Ամենամեծ բակտերիաները. Մանրէաբանական աշխարհի հսկաները ամենամեծ միաբջիջ օրգանիզմներն են։ Բակտերիաներ և մարդիկ

Բակտերիաները Երկրի վրա ներկայումս գոյություն ունեցող օրգանիզմների ամենահին խումբն են: Առաջին բակտերիաները հայտնվեցին, հավանաբար, ավելի քան 3,5 միլիարդ տարի առաջ, և գրեթե մեկ միլիարդ տարի մեր մոլորակի միակ կենդանի արարածներն էին: Քանի որ սրանք կենդանի բնության առաջին ներկայացուցիչներն էին, նրանց մարմինն ուներ պարզունակ կառուցվածք։

Ժամանակի ընթացքում դրանց կառուցվածքը դարձել է ավելի բարդ, սակայն մինչ օրս բակտերիաները համարվում են ամենապրիմիտիվ միաբջիջ օրգանիզմները։ Հետաքրքիր է, որ որոշ բակտերիաներ դեռ պահպանում են իրենց հին նախնիների պարզունակ առանձնահատկությունները: Սա նկատվում է բակտերիաների մոտ, որոնք ապրում են տաք ծծմբի աղբյուրներում և ջրամբարների հատակի անօքսիկ տիղմերում:

Բակտերիաների մեծ մասը անգույն է: Միայն մի քանիսն են գունավոր մանուշակագույն կամ կանաչ: Բայց շատ բակտերիաների գաղութները վառ գույն ունեն, ինչը պայմանավորված է շրջակա միջավայր գունավոր նյութի արտանետմամբ կամ բջիջների պիգմենտացմամբ։

Բակտերիաների աշխարհի առաջամարտիկը 17-րդ դարի հոլանդացի բնագետ Էնթոնի Լեուվենհուկն էր, ով առաջինն էր ստեղծել կատարյալ խոշորացույցով մանրադիտակ, որը մեծացնում է առարկաները 160-270 անգամ:

Բակտերիաները դասակարգվում են որպես պրոկարիոտներ և մեկուսացված են առանձին թագավորության մեջ՝ բակտերիաներ։

Մարմնի ձեւը

Բակտերիաները բազմաթիվ և բազմազան օրգանիզմներ են։ Նրանք տարբերվում են ձևով:

Բակտերիաների անվանումը	Բակտերիաների ձևը	Բակտերիաների պատկեր
Կոկկիներ		Գնդաձեւ
Բացիլուս		Ձողաձև
Վիբրիո		Ստորակետը՝ կոր
Spirillum		Պարույր
Streptococci		Cocci շղթա
Ստաֆիլոկոկներ		Կոկիների փնջեր
Դիպլոկոկներ		Երկու կլոր բակտերիաներ՝ փակված մեկ ցեխոտ պարկուճում

Շարժման եղանակներ

Բակտերիաների շարքում կան շարժական և անշարժ ձևեր։ Շարժականները շարժվում են ալիքանման կծկումների կամ դրոշակների (ոլորված պտուտակաձև թելեր) օգնությամբ, որոնք բաղկացած են հատուկ ֆլագելինի սպիտակուցից։ Կարող է լինել մեկ կամ մի քանի դրոշակ: Դրանք որոշ բակտերիաներում տեղակայված են բջջի մի ծայրում, մյուսներում՝ երկու կամ ամբողջ մակերեսի վրա:

Բայց շարժումը բնորոշ է շատ այլ բակտերիաների, որոնց բացակայում են դրոշակները: Այսպիսով, արտաքինից լորձով պատված բակտերիաները ունակ են սահող շարժման։

Դրոշակներից զուրկ որոշ ջրային և հողային բակտերիաներ ցիտոպլազմայում ունեն գազային վակուոլներ։ Բջջում կարող է լինել 40-60 վակուոլ: Նրանցից յուրաքանչյուրը լցված է գազով (ենթադրաբար ազոտով): Կարգավորելով վակուոլներում գազի քանակը՝ ջրային բակտերիաները կարող են սուզվել ջրի սյունակում կամ բարձրանալ դրա մակերես, իսկ հողի բակտերիաները կարող են շարժվել հողի մազանոթներում։

Հաբիթաթ

Կազմակերպման պարզության և ոչ հավակնոտության շնորհիվ բակտերիաները լայն տարածում ունեն բնության մեջ։ Բակտերիաները հանդիպում են ամենուր՝ նույնիսկ ամենամաքուր աղբյուրի ջրի մի կաթիլում, հողի հատիկներում, օդում, ժայռերի վրա, բևեռային ձյան, անապատի ավազների, օվկիանոսի հատակին, մեծ խորություններից արդյունահանվող յուղի և նույնիսկ տաք աղբյուրների մեջ։ մոտ 80 ° C ջերմաստիճանով: Ապրում են բույսերի, մրգերի, տարբեր կենդանիների և մարդկանց մոտ՝ աղիներում, բերանի խոռոչում, վերջույթների վրա, մարմնի մակերեսին։

Բակտերիաները ամենափոքր և ամենաբազմաթիվ կենդանի արարածներն են։ Փոքր չափերի պատճառով դրանք հեշտությամբ թափանցում են ցանկացած ճաքերի, ճեղքերի, ծակոտիների մեջ։ Նրանք շատ դիմացկուն են և հարմարեցված գոյության տարբեր պայմաններին։ Նրանք հանդուրժում են չորացումը, ծայրահեղ ցուրտը, տաքացումը մինչև 90 ° C, առանց կորցնելու իրենց կենսունակությունը:

Երկրի վրա գործնականում չկա մի տեղ, որտեղ բակտերիաներ չհայտնաբերվեին, բայց տարբեր քանակությամբ։ Բակտերիաների կենսապայմանները բազմազան են. Նրանցից մեկին օդում թթվածին է հարկավոր, մյուսներինը՝ ոչ ու կարողանում են ապրել թթվածնազուրկ միջավայրում։

Օդում. բակտերիաները բարձրանում են մինչև 30 կմ դեպի վերին մթնոլորտ: եւ ավելին.

Դրանք հատկապես շատ են հողում։ Մեկ տարվա հողը կարող է պարունակել հարյուր միլիոնավոր բակտերիաներ։

Ջրի մեջ՝ բաց ջրամբարներում ջրի մակերեսային շերտերում։ Օգտակար ջրային բակտերիաները հանքայնացնում են օրգանական մնացորդները:

Կենդանի օրգանիզմներում՝ պաթոգեն բակտերիաները օրգանիզմ են ներթափանցում արտաքին միջավայրից, բայց միայն բարենպաստ պայմաններում առաջացնում են հիվանդություն։ Սիմբիոտիկն ապրում է մարսողական օրգաններում՝ նպաստելով սննդի քայքայմանը և յուրացմանը և վիտամինների սինթեզմանը։

Արտաքին կառուցվածքը

Բակտերիալ բջիջը հագցված է հատուկ խիտ թաղանթով` բջջային պատով, որն իրականացնում է պաշտպանիչ և օժանդակ գործառույթներ, ինչպես նաև տալիս է բակտերիաներին մշտական ​​բնորոշ ձև: Բակտերիաների բջջային պատը նման է բուսական բջջի թաղանթին։ Այն թափանցելի է. դրա միջոցով սննդանյութերն ազատորեն անցնում են բջիջ, իսկ նյութափոխանակության արտադրանքները դուրս են գալիս շրջակա միջավայր: Հաճախ բակտերիաները բջջային պատի վերևում զարգացնում են լորձի լրացուցիչ պաշտպանիչ շերտ՝ պարկուճ: Պարկուճի հաստությունը կարող է շատ անգամ գերազանցել բջջի տրամագիծը, բայց այն կարող է լինել շատ փոքր: Պարկուճը բջջի պարտադիր մաս չէ, այն ձևավորվում է կախված բակտերիաների ներթափանցման պայմաններից։ Այն կանխում է բակտերիաների չորացումը:

Որոշ բակտերիաների մակերեսին կան երկար դրոշակներ (մեկ, երկու կամ շատ) կամ կարճ բարակ վիլլիներ։ Դրոշակի երկարությունը կարող է շատ անգամ ավելի մեծ լինել, քան բակտերիալ մարմնի չափսերը։ Դրոշակների և վիլիզի օգնությամբ բակտերիաները շարժվում են։

Ներքին կառուցվածքը

Բակտերիալ բջջի ներսում կա խիտ, անշարժ ցիտոպլազմա: Այն ունի շերտավոր կառուցվածք, չկա վակուոլներ, հետևաբար, ցիտոպլազմայի հենց նյութում են գտնվում տարբեր սպիտակուցներ (ֆերմենտներ) և պահուստային սննդանյութեր։ Բակտերիալ բջիջները կորիզ չունեն։ Նրանց բջիջների կենտրոնական մասում խտացված է մի նյութ, որը կրում է ժառանգական տեղեկատվություն։ Բակտերիաներ, - նուկլեինաթթու - ԴՆԹ: Բայց այս նյութը չի ձևավորվում միջուկի մեջ:

Բակտերիալ բջջի ներքին կազմակերպումը բարդ է և ունի իր առանձնահատկությունները: Բջջային պատից ցիտոպլազմը բաժանվում է ցիտոպլազմային թաղանթով։ Ցիտոպլազմայում առանձնանում են հիմնական նյութ կամ մատրիցա, ռիբոսոմներ և մի շարք գործառույթներ կատարող թաղանթային կառուցվածքների փոքր քանակություն (միտոքոնդրիաների, էնդոպլազմային ցանցի անալոգներ, Գոլջիի ապարատ): Բակտերիալ բջիջների ցիտոպլազմը հաճախ պարունակում է տարբեր ձևերի և չափերի հատիկներ: Գրանուլները կարող են կազմված լինել միացություններից, որոնք ծառայում են որպես էներգիայի և ածխածնի աղբյուր: Բակտերիալ բջիջում հայտնաբերվում են նաև ճարպի կաթիլներ:

Բջջի կենտրոնական մասում տեղայնացված է միջուկային նյութ՝ ԴՆԹ, որը ցիտոպլազմայից չի սահմանազատվում թաղանթով։ Սա միջուկի անալոգն է՝ նուկլեոիդ։ Նուկլեոիդը չունի թաղանթ, միջուկ և քրոմոսոմների հավաքածու։

Սնունդ

Բակտերիաները կերակրման տարբեր եղանակներ ունեն։ Դրանցից են ավտոտրոֆներն ու հետերոտրոֆները։ Ավտոտրոֆները օրգանիզմներ են, որոնք կարող են ինքնուրույն ձևավորել օրգանական նյութեր իրենց սնուցման համար:

Բույսերը ազոտի կարիք ունեն, բայց նրանք իրենք չեն կարողանում յուրացնել օդի ազոտը։ Որոշ բակտերիաներ օդում ազոտի մոլեկուլները համատեղում են այլ մոլեկուլների հետ՝ նյութերը բույսերին հասանելի դարձնելու համար:

Այս բակտերիաները բնակվում են երիտասարդ արմատների բջիջներում, ինչը հանգեցնում է արմատների խտացումներին, որոնք կոչվում են հանգույցներ: Նման հանգույցներ առաջանում են լոբազգիների ընտանիքի բույսերի և որոշ այլ բույսերի արմատների վրա։

Արմատները բակտերիաներին ապահովում են ածխաջրերով, իսկ բակտերիաները՝ արմատներին ազոտ պարունակող նյութերով, որոնք կարող են կլանվել բույսի կողմից։ Նրանց համատեղ կյանքը փոխշահավետ է։

Բույսերի արմատները արտազատում են բազմաթիվ օրգանական նյութեր (շաքարներ, ամինաթթուներ և այլն), որոնցով սնվում են բակտերիաները։ Հետեւաբար, արմատները շրջապատող հողաշերտում առանձնապես մեծ քանակությամբ բակտերիաներ են նստում։ Այս բակտերիաները մահացած բույսերի մնացորդները վերածում են բույսին հասանելի նյութերի: Հողի այս շերտը կոչվում է ռիզոսֆերա։

Կան մի քանի վարկածներ հանգուցային բակտերիաների արմատային հյուսվածքի ներթափանցման վերաբերյալ.

• էպիդերմիսի և կեղևի հյուսվածքի վնասման միջոցով;
• արմատային մազերի միջոցով;
• միայն երիտասարդ բջջային թաղանթի միջոցով;
• շնորհիվ արբանյակային բակտերիաների, որոնք արտադրում են պեկտինոլիտիկ ֆերմենտներ;
• խթանելով տրիպտոֆանից B-indoleacetic թթվի սինթեզը, որը միշտ առկա է բույսերի արմատային սեկրեցներում:

Արմատային հյուսվածքի մեջ հանգույց բակտերիաների ներմուծման գործընթացը բաղկացած է երկու փուլից.

• արմատային մազերի վարակ;
• հանգույցների ձևավորման գործընթացը.

Շատ դեպքերում ներխուժած բջիջը ակտիվորեն բազմանում է, ձևավորում այսպես կոչված վարակիչ թելեր, և արդեն նման թելերի տեսքով տեղափոխվում է բուսական հյուսվածք։ Վարակիչ թելից ազատված հանգույցային բակտերիաները շարունակում են բազմանալ հյուրընկալող հյուսվածքում:

Բուսական բջիջները, որոնք լցված են հանգույցային բակտերիաների արագ բազմացող բջիջներով, սկսում են արագ բաժանվել: Երիտասարդ հանգույցի կապը հատիկաընդեղենային բույսի արմատի հետ իրականացվում է անոթային-թելքավոր կապոցների շնորհիվ։ Գործելու ժամանակահատվածում հանգույցները սովորաբար խիտ են լինում։ Օպտիմալ ակտիվության դրսևորման պահին հանգույցները ձեռք են բերում վարդագույն գույն (պիգմենտային լեգեմոգլոբինի շնորհիվ): Միայն այն բակտերիաները, որոնք պարունակում են լեգեմոգլոբին, կարող են ամրացնել ազոտը։

Հանգույց բակտերիաները ստեղծում են տասնյակ և հարյուրավոր կիլոգրամ ազոտական ​​պարարտանյութեր մեկ հեկտար հողի վրա:

Նյութափոխանակություն

Բակտերիաները տարբերվում են միմյանցից իրենց նյութափոխանակությամբ։ Ոմանց մոտ այն անցնում է թթվածնի մասնակցությամբ, մյուսների մոտ՝ առանց նրա մասնակցության։

Բակտերիաների մեծ մասը սնվում է պատրաստի օրգանական նյութերով: Դրանցից միայն մի քանիսը (կապտա-կանաչ կամ ցիանոբակտերիաներ) ունակ են անօրգանական նյութերից օրգանական նյութեր ստեղծել։ Նրանք կարևոր դեր են խաղացել Երկրի մթնոլորտում թթվածնի կուտակման գործում։

Բակտերիաները դրսից ներծծում են նյութերը, պատառոտում նրանց մոլեկուլները, այդ մասերից հավաքում են իրենց պատյանը և լրացնում պարունակությունը (այսպես են աճում), իսկ ավելորդ մոլեկուլները դուրս են շպրտվում։ Մանրէի պատյանը և թաղանթը թույլ են տալիս նրան կլանել միայն անհրաժեշտ նյութերը։

Եթե ​​բակտերիաների թաղանթն ու թաղանթը լիովին անթափանց լինեին, ոչ մի նյութ բջիջ չէր մտնի։ Եթե ​​դրանք թափանցելի լինեին բոլոր նյութերի համար, ապա բջջի պարունակությունը կխառնվեր շրջակա միջավայրի հետ՝ այն լուծույթին, որտեղ ապրում է բակտերիան: Բակտերիաների գոյատևման համար անհրաժեշտ է պատյան, որը թույլ է տալիս անցնել անհրաժեշտ նյութերը, բայց ոչ ավելորդը։

Բակտերիան կլանում է սննդանյութերն իր մոտակայքում: Ի՞նչ կլինի հետո։ Եթե ​​այն կարող է ինքնուրույն շարժվել (դրոշակը շարժելով կամ լորձը հետ մղելով), ապա այն շարժվում է այնքան ժամանակ, մինչև գտնի անհրաժեշտ նյութերը։

Եթե ​​այն չի կարող շարժվել, ապա սպասում է, մինչև դիֆուզիան (մի նյութի մոլեկուլների՝ մեկ այլ նյութի մոլեկուլների մեջ ներթափանցելու ունակությունը) բերի նրան անհրաժեշտ մոլեկուլները։

Բակտերիաները, միկրոօրգանիզմների այլ խմբերի հետ համատեղ, հսկայական քանակությամբ քիմիական աշխատանք են կատարում: Փոխակերպելով տարբեր միացություններ՝ նրանք ստանում են իրենց կյանքի համար անհրաժեշտ էներգիան և սննդանյութերը։ Նյութափոխանակության պրոցեսները, էներգիա ստանալու մեթոդները և դրանց օրգանիզմում շինանյութերի համար նյութերի անհրաժեշտությունը բակտերիաներում բազմազան են։

Այլ բակտերիաները բավարարում են ածխածնի բոլոր պահանջները, որոնք անհրաժեշտ են օրգանիզմում օրգանական նյութերի սինթեզի համար՝ անօրգանական միացությունների հաշվին։ Նրանք կոչվում են ավտոտրոֆներ: Ավտոտրոֆ բակտերիաները կարողանում են օրգանական նյութեր սինթեզել անօրգանականներից։ Դրանց թվում առանձնանում են.

Քիմոսինթեզ

Ճառագայթային էներգիայի օգտագործումը ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութեր ստեղծելու ամենակարևոր, բայց ոչ միակ միջոցն է: Հայտնի են բակտերիաներ, որոնք օգտագործում են ոչ թե արևի լույսը որպես էներգիայի աղբյուր նման սինթեզի համար, այլ օրգանիզմների բջիջներում առաջացող քիմիական կապերի էներգիան որոշ անօրգանական միացությունների՝ ջրածնի սուլֆիդ, ծծումբ, ամոնիակ, ջրածին, ազոտական ​​թթու, գունավոր միացությունների օքսիդացման ժամանակ։ երկաթ և մանգան: Նրանք օգտագործում են օրգանական նյութերը, որոնք առաջացել են այս քիմիական էներգիայի օգտագործմամբ՝ իրենց մարմնի բջիջները կառուցելու համար: Հետեւաբար, այս գործընթացը կոչվում է քիմոսինթեզ:

Քիմոսինթետիկ միկրոօրգանիզմների ամենակարևոր խումբը կազմված է նիտրացնող մանրէներից։ Այս բակտերիաները ապրում են հողում և իրականացնում են ամոնիակի օքսիդացում, որը ձևավորվել է օրգանական մնացորդների քայքայման ժամանակ մինչև ազոտաթթու: Վերջինս, փոխազդում է հողի հանքային միացությունների հետ, վերածվում ազոտաթթվի աղերի։ Այս գործընթացը տեղի է ունենում երկու փուլով.

Երկաթի բակտերիաները սեւ երկաթը վերածում են օքսիդի: Ձևավորված երկաթի հիդրօքսիդը նստում է և ձևավորում այսպես կոչված ճահճի երկաթի հանքաքար։

Որոշ միկրոօրգանիզմներ գոյություն ունեն մոլեկուլային ջրածնի օքսիդացման միջոցով՝ դրանով իսկ ապահովելով սնվելու ավտոտրոֆ եղանակ։

Ջրածնային բակտերիաների բնորոշ հատկանիշը հետերոտրոֆ ապրելակերպի անցնելու ունակությունն է, երբ դրանք ապահովված են օրգանական միացություններով և ջրածնի բացակայության դեպքում:

Այսպիսով, քիմոավտոտրոֆները բնորոշ ավտոտրոֆներ են, քանի որ նրանք ինքնուրույն սինթեզում են անհրաժեշտ օրգանական միացությունները անօրգանական նյութերից և դրանք պատրաստ չեն վերցնում այլ օրգանիզմներից, օրինակ՝ հետերոտրոֆները։ Քիմիաավտոտրոֆ բակտերիաները տարբերվում են ֆոտոտրոֆ բույսերից լույսից որպես էներգիայի աղբյուրի ամբողջական անկախությամբ:

Բակտերիալ ֆոտոսինթեզ

Որոշ պիգմենտ պարունակող ծծմբային բակտերիաներ (մանուշակագույն, կանաչ), որոնք պարունակում են հատուկ պիգմենտներ՝ բակտերիոքլորոֆիլներ, ունակ են կլանել արևի էներգիան, որի օգնությամբ նրանց օրգանիզմներում ջրածնի սուլֆիդը քայքայվում է և ազատում ջրածնի ատոմները՝ վերականգնելու համապատասխան միացությունները։ Այս գործընթացը շատ ընդհանրություններ ունի ֆոտոսինթեզի հետ և տարբերվում է միայն նրանով, որ մանուշակագույն և կանաչ բակտերիաներում ջրածնի սուլֆիդը ջրածնի դոնորն է (երբեմն՝ կարբոքսիլաթթուներ), իսկ կանաչ բույսերում՝ ջուրը։ Դրանցում և մյուսներում ջրածնի վերացումն ու փոխանցումն իրականացվում է կլանված արևի ճառագայթների էներգիայի շնորհիվ։

Այս բակտերիալ ֆոտոսինթեզը, որը տեղի է ունենում առանց թթվածնի արտազատման, կոչվում է ֆոտոռեդուկցիա։ Ածխածնի երկօքսիդի ֆոտովերականգնումը կապված է ջրածնի փոխանցման հետ ոչ թե ջրից, այլ ջրածնի սուլֆիդից.

6СО 2 + 12Н 2 S + hv → С6Н 12 О 6 + 12S = 6Н 2 О

Քիմոսինթեզի և բակտերիալ ֆոտոսինթեզի կենսաբանական նշանակությունը մոլորակային մասշտաբով համեմատաբար փոքր է։ Բնության մեջ ծծմբի ցիկլում էական դեր են խաղում միայն քիմոսինթետիկ բակտերիաները: Ծծմբաթթվի աղերի տեսքով կանաչ բույսերի կողմից կլանված ծծումբը կրճատվում է և մտնում է սպիտակուցի մոլեկուլների մեջ։ Ավելին, երբ մեռած բույսերի և կենդանիների մնացորդները ոչնչացվում են փտած բակտերիաների կողմից, ծծումբն ազատվում է ջրածնի սուլֆիդի տեսքով, որը ծծմբային բակտերիաներով օքսիդացվում է ազատ ծծմբի (կամ ծծմբաթթվի), որը կազմում է հողում բույսի համար հասանելի սուլֆիտներ: Քիմիա և ֆոտոավտոտրոֆ բակտերիաները կարևոր են ազոտի և ծծմբի ցիկլում:

Սպորի ձևավորում

Սպորները ձևավորվում են բակտերիաների բջջի ներսում: Սպորացման գործընթացում բակտերիալ բջիջը ենթարկվում է մի շարք կենսաքիմիական գործընթացների։ Նրանում նվազում է ազատ ջրի քանակը, նվազում է ֆերմենտային ակտիվությունը։ Սա ապահովում է սպորների դիմադրությունը շրջակա միջավայրի անբարենպաստ պայմաններին (բարձր ջերմաստիճան, աղի բարձր կոնցենտրացիա, չորացում և այլն): Սպորացումը բնորոշ է միայն մանրէների փոքր խմբին։

Սպորները կամընտիր են բակտերիաների կյանքի ցիկլում: Սպորների առաջացումը սկսվում է միայն սննդանյութերի պակասից կամ նյութափոխանակության արտադրանքի կուտակումից: Սպորների տեսքով բակտերիաները կարող են երկար ժամանակ քնած մնալ։ Բակտերիալ սպորները կարող են դիմակայել երկարատև եռման և շատ երկար սառեցման: Բարենպաստ պայմանների ստեղծմամբ սպորը բողբոջում է և դառնում կենսունակ։ Բակտերիալ սպորը անբարենպաստ պայմաններում գոյատևման հարմարեցում է:

Վերարտադրություն

Բակտերիաները բազմանում են՝ մեկ բջիջը երկուսի բաժանելով։ Որոշակի չափի հասնելով՝ բակտերիան բաժանվում է երկու միանման բակտերիաների։ Հետո նրանցից յուրաքանչյուրը սկսում է կերակրել, աճել, բաժանվել և այլն։

Բջիջների երկարացումից հետո աստիճանաբար ձևավորվում է լայնակի միջնապատ, այնուհետև դուստր բջիջները շեղվում են. Շատ բակտերիաների դեպքում, որոշակի պայմաններում, բջիջները բաժանումից հետո մնում են կապված բնորոշ խմբերի: Այս դեպքում, կախված բաժանման հարթության ուղղությունից և բաժանումների քանակից, առաջանում են տարբեր ձևեր։ Բացառության կարգով վերարտադրումը բողբոջումներով տեղի է ունենում բակտերիաների մոտ:

Բարենպաստ պայմաններում բազմաթիվ բակտերիաների բջիջների բաժանումը տեղի է ունենում 20-30 րոպեն մեկ: Նման արագ բազմացման դեպքում մեկ բակտերիաի սերունդը 5 օրվա ընթացքում կարողանում է զանգված կազմել, որը կարող է լցնել բոլոր ծովերն ու օվկիանոսները։ Պարզ հաշվարկը ցույց է տալիս, որ մեկ օրում կարող է ձևավորվել 72 սերունդ (720,000,000,000,000,000,000 բջիջ): Եթե ​​թարգմանվի քաշի` 4720 տոննա: Այնուամենայնիվ, բնության մեջ դա տեղի չի ունենում, քանի որ բակտերիաների մեծ մասը արագ մահանում է արևի լույսի ազդեցության տակ, չորացման, սննդի բացակայության, 65-100 ° C տաքացման, տեսակների միջև պայքարի և այլնի ժամանակ:

Բակտերիան (1), որը բավականաչափ սնունդ է կլանել, մեծանում է չափսերով (2) և սկսում է պատրաստվել վերարտադրության (բջիջների բաժանման): Նրա ԴՆԹ-ն (բակտերիաներում ԴՆԹ-ի մոլեկուլը փակված է օղակի մեջ) կրկնապատկվում է (մանրէը արտադրում է այս մոլեկուլի կրկնօրինակը)։ ԴՆԹ-ի երկու մոլեկուլներն էլ (3,4) պարզվում է, որ կցված են մանրէի պատին և, երբ բակտերիաները երկարանում են, շեղվում են դեպի կողքերը (5,6): Սկզբում բաժանվում է նուկլեոտիդը, ապա ցիտոպլազմը։

ԴՆԹ-ի երկու մոլեկուլների շեղումից հետո բակտերիաների վրա առաջանում է սեղմում, որն աստիճանաբար բակտերիայի մարմինը բաժանում է երկու մասի, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է ԴՆԹ մոլեկուլ (7):

Դա տեղի է ունենում (խոտի բացիլի դեպքում), երկու բակտերիաներ կպչում են միմյանց, և նրանց միջև կամուրջ է առաջանում (1,2):

Կամուրջի միջոցով ԴՆԹ-ն տեղափոխվում է մի բակտերիայից մյուսը (3): Մեկ բակտերիայից մեկում ԴՆԹ-ի մոլեկուլները միահյուսվում են, որոշ տեղերում կպչում իրար (4), որից հետո փոխանակում են հատվածները (5):

Բակտերիաների դերը բնության մեջ

Ցիկլը

Բակտերիաները բնության մեջ նյութերի ընդհանուր շրջանառության ամենակարեւոր օղակն են։ Բույսերը բարդ օրգանական նյութեր են ստեղծում ածխաթթու գազից, ջրից և հողի հանքային աղերից։ Այս նյութերը հող են վերադառնում սատկած սնկերի, բույսերի և կենդանիների դիակներով։ Բակտերիաները բարդ նյութերը բաժանում են պարզ նյութերի, որոնք նորից օգտագործում են բույսերը։

Բակտերիաները ոչնչացնում են մահացած բույսերի և կենդանիների դիակների բարդ օրգանական նյութերը, կենդանի օրգանիզմների արտազատումները և տարբեր թափոններ: Սնվելով այս օրգանական նյութերով՝ սապրոֆիտ փտող բակտերիաները դրանք վերածում են հումուսի։ Սրանք մեր մոլորակի կարգուկանոններ են: Այսպիսով, բակտերիաները ակտիվորեն ներգրավված են բնության նյութերի ցիկլում:

Հողի ձևավորում

Քանի որ բակտերիաները տարածված են գրեթե ամենուր և հանդիպում են հսկայական քանակությամբ, նրանք մեծապես որոշում են բնության մեջ տեղի ունեցող տարբեր գործընթացները: Աշնանը ծառերի և թփերի տերևներն են ընկնում, խոտերի օդային կադրերը մեռնում են, ծեր ճյուղերը թափվում են, ժամանակ առ ժամանակ թափվում են ծեր ծառերի բները։ Այս ամենն աստիճանաբար վերածվում է հումուսի։ 1 սմ 3-ում: Անտառային հողի մակերևութային շերտը պարունակում է մի քանի տեսակների հարյուր միլիոնավոր հողի սապրոֆիտ բակտերիաներ։ Այս բակտերիաները հումուսը վերածում են տարբեր հանքանյութերի, որոնք կարող են ներծծվել հողից բույսերի արմատներով:

Հողի որոշ բակտերիաներ ունակ են կլանել օդից ազոտը՝ այն օգտագործելով կյանքի գործընթացներում։ Ազոտը ամրագրող այս բակտերիաները ապրում են ինքնուրույն կամ նստում են հատիկեղենի արմատներում։ Այս բակտերիաները, ներթափանցելով հատիկաընդեղենի արմատներին, առաջացնում են արմատային բջիջների աճ և դրանց վրա հանգույցների ձևավորում։

Այս բակտերիաները արձակում են ազոտային միացություններ, որոնք օգտագործում են բույսերը: Բակտերիաները բույսերից ստանում են ածխաջրեր և հանքային աղեր։ Այսպիսով, լոբազգիների բույսի և հանգուցային բակտերիաների միջև կա սերտ հարաբերություն, որն օգտակար է և՛ մեկի, և՛ մյուս օրգանիզմի համար։ Այս երեւույթը կոչվում է սիմբիոզ։

Հանգույց բակտերիաների հետ իրենց սիմբիոզի շնորհիվ հատիկաբույսերը հարստացնում են հողը ազոտով՝ նպաստելով բերքատվության բարձրացմանը։

Բաշխումը բնության մեջ

Միկրոօրգանիզմները ամենուր են: Բացառություն են կազմում միայն ակտիվ հրաբուխների խառնարանները և պայթած ատոմային ռումբերի էպիկենտրոններում գտնվող փոքր տարածքները: Ոչ Անտարկտիդայի ցածր ջերմաստիճանը, ոչ գեյզերների եռացող շիթերը, ոչ աղի ավազաններում աղերի հագեցած լուծույթները, ոչ լեռնագագաթների ուժեղ մեկուսացումը, ոչ միջուկային ռեակտորների խիստ ճառագայթումը չեն խանգարում միկրոֆլորայի գոյությանը և զարգացմանը: Բոլոր կենդանի արարածները մշտապես փոխազդում են միկրոօրգանիզմների հետ՝ հաճախ լինելով ոչ միայն դրանց շտեմարանները, այլև տարածողները։ Միկրոօրգանիզմները մեր մոլորակի բնիկներն են, որոնք ակտիվորեն յուրացնում են ամենաանհավանական բնական սուբստրատները:

Հողի միկրոֆլորա

Հողի մեջ բակտերիաների թիվը չափազանց մեծ է՝ հարյուրավոր միլիոնավոր և միլիարդավոր անհատներ մեկ գրամում: Հողի մեջ դրանք շատ ավելի շատ են, քան ջրում և օդում: Հողերում բակտերիաների ընդհանուր թիվը տարբեր է։ Բակտերիաների թիվը կախված է հողի տեսակից, նրանց վիճակից, շերտերի խորությունից։

Հողի մասնիկների մակերեսին միկրոօրգանիզմները տեղակայված են փոքր միկրոգաղութներում (յուրաքանչյուրում 20-100 բջիջ)։ Նրանք հաճախ զարգանում են օրգանական նյութերի հաստ խցանումների, կենդանի և մեռնող բույսերի արմատների վրա, բարակ մազանոթներում և ներսի գնդիկների մեջ։

Հողի միկրոֆլորան շատ բազմազան է։ Տարբերում են բակտերիաների ֆիզիոլոգիական տարբեր խմբեր՝ փտող բակտերիաներ, նիտրացնող, ազոտային, ծծմբային բակտերիաներ և այլն։ Միկրոֆլորան հողի գոյացման գործոններից է։

Հողի մեջ միկրոօրգանիզմների զարգացման տարածքը կենդանի բույսերի արմատներին հարող տարածքն է: Այն կոչվում է ռիզոսֆերա, իսկ դրանում պարունակվող միկրոօրգանիզմների ագրեգատը՝ ռիզոսֆերային միկրոֆլորա։

Ջրամբարների միկրոֆլորան

Ջուրը բնական միջավայր է, որտեղ մեծ քանակությամբ միկրոօրգանիզմներ են աճում: Դրանց մեծ մասը ջուրը մտնում է հողից։ Գործոն, որը որոշում է ջրի մեջ բակտերիաների քանակը, դրա մեջ սննդանյութերի առկայությունը։ Ամենամաքուրը արտեզյան հորերն ու աղբյուրների ջրերն են։ Բաց ջրամբարներն ու գետերը շատ հարուստ են մանրէներով։ Բակտերիաների ամենամեծ քանակությունը հայտնաբերված է ջրի մակերեսային շերտերում՝ ափին ավելի մոտ։ Ափից հեռավորության և խորության ավելացման հետ բակտերիաների թիվը նվազում է։

Մաքուր ջուրը 1 մլ-ում պարունակում է 100-200 բակտերիա, իսկ աղտոտված ջուրը՝ 100-300 հազար և ավելի։ Ներքևի տիղմում կան բազմաթիվ բակտերիաներ, հատկապես մակերեսային շերտում, որտեղ մանրէները թաղանթ են կազմում։ Այս թաղանթը պարունակում է շատ ծծմբի և երկաթի բակտերիաներ, որոնք օքսիդացնում են ջրածնի սուլֆիդը մինչև ծծմբաթթու և դրանով իսկ կանխում ձկների սպանությունը: Տիղմը պարունակում է ավելի շատ սպորակիր ձևեր, մինչդեռ ջրում գերակշռում են ոչ սպորաբեր ձևերը։

Տեսակային կազմի առումով ջրի միկրոֆլորան նման է հողի միկրոֆլորան, սակայն կան նաև հատուկ ձևեր։ Ոչնչացնելով ջրի մեջ մտած զանազան թափոնները՝ միկրոօրգանիզմները աստիճանաբար իրականացնում են ջրի այսպես կոչված կենսաբանական մաքրումը։

Օդի միկրոֆլորան

Օդի միկրոֆլորան ավելի քիչ առատ է, քան հողի և ջրի միկրոֆլորան։ Բակտերիաները օդ են բարձրանում փոշու հետ, նրանք կարող են որոշ ժամանակ մնալ այնտեղ, այնուհետև նստել երկրի մակերեսին և մահանալ սննդի պակասից կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների ազդեցության տակ: Օդում միկրոօրգանիզմների թիվը կախված է աշխարհագրական գոտուց, տեղանքից, սեզոնից, փոշու աղտոտվածությունից և այլն: Փոշու յուրաքանչյուր բծը միկրոօրգանիզմների կրող է: Բակտերիաների մեծ մասը գտնվում է արդյունաբերական գործարանների վերևում գտնվող օդում: Գյուղի օդն ավելի մաքուր է։ Ամենամաքուր օդը անտառների, լեռների, ձնառատ տարածքների վրա։ Օդի վերին շերտերն ավելի քիչ մանրէներ են պարունակում։ Օդի միկրոֆլորան պարունակում է բազմաթիվ պիգմենտային և սպորակիր բակտերիաներ, որոնք մյուսներից ավելի դիմացկուն են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների նկատմամբ։

Մարդու մարմնի միկրոֆլորան

Մարդու մարմինը, նույնիսկ լիովին առողջ, միշտ միկրոֆլորայի կրող է։ Երբ մարդու մարմինը շփվում է օդի և հողի հետ, հագուստի և մաշկի վրա նստում են տարբեր միկրոօրգանիզմներ, այդ թվում՝ հարուցիչներ (տետանուսի ձողիկներ, գազային գանգրենա և այլն)։ Ամենից հաճախ մարդու մարմնի բաց հատվածները աղտոտված են: Ձեռքերին հայտնաբերվում են էշերիխիա կոլի, ստաֆիլոկոկներ։ Բերանի խոռոչում կան ավելի քան 100 տեսակի մանրէներ։ Բերանը իր ջերմաստիճանով, խոնավությամբ, սննդանյութերի մնացորդներով հիանալի միջավայր է միկրոօրգանիզմների զարգացման համար։

Ստամոքսը թթվային ռեակցիա է ունենում, ուստի դրա մեջ գտնվող միկրոօրգանիզմների հիմնական մասը մահանում է: Սկսած բարակ աղիքից, ռեակցիան դառնում է ալկալային, այսինքն. բարեկամական մանրէների համար: Հաստ աղիքում միկրոֆլորան շատ բազմազան է: Յուրաքանչյուր մեծահասակ ամեն օր արտազատում է մոտ 18 միլիարդ բակտերիա, այսինքն. ավելի շատ անհատներ, քան մարդիկ ամբողջ աշխարհում:

Ներքին օրգանները, որոնք չեն կապվում արտաքին միջավայրի հետ (ուղեղ, սիրտ, լյարդ, միզապարկ և այլն), սովորաբար զերծ են մանրէներից։ Մանրէները այս օրգաններ են մտնում միայն հիվանդության ժամանակ։

Բակտերիաները ցիկլի մեջ

Միկրոօրգանիզմներն ընդհանրապես և բակտերիաները հատկապես կարևոր դեր են խաղում Երկրի վրա նյութերի կենսաբանորեն կարևոր ցիկլերում՝ իրականացնելով քիմիական փոխակերպումներ, որոնք լիովին անհասանելի են ոչ բույսերի, ոչ կենդանիների համար: Տարրերի ցիկլի տարբեր փուլերն իրականացվում են տարբեր տեսակի օրգանիզմների կողմից։ Օրգանիզմների յուրաքանչյուր առանձին խմբի գոյությունը կախված է այլ խմբերի կողմից իրականացվող տարրերի քիմիական փոխակերպումից։

Ազոտի ցիկլը

Ազոտային միացությունների ցիկլային փոխակերպումը առաջնային դեր է խաղում կենսոլորտի օրգանիզմներին ազոտի անհրաժեշտ ձևերի մատակարարման հարցում սննդային տարբեր կարիքների համար: Ընդհանուր ազոտի ֆիքսացիայի ավելի քան 90%-ը պայմանավորված է որոշակի բակտերիաների նյութափոխանակության ակտիվությամբ:

Ածխածնի ցիկլը

Օրգանական ածխածնի կենսաբանական վերափոխումը ածխածնի երկօքսիդի, որն ուղեկցվում է մոլեկուլային թթվածնի կրճատմամբ, պահանջում է տարբեր միկրոօրգանիզմների համատեղ նյութափոխանակության ակտիվություն: Շատ աերոբ բակտերիաներ իրականացնում են օրգանական նյութերի ամբողջական օքսիդացում: Աերոբ պայմաններում օրգանական միացությունները սկզբնապես քայքայվում են ֆերմենտացման արդյունքում, իսկ ֆերմենտացման օրգանական վերջնական արտադրանքը հետագայում օքսիդացվում է անաէրոբ շնչառության արդյունքում, եթե կան անօրգանական ջրածնի ընդունիչներ (նիտրատ, սուլֆատ կամ CO 2):

Ծծմբի ցիկլը

Ծծումբը հասանելի է կենդանի օրգանիզմների համար հիմնականում լուծվող սուլֆատների կամ օրգանական ծծմբային միացությունների տեսքով։

Երկաթե ցիկլ

Որոշ քաղցրահամ ջրային մարմիններ պարունակում են բարձր կոնցենտրացիաներով նվազեցված երկաթի աղեր: Նման վայրերում զարգանում է կոնկրետ բակտերիալ միկրոֆլորա՝ երկաթի բակտերիաներ, որոնք օքսիդացնում են կրճատված երկաթը։ Նրանք մասնակցում են ճահճային երկաթի հանքաքարերի և երկաթի աղերով հարուստ ջրի աղբյուրների ձևավորմանը։

Բակտերիաները ամենահին օրգանիզմներն են, որոնք հայտնվել են մոտ 3,5 միլիարդ տարի առաջ Արխեում: Մոտ 2,5 միլիարդ տարի նրանք գերիշխում էին Երկրի վրա՝ ձևավորելով կենսոլորտը, մասնակցում էին թթվածնային մթնոլորտի ձևավորմանը։

Բակտերիաները ամենապարզ կենդանի օրգանիզմներից են (բացի վիրուսներից): Ենթադրվում է, որ դրանք Երկրի վրա հայտնված առաջին օրգանիզմներն են:

Կարծում եմ, դուք դպրոցում լսել եք բակտերիաների մասին, սրանք այնպիսի փոքրիկ արարածներ են, որոնք ամենուր խավար են, և առանց որոնց մենք չէինք կարողանա գոյություն ունենալ: Այսպիսով, պարզվում է, որ նրանց մեջ կան հսկաներ և թզուկներ։ Ընդ որում, դրանցից ամենամեծը սարի չափ է մնացածի համեմատ։ Այս հսկա բակտերիան կոչվում է Epulopiscium: Չափերով (մինչև 0,5 մմ) այն կարելի է համեմատել աղի հատիկի հետ՝ հսկայական չափսեր միկրոսկոպիկ արարածների աշխարհում: Նրան կարելի է տեսնել նույնիսկ անզեն աչքով։ Այս կենդանին կարող է հասնել փոքր միջատների և խեցգետնակերպերի չափերին:

Հետազոտություններ են անցկացվել և հրապարակվել Cornwell Academy-ում՝ պարզելու նման մեծ չափսի պատճառները։ Պարզվել է, որ այս բակտերիան պահպանում է ԴՆԹ-ի մինչև 85 հազար օրինակ։ Համեմատության համար նշենք, որ մարդու բջիջները պարունակում են առավելագույնը 3 օրինակ։ Այս սրամիտ արարածն ապրում է սիմբիոզի օգնությամբ վիրաբույժ ձկան (արևադարձային առագաստների ձուկ) մարսողական համակարգում: Հայտնաբերվել է 1985թ.

«Մյուս բակտերիաները նույնպես պարունակում են ԴՆԹ-ի բազմաթիվ պատճեններ, սակայն դրանց թիվը 100-200-ից ոչ ավելի է։ Բայց սա ունի իր գենետիկական տեղեկատվության մի ամբողջ բանկ», - ասում է Քորնուելի համալսարանի մանրէաբանության պրոֆեսոր Աշեր Անգերտը:

Ընդհանուր բակտերիաները շատ փոքր են և կառուցվածքով պարզ: Նրանց բացակայում են բջիջների աճը խթանող օրգաններ (որոնք կոչվում են օրգանելներ բջիջներում), օրինակ՝ բուսական կամ կենդանական բջիջները: Բակտերիաները սնվում են բջջաթաղանթի միջոցով սննդանյութերի կլանմամբ։ Ներսում սնուցիչները բաշխվում են «ինքնագնաց», ուստի մանրէները ստիպված են լինում փոքր լինել, հակառակ դեպքում սնուցիչները չեն կարողանա տարածվել ամբողջ ծավալով։

Սակայն վերոհիշյալ հսկա բակտերիան բազմիցս ինքնապատճենում է իր ԴՆԹ-ն և կրկնօրինակները հավասարաչափ բաշխում պատյանի մոտ, որպեսզի նրանք արագ և բավարար ծավալով սնուցիչներ ստանան:

«Ծայրամասում բաշխված ԴՆԹ-ի հազարավոր օրինակներ ունենալը հնարավորություն է տալիս ակնթարթորեն արձագանքել արտաքին գործոններին՝ ջերմաստիճանին, գրգռվածությանը և այլն», - ավելացնում է Էշեր Անգերտը: Ուստի, չնայած իր մեծ չափերին, այս բակտերիան ակնթարթորեն արձագանքում է իր աշխարհում գիշատիչների հարձակումներին, որոնցից շատերը կան ձկների մարսողական համակարգում: Նրա մեկ այլ առանձնահատկությունը բաժանման հատուկ եղանակն է։ Բակտերիաների մեծ մասը պարզապես բաժանվում է 2 մասի, բայց էպուլոպիսցիումը իր ներսում աճեցնում է երկու դուստր բջիջ, որոնք մահից հետո դուրս են գալիս։

Բայց պարզվում է, որ կան նույնիսկ ավելի մեծ բակտերիաներ: Նույնիսկ ավելի մեծ տեսակ՝ Thiomargarita namibiensis, հայտնաբերվել է 1999 թվականին։ Այն հասնում է 0,75 մմ չափի։ Այս ստեղծագործությունը սնվում է նիտրատներով՝ դրանցից օրգանական նյութեր սինթեզելով։ Այս հսկաներն ապրում են Նամիբիայի ափին, իսկ նրանց հեռավոր ազգականներից ոմանք՝ Մեքսիկական ծոցի ջրերում:

Բակտերիաները ամենափոքր բջջային օրգանիզմներն են, միայն վիրուսներն են ավելի փոքր: Սովորական բակտերիան 10 անգամ փոքր է մարդու բջիջից՝ 0,5-5,0 միկրոմետր (այդպիսին կարելի է տեսնել միայն մանրադիտակի տակ): Տասնյակ տեսակների հազարավոր բակտերիաներ են հայտնաբերվել, օրինակ՝ թքի կաթիլում։ Հողի մեկ գրամը պարունակում է մոտ 40 միլիոն բակտերիաներ, իսկ հում ջրի ամենափոքր կաթիլում կան նաև միլիոնավոր մանրէներ։ Մոլորակը պարունակում է (մոտավորապես, իհարկե) 5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 մանրէներ (30 զրո): Նրանք կյանքի ամենատարածված ձևն են, որոնք հանդիպում են ամենուր՝ օվկիանոսի հատակից մինչև ալպյան ձյուն:

ps. Լուսանկարում հոդվածի հերոսուհին է։ Այս լուսանկարի մյուս բակտերիաները շրջապատում հայտնվում են նուրբ փոքր կետերի տեսքով:

Կյանքը մեր մոլորակի վրա սկսվեց բակտերիայից: Գիտնականները կարծում են, որ իրենցով ամեն ինչ կավարտվի։ Կա մի կատակ, որ երբ այլմոլորակայիններն ուսումնասիրում էին Երկիրը, չէին կարողանում հասկանալ, թե ով է նրա իրական տերը՝ մարդ, թե բացիլ։ Բակտերիաների մասին ամենահետաքրքիր փաստերը ամփոփված են ստորև:

Բակտերիան առանձին օրգանիզմ է, որը բազմանում է տրոհման միջոցով։ Որքան բարենպաստ է բնակավայրը, այնքան շուտ է այն բաժանվում։ Այս միկրոօրգանիզմները ապրում են բոլոր կենդանի էակների մեջ, ինչպես նաև ջրի, սննդի, փտած ծառերի և բույսերի մեջ։

Ցուցակը այսքանով չի սահմանափակվում։ Բակիլները հիանալի գոյատևում են այն առարկաների վրա, որոնց դիպչել է մարդը: Օրինակ՝ հասարակական տրանսպորտում բազրիքի վրա, սառնարանի բռնակի վրա, մատիտի ծայրին։ Վերջերս Արիզոնայի համալսարանից հայտնաբերվեցին բակտերիաների մասին հետաքրքիր փաստեր: Նրանց դիտարկումների համաձայն՝ Մարսի վրա ապրում են «քնած» միկրոօրգանիզմներ։ Գիտնականները վստահ են, որ սա այլ մոլորակների վրա կյանքի գոյության ապացույցներից մեկն է, բացի այդ, նրանց կարծիքով, Երկրի վրա կարող են «վերակենդանացնել» այլմոլորակային բակտերիաները։

Առաջին անգամ միկրոօրգանիզմը օպտիկական մանրադիտակով ուսումնասիրել է հոլանդացի գիտնական Էնթոնի վան Լեուվենհուկը 17-րդ դարի վերջին։ Ներկայումս հայտնի է բացիլների մոտ երկու հազար տեսակ։ Դրանք բոլորը կարելի է մոտավորապես բաժանել.

• վնասակար;
• օգտակար;
• չեզոք.

Ընդ որում, վնասակարները սովորաբար պայքարում են օգտակար ու չեզոքների հետ։ Սա մարդու հիվանդանալու ամենատարածված պատճառներից մեկն է:

Ամենահետաքրքիր փաստերը

Ընդհանուր առմամբ, միաբջիջ օրգանիզմները ներգրավված են կյանքի բոլոր գործընթացներում։

Բակտերիաներ և մարդիկ

Մարդը ծնվելուց ի վեր մտնում է տարբեր միկրոօրգանիզմներով լի աշխարհ։ Ոմանք օգնում են նրան գոյատևել, մյուսները վարակների և հիվանդությունների պատճառ են դառնում:

Բակտերիաների և մարդկանց մասին ամենահետաքրքիր փաստերը.

Պարզվում է, որ բացիլը կարող է և՛ ամբողջությամբ բուժել մարդուն, և՛ ոչնչացնել մեր տեսակը։ Բակտերիալ տոքսիններն արդեն գոյություն ունեն:

Ինչպե՞ս բակտերիաներն օգնեցին մեզ գոյատևել:

Ահա ևս մի քանի հետաքրքիր փաստ բակտերիաների մասին, որոնք օգտակար են մարդկանց համար.

• որոշ տեսակի բացիլներ պաշտպանում են մարդուն ալերգիայից.
• բակտերիաները կարող են օգտագործվել վտանգավոր թափոններ (օրինակ՝ նավթամթերքներ) հեռացնելու համար.
• առանց աղիներում միկրոօրգանիզմների, մարդը չէր գոյատևի:

Ինչպե՞ս երեխաներին պատմել բացիլների մասին:

Երեխաները պատրաստ են բացիլների մասին խոսել արդեն 3-4 տարեկանում։ Տեղեկությունը ճիշտ փոխանցելու համար արժե բակտերիաների մասին հետաքրքիր փաստեր պատմել։ Երեխաների համար, օրինակ, շատ կարևոր է հասկանալ, որ կան լավ և վատ մանրէներ: Որ լավերը կարողանում են կաթը վերածել խմորված թխած կաթի։ Եվ նաև, որ նրանք օգնում են որովայնին մարսել սնունդը։

Պետք է ուշադրություն դարձնել չար բակտերիաներին։ Ասա նրանց, որ նրանք շատ փոքր են, որպեսզի չտեսնես նրանց: Որ, մտնելով մարդու օրգանիզմ, մանրէներն արագ շատանում են, և նրանք սկսում են մեզ ուտել ներսից։

Երեխան պետք է իմանա, որ չար միկրոբը չի մտնում օրգանիզմ, անհրաժեշտ է.

• Լվացեք ձեռքերը դրսից հետո և ուտելուց առաջ:
• Շատ քաղցրավենիք մի կերեք.
• Պատվաստվե՛ք.

Բակտերիաները ցույց տալու լավագույն միջոցը նկարներն ու հանրագիտարաններն են:

Ի՞նչ պետք է իմանա յուրաքանչյուր ուսանող:

Ավելի լավ է ավելի մեծ երեխայի հետ խոսել ոչ թե մանրէների, այլ բակտերիաների մասին։ Դպրոցականների համար հետաքրքիր փաստեր վիճելու համար կարևոր է. Այսինքն՝ խոսելով ձեռքերը լվանալու կարևորության մասին՝ կարելի է ասել, որ զուգարանների բռնակներին ապրում են վնասակար բացիլների 340 գաղութներ։

Դուք կարող եք միասին տեղեկություններ գտնել այն մասին, թե որ բակտերիաներն են ատամների քայքայման պատճառ դառնում: Եվ նաև ասեք ուսանողին, որ շոկոլադը փոքր քանակությամբ ունի հակաբակտերիալ ազդեցություն:

Նույնիսկ տարրական դպրոցի աշակերտը կկարողանա հասկանալ, թե ինչ է պատվաստանյութը: Սա այն դեպքում, երբ փոքր քանակությամբ վիրուս կամ բակտերիա է ներմուծվում օրգանիզմ, և իմունային համակարգը ջախջախում է նրանց: Ուստի շատ կարևոր է պատվաստվել:

Արդեն մանկուց պետք է հասկանալ, որ բակտերիաների երկիրը մի ամբողջ աշխարհ է, որը դեռ ամբողջությամբ չի ուսումնասիրվել: Եվ քանի դեռ կան այդ միկրոօրգանիզմները, գոյություն ունի նաև մարդկային տեսակը:

Հսկա ծծմբային մանրէի գենոմի հաջորդականության փորձեր Achromatium oxaliferumպարադոքսալ արդյունք տվեց՝ պարզվեց, որ յուրաքանչյուր բակտերիաների բջիջ պարունակում է ոչ թե մեկ, այլ բազմաթիվ տարբեր գենոմներ։ Ներբջջային գենետիկական բազմազանության մակարդակ A. oxaliferumհամեմատելի է բազմատեսակ բակտերիալ համայնքի բազմազանության հետ: Ըստ երևույթին, տարբեր քրոմոսոմներ բազմապատկվում են ցիտոպլազմայի տարբեր մասերում՝ կալցիտի մեծ ներդիրներով բաժանված բազմաթիվ վատ հաղորդակցվող բաժանմունքների (բաժնետոմսերի): Ներքին գենետիկական բազմազանության պահպանման գործում կարևոր դեր են խաղում բազմաթիվ շարժական գենետիկական տարրեր, որոնք հեշտացնում են գեների տեղափոխումը քրոմոսոմից քրոմոսոմ: Բացահայտման հեղինակները ենթադրում են, որ այս եզակի օրգանիզմում բնական ընտրությունը տեղի է ունենում ոչ այնքան բջիջների, որքան մեկ հսկա բջջի առանձին բաժանմունքների մակարդակում։

1. Խորհրդավոր բակտերիաներ

Հսկա ծծմբային բակտերիաներ Achromatium oxaliferumհայտնաբերվել է 19-րդ դարում, սակայն դրա կենսաբանությունը դեռ առեղծվածային է, հիմնականում այն ​​պատճառով, որ ախրոմատիումը չի կարող մշակվել լաբորատորիայում: Աքրոմատիումի բջիջները կարող են հասնել 0,125 մմ երկարության, ինչը այն դարձնում է քաղցրահամ ջրի ամենամեծ բակտերիաները (ծովերում կան նույնիսկ ավելի մեծ ծծմբային բակտերիաներ, ինչպիսիք են. Թիոմարգարիտա, որը նկարագրված է նորություններում Պարզվեց, որ ամենավաղ նախաքեմբրիական սաղմերը բակտերիաներ են: , «Էլեմենտներ», 15.01.2007):

Achromatium oxaliferumապրում է քաղցրահամ լճերի հատակային նստվածքներում, որտեղ սովորաբար հանդիպում է թթվածնի և անօքսիկ գոտիների սահմանին, բայց ներթափանցում է նաև ամբողջովին անօքսիդ շերտեր: Ախրոմատիումի այլ տեսակներ (կամ տեսակներ) ապրում են հանքային աղբյուրներում և մակընթացային ճահիճների աղի նստվածքներում։

Աքրոմատիումը էներգիա է ստանում ջրածնի սուլֆիդի օքսիդացման շնորհիվ՝ սկզբում ծծմբի (որը ցիտոպլազմում հատիկների տեսքով պահպանվում է), իսկ հետո՝ սուլֆատների։ Այն ունակ է ամրացնել անօրգանական ածխածինը, բայց կարող է նաև յուրացնել օրգանական միացությունները։ Պարզ չէ՝ նա ի վիճակի է միայն ավտոտրոֆ նյութափոխանակությանը, թե՞ օրգանական կերակրման կարիք ունի։

Ախրոմատիումի եզակի առանձնահատկությունը նրա բջիջներում կոլոիդային կալցիտի բազմաթիվ խոշոր ներդիրների առկայությունն է (նկ. 1): Ինչու է բակտերիաներին դա անհրաժեշտ և ինչ դեր է խաղում կալցիումի կարբոնատը նրա նյութափոխանակության մեջ, հստակ հայտնի չէ, թեև կան հավանական վարկածներ (V. Salman et al., 2015 թ.: Սեռի կալցիտի կուտակման մեծ ծծմբային բակտերիաները: Աքրոմատիում Sippewissett Salt Marsh-ում):

Ախրոմատիումի ցիտոպլազմը կուտակվում է կալցիտի հատիկների միջև եղած բացերում, որոնք իրականում այն ​​բաժանում են բազմաթիվ հաղորդակցվող խցիկների (բաժնների): Չնայած բաժանմունքները լիովին մեկուսացված չեն, նրանց միջև նյութի փոխանակումը դժվար է թվում, հատկապես, որ ակտիվ ներբջջային տրանսպորտի համակարգերը շատ ավելի թույլ են պրոկարիոտներում, քան էուկարիոտներում:

Եվ հիմա պարզվեց, որ կալցիտի հատիկները ախրոմատիումի միակ յուրահատուկ հատկանիշը չեն։ Եվ նույնիսկ ոչ ամենաուշագրավը: ամսագրում հրապարակված հոդվածում Բնության հաղորդակցություններԳերմանացի և բրիտանացի կենսաբանները պարադոքսալ արդյունքներ են հաղորդում առանձին բջիջների գենոմները կարդալու փորձերից A. oxaliferumԳերմանիայի հյուսիս-արևելքում գտնվող Ստեխլին լճի հատակային նստվածքներից: Այս արդյունքներն այնքան անսովոր են, որ դժվար է հավատալ դրանց, թեև, ըստ երևույթին, հիմքեր չկան կասկածելու դրանց հավաստիությանը. աշխատանքն իրականացվել է մեթոդաբանորեն շատ ուշադիր:

2. Պոլիպլոիդիայի հաստատում

Չնայած ախրոմատիումը, ինչպես արդեն նշվեց, վերաբերում է չմշակված բակտերիաներին, այս անհարմարությունը մասամբ փոխհատուցվում է հսկա բջիջների չափով: Դրանք հստակ տեսանելի են լուսային մանրադիտակի տակ նույնիսկ փոքր խոշորացումների դեպքում, և դրանք կարող են ձեռքով վերցնել նստվածքի նմուշներից (նախկինում ֆիլտրով անցնում էին մեծ մասնիկները հեռացնելու համար): Ահա թե ինչպես են հեղինակները նյութեր հավաքել իրենց հետազոտության համար։ Բջիջներ A. oxaliferumծածկված օրգանական ծածկով, որի մակերեսին բազմանում են բազմատեսակ համակեցիկներ՝ մանր մանրէներ։ Հեղինակները ուշադիր լվացել են այս ամբողջ ուղեկցող միկրոբիոտան ընտրված բջիջներից՝ նմուշներում օտար ԴՆԹ-ի մասնաբաժինը նվազեցնելու համար:

Սկզբից գիտնականները ներկել են ախրոմատիումի բջիջները ԴՆԹ-ի համար նախատեսված հատուկ լյումինեսցենտ ներկով՝ հասկանալու համար, թե որքան գենետիկ նյութ կա բջջում և ինչպես է այն բաշխվում: Պարզվեց, որ ԴՆԹ-ի մոլեկուլները սահմանափակված չեն ցիտոպլազմայի որևէ մասով, այլ կալցիտի հատիկների միջև բացերում ձևավորում են բազմաթիվ (միջինում մոտ 200) տեղային կուտակումներ (նկ. 1, բ, դ):

Հաշվի առնելով այն ամենը, ինչ մինչ օրս հայտնի է խոշոր բակտերիաների և դրանց գենետիկական կազմակերպման մասին, այս փաստն արդեն բավական է ապացուցված համարելու համար, որ. A. oxaliferumպոլիպլոիդ է, այսինքն՝ նրա յուրաքանչյուր բջիջ պարունակում է գենոմի ոչ թե մեկ, այլ բազմաթիվ պատճեններ։

Այնուամենայնիվ, հետադարձ հայացքից արդեն պարզ է, որ նման հսկայական պրոկարիոտ բջիջը չի կարող անել մեկ օրինակով: Պարզապես բավարար չէր լինի ամբողջ բջիջին սպիտակուցի սինթեզի համար անհրաժեշտ տառադարձություններ ապահովելը:

Դատելով այն փաստից, որ ԴՆԹ-ի կլաստերները տարբերվում են ֆլյուորեսցենտային պայծառությամբ, այդ կլաստերները, ամենայն հավանականությամբ, պարունակում են տարբեր թվով քրոմոսոմներ: Այստեղ անհրաժեշտ է վերապահում անել, որ սովորաբար պրոկարիոտ բջջի ամբողջ գենոմը տեղադրվում է մեկ օղակի քրոմոսոմի վրա։ Ախրոմատիումի համար դա ապացուցված չէ, բայց շատ հավանական է: Հետևաբար, պարզության համար հեղինակները օգտագործում են «քրոմոսոմ» տերմինը որպես «գենոմի մեկ պատճեն» տերմինի հոմանիշ, և մենք նույնը կանենք։

Այս փուլում սենսացիոն ոչինչ դեռ չի հայտնաբերվել։ Անցել են այն ժամանակները, երբ բոլորը կարծում էին, որ պրոկարիոտները միշտ կամ գրեթե միշտ ունեն միայն մեկ օղակաձև քրոմոսոմ յուրաքանչյուր բջիջում: Այսօր արդեն հայտնի են պոլիպլոիդ բակտերիաների և արխեաների բազմաթիվ տեսակներ (տե՛ս «Elements», 14.06.2016):

3. Բազմատեսակ համայնքի մետագենոմը՝ մեկ խցում

Հրաշքները սկսվեցին այն ժամանակ, երբ հեղինակները սկսեցին ընտրված և լվացված բջիջներից ԴՆԹ-ի արդյունահանումը և հաջորդականությունը: 10000 բջիջներից ստացվել է մետագենոմ (տես Մետագենոմիկա), այսինքն՝ քրոմոսոմների բազմաթիվ (մոտ 96 միլիոն) կարճ հաջորդականությամբ պատահական բեկորներ (ընթերցումներ), որոնք պատկանում են տարբեր անհատներին և միասին պատկերացում են տալիս բնակչության գենետիկական բազմազանության մասին։

Հետազոտողները այնուհետև ձեռնամուխ եղան առանձին բջիջների ԴՆԹ-ի հաջորդականացմանը: Նախ, 27 բջիջներից առանձնացվել են 16s-rRNA գենի բեկորներ, որոնցով ընդունված է դասակարգել պրոկարիոտներին և որոնցով սովորաբար որոշվում է վերլուծված նմուշում այս կամ այն ​​տեսակի մանրէների առկայությունը: Գրեթե բոլոր մեկուսացված բեկորները պատկանում էին ախրոմատիումին (այսինքն, դրանք մոտավորապես համընկնում էին ախրոմատիումի 16s rRNA հաջորդականությունների հետ, որոնք արդեն առկա են գենետիկական տվյալների բազաներում)։ Այստեղից հետևում է, որ ուսումնասիրված ԴՆԹ-ն աղտոտված չի եղել որևէ կողմնակի բակտերիաների գենետիկական նյութով։

Պարզվեց, որ յուրաքանչյուր բջիջ A. oxaliferum,ի տարբերություն այլ պրոկարիոտների ճնշող մեծամասնության, պարունակում է 16s rRNA գենի ոչ թե մեկ, այլ մի քանի տարբեր տարբերակներ (ալելներ): Դժվար է որոշել տարբերակների ճշգրիտ թիվը, քանի որ փոքր տարբերությունները կարելի է բացատրել հաջորդականության սխալներով, և եթե միայն շատ տարբեր բեկորներ են համարվում «տարբեր», ապա հարց է առաջանում. ինչքանդրանք պետք է շատ տարբերվեն: Օգտագործելով ամենախիստ չափորոշիչները՝ պարզվեց, որ յուրաքանչյուր բջիջ պարունակում է 16s rRNA գենի մոտավորապես 4-8 տարբեր ալելներ, և սա նվազագույն գնահատականն է, բայց իրականում դրանք, ամենայն հավանականությամբ, ավելի շատ են: Սա կտրուկ հակադրվում է այլ պոլիպլոիդ պրոկարիոտների համար բնորոշ իրավիճակին, որոնք, որպես կանոն, ունեն այս գենի նույն տարբերակը մեկ բջջի բոլոր քրոմոսոմների վրա։

Ավելին, պարզվել է, որ նույն բջջում առկա 16s-rRNA գենի ալելները. A. oxaliferum, հաճախ ձևավորում են ճյուղեր, որոնք միմյանցից շատ հեռու են գտնվում այս գենի բոլոր տարբերակների ընդհանուր տոհմածառի վրա, որոնք հայտնաբերված են (ավելի վաղ և այժմ): A. oxaliferum.Այլ կերպ ասած, մեկ բջջի 16s rRNA ալելներն ավելի շատ կապված չեն միմյանց հետ, քան տարբեր բջիջներից պատահական վերցված ալելները:

Ի վերջո, հեղինակները կատարել են ԴՆԹ-ի ընդհանուր հաջորդականությունը վեց առանձին բջիջներից: Յուրաքանչյուր բջջի համար կարդացվել է մոտավորապես 12 միլիոն պատահական հատված. Սովորական իրավիճակում դա ավելի քան բավարար կլինի հատուկ համակարգչային ծրագրերի միջոցով հավաքելու ընթերցումներից, օգտագործելով դրանց համընկնող մասերը, վեց շատ բարձրորակ (այսինքն՝ կարդալ շատ բարձր ծածկույթով, տես Ծածկույթ) առանձին գենոմներ:

Բայց դա այդպես չէր. չնայած գրեթե բոլոր ընթերցումները, անկասկած, պատկանում էին ախրոմատիումին (օտար ԴՆԹ-ի խառնուրդն աննշան էր), ընթերցված բեկորները կտրականապես հրաժարվեցին գենոմների մեջ հավաքվելուց: Հետագա վերլուծությունները պարզեցին ձախողման պատճառը. պարզվեց, որ յուրաքանչյուր բջջից մեկուսացված ԴՆԹ-ի բեկորները, ըստ էության, պատկանում են ոչ թե մեկ, այլ միանգամայն տարբեր գենոմների։ Փաստորեն, այն, ինչ հեղինակները ստացել են յուրաքանչյուր առանձին բջջից, գենոմ չէ, այլ մետագենոմ.Ընթերցումների նման հավաքածուներ սովորաբար ստացվում են ոչ թե մեկ օրգանիզմի, այլ մի ամբողջ պոպուլյացիայի վերլուծության ժամանակ, որը նույնպես ունի գենետիկական բազմազանության բարձր մակարդակ։

Այս բացահայտումը հաստատվել է մի քանի անկախ ձևերով: Մասնավորապես, հայտնի են տասնյակ գեներ, որոնք գրեթե միշտ առկա են բակտերիաների գենոմներում մեկ օրինակով (մեկ օրինակի մարկեր գեներ): Այս մեկ օրինակով մարկերային գեները լայնորեն օգտագործվում են բիոինֆորմատիկայում՝ գենոմի հավաքման որակը ստուգելու, մետագենոմիկ զոնդերում տեսակների քանակը գնահատելու և նմանատիպ այլ առաջադրանքներ: Այսպիսով, առանձին բջիջների գենոմներում (կամ «մետագենոմներում»): A. oxaliferumԱյս գեների մեծ մասը առկա է մի քանի տարբեր կրկնօրինակներով: Ինչպես 16s rRNA-ի դեպքում, նույն բջջում տեղակայված այս մեկ օրինակով գեների ալելները, որպես կանոն, ավելի շատ կապված չեն միմյանց հետ, քան տարբեր բջիջների ալելները։ Պարզվել է, որ ներբջջային գենետիկական բազմազանության մակարդակը համեմատելի է ողջ բնակչության բազմազանության մակարդակի հետ՝ գնահատված 10000 բջիջների մետագենոմի հիման վրա:

Ժամանակակից մետագենոմիկան արդեն ունի մեթոդներ, որոնք հնարավորություն են տալիս նմուշում հայտնաբերված ԴՆԹ-ի տարասեռ բեկորների բազմությունից առանձնացնել միևնույն գենոմին պատկանող բեկորները: Եթե ​​այդպիսի բեկորները բավարար են, ապա դրանցից կարելի է հավաքել գենոմի զգալի մասը և նույնիսկ ամբողջական գենոմը։ Հենց այս կերպ վերջերս հայտնաբերվեց և մանրամասնորեն բնութագրվեց Archaea-ի նոր գերտիպը՝ Asgardarchea (տե՛ս. Նկարագրված է Archaea-ի նոր սուպերտիպը, որին պատկանում են էուկարիոտների նախնիները, «Elements», 16.01.2017): Այս մեթոդները հեղինակները կիրառել են առանձին բջիջների «մետագենոմների» վրա։ A. oxaliferum.Սա հնարավորություն տվեց յուրաքանչյուր «մետագենոմում» բացահայտել գենետիկ բեկորների 3-5 հավաքածու, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, համապատասխանում են առանձին շրջանաձև գենոմներին (քրոմոսոմներին): Ավելի ճիշտ, յուրաքանչյուր նման հավաքածու համապատասխանում է նմանատիպ գենոմների մի ամբողջ խմբի։ Յուրաքանչյուր բջջի տարբեր գենոմների քանակը A. oxaliferumամենայն հավանականությամբ 3-5-ից ավելի:

Նույն բջջում առկա գենոմների միջև տարբերության մակարդակը A. oxaliferum, մոտավորապես համապատասխանում է միջտեսակին՝ նման մակարդակի տարբերություն ունեցող բակտերիաները, որպես կանոն, պատկանում են նույն սեռի տարբեր տեսակների։ Այլ կերպ ասած, յուրաքանչյուր բջջի մեջ առկա գենետիկական բազմազանությունը A. oxaliferum,համեմատելի է ոչ թե պոպուլյացիայի, այլ բազմատեսակ համայնքի հետ։ Եթե ​​մեկ ախրոմատիումի բջիջի ԴՆԹ-ն վերլուծվեր ժամանակակից մետագենոմիկայի մեթոդներով «կուրորեն»՝ չիմանալով, որ այս ամբողջ ԴՆԹ-ն գալիս է մեկ բջջից, ապա անալիզը միանշանակ ցույց կտա, որ նմուշում առկա են մի քանի տեսակի բակտերիաներ։

4. Ներբջջային գեների փոխանցում

Այնպես որ, պետք է A. oxaliferumհայտնաբերեց գենետիկական կազմակերպության հիմնովին նոր, անկեղծորեն չլսված տեսակ: Անկասկած, հայտնագործությունը շատ հարցեր է առաջացնում, և առաջին հերթին այն հարցը, թե «ինչպե՞ս կարող է դա լինել»:

Մենք չենք դիտարկի ամենաանհետաքրքիր տարբերակը, այն է, որ այս ամենը հետազոտողների կողմից թույլ տված կոպիտ սխալների արդյունք է։ Եթե ​​այո, մենք շուտով կիմանանք այդ մասին. Բնության հաղորդակցություններ- Ամսագիրը լուրջ է, մյուս թիմերը կցանկանան կրկնել ուսումնասիրությունը, ուստի դժվար թե հերքումը երկար տևի: Շատ ավելի հետաքրքիր է իրավիճակը քննարկել այն ենթադրությամբ, որ հետազոտությունը կատարվել է մանրակրկիտ, և արդյունքը հավաստի է։

Այս դեպքում առաջին հերթին պետք է փորձել պարզել, թե ինչի պատճառներն են հայտնաբերվել A. oxaliferumաննախադեպ ներբջջային գենետիկական բազմազանություն. ինչպես է այն ձևավորվում, ինչու է պահպանվում և ինչպես է կարողանում գոյատևել միկրոբն ինքը: Այս բոլոր հարցերը շատ բարդ են։

Մինչ օրս ուսումնասիրված մնացած բոլոր պոլիպլոիդ պրոկարիոտներում (ներառյալ աղասեր արխեաները, որոնք հայտնի են «Elements»-ի ընթերցողներին. Haloferax volcanii) բջջում առկա գենոմի բոլոր պատճենները, անկախ նրանից, թե որքան շատ են դրանք, շատ նման են միմյանց: Ոչինչ նման վիթխարի ներբջջային բազմազանությանը, որը հայտնաբերվել է A. oxaliferum,դրանք չեն դիտարկվում։ Եվ սա ամենևին էլ պատահականություն չէ։ Պոլիպլոիդիան պրոկարիոտներին տալիս է մի շարք առավելություններ, բայց այն նպաստում է ռեցեսիվ վնասակար մուտացիաների անվերահսկելի կուտակմանը, ինչը, իհարկե, կարող է հանգեցնել անհետացման (մանրամասների համար տե՛ս էուկարիոտների նախնիների պոլիպլոիդիա նորությունները՝ միտոզի ծագման բանալին հասկանալու համար։ և meiosis, «Elements», 14.06.2016):

Մուտացիոն բեռի կուտակումից խուսափելու համար պոլիպլոիդ պրոկարիոտները (և նույնիսկ բույսերի պոլիպլոիդ պլաստիդները) ակտիվորեն օգտագործում են գենի փոխակերպում՝ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի ասիմետրիկ տարբերակ, որում երկու ալելները չեն փոխում տեղերը՝ անցնելով քրոմոսոմից քրոմոսոմ, ինչպես հատման ժամանակ։ , և ալելներից մեկը փոխարինվում է մյուսով։ Սա հանգեցնում է քրոմոսոմների միավորմանը: Գենի ինտենսիվ փոխակերպման շնորհիվ վնասակար մուտացիաները կա՛մ արագ «ջնջվում» են գենի չաղտոտված տարբերակով, կա՛մ դառնում են հոմոզիգոտ, դրսևորվում են ֆենոտիպում և անտեսվում ընտրությամբ:

Ունենալ A. oxaliferumգեների փոխակերպումը և քրոմոսոմների միավորումը, ամենայն հավանականությամբ, նույնպես տեղի են ունենում, բայց ոչ ամբողջ բջջի մասշտաբով, այլ առանձին «բաժնետոմսերի» մակարդակով՝ կալցիտի հատիկների միջև եղած բացերը: Հետեւաբար, բջջի տարբեր մասերում կուտակվում են գենոմի տարբեր տարբերակներ։ Հեղինակները դա փորձարկել են՝ ընտրովի ներկելով 16s rRNA գենի տարբեր ալելային տարբերակներ (տես Լյումինեսցենտ տեղումհիբրիդացում): Պարզվել է, որ տարբեր ալելային տարբերակների կոնցենտրացիան իրոք տարբերվում է բջջի տարբեր հատվածներում։

Այնուամենայնիվ, սա դեռ բավարար չէ բացատրելու ներբջջային գենետիկական բազմազանության ամենաբարձր մակարդակը, որը հայտնաբերված է A. oxaliferum... Դրա հիմնական պատճառը հեղինակները տեսնում են մուտագենեզի և ներբջջային գենոմային վերադասավորումների բարձր տեմպերի մեջ: Նույն բջջի քրոմոսոմների բեկորների համեմատությունը ցույց է տվել, որ այս քրոմոսոմները, ըստ երևույթին, ապրում են շատ բուռն կյանքով. նրանք անընդհատ մուտացիայի են ենթարկվում, վերադասավորում են և փոխանակում բաժինները: Ունենալ A. oxaliferumՍտեխլին լճից շարժական գենետիկական տարրերի թիվը կտրուկ ավելացել է այլ բակտերիաների համեմատ (ներառյալ ամենամոտ ազգականները՝ աղի ճահիճների ախրոմատները, որոնցում ներբջջային բազմազանության մակարդակը, դատելով նախնական տվյալներով, շատ ավելի ցածր է): Շարժական տարրերի ակտիվությունը նպաստում է գենոմի հաճախակի վերադասավորումներին և ԴՆԹ-ի հատվածների տեղափոխմանը մի քրոմոսոմից մյուսը։ Հեղինակները դրա համար նույնիսկ հատուկ տերմին են հորինել՝ գեների ներբջջային փոխանցում (iGT), անալոգիայով բոլոր հայտնի հորիզոնական գեների փոխանցում (HGT):

Քրոմոսոմների հաճախակի վերադասավորումների ամենավառ ապացույցներից մեկը A. oxaliferum- գեների տարբեր կարգի գենոմի տարբեր տարբերակներում, ներառյալ նույն բջջի ներսում: Նույնիսկ որոշ պահպանողական (հազվադեպ փոփոխվող էվոլյուցիայի ընթացքում) օպերոններում առանձին գեները երբեմն գտնվում են տարբեր հաջորդականությամբ՝ նույն բջջի տարբեր քրոմոսոմների վրա։

Նկար 2-ը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս հիմնական մեխանիզմները, որոնք, ըստ հեղինակների, ստեղծում և պահպանում են ներբջջային գենետիկական բազմազանության բարձր մակարդակ A. oxaliferum.

5. Ներբջջային ընտրություն

Հաճախակի վերադասավորումներ, ներբջջային գեների փոխանցում, մուտագենեզի բարձր արագություն. նույնիսկ եթե այս ամենը կարող է գոնե բացատրել ներբջջային բարձր գենետիկական բազմազանությունը (և կարծում եմ, որ դա չի կարող, մենք այս մասին կխոսենք ստորև), անհասկանալի է մնում, թե ինչպես է ախրոմատիումը հնարում այդպիսին։ պայմանները կենսունակ մնալու համար։ Ի վերջո, ոչ չեզոք (ֆիթնեսի վրա ազդող) մուտացիաների և վերադասավորումների ճնշող մեծամասնությունը պետք է վնասակար լինի: Պոլիպլոիդ պրոկարիոտներն արդեն ունեն մուտացիոն բեռ կուտակելու մեծ հակում, և եթե թույլ տանք նաև մուտագենեզի գերբարձր տեմպեր, ապա բոլորովին անհասկանալի է դառնում, թե ինչպես կարող է գոյություն ունենալ այնպիսի արարած, ինչպիսին ախրոմատիան է:

Եվ ահա հեղինակները իսկապես նորարարական վարկած են առաջ քաշում. Նրանք ենթադրում են, որ ախրոմատիումում բնական ընտրությունը գործում է ոչ այնքան ամբողջ բջիջների, որքան առանձին բաժանմունքների մակարդակում՝ կալցիտի հատիկների միջև թույլ հաղորդակցվող բացերը, որոնցից յուրաքանչյուրում, հավանաբար, բազմապատկվում են գենոմի սեփական տարբերակները:

Առաջին հայացքից ենթադրությունը կարող է վայրենի թվալ։ Բայց եթե մտածեք դրա մասին, ինչու ոչ: Դա անելու համար բավական է ենթադրել, որ յուրաքանչյուր քրոմոսոմ (կամ նմանատիպ քրոմոսոմների յուրաքանչյուր տեղական կուտակում) ունի սահմանափակ «գործողության շառավիղ», այսինքն՝ այս քրոմոսոմում կոդավորված սպիտակուցները սինթեզվում են և աշխատում են հիմնականում նրա անմիջական հարևանությամբ, այլ ոչ հավասարապես խառնվում է ամբողջ խցում: Ամենայն հավանականությամբ, դա այդպես է: Այս դեպքում, այն բաժանմունքները, որտեղ տեղակայված են ավելի հաջող քրոմոսոմներ (պարունակում են նվազագույն վնասակար և առավելագույն օգտակար մուտացիաներ), ավելի արագ կկրկնօրինակեն իրենց քրոմոսոմները, դրանք ավելի շատ կլինեն, դրանք կսկսեն տարածվել բջջի ներսում՝ աստիճանաբար տեղահանելով ոչ այնքան հաջող կրկնօրինակները։ հարևան բաժանմունքների գենոմը: Սկզբունքորեն նման բան կարելի է պատկերացնել։

6. Ներբջջային գենետիկական բազմազանությունը լրացուցիչ բացատրությունների կարիք ունի

Գենոմների ինտենսիվ ներբջջային ընտրության գաղափարը, պատասխանելով մեկ հարցին (ինչու ախրոմատիան չի մարում մուտագենեզի այդքան բարձր արագությամբ), անմիջապես մեկ այլ խնդիր է ստեղծում։ Փաստն այն է, որ այս ընտրության շնորհիվ գենոմի ավելի հաջող (ավելի արագ վերարտադրվող) պատճենները պետք է անխուսափելիորեն տեղահանեն ավելի քիչ հաջողակ պատճենները բջջի ներսում: նվազեցնելովմիաժամանակ ներբջջային գենետիկական բազմազանություն. Այն, որը մենք հենց սկզբից ուզում էինք բացատրել։

Ավելին, ակնհայտ է, որ ներբջջային գենետիկական բազմազանությունը յուրաքանչյուր բջջի բաժանման հետ պետք է կտրուկ նվազի։ Տարբեր քրոմոսոմներ նստած են տարբեր բաժանմունքներում, հետևաբար, բաժանման ժամանակ յուրաքանչյուր դուստր բջիջ կստանա ոչ բոլորը, այլ միայն մայր բջջում առկա գենոմի որոշ տարբերակներ: Սա կարելի է տեսնել նույնիսկ Նկ. 2.

Ներբջջային ընտրությունը և գենոմի բաժանումը երկու հզոր մեխանիզմներ են, որոնք պետք է նվազեցնեն ներքին բազմազանությունը այնքան արագ, որ մուտագենեզի ոչ մի պատկերավոր (կյանքի հետ համատեղելի) արագություն չկարողանա հակազդել դրան: Այսպիսով, ներբջջային գենետիկական բազմազանությունը մնում է անբացատրելի:

Քննարկելով ստացված արդյունքները՝ հեղինակները բազմիցս հղում են անում մեր աշխատանքին, որը նկարագրված է նորություններում:Էուկարիոտների նախնիների պոլիպլոիդիան միտոզի և մեյոզի ծագումը հասկանալու բանալին է: Նրանք, մասնավորապես, նշում են, որ պոլիպլոիդ պրոկարիոտների համար շատ ձեռնտու է գենետիկ նյութի փոխանակումը այլ բջիջների հետ։ Այնուամենայնիվ, նրանք կարծում են, որ միջբջջային գենետիկ փոխանակումը մեծ դեր չի խաղում ախրոմատիումի կյանքում։ Դա հիմնավորվում է նրանով, որ թեև արտաքին միջավայրից ԴՆԹ-ի կլանման գեներ (տրանսֆորմացիա, տես Տրանսֆորմացիա) հայտնաբերված են ախրոմատիումի մետագենոմում, սակայն չկան կոնյուգացիայի գեներ (տես Բակտերիալ կոնյուգացիա)։

Իմ կարծիքով, ախրոմատիումի գենետիկական կառուցվածքը ցույց է տալիս ոչ թե կոնյուգացիա, այլ տարբեր անհատների գենետիկական նյութը խառնելու ավելի արմատական ​​եղանակներ, ինչպիսիք են ամբողջական քրոմոսոմների փոխանակումը և բջիջների միաձուլումը: Ստացված տվյալների հիման վրա գենետիկական տեսակետից բջջ A. oxaliferumՊրոկարիոտիկ պլազմոդիումի կամ սինցիցիումի նման մի բան է, ինչպես նրանք, որոնք ձևավորվել են լորձաթաղանթներում գենետիկորեն տարբեր բջիջների միաձուլման արդյունքում: Հիշեցնենք, որ ախրոմատիան չմշակված բակտերիա է, ուստի հնարավոր է, որ նրա կյանքի ցիկլի որոշ տարրեր (օրինակ՝ պարբերական բջիջների միաձուլումը) կարող էին վրիպել մանրէաբանների ուշադրությունից։

Այն բանի օգտին, որ ձեւավորվում է ախրոմատիումի ներբջջային գենետիկական բազմազանությունը ոչներբջջային ձևով, վկայում է հեղինակների կողմից հայտնաբերված հիմնական փաստերից մեկը, այն է, որ միևնույն բջջում տեղակայված բազմաթիվ գեների ալելները ֆիլոգենետիկ ծառի վրա ձևավորում են ճյուղեր, որոնք հեռու են միմյանցից: Եթե ​​ալելների ամբողջ ներբջջային բազմազանությունը ձևավորվեր կլոնային կերպով բազմապատկվող բջիջներում, որոնք չեն փոխում գեները միմյանց հետ, ապա կարելի էր ակնկալել, որ բջջի ներսում ալելներն ավելի շատ կապված կլինեն միմյանց հետ, քան տարբեր բջիջների ալելները: Բայց հեղինակները համոզիչ կերպով ցույց են տվել, որ դա այդպես չէ։ Ընդհանուր առմամբ, ես գրազ կգամ, որ ախրոմատիումի կյանքի ցիկլում կա բջիջների միաձուլում: Սա, ըստ երևույթին, ամենախելամիտ և խելամիտ բացատրությունն է հսկայական ներբջջային գենետիկական բազմազանության համար:

Հոդվածի վերջին մասում հեղինակները ակնարկում են, որ ախրոմատիումի գենետիկական ճարտարապետությունը կարող է լույս սփռել էուկարիոտների ծագման վրա։ Նրանք այսպես են ձևակերպել. Ի դեպ, Մարկովը և Կազնաչևը առաջարկեցին, որ, ինչպես Շտեխլին լճի ախրոմատիումը, պրո-էուկարիոտ բջիջները կարող են արագորեն մուտացիայի ենթարկվել՝ դիվերսիֆիկացնելով նրանց քրոմոսոմները, պոլիպլոիդ բակտերիաները/արխեաները։«. Շատ ճիշտ, բայց մենք նաև ցույց տվեցինք, որ նման արարածը չէր կարող գոյատևել առանց միջօրգանիզմների ինտենսիվ գենետիկ փոխանակման: Հուսանք, որ հետագա հետազոտությունները լույս կսփռեն ախրոմատիումի մնացած չբացահայտված առեղծվածների վրա:

Թզուկներն ու հսկաները բակտերիաների մեջ

Բակտերիաները ամենափոքր կենդանի օրգանիզմներն են, որոնք Երկրի վրա կյանքի ամենատարածված ձևն են: Նորմալ բակտերիաները մոտ 10 անգամ փոքր են, քան մարդկային բջիջը: Նրանց չափը մոտ 0,5 միկրոն է, և դրանք կարելի է տեսնել միայն մանրադիտակով: Սակայն պարզվում է, որ բակտերիաների աշխարհը նույնպես ունի իր սեփական թզուկներն ու հսկաները։ Այս հսկաներից մեկը Epulopiscium fishelsoni բակտերիան է, որի չափը հասնում է կես միլիմետրի։ Այսինքն՝ այն հասնում է ավազահատիկի կամ աղի հատիկի չափի ու երեւում է անզեն աչքով։

Epulopiscium-ի վերարտադրումը

Հետազոտություններ են իրականացվել Քորնուոլի ակադեմիայում՝ պարզելու նման մեծ չափսի պատճառները։ Ինչպես պարզվել է, մանրէը պարունակում է իր ԴՆԹ-ի 85000 օրինակ։ Համեմատության համար նշենք, որ մարդու բջիջները պարունակում են ընդամենը 3 օրինակ։ Այս սրամիտ արարածն ապրում է արևադարձային խութ ձկան Acanthurus nigrofuscus (վիրաբույժ ձուկ) մարսողական համակարգում:

Բակտերիաների ընդհանուր տեսակները շատ փոքր են և պարզունակ, չունեն օրգաններ, և սնունդն առաջանում է կեղևի միջով: Սնուցիչները հավասարաչափ բաշխված են բակտերիաների վրա, ուստի դրանք պետք է փոքր լինեն: Ի հակադրություն, Epulopiscium-ը բազմիցս կրկնօրինակում է իր ԴՆԹ-ն, հավասարաչափ բաշխում է կրկնօրինակները պատյանի երկայնքով, և նրանք ստանում են բավարար սնուցում: Այս կառուցվածքը նրան տալիս է արտաքին գրգռիչներին ակնթարթորեն արձագանքելու ունակություն: Ի տարբերություն այլ բակտերիաների և նրանց բաժանման ձևի: Եթե ​​սովորական բակտերիաները պարզապես կիսով չափ կիսվում են, ապա նա իր ներսում աճեցնում է երկու բջիջ, որոնք նրա մահից հետո պարզապես դուրս են գալիս։

Նամիբիական ծծմբի մարգարիտ

Այնուամենայնիվ, նույնիսկ սա, փոքր բակտերիայից հեռու, չի կարող համեմատվել աշխարհի ամենամեծ բակտերիանորը համարվում է Thiomargarita namibiensis, այլ կերպ ասած «Նամիբիական ծծմբի մարգարիտ» - գրամ-բացասական ծովային մանրէ, որը հայտնաբերվել է 1997 թ. Այն ոչ միայն բաղկացած է միայն մեկ բջջից, այլեւ, միեւնույն ժամանակ, չունի աջակցող կմախք, ինչպես նաեւ էուկարիոտները։ Thiomargarita-ի չափերը հասնում են 0,75-1 մմ, ինչը թույլ է տալիս տեսնել այն անզեն աչքով։

Ըստ նյութափոխանակության տեսակի՝ թիոմարգարիտը օրգանիզմ է, որը էներգիա է ստանում ռեդոքս ռեակցիաների արդյունքում և կարող է օգտագործել նիտրատը՝ որպես էլեկտրոններ ընդունող վերջնական առարկա։ Նամիբիական ծծմբային մարգարիտի բջիջները անշարժ են, և, հետևաբար, նիտրատի պարունակությունը կարող է տատանվել: Թիոմարգարիտան կարող է նիտրատ պահել վակուոլում, որը զբաղեցնում է ամբողջ բջջի մոտ 98%-ը։ Նիտրատի ցածր կոնցենտրացիայի դեպքում դրա պարունակությունը օգտագործվում է շնչառության համար: Սուլֆիդները նիտրատներով օքսիդացվում են ծծմբի, որը մանր հատիկների տեսքով հավաքվում է բակտերիաների ներքին միջավայրում, ինչը բացատրում է թիոմարգարիտի մարգարիտ գույնը։

Թիոմարգարիտա հետազոտություն

Վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ Thiomargarita namibiensis-ը կարող է լինել ոչ թե պարտադիր, այլ ընտրովի օրգանիզմ, որը էներգիա է ստանում առանց թթվածնի առկայության: Նա ունակ է շնչել թթվածին, եթե այդ գազը բավարար է: Այս մանրէի մեկ այլ տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ հնարավոր է պալինտոմիկ բաժանում, որը տեղի է ունենում առանց միջանկյալ աճի ավելացման: Այս գործընթացը օգտագործվում է Thiomargarita namibiensis-ի կողմից ծոմապահության հետևանքով առաջացած սթրեսային պայմաններում:

Մանրէը հայտնաբերվել է մայրցամաքի հարթեցված եզրի հատակի նստվածքներում՝ Նամիբիայի ափի մոտ, Հայդե Շուլցի կողմից, գերմանացի կենսաբանի և նրա գործընկերների կողմից 1997 թվականին, իսկ 2005 թվականին՝ Մեքսիկական ծոցի հատակի սառը միկաներում։ Հայտնաբերվել է նմանատիպ շտամ, որը հաստատում է Նամիբիական ծծմբի մարգարիտի լայն տարածումը։

Վիկտոր Օստրովսկի, Samogo.Net