معلومة

10.1: المجتمعات الميكروبية - علم الأحياء

10.1: المجتمعات الميكروبية - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

غالبًا ما تعتمد الكائنات الحية داخل مجتمع معين بشكل حاسم على بعضها البعض. بعض الكائنات الحية تفرز العناصر الغذائية التي يحتاجها الآخرون لبقائهم على قيد الحياة. تعكس حاجتنا للفيتامينات ، الجزيئات التي نحصل عليها من نظامنا الغذائي ، هذا الترابط. تفرز بعض الكائنات سمومًا للسيطرة على نمو البعض الآخر. هناك محادثات معقدة على المستوى الجزيئي تجري بين الكائنات الحية داخل النظام البيئي والخلايا داخل الكائن الحي. الكائنات الحية ليست مستقلة ، يتم تغيير سلوكياتها من خلال بيئتها وهي بدورها تغير بيئتها.

مثال على كيفية تعاون حتى أبسط الكائنات الحية هو تأثير يُعرف باسم استشعار النصاب (الذي ذكرناه سابقًا.) يمكن لبكتيريا من نوع معين أن تفرز عوامل مفيدة ، على سبيل المثال ، في هضم الطعام إلى جزيئات مغذية قابلة للذوبان يمكنه استيعابها. ولكن عند النمو في حالات متفرقة (عدد قليل من الكائنات لكل وحدة حجم أو مساحة) ، فإن هذه الاستراتيجية ليست فعالة. إذا كانت الكائنات الحية ذات كثافة منخفضة في بيئة مائية ، فإن تكلفة إنتاج الجزيئات المفرزة تكون أكثر عرضة للانتشار بعيدًا وبالتالي تكون عديمة الفائدة بشكل فعال للكائن الذي أنتجها. ومع ذلك ، إذا كانت الكائنات الحية موجودة بكثافة محلية عالية ، فإن العملية تصبح أكثر كفاءة ، ويزيد تركيز الجزيئات المفرزة ليصل إلى مستويات مفيدة. من خلال التعاون مع جيرانهم لإنتاج سلوك مفيد للطرفين ، يستفيد كل فرد.

كيف يمكن أن يعمل هذا النوع من التعاون؟ في البكتيريا ، تتمثل الإستراتيجية الشائعة للأفراد في إنتاج وإفراز جزيئات صغيرة (غير مكلفة نسبيًا) تُعرف باسم المحرضات التلقائية. كما أنها تنتج مستقبلًا خلويًا خاصًا لهذا المحفز الذاتي. يُمكِّن نظام مستقبلات المحرض الذاتي الكائنات الحية من نفس النوع من التعرف على وجود بعضها البعض. يعمل النظام لأن مستوى المحفز الذاتي الذي تنتجه بكتيريا واحدة لا يكفي لتنشيط مستقبلاتها ؛ فقط عندما تصل كثافة البكتيريا التي تفرز المحفز الذاتي إلى مستوى عتبة ، يزداد تركيز المحفز الذاتي إلى مستوى عالٍ بما يكفي لتنشيط المستقبلات. تنشيط مستقبلات المحرض الذاتي يولد إشارة تؤثر بدورها على سلوك البكتيريا (بما في ذلك التعبير الجيني)303. قد يكون أحد السلوكيات الواضحة هو إفراز الإنزيمات الهاضمة ، لكن هناك عددًا من السلوكيات الأخرى. على سبيل المثال ، بعض أنواع البكتيريا (بما في ذلك بكتريا قولونية) استخدام استشعار النصاب للتحكم في هجرة الخلايا. بمرور الوقت تهاجر الخلايا الفردية باستخدام نظام السباحة الخاص بها. يعتمد أحد هذه الأنظمة على محركات سوطية (دوارة) مدفوعة بتدرجات كهروكيميائية لتحريك الخلية إلى الأمام. في حالة عدم وجود مثل هذا التدرج ، فإن المحرك ينعكس مما يتسبب في تعثر الخلية وتغيير اتجاهها. عند التحرك لأعلى منحدر للجاذب ، أو لأسفل في تدرج من المواد الطاردة ، يتم كبح الانحدار ؛ النتيجة النهائية هي حركة موجهة.

تم توضيح هذا النوع من السلوك بشكل كبير باستخدام بكتريا قولونية يحتوي على بلازميد يشفر البروتين الفلوري الأخضر (GFP) ، وهو بروتين يضيء باللون الأخضر عند إضاءته بضوء أزرق304! عندما معربا عن GFP بكتريا قولونية يتم تربيتها في بيئة تشبه المتاهة مع "غرفة" مركزية بفتحة واحدة ، يتراكم الجاذب المفرز إلى تركيزات عالية داخل هذا الفضاء. على مدى فترة ثلاث ساعات تسبح البكتيريا بطريقة موجهة أعلى تدرج تركيز الجاذب إلى الغرفة305. عند هذه النقطة يتم تنشيط السلوكيات التي يتحكم فيها استشعار النصاب. على سبيل المثال ، في الحالات التي تصبح فيها المغذيات نادرة ، يمكن أن يؤدي تحسس النصاب عن السلوك المتحكم فيه إلى موت بعض الخلايا في السكان ، وهي عملية تُعرف باسم موت الخلايا المبرمج ، وإطلاق مغذياتها ليستخدمها جيرانها. يمكن اعتبار هذا نوعًا من الإيثار ، لأنه يساعد الجيران ، الذين من المحتمل أن يكونوا أقارب لخلية التضحية306. نوع آخر من السلوك الذي يمكن أن يحدث تحت ظروف الإجهاد هو أن مجموعة سكانية فرعية من الخلايا ، والمعروفة باسم الخلايا الهادئة أو "المثبطة" ، تنمو ببطء أو لا تنمو على الإطلاق ، بينما يستمر باقي السكان في النمو307. إذا أصبحت البيئة معادية بشكل خطير ، فإن احتمالية البقاء على قيد الحياة أكبر بكثير من الخلايا النشطة في النمو. إذا تحسنت الظروف ، يمكن للمثابرين عكس سلوكهم وإعادة تكوين عدد متزايد من السكان بنشاط. من ناحية أخرى ، إذا لم تصبح الظروف معادية أبدًا ، فإن الخلايا النامية تتمتع بميزة تطورية على الخلايا التي تصبح هادئة. هذا يعني أن وجود نظام يمكن أن ينتج مثابرات عندما تكون مفيدة ، ويؤثر على تكوينها عندما لا يكون كذلك. تساعد قدرة الكائن الحي على إنتاج حالة مثابرة هادئة على ضمان بقاء السكان ضمن نطاق بيئات أوسع مما هو متوقع لسكان لا يستطيعون إنتاج مثابرات. هذا مثال على اختيار المجموعة. تم العثور على سلوك مماثل يحدث داخل مجموعات الخلايا السرطانية308. يمكن لخلايا بيرسيستر أن تنجو من العلاجات العلاجية وتعاود الظهور لاحقًا. لقد رأينا بالفعل ، في سياق لاك operon ، كيف يمكن لمجموعة متجانسة مبدئيًا من الكائنات أن تنتج أنماطًا ظاهرية مميزة من خلال العمليات العشوائية ؛ تلعب الأحداث العشوائية المماثلة دورًا مهمًا في تحديد مصائر الخلية في العديد من المواقف الاجتماعية.

يمكن أن يوفر التعاون الاجتماعي بين الخلايا فوائد ، ولكنه يفتح أيضًا النظام أمام السلوكيات الأنانية ، وخاصة الغش309. يثير هذا السؤال التطوري ، ما الذي يمكن فعله لقمع ظهور الغشاشين الاجتماعيين؟ أولاً ، ماذا نعني بالضبط بالغشاش الاجتماعي؟ في سياق استشعار النصاب ، افترض أن الفرد لا يصنع المحفز الذاتي ، لكنه يستمر في صنع مستقبله. يكتسب الغشاش فوائد التواصل مع البكتيريا الأخرى ، ولكنه يقلل من مساهمتها في العملية (لا يستخدم الطاقة لتركيب المحرض الذاتي). قد تكتسب ميزة في أن الطاقة المستخدمة لصنع المحفز الذاتي يمكن استخدامها بدلاً من ذلك للنمو والتكاثر. ومع ذلك ، هناك حدود متأصلة للغش. إذا أصبح عدد كافٍ من أعضاء المجموعة (السكان) غشاشين ، فسيفشل نظام استشعار النصاب لأن عددًا كافيًا من أفراد المجتمع يفرز المحفز الذاتي. بافتراض أن السلوك الاجتماعي أمر بالغ الأهمية لبقاء السكان على قيد الحياة ، فقد تموت مجموعة بها عدد كبير جدًا من الغشاشين (تنقرض).

هناك استراتيجيات أخرى أكثر نشاطًا يمكن استخدامها لقمع الغشاشين. قد يكون إنتاج المحفز الذاتي نتيجة ثانوية لتفاعل أساسي. في هذه الحالة ، يمكن أن يؤدي فقدان القدرة على إنتاج المحفز الذاتي إلى الموت (تصبح الكائنات الحية مدمنة على المحرض الذاتي). تصنع العديد من الأنواع البكتيرية سمومًا تكون هي نفسها محصنة ضدها ، ولكنها تقتل خلايا الأنواع ذات الصلة. يمكن أن تكون مناعة السموم مقترنة بالتعبير عن المحرض الذاتي. في الكائنات الحية الأعلى يمكن أن يكون هناك تطوير للقدرة على التعرف على الغشاشين من خلال سلوكهم في مواقف معينة. يمكننا أن نفكر في السرطان (تكوين الورم) كشكل من أشكال الغش الاجتماعي مع كائن حي متعدد الخلايا ، وآلياتهم لقمعه (على الرغم من أننا لن نضطر إلى الوقت لاستكشافها إلى حد كبير).


شاهد الفيديو: أحياء التوجيهي - حصة 16 - تكنولوجيا الجينات 3 - مؤيد المومني (شهر فبراير 2023).