, სიფილისის გამომწვევი აგენტი, და Borrelia burgdorferi, ლაიმის დაავადების გამომწვევი აგენტი. მიკროგრაფი: კორპსაძრობის ფორმის ბაქტერია Trepanema pallidum.
ციანობაქტერიები: ეს ბაქტერიები, რომლებსაც ასევე ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეებს უწოდებენ, ენერგიას ფოტოსინთეზის გზით იღებენ. ისინი ყველგან არიან გავრცელებულნი: ხმელეთის, ზღვისა და მტკნარი წყლის ეკოსისტემებში. ვარაუდობენ, რომ ეუკარიოტული ქლოროპლასტები ბაქტერიების ამ ჯგუფიდან მომდინარეობს. წარმომადგენელი ორგანიზმი: Prochlorococcus, რომელიც ყველაზე ფართოდ გავრცელებულ და მრავალრიცხოვან ფოტოსინთეზურ ორგანიზმადაა მიჩნეული დედამიწაზე; ის დედამიწის ჟანგბადის ნახევარს აწარმოებს. მიკროგრაფი: გრძელი, ვიწრო ძაფისებრი ბაქტერია Phormidium.
გრამდადებითი ბაქტერიები: ამ ქვეჯგუფის ნიადაგში მობინადრე წევრები შლიან ორგანულ ნივთიერებებს. ზოგი სახეობა დაავადებებს იწვევს. აქვთ სქელი უჯრედის კედელი, თუმცა არ აქვთ გარე მემბრანა. წარმომადგენელი ორგანიზმები: Bacillus anthracis, რომელიც იწვევს ციმბირის წყლულს (ანტრაქსს, იგივე ჯილეხს); Clostridium botulinum, რომელიც ბოტულიზმს აჩენს; Clostridium difficile, რომელიც ანტიბიოტიკების თერაპიის დროს დიარეას (ფაღარათს) იწვევს; სტრეპტომიცეტები, რომელთაგანაც მრავალი ანტიბიოტიკი მიიღება, მათ შორის სტრეპტომიცინი; მიკოპლაზმები, ჩვენთვის ცნობილი ყველაზე პატარა ბაქტერიები, რომლებსაც უჯრედის კედელი არ აქვთ. ზოგიერთი თავისუფლად მოძრავია, ზოგი კი — პათოგენური. მიკროგრაფი: Clostridium difficile — ძაფისებრი ფორმის ბაქტერია.
_სურათის წყარო: „პროკარიოტების სტრუქტურა: სურათი 5“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, CC BY 4,0. ორიგინალი სურათის წყაროები: „Chlamydia trachomatis”: Dr. Lance Liotta Laboratory, NCI-ის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Treponema pallidum”: დრ. დევიდ კოქსის ნამუშევრის მოდიფიკაცია, CDC; „Phormidium”: USGS-ის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Clostridium difficile”: ლუის ს. ვიგზის ნამუშევრის მოდიფიკაცია, CDC; მასშტაბის მონაცემები მეტ რასელისა._

არქეები

არქეების დომენი 4 მთავარ ჯგუფს შეიცავს. საინტერესოა, რომ ჯერჯერობით არ აღმოჩენილა ისეთი არქეა, რომელიც ადამიანის პათოგენია.
არქეები ცხოვრობენ როგორც ჩვენს სხეულებში, ისე ცხოველებისაშიც — მაგალითად, ნაწლავებში — მაგრამ ყველა მათგანი, როგორც ჩანს, უვნებელი და სასარგებლოც კია. მართალია, არსებობს ჰიპოთეზები, თუმცა ჯერ ზუსტად არავინ იცის, რატომ არის ყველა არქეა „მეგობრული“ და რატომ არ წარმოიქმნა ევოლუციურად დაავადების გამომწვევი სახეობები.start superscript, 5, end superscript
არქეებთან ერთად, რომლებიც ადამიანის ნაწლავების კომფორტულ გარემოთი ნებივრობენ, არსებობს მრავალი ექსტრემოფილი სახეობა, რომელიც გაცილებით უფრო მეტად არასტუმართმოყვარე გარემოებში ბინადრობენ, მათ შორის ვულკანურ გეოთერმულ წყაროებში, წყალქვეშა ჰიდროთერმულ წყაროებში და ძალიან მარილიან ადგილებში, როგორიცაა, მაგალითად, მკვდარი ზღვა.
აღწერილია არქეების ოთხი ფილუმის მახასიათებლები. ევრიარქეოტები მოიცავენ მეთანოგენებს, რომლებიც მეტაბოლურ ნარჩენ პროდუქტად მეთანს წარმოქმნიან, და ჰალობაქტერიები, რომლებიც უკიდურესაც მარილიან გარემოში ბინადრობენ. მეთანოგენები ადამიანებსა და სხვა ცხოველებში იწვევენ მეტეორიზმს (აირების დაგროვებას კუჭსა და კუჭ-ნაწლავში). ჰალობაქტერიებს დიდი, წითელი ფენის წარმოქმნა ახასიათებთ, რაც მათ მემბრანაში არსებული ბაქტერიოროდოფსინითაა გამოწვეული. ბაქტერიოროდოფსინი ბადურის პიგმენტ როდოფსინის მონათესავეა. მიგროფაგზე ნაჩვენებია ძაფისებრი ჰალობაქტერია. კრენარქეოტების ფილუმის წარმომადგენლები ფართოდ არიან გავრცელებულნი და ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ნახშირბადის ფიქსაციაში. ამ ჯგუფის მრავალი წარმომადგენელი გოგირდზე დამოკიდებული ექსტრემოფილია. ზოგი მათგანი თერმოფილური ან ჰიპერთერმოფილურია. მიკროგრაფზე ნაჩვენებია კოკის ფორმის Sulfolobus — გვარი, რომელიც ვულკანურ წყაროებში იზრდება 75-80°C ტემპერატურისა და 2-3 pH-ის პირობებში. ნანოარქეოტების ფილუმი ამჟამად მხოლოდ ერთ სახეობას მოიცავს, Nanoarchaeum equitans-ს, რომლის იზოლაცია ატლანტის ოკეანის ფსკერიდან და იეოლოუსტოუნის ეროვნული პარკის ჰიდროთერმული წყლებიდან მოხერხდა. ის Ignococcus-ის, არქებაქტერიების კიდევ ერთი სახეობის, ობლიგატური სიმბიონტია. მიკროგრაფზე ნაჩვენებია ორი პატარა, წრიული N. equitans-ის უჯრედები, რომელიც Ignococcus-ის უფრო დიდი ზომის უჯრედზეა მიბმული. კორარქეოტები მიიჩნევიან სიცოცხლის ერთ-ერთ ყველაზე მარტივ ფორმებად და ისინი ჯერჯერობით მხოლოდ ობსიდიანის ტბორშია ნაპოვნი, იეოლოუსტოუნის ეროვნული პარკის ჰიდროთერმულ წყაროში. მიკროგრაფზე ნაჩვენებია ამ ჯგუფის მრავალი სხვადასხვა ნიმუში, რომლებიც ერთმანეთისგან ფორმით განსხვავდება.
_სურათის წყარო: „პროკარიოტების სტრუქტურა: სურათი 6“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, CC BY 4,0. ორიგინალი სურათის წყაროები: „Halobacterium”: ნასას ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „Nanoarchaeotum equitans”: კარლ ო. შტეტერის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; „korarchaeota”: აშშ-ის ენერგიის დეპარტამენტის მეცნიერებათა ოფისის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; მასშტაბის მონაცემები მეტ რასელისა._

მრავალი „იდუმალი პროკარიოტი“

მრავალი წლის განმავლობაში პროკარიოტების შესწავლის მთავარი მეთოდი მათი ლაბორატორიაში გამოზრდა იყო. თუკი შესაძლებელია ორგანიზმის გაზრდა აგარზე ან თხევად არეში, მაშინ შესაძლებელია მისი შესწავლა, ანალიზი, შემდგომ კი პროკარიოტების სახეობებისა და შტამების კატალოგში დამატება.
მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი პროკარიოტი ვერ გაიზრდება ლაბორატორიულ პირობებში (ყოველ შემთხვევაში, არა იმ პირობებში, რომლებიც მეცნიერებმა სცადეს). მეტიც, ბაქტერიებისა და არქეების 99, percent-ის მოშენება შეუძლებელია!
ნაჩვენებია ორი ბაქტერიული ფირფიტა წითელი აგარით. ორივე ფირფიტა ბაქტერიული კოლონიებითაა დაფარული. მარჯვენა ფირფიტაზე, რომელიც ჰემოლიზურ ბაქტერიებს შეიცავს, ბაქტერიების ზრდის ადგილას წითელი აგარი გამჭვირვალეა. მარცხენა ფირფიტაზე, რომელიც არაჰემოლიზურ ბაქტერიებს შეიცავს, აგარი არ არის გამჭვირვალე.
ამ საკვებ ნიადაგებში (აგარების ფირფიტებში) საკვები არე შევსებულია სისხლის წითელი უჯრედებით. სისხლის აგარი გამჭვირვალე ხდება ჰემოლიზური Streptococcus ბაქტერიების თანაობისას, როგორც ეს მარჯვენა ფირფიტაზეა ნაჩვენები. _სურათის წყარო: პროკარიოტთა მრავალფეროვნება: სურათი 6, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, (CC BY 4,0). ორიგინალური სურათი ბილ ბრენსონისა, NCI._
ამის გამო პროკარიოტების შესახებ ცოდნაში დიდი ჩავარდნა გვაქვს. შედარებისთვის, ჩვენ ვიცით 8, comma, 7 start text, მ, ი, ლ, ი, ო, ნ, ი, end text ეუკარიოტული სახეობის შესახებstart superscript, 6, end superscript. ეუკარიოტების კულტივირებასთან ასეთივე პრობლემა რომ შეგვქმნოდა, გვეცოდინებოდა მხოლოდ 87, comma000 სახეობა. ეს საგრძნობლად დააცარიელებდა სიცოცხლის ხეს და შეამცირებდა ცოდნას ეუკარიოტებზე, როგორც ჯგუფზე. მაგალითად, გვეცოდინებოდა ცხოველების არსებობის შესახებ, თუმცა მცენარეებისა და სოკოების შესახებ ჩვენი ცოდნა ბუნდოვანი იქნებოდა!

რას წარმოადგენს პროკარიოტული სახეობა?

პროკარიოტული სახეობების პოვნაზე საუბარს თუ ვაპირებთ, ალბათ, ჯერ უნდა განვმარტოთ, თუ რა არის პროკარიოტული სახეობა. შესაძლოა, ეს მარტივი შეკითხვასავით ჟღერდეს, მაგრამ, სინამდვილეში, იგი საკმაოდ კომპლექსური და საკამათოც კია, თუკი მიკრობიოლოგი ხართ.
ეუკარიოტების შემთხვევაში მეცნიერთა უმეტესობა სახეობას განსაზღვრავს, როგორც ჯგუფს ორგანიზმებისა, რომლებსაც შეუძლიათ შეჯვარება და ნაყოფიერი შთამომავლობის წარმოქმნა. ეს განსაზღვრება გასაგებია იმ სახეობების შემთხვევაში, რომლებიც სქესობრივი გზით მრავლდებიან, მაგრამ ის იმავენაირად არ მოქმედებს ბაქტერიების მსგავსი ორგანიზმების შემთხვევაში. ბაქტერიები უსქესოდ მრავლდებიან და საკუთარი თავის ასლებს წარმოქმნიან — ისინი არ ჯვარდებიან ერთმანეთთან.
ნაცვლად ამისა, მეცნიერები ბაქტერიებსა და არქეებს ტაქსონომიურ ჯგუფებში ანაწილებენ მათ გარეგნობაზე, ფიზიოლოგიასა და გენებზე დაყრდნობით.start superscript, 7, end superscript მრავალ მათგანს სახელი ეწოდება ტრადიციული ლინესეული ტაქსონომიის გამოყენებით (გვარი და სახეობა). და მაინც, მეცნიერებს შორის ჯერ კიდევ დავის საგანს წარმოადგენს ის საკითხი, თუ როგორ უნდა დაჯგუფდნენ პროკარიოტები სახეობებად ან რამდენად სწორია ეს. „სახეობის ზუსტი კონცეპტი“ ამ ორგანიზმებისთვის ჯერ კიდევ მუშავდება.start superscript, 8, end superscript

მეტაგენომიკა: ახალი თვალით დანახული მიკრობები

მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ მილიონობით პროკარიოტული სახეობა (ან სახეობის მსგავსი ჯგუფი) არსებობს, თუმცა ჩვენ ძალიან ცოტა ვიცით მათი უმრავლესობის შესახებ.start superscript, 1, end superscript ეს ნელ-ნელა იცვლება ფართომასშტაბიანი დნმ-ის სეკვენირების წყალობით.
დნმ-ს სეკვენირების მეშვეობით მეცნიერებს შეუძლიათ მთლიანი პროკარიოტული თანასაზოგადოებების შესწავლა მათ ბუნებრივ საბინადრო გარემოებში — მათ შორის იმ მრავალი პროკარიოტისა, რომელთა ხელოვნურად მოშენებაც შეუძლებელია და რომლებიც აქამდე მკვლევრებისთვის „უჩინრები“ იყვნენ.
ამგვარი თანასაზოგადოების ერთობლივ გენომს მეტაგენომი ეწოდება, მეტაგენომის მიმდევრობების ანალიზით კი მეტაგენომიკაა დაკავებული. პროკარიოტული მეტაგენომიკა ბიოლოგიის იმ დარგებს შორისაა, რომლებიც ჩემთვის ყველაზე საინტერესო და იდუმალია.
შეგვიძლია, დნმ-ის ნიმუში ავიღოთ ჰიდროთერმული წყაროების მიკრობული „ხალიჩიდან“, მაგალითად, ისეთი მშვენიერი და მრავალფეროვანი „ხალიჩებიდან“, როგორებიც იელოუსტოუნის ეროვნულ პარკშია (აშშ). ამ მდიდარი თანასაზოგადოების მცირე ნიმუშიც კი სხვადასხვა სახეობის უამრავ ინდივიდს მოიცავს.start superscript, 9, end superscript
სურათის წყარო: „ბაქტერიული ხალიჩა“, sevenblock CC BY-NC-SA 2,0.
მეტაგენომური დნმ-ის ნიმუშების სეკვენირებითა და ანალიზით მეცნიერებს ზოგჯერ მანამდე უცნობი სახეობების მთლიანი გენომების გაერთიანება შეუძლიათ. სხვა შემთხვევებში, ისინი განსაზღვრული გენების მიმდევრობების ინფორმაციას იყენებენ იმის განსასაზღვრად, თუ რა ტიპის პროკარიოტებია ამ თანასაზოგადოებაში (და როგორ ენათესავებიან ისინი ერთმანეთსა თუ ჩვენთვის ცნობილ სახეობებს). დნმ-ის ნიმუშებში არსებული ეს გენები ზოგჯერ თანსაზოგადოებაში არსებული ორგანიზმების მეტაბოლურ სტრატეგიებზეც გვაძლევს ინფორმაციას.start superscript, 10, end superscript

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.