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

პროკარიოტების ურთიერთქმედება & ეკოლოგია

პროკარიოტების კოოპერაცია და "მრავალუჯრედიანობა". მუტუალიზმი, კომენსალიზმი, პარაზიტიზმი. ნახშირბადული და აზოტური ციკლები.

საკვანძო საკითხები:

  • ბაქტერიები საკმაოდ კოოპერატიულები არიან. ზოგი მათგან ორგანიზებულ სტრუქტურებსაც კი წარმოქმნის, რომლებიც საკმაოდ ჰგავს მრავალუჯრედიან ქსოვილს.
  • ბიოფილმები წარმოადგენს ზედაპირზე მიმაგრებულ კოლექციებს იმ მიკროორგანიზმებისა, რომლებიც ერთმანეთზე არიან მიბმულნი და საკვებ ნივთიერებებს მიმოცვლიან.
  • ზოგი პროკარიოტი ქმნის მჭიდრო კავშირებს მცენარეებთან, ცხოველებთან და სოკოებთან. ეს შეიძლება იყოს მუტუალიზმი (+/+), კომენსალიზმი (+/0) ან პარაზიტიზმი (+/-).

ბაქტერიები: გასაოცრად ინტერაქტიულები!

თუკი ვიტყვი ბაქტერიას, პირველი რა სიტყვა მოგივათ თავში? ნაძლევს ჩამოვალ, ეს არ იქნება სიტყვა კოოპერატიული. მიუხედავად ამისა, ბაქტერიები და სხვა პროკარიოტები (არქეები) საკმაოდ სოციალურნი და კოოპერატიულნი არიან, იმაზე გაცილებით მეტად, ვიდრე ბიოლოგებს თავდაპირევლად ეგონათ.
ზოგი ბაქტერია ერთიანდება ჯგუფებში, სადაც ისინი ინაწილებენ მეტაბოლურ საქმეებს და იზიარებენ პროდუქტებს. სხვები მასპინძელ ორგანიზმთან წარმოქმნიან კოოპერაციულ ასოციაციებს, თანასაზოგადოებებს (თუმცა ზოგი მათგანი აგრეთვე ნეიტრალურ ან საზიანო ასოციაციებს ქმნის).
ამ სტატიაში ჩვენ გამოვიკვლევთ, როგორ თანამშრომლობენ ბაქტერიები ერთმანეთთან და როგორ ქმნიან ისინი ორგანიზებულ ჯგუფებს (რომლებიც ხანდახან „მრავალუჯრედიან ორგანიზმსაც“ კი მოგვაგონებს). შემდგომ ჩვენ განვიხილავთ სხვა გზებს, რომელთა მეშვეობითაც ისინი ურთიერთქმედებენ სხვა სახეობებთან.

კოოპერაცია და „მრავალუჯრედიანობა“ ბაქტერიებში

ბაქტერიები ხშირად იღებენ სარგებელს ერთმანეთთან თანამშრომლობით. შესაძლოა, ეს თანამშრომლობა იყოს სუსტი ან, პირიქით, იმდენად შეთანხმებული, რომ ეუკარიოტულ მრავალუჯრედიანობასაც კი დაემსგავსოს!
ქვემოთ მოყვანილია ბაქტერიული კოოპერაციის რამდენიმე მაგალითი — თქვენ თვითონ განსაჯეთ, რამდენად შეიძლება, ისინი მრავალუჯრედიანად მივიჩნიოთ (რაც დღემდე საკამთო საკითხია ბიოლოგიაში).1,2

მიქსობაქტერია

მიქსობაქტერიები ნიადაგის ბაქტერიებია, რომლებიც ურთიერთქმედებენ, რათა შექმნან შეთანხმებული ჯგუფები (და უფრო კომპლექსური სტრუქტურებიც სპეციალიზებული უჯრედებით). როდესაც რესურსები დიდი ოდენობითაა ხელმისაწვდომი, მიქსობაქტერიები წარმოქმნიან ჯგუფებს, რომლებსაც გუნდები ეწოდება. გუნდი კოორდინირებულად მოძრაობს და იკვებება საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების ნიადაგში სეკრეციისა და გადამუშავებული მასალის შეწოვის მეშვეობით.3
მიქსობაქტერიები Myxococcus xanthus წარმოქმნიან ნაყოფსხეულებს (პარკის მსგავს ყვითელი სტრუქტურებს), როდესაც რესურსების რაოდენობა მწირია. ნაყოფსხეულები შეიცავს მიქსოსპორებს, რომლებიც დიდხანს აგრძელებენ არსებობას და ღივდებიან მაშინ, როდესაც რესურსები კვლავ ხელმისაწვდომია, და გუნდი ხელახლა ფორმირდება.
_სურათის ავტორი: „Myxococcus xanthus" Michiel Vos (CC BY 2,5)._
თუკი რესურსების რაოდენობა მწირია, მიქსობაქტერიები ერთიანდებიან და წარმოქმნიან მრავალუჯრედიანის მსგავს სტრუქტურებს, რომლებსაც ნაყოფსხეულები ეწოდება (იხილეთ ზემოთ მოცემული სურათი). ნაყოფსხეულებში უჯრედები მწიფდებიან და სპორების მსგავს სტრუქტურებად, მიქსოსპორებად, გარდაიქმნებიან. თითოეულ მიქსოსპორას უჯრედის სქელი კედელი აქვს, რომელიც მას საშუალებას აძლევს, დროის ხანგრძლივი მონაკვეთის განმავლობაში მოახერხოს საკუთარი თავის შენარჩუნება. როდესაც რესურსები კვლავ ხელმისაწვდომი გახდება, მიქსოსპორები ღივდებიან და წარმოიქმნება ახალი გუნდი.3

ჯაჭვების წარმომქმნელი ციანობაქტერიები

ანაბენას (ლათ. Anabaena) გვარის წარმომადგენელი ციანობაქტერიები ბინარული გაყოფის დროს (ბაქტერიული უჯრედული გაყოფა) უბრალოდ კი არ სცილდებიან ერთმანეთს, არამედ ერთად ქუჩდებიან და წარმოქმნიან შეკავშირებული უჯრედების ჯაჭვებს, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ სურათზეა ნაჩვენები.
ციანობაქტერია,ანაბაენა ქმნის ორი სახის უჯრედებისგან შემდგარ ჯაჭვს: ფოტოსინთეტიკური უჯრედები და ჰეტეროცისტები. პირველი აწარმოებს მხოლოდ შაქრებს, ხოლო უკანასკნელი მხოლოდ აზოტს აფიქსირებს. ჯაჭვში შემავალი ყველა უჯრედი ინაწილებს ერთმანეთის მეტაბოლიტებს.
_გარდაქმნისთვის სურათი აღებულია: „Anabaena circinalis" ავტორი Imre Oldal (CC BY-SA 4,0). გარდაქნილი სურათი ლიცენზირებულია CC BY-SA 4,0 ლიცენზიის თანახმად._
ციანობაქტერიულ უჯრედებს ფოტოსინთეზიც შეუძლიათ და აზოტის ფიქსაციაც. მიუხედავად ამისა, ერთ უჯრედს ორივეს ერთდროულად გაკეთება არ ძალუძს, რადგან ფოტოსინთეზის დროს გამოყოფილი ჟანგბადი ხელს უშლის აზოტის ფიქსაციას (ასუსტებს აზოტის მაფიქსირებელ ფერმენტებს).4
ამ პრობლემისთვის გვერდის ასავლელად ჯაჭვში არსებული უჯრედების ნაწილი ჰეტეროცისტებად იქცევა, როდესაც გარემოში არსებული აზოტის დონე ძალიან დაბალია. ჰეტეროცისტების დანიშნულება აზოტის ფიქსაციაა, ჯაჭვში არსებული სხვა უჯრედებისგან განსხვავებით, რომლებიც ფოტოსინთეზს წარმართავენ.5

ბიოფილმი

ბიოფილმი არის ზედაპირზე მიმაგრებული ერთობლიობა მიკროორგანიზმებისა, რომლებსაც ერთმანეთთან აკავებს წებოვანი ნივთიერება (დიდწილად ნახშირწყალი), რომელსაც ისინი თავადვე გამოყოფენ. ხშირ შემთხვევაში ბიოფილმები წარმოიქმნება კვორუმის (ჯგუფის) შეგრძნების მეშვეობით. კვორუმის შეგრძნების დროს ბაქტერიები გამუდმებით მიმოცვლიან სიგნალებს, რომლებიც მათ პოპულაციის სიმჭიდროვის გარკვევაში ეხმარება, და ისინი ცვლიან თავიანთ ქცევას, როდესაც სიმჭიდროვე გარკვეულ ზღვარს სცდება.
ბიოფილმები ხშირად რამდენიმე სახის ბაქტერიისგან ან სხვა მიკროორგანიზმებისგან შედგება. ზოგ შემთხვევაში ბიოფილმის განსხვავებული წევრები მეტაბოლურად ერთმანეთის კომპლემენტარულია — ერთ-ერთი გამოყოფს იმ მოლეკულებს, რომელთა გამოყენებაც შეუძლია მეორეს. როგორც წესი, ბიოფილმებში გვხვდება წყალგამტარი არხები საკვები ნივთიერებებისა და ნაგვის მიმოცვლისთვის, ზოგი ბიოლოგი კი მათ „სისხლის მიმოქცევის პრიმიტიულ სისტემას“ უწოდებს.6
ბაქტერიების უმეტესობა ცხოვრობს ზედაპირებზე და ბევრად უფრო იშვიათად ტივტივებს, შესაბამისად ბიოლფილმები თითქმის ყველგანაა. ისინი ჩნდებიან სახის ზედაპირებზე, სამზარეულოში, საჭრელ დაფებზე, ნიჟარაში, ტუალეტში. თქვენს კბილებზე არსებული თეთრი ნალექიც კი, რომელსაც კბილის ექიმი გაცლით, ბიოფილმს წარმოადგენს!
ბაქტერია Staphylococcus aureus-ის ბიოფილმი. ბიოფილმი შედგება პოლისაქარიდული მატრიქსის მეშვეობით ერთმანეთთან შეწეპებული ბაქტერიებისაგან.
_სურათის წყარო: „Staphylococcus aureus biofilm“, Centers for Disease Control and Prevention (საჯარო დომენი)._
ბიოფილმები ძირითადად ყურადღებას იბყრობენ, როდესაც რაიმე პრობლემას იწვევენ. პათოგენური (დაავადების გამომწვევი) ბიოფილმები, მაგალითად ზემოთ ნაჩვენები სტაფილოკოკების ბიოფილმი შეიძლება სერიოზული პრობლემა იყოს საავადმყოფოებში. მათი მოკვლა ანტიბიოტიკებით რთულია და მათ შეიძლება გამოიწვიონ მუდმივი ინფექციები და დააბინძურონ სამედიცინო მოწყობილობები, მაგალითად კათეტერები. სხვა ბიოფილმები ჟანგავენ მეტალის მილებს და აზიანებენ სამრეწველო მოწყობილობებს.
მიუხედავად ამისა, ზოგიერთ ბიოფილმს სასარგებლო პრაქტიკული გამოყენებაც მოეძებნება. მაგალითად, ბიოფილმები გამოიყენება წყლის დასუფთავების დანადგარებში საკანალიზაციო წყლებიდან ორგანული ნივთიერებების მოსაშორებლად.

მრავალუჯრედიანი თუ არა?

ზემოთ მოყვანილ მაგალითებში ბაქტერიები კოოპერატიულად ურთიერთქმედებენ. რაღაც დონეზე, ბიოფილმში არსებული უჯრედების სოციალური ქცევა მრავალუჯრედიან ორგანიზმში არსებული უჯრედების კოოპერაციის ანალოგიურია. Anabaena და მიქსობაქტერიები, ჩემი აზრით, კიდევ უფრო ახლოს არიან მრავალუჯრედიანებთან.
ზოგი მეცნიერი ამტკიცებს, რომ მსგავსი კოოპერატიული ბაქტერიები მრავალუჯრედიან ორგანიზმებად უნდა მივიჩნიოთ. სხვები ამბობენ, რომ პროკარიოტები ვერ იქნებიან მრავალუჯრედიანები, რადგან ისინი, უბრალოდ, შეხმატკბილებულად მცხოვრები ცალკეული ინდივიდების ჯგუფს წარმოადგენენ (მაგალითად, როგორც ჭიანჭველები). ამ საკითხზე დავა ჯერ კიდევ მიმდინარეობს, ამიტომ შეგიძლიათ, თქვენ თვითონ გადაწყვიტოთ!

მუტუალისტური, კომენსალური და პარაზიტული ბაქტერიები

ამ სტატიაში რამდენიმე განსაკუთრებული შემთხვევა განვიხილეთ, როდესაც ბაქტერიები ქმნიან ორგანიზებულ (თუ „მრავალუჯრედიან“?) კავშირებს. მიუხედავად ამისა, ბაქტერიების მრავალი ტიპი ქმნის ახლო კავშირებს ეუკარიოტულ სახეობებთან, მაგალითად, ადამიანებთან, და ხშირად მათ შიგნითაც კი ცხოვრობს.
სახეობებს შორის ეკოლოგიური ურთიერთქმედებების სამი მთავარი ტიპია მუტუალიზმი, კომენსალიზმი და პარაზიტიზმი. ბაქტერიებს ურთიერთქმედებათა ამ სამივე ტიპში შეუძლიათ მონაწილეობა. მეტიც, ჩვენ, ადამიანებს, თითოეული კატეგორიის მრავალ ბაქტერიასთან გვაქვს შეხება!

მუტუალიზმი

ზოგიერთი ბაქტერია წარმოქმნის მუტუალიზმებს (ინგლ. mutual — ორმხრივი), ორმხრივად სასარგებლო (+/+) ურთიერთკავშირებს ორ ორგანიზმს შორის.
მაგალითად, Ruminococcus ბაქტერიები ძროხის ნაწლავებში ცხოვრობენ და ცელულოზას შლიან, ბალახში არსებულ ნახშირწყალს, და იმ ფორმაში გარდაქმნიან, რომლის მოხმარებაც შეუძლია ძროხას. ამ ბაქტერიების გარეშე ძროხები ვერ მოახერხებდნენ მათ მიერ შეჭმული ბალახის გადამუშავებას! საპასუხოდ, ბაქტერიები იღებენ საკვებ ნივთიერებებსა და უსაფრთხო საბინადრო გარემოს (ძროხის ნაწლავებს).7

კომენსალიზმი

ბაქტერიებს კომენსალიზმების წარმოქმნაც შეუძლიათ — ისეთი ურთიერთქმედებებისა, რომლებში მონაწილე ორგანიზმებიდან ერთ-ერთი სარგებელს იღებს, მეორისთვის კი ამ ურთიერთქმედებას არავითარი შედეგი არ მოაქვს (+/0).
მაგალითად, ჩვენ, ადამიანებს, სხეულის ზედაპირზე და შიგნით მილიონობით ბაქტერია გვყავს და მიიჩნევა, რომ მათ დიდ ნაწილს ჩვენთან კომენსალური ურთიერთობა აქვს (მაგალითად, იკვებება ჩვენი მკვდარი უჯრედებით ან მეტაბოლიზმის თანმდევი პროდუქტებით). მიუხედავად ამისა, ხშირია შემთხვევები, როდესაც ეს კომენსალური ურთიერთობები ოდნავ მუტუალისტური ან პარაზიტული (იხილეთ ქვემოთ) აღმოჩნდება, როდესაც მათ უფრო დეტალურად ვიკვლევთ.8

პარაზიტიზმი

პარაზიტიზმი ისეთი ურთიერთკავშირია, როდესაც ერთი ორგანიზმი სარგებელს იღებს, მეორე კი ზიანდება (+/-). პარაზიტული ბაქტერიები ის ბაქტერიებია, რომლებთანაც ადამიანებს ყველაზე ხშირად გვაქვს შეხება და რომლებიც ბაქტერიებს სახიფათო „მიკრობების“ ამ ცუდ რეპუტაციას სძენენ.
ბაქტერიები, რომლებიც ადამიანებში დაავადებებს იწვევენ, რესურსებს ადამიანის სხეულიდან იღებენ და სხვა მხრივაც უტევენ მასპინძელს, რითიც აჩენენ ბაქტერიული ინფექციის სიმპტომებს.
პარაზიტებს მრავალი სხვადასხვა გზით შეუძლიათ მასპინძლისთვის ზიანის მიყენება, მაგალითად, ქსოვილებში შეჭრით, ტოქსინების გამოყოფით ან მასპინძელი უჯრედების უშუალო დაზიანებით.9,10 ზოგიერთი პარაზიტი, მაგალითად, Toxoplasma gondii, რომელიც ტოქსოპლაზმოზს იწვევს, სულაც, პირდაპირ თავისი მასპინძლის უჯრედებში იჭრება.
Toxoplasma gondii პარაზიტების გაყოფა. _სურათის წყარო: „Toxoplasma gondii“, კე ჰუ და ჯონ მ. მიურეი (CC BY 4,0)._11

შეამოწმეთ თვენი ცოდნა!

  1. მიქსობაქტერიები ნიადაგის ბაქტერიებია, რომლებიც, როგორც წესი, ერთად ცხოვრობენ კოოპერაციულ ჯგუფში, გუნდში. როდესაც რესურსები მწირი რაოდენობით მოიპოვება, ცალკეული მიქსობაქტერიები ერთიანდებიან, რათა წარმოქმნან ნაყოფსხეული — მრავალუჯრედიანი სტრუქტურა, რომელიც ზოგიერთ უჯრედს სპორებად გარდაქმნის საშუალებას აძლევს (სპეციალიზებულ სტრუქტურებად, რომლებსაც უჯრედის სქელი კედლები აქვთ და რთული პირობების ატანა შეუძლიათ). როდესაც პირობები ისევ ხელსაყრელი ხდება, ეს სპორები აღმოცენდებიან ახალი ჯგუფის ფორმირებისთვის.
    როგორ ეხმარება მიქსობაქტერიების პოპულაციას ნაყოფსხეულის წარმოქმნა გადარჩენაში?
    მონიშნეთ ყველა შესაბამისი პასუხი:


გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.