Bakteriyalar arasında cırtdanlar və nəhənglər

Bakteriyalar ən kiçik canlı orqanizmlərdir və Yer kürəsində ən çox yayılmış həyat formasıdır. Adi bakteriyalar insan hüceyrəsindən təxminən 10 dəfə kiçikdir. Onların ölçüsü təxminən 0,5 mikrondur və onları yalnız mikroskopla görmək olar. Lakin məlum olur ki, bakteriyalar dünyasının da öz cırtdanları və nəhəngləri var. Bu nəhənglərdən biri ölçüsü yarım millimetrə çatan Epulopiscium fishelsoni bakteriyası hesab olunur! Yəni bir qum dənəsi və ya duz dənəsi ölçüsünə çatır və adi gözlə görünə bilər.

Epulopisciumun çoxalması

Belə böyük ölçülərin səbəblərini müəyyən etmək üçün Cornwall Academy-də araşdırma aparılıb. Məlum olub ki, bakteriya 85 000 nüsxə DNT saxlayır. Müqayisə üçün, insan hüceyrələrində cəmi 3 nüsxə var. Bu sevimli məxluq Acanthurus nigrofuscus tropik rif balığının (cərrah balığının) həzm sistemində yaşayır.

Ümumi bakteriya növləri çox kiçik və primitivdir, orqanları yoxdur və membranları ilə qidalanırlar. Qida maddələri bakteriyaların bədənində bərabər paylanır, buna görə də onlar kiçik olmalıdır. Bunun əksinə olaraq, Epulopiscium DNT-ni dəfələrlə kopyalayır, nüsxələri qabıq boyunca bərabər paylayır və kifayət qədər qida alırlar. Bu quruluş ona xarici stimullara dərhal cavab vermək qabiliyyətini verir. Bölünmə üsulu da digər bakteriyalardan fərqlidir. Əgər adi bakteriyalar sadəcə olaraq yarıya bölünürsə, o, öz daxilində iki hüceyrə yetişdirir, ölümündən sonra sadəcə olaraq çıxır.

Namibiya kükürd mirvarisi

Ancaq bu qədər kiçik bakteriya ilə müqayisə edilə bilməz dünyanın ən böyük bakteriyası, hesab olunur Thiomargarita namibiensis, əks halda “Namibiya kükürd mirvarisi” kimi tanınan 1997-ci ildə kəşf edilmiş qram-mənfi dəniz bakteriyasıdır. Yalnız bir hüceyrədən ibarət deyil, həm də eukariotlar kimi dəstəkləyici bir skeletə sahib deyil. Thiomargarita'nın ölçüləri 0,75-1 mm-ə çatır, bu da onu çılpaq gözlə görməyə imkan verir.

Maddələr mübadiləsinin növünə görə, Thiomarqarita reduksiya-oksidləşmə reaksiyaları nəticəsində enerji alan və elektron qəbul edən son obyekt kimi nitratdan istifadə edə bilən orqanizmdir. Namibiya kükürd mirvarisinin hüceyrələri hərəkətsizdir və buna görə də nitrat tərkibi dəyişə bilər. Thiomargarita nitratı bütün hüceyrənin təxminən 98%-ni tutan vakuolda saxlaya bilir. Aşağı nitrat konsentrasiyalarında onun tərkibi tənəffüs üçün istifadə olunur. Sulfidlər nitratlar tərəfindən kükürd oksidləşir ki, bu da bakteriyanın daxili mühitində kiçik qranullar şəklində toplanır və bu, Thiomargarita'nın mirvari rəngini izah edir.

Thiomargarita'nın öyrənilməsi

Bu yaxınlarda aparılan araşdırmalar göstərdi ki, Thiomargarita namibiensis məcburi deyil, oksigenin iştirakı olmadan enerji əldə edən fakultativ orqanizm ola bilər. Əgər bu qaz kifayət qədər olarsa, o, oksigenlə tənəffüs edə bilir. Bu bakteriyanın başqa bir fərqli xüsusiyyəti, aralıq böyümənin artması olmadan baş verən palintomik bölünmə ehtimalıdır. Bu proses Thiomargarita namibiensis tərəfindən aclığın səbəb olduğu stress şəraitində istifadə olunur.

Bakteriya 1997-ci ildə alman bioloqu Heide Schulz və onun həmkarları tərəfindən Namibiya sahilləri yaxınlığında, yastılaşmış kontinental kənarın dib çöküntülərində, 2005-ci ildə isə Meksika körfəzinin dibinin soyuq çuxurlarında aşkar edilmişdir. Namibiya kükürd mirvarisinin geniş yayılmasını təsdiqləyən bənzər bir ştam tapmışdır.

Viktor Ostrovski, Samogo.Net

Planetimizdəki həyat bakteriyalarla başladı. Alimlər hər şeyin burada bitdiyinə inanırlar. Belə bir zarafat var ki, yadplanetlilər Yer kürəsini tədqiq edərkən onun əsl sahibinin kim olduğunu başa düşə bilmirdilər - insan, yoxsa basil. Bakteriyalar haqqında ən maraqlı faktlar aşağıda seçilmişdir.

Bakteriya bölünmə yolu ilə çoxalan ayrı bir orqanizmdir. Yaşayış yeri nə qədər əlverişli olsa, bir o qədər tez bölünür. Bu mikroorqanizmlər bütün canlılarda, eləcə də suda, qidada, çürük ağaclarda, bitkilərdə yaşayır.

Siyahı bununla məhdudlaşmır. Basillər insanların toxunduğu obyektlərdə yaxşı yaşayır. Məsələn, ictimai nəqliyyatda tutacaqda, soyuducunun sapında, qələmin ucunda. Bu yaxınlarda Arizona Universitetində bakteriyalarla bağlı maraqlı faktlar aşkar edilib. Onların müşahidələrinə görə, Marsda “yatmış” mikroorqanizmlər yaşayır. Alimlər əmindirlər ki, bu, digər planetlərdə həyatın mövcudluğunun sübutlarından biridir, əlavə olaraq, onların fikrincə, Yer üzündə yadplanetli bakteriyalar "canlandırıla bilər".

Mikroorqanizm ilk dəfə 17-ci əsrin sonlarında holland alimi Antonius van Leeuwenhoek tərəfindən optik mikroskopda tədqiq edilmişdir. Hal-hazırda iki minə yaxın basil növü məlumdur. Onların hamısını aşağıdakılara bölmək olar:

• zərərli;
• faydalı;
• neytral.

Eyni zamanda, zərərli olanlar adətən faydalı və neytral olanlarla mübarizə aparırlar. Bu, bir insanın xəstələnməsinin ən ümumi səbəblərindən biridir.

Ən maraqlı faktlar

Ümumiyyətlə, təkhüceyrəli orqanizmlər bütün həyat proseslərində iştirak edirlər.

Bakteriyalar və insanlar

İnsan doğulduğu andan müxtəlif mikroorqanizmlərlə dolu bir dünyaya daxil olur. Bəziləri onun sağ qalmasına kömək edir, digərləri infeksiya və xəstəliklərə səbəb olur.

Bakteriyalar və insanlar haqqında ən maraqlı maraqlı faktlar:

Belə çıxır ki, çöp ya insanı tamamilə sağalda bilər, ya da bizim növlərimizi məhv edə bilər. Hal-hazırda bakterial toksinlər artıq mövcuddur.

Bakteriyalar sağ qalmağımıza necə kömək etdi?

İnsanlara fayda verən bakteriyalar haqqında daha maraqlı faktlar:

• bəzi növ basillər insanı allergiyadan qoruyur;
• bakteriyaların köməyi ilə siz təhlükəli tullantıları (məsələn, neft məhsulları) atmaq olar;
• Bağırsaqlarda mikroorqanizmlər olmasaydı, insan sağ qala bilməzdi.

Uşaqlara basil haqqında necə danışmaq olar?

Uşaqlar 3-4 yaşlarında basillər haqqında danışmağa hazır olurlar. Məlumatı düzgün çatdırmaq üçün bakteriyalar haqqında maraqlı faktları söyləməyə dəyər. Uşaqlar üçün, məsələn, pis və yaxşı mikrobların olduğunu başa düşmək çox vacibdir. Yaxşı olanlar südü mayalanmış bişmiş südə çevirə bilsinlər. Həm də mədəyə qida həzm etməyə kömək edirlər.

Pis bakteriyalara diqqət yetirilməlidir. Onlara deyin ki, onlar çox kiçikdir, ona görə də görünmürlər. Onlar insan orqanizminə daxil olanda tez bir zamanda çoxlu mikroblar olur və bizi içəridən yeməyə başlayırlar.

Uşaq şər mikrobun bədənə daxil olmasının qarşısını almaq üçün bilməlidir:

• Çölə çıxdıqdan sonra və yeməkdən əvvəl əllərinizi yuyun.
• Çox şirniyyat yeməyin.
• Peyvənd olun.

Bakteriyaları nümayiş etdirməyin ən yaxşı yolu şəkillər və ensiklopediyalardır.

Hər bir tələbə nəyi bilməlidir?

Yaşlı uşaqla mikroblar haqqında deyil, bakteriyalar haqqında danışmaq daha yaxşıdır. Məktəblilər üçün maraqlı faktların səbəblərini göstərmək vacibdir. Yəni əllərin yuyulmasının vacibliyindən danışarkən, tualet tutacaqlarında 340 zərərli basil koloniyasının yaşadığını söyləmək olar.

Birlikdə hansı bakteriyaların diş çürüməsinə səbəb olduğu haqqında məlumat tapa bilərsiniz. Həm də tələbəyə az miqdarda şokoladın antibakterial təsir göstərdiyini söyləyin.

Peyvəndin nə olduğunu hətta ibtidai sinif şagirdi də anlaya bilər. Bu, bədənə az miqdarda virus və ya bakteriya daxil olduqda və immunitet sistemi onu məğlub edir. Bu səbəbdən peyvənd almaq çox vacibdir.

Artıq uşaqlıqdan belə bir anlayış yaranmalıdır ki, bakteriyalar ölkəsi hələ tam öyrənilməmiş bütöv bir dünyadır. Və nə qədər ki, bu mikroorqanizmlər var, insan növünün özü də mövcuddur.

Düşünürəm ki, məktəbdə bakteriyalar haqqında eşitmisiniz. Beləliklə, məlum olur ki, onların arasında nəhənglər və cırtdanlar var. Üstəlik, onların ən böyüyü digərləri ilə müqayisədə dağ boydadır! Bu nəhəng bakteriya Epulopiscium adlanır. Ölçüsündə (0,5 mm-ə qədər) onu bir duz dənəsi ilə müqayisə etmək olar - mikroskopik canlılar dünyasında böyük ölçüdür. Bunu hətta çılpaq gözlə görmək olar. Bu heyvan kiçik həşəratların və xərçəngkimilərin ölçüsünə çata bilər.

Bu böyük ölçülərin səbəblərini müəyyən etmək üçün Cornwall Academy-də araşdırma aparıldı və nəşr olundu. Məlum olub ki, bu bakteriya 85 minə qədər DNT nüsxəsini saxlayır. Müqayisə üçün deyək ki, insan hüceyrələrində maksimum 3 nüsxə var. Bu sevimli məxluq cərrah balığının (tropik qaya balığı) həzm sistemində simbioz vasitəsilə yaşayır. Bu, 1985-ci ildə aşkar edilmişdir.

“Digər bakteriyalarda da DNT-nin çoxlu nüsxəsi var, lakin onların sayı 100-200-dən çox deyil. Lakin bu, bütün genetik məlumat bankını saxlayır,” Kornuol Universitetinin mikrobiologiya professoru Asher Angert deyir.

Adi bakteriyalar çox kiçik və quruluşca sadədir. Onlarda bitki və ya heyvan hüceyrələri kimi hüceyrə böyüməsini təşviq edən orqanlar (hüceyrələrdə orqanellər deyilir) yoxdur. Bakteriyalar hüceyrə membranı vasitəsilə qida maddələrini udaraq qidalanırlar. İçəridə qida maddələri "özüyeriyən" paylanır, buna görə bakteriyalar kiçik olmağa məcbur edilir, əks halda qida maddələri bütün həcmlərinə yayıla bilməyəcəklər.

Amma yuxarıda adı çəkilən nəhəng bakteriya DNT-ni dəfələrlə köçürür və nüsxələri qabığın yanında bərabər şəkildə paylayır ki, qida maddələrini tez və kifayət qədər alsınlar.

"Periferiyaya yayılmış minlərlə DNT nüsxəsinin olması xarici amillərə - temperatura, qıcıqlanmaya və başqalarına dərhal reaksiya verməyə imkan verir" deyə Escher Angert əlavə edir. Buna görə də, böyük ölçüsünə baxmayaraq, bu bakteriya öz dünyasında balıqların həzm sistemində kifayət qədər çox olan yırtıcıların hücumlarına dərhal reaksiya verir. Onun başqa bir xüsusiyyəti onun xüsusi bölmə üsuludur. Bakteriyaların çoxu sadəcə olaraq iki hissəyə bölünür, lakin Epulopiscium öz daxilində iki qız hüceyrəsi yetişdirir və onlar öldükdən sonra çıxır.

Ancaq daha böyük bakteriyaların olduğu ortaya çıxdı! 1999-cu ildə daha böyük bir növ kəşf edildi - Thiomargarita namibiensis. Ölçüsü 0,75 mm-ə çatır. Bu məxluq nitratlarla qidalanır, onlardan üzvi maddələr sintez edir. Bu nəhənglər Namibiya sahillərində, bəzi uzaq qohumları isə Meksika körfəzinin sularında yaşayırlar.

Bakteriyalar ən kiçik hüceyrə orqanizmləridir, yalnız viruslar daha kiçikdir. Adi bir bakteriya insan hüceyrəsindən 10 dəfə kiçikdir, ölçüsü 0,5-5,0 mikrometrdir (bunları yalnız mikroskop altında görmək olar). Məsələn, bir damla tüpürcəkdə onlarla növdən olan minlərlə bakteriya tapılır. Bir qram torpaqda ən kiçik damcı çiy suda təxminən 40 milyon bakteriya var, bakteriyaların sayı da milyonlarladır. Planetdə (təxminən, əlbəttə) 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 bakteriya (30 sıfır) var. Onlar okean dibindən yüksək dağ qarlarına qədər hər yerdə mövcud olan ən çox yayılmış həyat formasıdır.

ps. Fotoda məqalənin qəhrəmanı göstərilir. Bu fotodakı digər bakteriyalar ətrafda çox az nəzərə çarpan kiçik nöqtələr kimi görünür.

Bakteriyalar planetimizin ilk “sakinləri”dir. Əksəriyyəti yalnız bir hüceyrədən ibarət olan bu ibtidai, nüvəsiz mikroorqanizmlər sonradan başqa, daha mürəkkəb həyat formalarını meydana gətirdi. Elm adamları onların on mindən çox növünü tədqiq etdilər, lakin daha bir milyona yaxın növü araşdırılmamış olaraq qalır. Mikrokosmosun nümayəndəsinin standart ölçüsü 0,5-5 mikrondur, lakin ən böyük bakteriya 700 mikrondan çox ölçüyə malikdir.

Bakteriyalar Yerdəki həyatın ən qədim formasıdır

Bakteriyalar sferik, spiral və ya sferik formada ola bilər. Onlar hər yerdə tapıla bilər, suda, torpaqda, turşu mühitlərdə və radioaktiv mənbələrdə sıx şəkildə yaşayırlar. Alimlər birhüceyrəli canlı mikroorqanizmləri əbədi donmuş şəraitdə və vulkanlardan püskürən lavada tapırlar. Siz onları mikroskopdan istifadə edərək görə bilərsiniz, lakin bəzi bakteriyalar nəhəng ölçülərə qədər böyüyərək insanın mikrokosmos haqqında anlayışını tamamilə dəyişdirir.

• Thiomargarita namibiensis, Namibiya kükürd mirvarisi, insana məlum olan ən böyük bakteriyaların adıdır. Onu görmək üçün mikroskopa ehtiyac yoxdur; onun uzunluğu 750 mikrondur. Mikrokosmosun nəhəngini bir alman alimi Rusiya elmi gəmisində ekspedisiya zamanı suların dibində kəşf edib.

• Epulopiscium fishelsoni cərrah balıqlarının bağırsaqlarında yaşayır və uzunluğu 700 mikrondur. Bu bakteriyanın həcmi standart ölçülü mikroorqanizmin həcmindən 2000 dəfə böyükdür. Böyük, təkhüceyrəli orqanizm əvvəlcə Qırmızı dənizdə yaşayan cərrah balıqlarının içərisində tapılmışdı, lakin o vaxtdan Böyük Sədd rifi ərazisindəki digər balıq növlərində tapıldı.
• Spiroketlər uzun, spiral hüceyrələri olan bakteriyalardır. Çox mobil. Suda, torpaqda və ya digər qidalı mühitdə yaşayırlar. Bir çox spiroketlər ciddi insan xəstəliklərinin törədiciləridir, digər növlər isə saprofitlərdir - ölü üzvi maddələri parçalayırlar. Bu bakteriyalar 250 mikron uzunluğa qədər böyüyə bilər.
• Siyanobakteriyalar ən qədim mikroorqanizmlərdir. Alimlər onların həyat fəaliyyətinin 3,5 milyard ildən çox yaşı olan məhsulları tapıblar. Bu təkhüceyrəli orqanizmlər okean planktonunun bir hissəsidir və Yerdəki oksigenin 20-40%-ni istehsal edir. Spirulina qurudulur, üyüdülür və yeməyə əlavə edilir. Oksigen fotosintez yosunlar və ali bitkilər üçün xarakterikdir. Siyanobakteriyalar fotosintez zamanı oksigen istehsal edən yeganə hüceyrəli orqanizmlərdir. Məhz siyanobakteriyalar sayəsində Yer atmosferində böyük oksigen ehtiyatı meydana çıxdı. Bu bakteriyaların hüceyrə eni 0,5 ilə 100 mikron arasında dəyişir.

• Aktinomisetlər əksər onurğasızların bağırsaqlarında yaşayır. Onların diametri 0,4-1,5 mikrondur. Diş lövhəsində və insanın tənəffüs yollarında yaşayan aktinomisetlərin patogen formaları var. Aktinomisetlər sayəsində insanlar da özünəməxsus “yağış qoxusunu” hiss edirlər.
• Beggiatoa alba. Bu cinsin proteobakteriyaları kükürdlə zəngin yerlərdə, təzə çaylarda və dənizlərdə yaşayır. Bu bakteriyaların ölçüsü 10x50 mikrondur.
• Azotobacter 1-2 mikron diametrinə malikdir, bir qədər qələvi və ya neytral mühitdə yaşayır, azot dövranında mühüm rol oynayır, torpağın münbitliyini artırır və bitkilərin böyüməsini stimullaşdırır.
• Mycoplasma mycoides inək və keçilərdə ağciyər xəstəliklərinin törədicisidir. Bu hüceyrələrin ölçüsü 0,25-0,75 mikrondur. Bakteriyaların sərt qabığı yoxdur, onlar xarici mühitdən yalnız sitoplazmatik membranla qorunurlar. Bu tip bakteriyaların genomu ən sadələrdən biridir.

Arxeylər bakteriya deyil, onlar kimi tək hüceyrədən ibarətdir. Bu təkhüceyrəli orqanizmlər termal sualtı bulaqların yaxınlığında, neft quyularının içərisində və Alyaskanın şimalındakı buzlu səthin altında təcrid olunub. Arxeya öz inkişaf təkamülünə malikdir və bəzi biokimyəvi xüsusiyyətlərinə görə digər həyat formalarından fərqlənir. Arxeyanın orta ölçüsü 1 mikrondur.

Nəzəri olaraq, bir hüceyrəli mikroorqanizmin minimum ölçüsü 0,15-0,20 mikrondur. Daha kiçik bir ölçü ilə hüceyrə öz növünü çoxalda bilməyəcək, çünki lazımi tərkibdə və miqdarda biopolimerləri yerləşdirməyəcəkdir.

Bakteriyaların təbiətdəki rolu

İnsan orqanizmində milyondan çox müxtəlif təkhüceyrəli mikroorqanizmlər bir yerdə yaşayır. Onlardan bəziləri son dərəcə faydalıdır, digərləri sağlamlığa düzəlməz zərər verə bilər. Körpə doğuş zamanı bakteriyaların ilk "hissəsini" alır - ananın doğum kanalından keçərkən və doğuşdan sonrakı ilk dəqiqələrdə.

Uşaq qeysəriyyə əməliyyatı ilə doğulubsa, körpənin bədəni əlaqəsi olmayan mikroorqanizmlər tərəfindən kolonizasiya olunur. Nəticədə onun təbii toxunulmazlığı azalır və allergik reaksiya riski artır. Üç yaşına qədər uşağın mikrobiomunun çoxu yetkin olur. Hər bir insanın özündə yaşayan özünəməxsus mikroorqanizmlər dəsti var.

Bakteriyalar insanlar tərəfindən dərman və qida məhsullarının istehsalında istifadə olunur. Onlar üzvi birləşmələri parçalayır, onları təmizləyir və çirkli tullantıları zərərsiz suya çevirir. Torpaq mikroorqanizmləri bitkilərin inkişafı üçün zəruri olan azot birləşmələrini əmələ gətirir. Təkhüceyrəli orqanizmlər üzvi maddələri aktiv şəkildə emal edir və planetimizdə həyatın əsasını təşkil edən təbiətdəki maddələrin dövranını həyata keçirir.

Nəhəng kükürd bakteriyasının genomunu ardıcıllıqla tərtib etmək cəhdləri Akromatium oxaliferum paradoksal nəticə verdi: məlum oldu ki, hər bir bakteriya hüceyrəsində bir deyil, çoxlu müxtəlif genomlar var. Hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyin səviyyəsi A. oxaliferumçoxnövlü bakteriya icmasının müxtəlifliyi ilə müqayisə edilə bilər. Göründüyü kimi, müxtəlif xromosomlar sitoplazmanın müxtəlif hissələrində çoxalır, böyük kalsit daxilolmaları ilə çox zəif əlaqə quran bölmələrə bölünür. Genlərin xromosomdan xromosoma köçürülməsini asanlaşdıran çoxsaylı mobil genetik elementlər daxili genetik müxtəlifliyin qorunmasında mühüm rol oynayır. Kəşf müəllifləri təklif edirlər ki, bu unikal orqanizmdə təbii seçmə hüceyrə səviyyəsində deyil, bir nəhəng hüceyrənin ayrı-ayrı bölmələri səviyyəsində baş verir.

1. Sirli bakteriyalar

Nəhəng kükürd bakteriyaları Akromatium oxaliferum 19-cu əsrdə kəşf edilib, lakin onun biologiyası hələ də sirli olaraq qalır - əsasən akromatiumun laboratoriyada becərilməsi mümkün olmadığı üçün. Akromatium hüceyrələrinin uzunluğu 0,125 mm-ə çata bilər, bu da onu şirin su bakteriyalarının ən böyüyü edir (dənizlərdə daha böyük kükürd bakteriyaları var, məsələn Thiomarqarita Xəbərdə təsvir edilən ən qədim Prekembri embrionlarının bakteriya olduğu ortaya çıxdı. , “Elementlər”, 01/15/2007).

Akromatium oxaliferum təzə göllərin dib çöküntülərində yaşayır, burada adətən oksigen və anoksik zonaların sərhədində olur, həm də tamamilə anoksik təbəqələrə nüfuz edir. Akromatiumun digər növləri (və ya növləri) mineral bulaqlarda və gelgit bataqlıqlarının şoran çöküntülərində yaşayır.

Akromatium hidrogen sulfidi oksidləşdirərək enerji əldə edir, əvvəlcə kükürd (sitoplazmada qranullar şəklində saxlanılır), sonra isə sulfatlara çevrilir. Qeyri-üzvi karbonu fiksasiya etməyə qadirdir, lakin üzvi birləşmələri də mənimsəyə bilir. Onun yalnız avtotrof maddələr mübadiləsi ilə yaşaya biləcəyi və ya üzvi qidalanma tələb edib-etmədiyi aydın deyil.

Akromatiumun unikal xüsusiyyəti onun hüceyrələrində kolloid kalsitin çoxsaylı böyük daxilolmalarının olmasıdır (şəkil 1). Bakteriyaların buna nə üçün ehtiyacı olduğu və kalsium karbonatın onun metabolizmində hansı rol oynadığı dəqiq məlum deyil, baxmayaraq ki, inandırıcı fərziyyələr mövcuddur (V. Salman et al., 2015. Cinsin kalsit yığan iri kükürd bakteriyaları Akromatium Sippewissett Duz Bataqlığında).

Akromatiumun sitoplazması kalsit qranulları arasındakı boşluqlarda toplanır və bu, əslində onu bir çox əlaqə bölmələrinə bölür. Bölmələr tamamilə təcrid olunmasa da, onlar arasında maddələr mübadiləsi zahirən çətindir, xüsusən prokaryotlar eukariotlara nisbətən daha az inkişaf etmiş aktiv hüceyrədaxili nəqliyyat sistemlərinə malikdir.

İndi belə çıxır ki, kalsit qranulları akromatiumun yeganə unikal xüsusiyyəti deyil. Və hətta ən heyrətamiz deyil. Jurnalda dərc olunan məqalədə Təbiət Əlaqələri, Alman və Britaniya bioloqları ayrı-ayrı hüceyrələrin genomlarını oxumaq cəhdləri nəticəsində yaranan paradoksal nəticələr bildirdilər. A. oxaliferum Almaniyanın şimal-şərqindəki Stechlin gölünün dib çöküntülərindən. Bu nəticələr o qədər qeyri-adidir ki, onlara inanmaq çətindir, baxmayaraq ki, onların etibarlılığına şübhə etmək üçün heç bir səbəb yoxdur: iş metodoloji cəhətdən çox diqqətlə aparılmışdır.

2. Poliploidiyanın təsdiqi

Baxmayaraq ki, akromatium, artıq qeyd edildiyi kimi, becərilməsi mümkün olmayan bir bakteriyadır, bu narahatlıq qismən hüceyrələrin nəhəng ölçüsü ilə kompensasiya edilir. Onlar işıq mikroskopunda, hətta aşağı böyüdülmədə də aydın görünür və dib çöküntülərinin nümunələrindən əl ilə toplana bilər (əvvəllər böyük hissəcikləri çıxarmaq üçün filtrdən keçirdilər). Müəlliflər tədqiqatları üçün materialları məhz belə toplayıblar. Hüceyrələr A. oxaliferumÜzvi örtüklə örtülmüş, səthi müxtəlif kohabitantlarla - kiçik bakteriyalarla doludur. Müəlliflər nümunələrdə kənar DNT nisbətini azaltmaq üçün seçilmiş hüceyrələrdən bütün bu müşayiət edən mikrobiotanı diqqətlə yuyublar.

Başlamaq üçün tədqiqatçılar hüceyrədə nə qədər genetik material olduğunu və onun necə paylandığını anlamaq üçün Akromatium hüceyrələrini xüsusi flüoresan DNT boyası ilə boyadılar. Məlum oldu ki, DNT molekulları sitoplazmanın hər hansı bir sahəsi ilə məhdudlaşmır, lakin kalsit qranulları arasındakı boşluqlarda çoxlu (orta hesabla hər hüceyrəyə təxminən 200) yerli yığılmalar əmələ gətirir (şəkil 1, b, d).

Böyük bakteriyalar və onların genetik quruluşu haqqında bu gün məlum olan hər şeyi nəzərə alsaq, bu fakt artıq sübut edilmiş hesab etmək üçün kifayətdir. A. oxaliferum poliploiddir, yəni onun hər bir hüceyrəsində genomun bir yox, çoxlu nüsxəsi var.

Ancaq geriyə baxanda belə nəhəng prokaryotik hüceyrənin tək bir nüsxə ilə yaşaya bilməyəcəyi aydın olur. Bütün hüceyrəni zülal sintezi üçün lazım olan transkriptlərlə təmin etmək sadəcə olaraq kifayət etməyəcəkdir.

DNT klasterlərinin flüoresan parlaqlığına görə fərqləndiyinə görə, bu qruplar çox güman ki, müxtəlif sayda xromosomları ehtiva edir. Burada qeyd etmək lazımdır ki, adətən prokaryotik hüceyrənin bütün genomu bir dairəvi xromosomda yerləşir. Bu akromatium üçün sübut edilməmişdir, lakin çox ehtimal olunur. Buna görə də, sadəlik naminə müəlliflər "xromosom" terminini "genomun bir nüsxəsi" termininin sinonimi kimi istifadə edirlər və biz də eyni şeyi edəcəyik.

Bu mərhələdə hələ sensasiyalı heç nə aşkarlanmayıb. Hər kəsin prokaryotların həmişə və ya demək olar ki, həmişə hər hüceyrədə yalnız bir halqa xromosomu olduğunu düşündüyü günlər geridə qaldı. Bu gün bir çox poliploid bakteriya və arxeya növləri artıq məlumdur (bax, “Elements”, 06/14/2016).

3. Çoxnövlü birliyin metagenomu - bir hüceyrədə

Möcüzələr müəlliflər seçilmiş və yuyulmuş hüceyrələrdən DNT-ni təcrid etməyə və onları sıralamağa başlayanda başladı. 10.000 hüceyrədən bir metagenom əldə edildi (bax Metagenomics), yəni müxtəlif fərdlərə aid qısa ardıcıllıqla təsadüfi xromosom fraqmentlərinin (oxuduğu) və birlikdə populyasiyanın genetik müxtəlifliyi haqqında bir fikir verən dəsti (təxminən 96 milyon) .

Tədqiqatçılar daha sonra ayrı-ayrı hüceyrələrdən DNT sıralamağa başladılar. Birincisi, 16s-rRNA geninin fraqmentləri 27 hüceyrədən təcrid olundu, bunun vasitəsilə prokaryotları təsnif etmək adətdir və analiz edilən nümunədə müəyyən bir mikrob növünün olması adətən müəyyən edilir. Təcrid olunmuş fraqmentlərin demək olar ki, hamısı Ahromatium-a aid idi (yəni onlar genetik məlumat bazalarında artıq mövcud olan Akromatiumun 16s rRNA ardıcıllığına təxminən uyğun gəlirdi). Buradan belə nəticə çıxır ki, tədqiq olunan DNT heç bir yad bakteriyanın genetik materialı ilə çirklənməmişdir.

Məlum oldu ki, hər hüceyrə A. oxaliferum, digər prokaryotların böyük əksəriyyətindən fərqli olaraq, 16s-rRNA geninin bir deyil, bir neçə müxtəlif variantını (alellərini) ehtiva edir. Variantların dəqiq sayını müəyyən etmək çətindir, çünki kiçik fərqlər ardıcıllıq səhvləri ilə izah edilə bilər və yalnız çox fərqli fraqmentlər "fərqli" hesab edilərsə, sual yaranır: nə qədərçox fərqli olmalıdırlar. Ən ciddi meyarlardan istifadə edərək, hər hüceyrədə 16s rRNA geninin təxminən 4-8 fərqli allelinin olduğu görünür, bu minimum təxmindir, lakin reallıqda çox güman ki, daha çoxdur. Bu, bir qayda olaraq, müəyyən bir genin eyni variantının bir hüceyrənin bütün xromosomlarında oturduğu digər poliploid prokaryotlara xas olan vəziyyətlə kəskin şəkildə ziddiyyət təşkil edir.

Üstəlik, 16s rRNA geninin allellərinin eyni hüceyrədə olduğu ortaya çıxdı. A. oxaliferum, tez-tez aşkar edilmiş (əvvəllər və indi) bu genin bütün variantlarının ümumi nəsil ağacında bir-birindən çox uzaqda budaqlar əmələ gətirir. A. oxaliferum. Başqa sözlə, bir hüceyrədən olan 16s rRNA allelləri, müxtəlif hüceyrələrdən təsadüfi olaraq alınan allellərdən daha çox bir-biri ilə əlaqəli deyil.

Nəhayət, müəlliflər altı ayrı hüceyrədən ümumi DNT ardıcıllığını həyata keçirdilər. Hər bir hüceyrə üçün təxminən 12 milyon təsadüfi fraqment oxundu. Normal bir vəziyyətdə, bu, oxunuşlardan, onların üst-üstə düşən hissələrini, altı çox keyfiyyətli (yəni, çox yüksək əhatəli oxuyur, Əhatə dairəsinə baxın) fərdi genomlardan istifadə edərək, xüsusi kompüter proqramlarından istifadə etmək üçün kifayət edərdi.

Ancaq belə deyildi: demək olar ki, bütün oxunuşlar, şübhəsiz ki, Ahromatium-a aid olsa da (kənar DNT-nin qarışığı cüzi idi), oxunan fraqmentlər genomlara yığılmaqdan qəti şəkildə imtina etdi. Sonrakı təhlillər uğursuzluğun səbəbini aydınlaşdırdı: məlum oldu ki, hər bir hüceyrədən təcrid olunmuş DNT fraqmentləri əslində bir deyil, bir çox fərqli genomlara aiddir. Əslində, müəlliflərin hər bir fərdi hüceyrədən əldə etdikləri bir genom deyil, ancaq metagenom. Bu cür oxunuş dəstləri adətən təkcə bir orqanizmin deyil, həm də yüksək genetik müxtəlifliyə malik olan bütöv bir populyasiyanın təhlili yolu ilə əldə edilir.

Bu tapıntı bir neçə müstəqil şəkildə təsdiqləndi. Xüsusilə, demək olar ki, həmişə bir nüsxədə bakterial genomlarda mövcud olan onlarla gen məlumdur (tək surətli marker genləri). Bu tək surətli marker genləri bioinformatikada genom birləşmələrinin keyfiyyətini yoxlamaq, metagenomik nümunələrdə növlərin sayını təxmin etmək və digər oxşar vəzifələr üçün geniş istifadə olunur. Beləliklə, fərdi hüceyrələrin genomlarında (və ya "metagenomics"). A. oxaliferum bu genlərin əksəriyyəti bir neçə fərqli nüsxədə mövcuddur. 16s rRNA-da olduğu kimi, eyni hüceyrədə tapılan bu tək nüsxəli genlərin allelləri, ümumiyyətlə, müxtəlif hüceyrələrdən olan allellərdən daha çox bir-biri ilə əlaqəli deyil. Hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyin səviyyəsinin 10.000 hüceyrə metagenomundan təxmin edilən bütün populyasiyanın müxtəliflik səviyyəsi ilə müqayisə oluna biləcəyi aşkar edilmişdir.

Müasir metagenomikada artıq bir nümunədə tapılan çoxlu heterojen DNT fraqmentlərindən eyni genoma aid olan fraqmentləri təcrid etməyə imkan verən üsullar mövcuddur. Əgər belə fraqmentlər kifayət qədərdirsə, onda onlardan genomun əhəmiyyətli bir hissəsi və hətta tam genom yığıla bilər. Məhz bu yolla arxeyanın yeni supertipi Əsgərdarxəya yaxın vaxtlarda kəşf edildi və təfərrüatı ilə xarakterizə edildi (bax: Eukaryotların əcdadlarının aid olduğu arxeyanın yeni supertipi təsvir edilmişdir, “Elementlər”, 16.01.2017) . Müəlliflər bu üsulları ayrı-ayrı hüceyrələrin “metagenomikası”na tətbiq ediblər A. oxaliferum. Bu, hər bir "metagenomda" çox güman ki, fərdi dairəvi genomlara (xromosomlara) uyğun gələn 3-5 genetik fraqmentləri müəyyən etməyə imkan verdi. Daha doğrusu, hər bir belə dəst bir-birinə bənzər bütün genomlar qrupuna uyğun gəlir. Hər hüceyrədə müxtəlif genomların sayı A. oxaliferumçox güman ki, 3-5-dən çoxdur.

Eyni hüceyrədə mövcud olan genomlar arasındakı fərq səviyyəsi A. oxaliferum, təxminən növlərarası uyğun gəlir: bu səviyyədə fərqlərə malik bakteriyalar, bir qayda olaraq, eyni cinsin müxtəlif növlərinə aiddir. Başqa sözlə, hər bir fərdi hüceyrədə mövcud olan genetik müxtəliflik A. oxaliferum, hətta populyasiya ilə deyil, çoxnövlü icma ilə müqayisə edilə bilər. Əgər bütün bu DNT-nin tək bir hüceyrədən qaynaqlandığını bilmədən, müasir metagenomik üsullarla tək bir Akromatium hüceyrəsinin DNT-si “kor-koranə” təhlil edilsəydi, analiz nümunədə bir neçə növ bakteriya olduğunu açıq şəkildə göstərərdi.

4. Hüceyrədaxili gen transferi

Beləliklə, var A. oxaliferum prinsipcə yeni, həqiqətən eşidilməyən genetik təşkilat növü kəşf edilmişdir. Təbii ki, kəşf çoxlu suallar doğurur və hər şeydən əvvəl “bu necə ola bilər?!”

Biz ən maraqsız variantı nəzərdən keçirməyəcəyik, odur ki, bütün bunlar tədqiqatçıların kobud səhvlərinin nəticəsidir. Əgər belədirsə, tezliklə öyrənəcəyik: Təbiət Əlaqələri- jurnal ciddidir, digər komandalar araşdırmanı təkrarlamaq istəyəcək, ona görə də təkzibin uzun sürməsi ehtimalı azdır. Tədqiqatın diqqətlə aparıldığı və nəticənin etibarlı olduğu ehtimalına əsaslanaraq vəziyyəti müzakirə etmək daha maraqlıdır.

Bu vəziyyətdə əvvəlcə aşkar edilənlərin səbəblərini öyrənməyə çalışmalısınız A. oxaliferum görünməmiş hüceyrədaxili genetik müxtəliflik: necə əmələ gəlir, niyə saxlanılır və mikrobun özü necə sağ qalmağı bacarır. Bütün bu suallar çox çətindir.

Bu günə qədər tədqiq edilmiş bütün digər poliploid prokaryotlarda (o cümlədən Elementlərin oxucularına məlum olan duz sevən arxeyalarda) Haloferax vulkanı) hüceyrədə mövcud olan genomun bütün nüsxələri, nə qədər çox olmasından asılı olmayaraq, bir-birinə çox bənzəyir. Nəhəng hüceyrədaxili müxtəliflik kimi heç nə yoxdur A. oxaliferum, onlar bunu görmürlər. Və bu heç də təsadüfi deyil. Poliploidiya prokariotlara bir sıra üstünlüklər verir, lakin bu, resessiv zərərli mutasiyaların nəzarətsiz toplanmasına kömək edir, nəticədə nəsli kəsilməyə səbəb ola bilər (daha ətraflı məlumat üçün eukaryotların əcdadlarının poliploidiyası xəbərinə baxın - mitozun mənşəyini anlamaq üçün açar və meiosis, "Elementlər", 06/14/2016).

Mutasion yükün yığılmasının qarşısını almaq üçün poliploid prokaryotlar (və hətta poliploid bitki plastidləri) gen çevrilməsindən fəal istifadə edirlər - homoloji rekombinasiyanın asimmetrik versiyası, burada iki allel yerləri dəyişdirmir, xromosomdan xromosoma keçiddə olduğu kimi hərəkət edir və allellərdən biri digəri ilə əvəz olunur. Bu, xromosomların birləşməsinə səbəb olur. İntensiv gen çevrilməsi sayəsində zərərli mutasiyalar ya genin zədələnməmiş versiyası tərəfindən tez “üzerinə yazılır”, ya da homozigot olur, fenotipdə görünür və seleksiya yolu ilə rədd edilir.

U A. oxaliferum Gen çevrilməsi və xromosomların birləşməsi çox güman ki, bütün hüceyrənin miqyasında deyil, fərdi "bölmələr" səviyyəsində - kalsit qranulları arasındakı boşluqlarda baş verir. Buna görə də hüceyrənin müxtəlif hissələrində müxtəlif genom variantları toplanır. Müəlliflər bunu 16s rRNA geninin müxtəlif allel variantlarını seçici şəkildə boyamaqla sınaqdan keçirdilər (bax: Flüoresan yerində hibridləşmə). Məlum oldu ki, hüceyrənin müxtəlif hissələrində müxtəlif allel variantların konsentrasiyası fərqlidir.

Ancaq bu, hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyin ən yüksək səviyyəsini izah etmək üçün hələ kifayət deyil A. oxaliferum. Müəlliflər bunun əsas səbəbini yüksək mutagenez və hüceyrədaxili genomik yenidən qurulmasında görürlər. Eyni hüceyrədən olan xromosom fraqmentlərinin müqayisəsi göstərdi ki, bu xromosomlar, görünür, çox fırtınalı bir həyat sürürlər: onlar daim mutasiyaya uğrayır, bölmələri yenidən təşkil edir və mübadiləsi aparırlar. U A. oxaliferum Stechlin gölündən, mobil genetik elementlərin sayı digər bakteriyalarla müqayisədə kəskin şəkildə artır (onların ən yaxın qohumları da daxil olmaqla - ilkin məlumatlara görə hüceyrədaxili müxtəliflik səviyyəsinin daha aşağı olduğu duz bataqlıqlarından olan Akromatium). Mobil elementlərin fəaliyyəti tez-tez genomik yenidən qurulmalara və DNT bölmələrinin bir xromosomdan digərinə köçürülməsinə kömək edir. Müəlliflər hətta bunun üçün xüsusi bir termin də tapdılar: tanınmış üfüqi gen transferinə (HGT) bənzətməklə, “hüceyrədaxili gen transferi” (iGT).

Xromosomların tez-tez yenidən qurulmasının ən bariz sübutlarından biri A. oxaliferum- genomun müxtəlif versiyalarında, o cümlədən eyni hüceyrə daxilində genlərin müxtəlif sırası. Hətta bəzi konservləşdirilmiş (təkamül zamanı nadir hallarda dəyişən) operonlarda fərdi genlər bəzən eyni hüceyrə daxilində müxtəlif xromosomlarda müxtəlif ardıcıllıqla yerləşirlər.

Şəkil 2, müəlliflərin fikrincə, hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyi yüksək səviyyədə yaradan və saxlayan əsas mexanizmləri sxematik şəkildə göstərir. A. oxaliferum.

5. Hüceyrədaxili seleksiya

Tez-tez yenidən qurulma, hüceyrədaxili gen transferi, yüksək mutagenez dərəcəsi - bütün bunlar, ən azı, yüksək hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyi izah edə bilsə belə (və məncə, bunu edə bilməz, biz aşağıda bu barədə danışacağıq), akromatiumun necə idarə etdiyi aydın deyil. belə şəraitdə həyat qabiliyyətini saxlamaq üçün. Axı, neytral olmayan (fitness təsir edən) mutasiyaların və yenidən qurulmaların böyük əksəriyyəti zərərli olmalıdır! Poliploid prokaryotlarda artıq mutasiya yükü toplamaq meyli artıb və biz də ultra yüksək mutagenez sürətinə icazə versək, akromatium kimi bir canlının necə mövcud ola biləcəyi tamamilə anlaşılmaz olur.

Və burada müəlliflər həqiqətən yenilikçi bir fərziyyə irəli sürdülər. Onlar təklif edirlər ki, Akromatiumda təbii seçim bütöv hüceyrələr səviyyəsində deyil, ayrı-ayrı bölmələr səviyyəsində işləyir - kalsit qranulları arasında zəif əlaqə quran boşluqlar, hər birində, ehtimal ki, öz genom variantları çoxalır.

İlk baxışdan fərziyyə vəhşi görünə bilər. Ancaq bu barədə düşünsəniz, niyə olmasın? Bunun üçün hər bir xromosomun (və ya oxşar xromosomların hər bir yerli çoxluğunun) məhdud “fəaliyyət radiusuna” malik olduğunu, yəni bu xromosomda kodlanan zülalların sintez olunduğunu və əsasən onun bilavasitə yaxınlığında işlədiyini güman etmək kifayətdir. hüceyrə daxilində bərabər paylanmır. Çox güman ki, belədir. Bu vəziyyətdə, daha müvəffəqiyyətli xromosomların yerləşdiyi bölmələr (minimum zərərli və maksimum faydalı mutasiyaları ehtiva edir) xromosomlarını daha sürətli təkrarlayacaq, daha çox olacaq, hüceyrə daxilində yayılmağa başlayacaq, tədricən yerdəyişməyə başlayacaqlar. qonşu bölmələrdən genomun daha az uğurlu nüsxələri. Prinsipcə, bu mümkündür.

6. Hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyin daha çox izaha ehtiyacı var

Bir suala cavab verən genomların intensiv hüceyrədaxili seçilməsi ideyası (niyə Akromatium bu qədər yüksək mutagenez sürətində ölmür) dərhal başqa bir problem yaradır. Məsələ burasındadır ki, belə bir seçim sayəsində genomun daha uğurlu (daha sürətli təkrarlanan) nüsxələri qaçılmaz olaraq hüceyrə daxilində daha az müvəffəqiyyətli nüsxələri sıxışdırmalıdır. azaldılması hüceyrədaxili genetik müxtəliflik. Ən başından izah etmək istədiyimiz şey.

Üstəlik, aydındır ki, hüceyrədaxili genetik müxtəliflik hər hüceyrə bölünməsi ilə kəskin şəkildə azalmalıdır. Fərqli xromosomlar müxtəlif bölmələrdə oturur, buna görə də bölünərkən hər bir qız hüceyrəsi hamısını deyil, ana hüceyrədə mövcud olan genom variantlarının yalnız bir qismini alacaq. Bunu hətta Şəkildə də görmək olar. 2.

Hüceyrədaxili seçmə və genomların bölmələrə bölünməsi iki güclü mexanizmdir ki, daxili müxtəlifliyi elə tez azaltmalıdır ki, mutagenezin heç bir ağlasığmaz (həyata uyğun) sürəti buna tab gətirə bilməz. Beləliklə, hüceyrədaxili genetik müxtəliflik izah edilməmiş olaraq qalır.

Əldə edilən nəticələri müzakirə edən müəlliflər xəbərlərdə təsvir olunan işimizə dəfələrlə müraciət edirlər ki, bu da eukariotların əcdadlarının poliploidliyi mitoz və meiozun mənşəyini anlamaq üçün açardır. Xüsusilə, poliploid prokaryotların digər hüceyrələrlə genetik material mübadiləsindən böyük fayda əldə etdiyini qeyd edirlər. Lakin onlar hesab edirlər ki, hüceyrələrarası genetik mübadilə akromatiumun həyatında böyük rol oynamır. Bu onunla əsaslandırılır ki, DNT-nin xarici mühitdən udulması üçün genlər (transformasiya, bax: Transformasiya) Akromatiumun metagenomunda tapılsa da, konyuqasiya üçün genlər yoxdur (bax: Bakterial konyuqasiya).

Məncə, akromatiumun genetik arxitekturası konyuqasiyaya deyil, müxtəlif fərdlərin genetik materialının qarışdırılmasının daha radikal üsullarına, məsələn, bütün xromosomların mübadiləsi və hüceyrə birləşməsinə işarə edir. Əldə edilən məlumatlara əsasən, genetik baxımdan hüceyrə A. oxaliferum prokaryotik plazmodium və ya sinsitium kimi bir şeydir. Yada salaq ki, akromatium kultivasiya oluna bilməyən bakteriyadır, ona görə də onun həyat dövrünün bəzi elementlərinin (məsələn, dövri hüceyrələrin birləşməsi) mikrobioloqların diqqətindən yayınması mümkündür.

Akromatiumun hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyinin əmələ gəlməsinin lehinə yox hüceyrədaxili olaraq, müəlliflər tərəfindən aşkar edilmiş əsas faktlardan biri, yəni bir hüceyrədə yerləşən bir çox genin allellərinin filogenetik ağacda bir-birindən uzaq budaqlar meydana gətirməsi ilə sübut olunur. Əgər allellərin bütün hüceyrədaxili müxtəlifliyi genləri bir-biri ilə dəyişməyən klonal yolla yayılan hüceyrələrin daxilində əmələ gəlmişdisə, onda bir hüceyrə daxilindəki allellərin fərqli hüceyrələrdən olan allellərdən daha çox bir-biri ilə əlaqəli olacağını gözləyərdik. Lakin müəlliflər bunun belə olmadığını inandırıcı şəkildə göstərdilər. Ümumiyyətlə, hüceyrə birləşməsinin Akromatiumun həyat dövründə iştirak etdiyinə mərc edərdim. Bu, nəhəng hüceyrədaxili genetik müxtəlifliyin ən həssas və inandırıcı izahı kimi görünür.

Məqalənin yekun hissəsində müəlliflər Akromatiumun genetik arxitekturasının eukariotların mənşəyinə işıq sala biləcəyinə işarə edirlər. Bunu belə formalaşdırırlar: “ Yeri gəlmişkən, Markov və Kaznacheev, Stechlin gölündəki Ahromatium kimi, proto-eukaryotik hüceyrələrin də xromosomlarını, poliploid bakteriyalarını/arxeylərini şaxələndirərək sürətlə mutasiya edə biləcəyini təklif etdilər." Tamamilə doğrudur, lakin biz onu da göstərmişik ki, belə bir canlı orqanizmlərarası geniş genetik mübadilə olmadan yaşaya bilməz. Ümid edək ki, sonrakı araşdırmalar akromatiumun hələ də həll olunmamış sirlərinə işıq salacaq.