Հիմնական նյութ

Դասընթաց․ (7-րդ դասարան․ կենսաբանություն) > Բաժին 2

Դաս 2: Նախակորիզավորների նյութափոխանակությունը և էկոլոգիան

Նախակորիզավորների փոխազդեցությունները և էկոլոգիան

Համագործակցություն և նախակորիզավորների «բազմաբջջայնությունը»։ Մուտուալիզմ, կոմենսալիզմ, մակաբուծություն։ Ածխածնի և ազոտի շրջապտույտներ։

Հիմնական դրույթներ

Բակտերիաները կարող են շատ համագործակցող լինել։ Որոշները նույնիսկ ձևավորում են կարգավորված կառուցվածքներ, որոնք շատ նման են բազմաբջիջ հյուսվածքներին։
Որոշ միկրոօրգանիզմներ միմյանց ամրանում են մակերեսներով՝ առաջացնելով այսպես կոչված կենսաշերտեր, որոնց միջոցով դրանք փոխանակում են սննդանյութեր։
Որոշ նախակորիզավորներ սերտ փոխհարաբերություններ են առաջացնում բույսերի, կենդանիների կամ սնկերի հետ։ Այս փոխհարաբերությունները կարող են լինել մուտուալիստական(+/+)՝ երկուստեք օգտակար, կոմենսալիստական (+/0), երբ միայն մեկ օրգանիզմն է ստանում առավելություն, իսկ մյուսի համար չեզոք է կամ մակաբուծություն (+/-)՝ մեկն ապրում է մյուսի հաշվին։

Բակտերիաներ․ զարմանալիորեն շփվող օրգանիզմներ

Եթե ասեմ բակտերիա, առաջինը ի՞նչ բառ կանցնի մտքովդ։ Ամենայն հավանականությամբ, դա համագործակցող բառը չի լինի։ Սակայն բակտերիաները և մյուս նախակորիզավորները (արքեաներ) ապացուցում են, որ իրենք շատ ավելի շփվող և համագործակցող են, քան սկզբում թվում էր կենսաբաններին։

Որոշ բակտերիաներ համագործակցում են խմբերով՝ միմյանց մեջ բաժանելով նյութափոխանակության գործընթացները և կիսելով դրանց արտադրանքը։ Մյուսները համագործակցում են տեր օրգանիզմի հետ (չնայած որոշներն էլ ստեղծում են չեզոք կամ վնասակար փոխհարաբերություններ)։

Այս հոդվածում նախ կբացահայտենք, թե ինչպես են բակտերիաները համագործակցում իրար հետ և կազմում համակարգված խմբեր (երբեմն գրեթե թվացյալ «բազմաբջիջ»)։ Այնուհետև կուսումնասիրենք այլ տեսակների հետ բակտերիաների փոխազդեցության մի քանի եղանակ։

Համագործակցումն ու «բազմաբջջայնությունը» բակտերիաներում

Բակտերիաները հաճախ միմյանց հետ համագործակցելիս օգուտ են ստանում։ Այս համագործակցությունը կարող է լինել թույլ կամ այնքան համակարգված, որ այն սկսի նմանվել կորիզավորների բազմաբջջայնությանը։

Ահա բակտերիաների համագործակցության մի քանի օրինակ․ ինքդ քեզ համար կարող ես որոշել՝ արդյոք դրանք դիտարկել որպես բազմաբջիջ, թե ոչ (առկա կենսաբանությունում քննարկվող և հակասական հարց)

^{1, 2}

Միքսոբակտերիաներ

Միքսոբակտերիաները հողում ապրող բակտերիաներ են, որոնք փոխազդում են՝ կազմելով համակարգված խմբեր (և նույնիսկ մասնագիտացված բջիջների նման բարդ կառուցվածքներ)։ Երբ միջավայրում սննդի աղբյուրները շատ են, միքսոբակտերիաները առաջացնում են սվորմ կոչվող խմբեր։ Սվորմը տեղաշարժվում է համակարգված ձևով և սնվում է՝ մարսողական ֆերմենտները հողի մեջ արտազատելով և արդեն մարսված սնունդը կլանելով։

_Նկարի աղբյուրը՝ "Myxococcus xanthus", ըստ՝ Michiel Vos-ի (CC BY 2.5)_

Եթե սննդի աղբյուրը սակավ է լինում, միքսոբակտերիաները միավորվում են՝ ձևավորելով բազմաբջիջ օրգանիզմի նմանվող կառուցվածք՝ պտղատու մարմին (տե՛ս ստորև նկարը)։ Պտղատու մարմիններում բջիջները զարգանում են՝ առաջացնելով սպորանման կառուցվածքներ՝ միքսոսպորներ։ Յուրաքանչյուր միքսոսպոր ունի հաստ բջջապատ, որի շնորհիվ այն երկար ժամանակ գոյատևում է։ Երբ սննդի աղբյուրները հասանելի են դառնում, միքսոսպորները բողբոջում են՝ առաջացնելով նոր սվորմ։

Շղթա առաջացնող ցիանոբակտերիաներ

Anabaena ցեղի ցիանոբակտերիաները չեն առանձնանում ուղղակի բաժանումից (բակտերիալ բջջի բաժանում) հետո։ Փոխարենը դրանք միասին են մնում միմյանց միացած բջիջների շղթայով, ինչպես ցուցադրված է ստորև նկարում։

_Ձևափոխված նկարի աղբյուրը՝ "Anabaena circinalis", ըստ՝ Imre Oldal-ի (CC BY-SA 4.0)։ Ձևափոխված նկարի արտոնագիրը՝ CC BY-SA 4.0_

Ցիանոբակտերիաների բջիջներն ունակ են և՛ ֆոտոսինթեզ կատալու, և՛ ազոտ ֆիքսելու։ Բայց նույն բջիջը չի կարող այս երկու գործողությունը միաժամանակ կատարել, քանի որ ֆոտոսինթեզի արդյունքում արտազատված թթվածինը արգելակում է ազոտի ամրագրումը (վնասում է ազոտ ամրագրող ֆերմենտներին)

^{4}

Այս խնդրի լուծման համար շղթայի որոշ բջիջներ միջավայրում ազոտի քիչ քանակի դեպքում վերածվում են հետերոցիստ կոչվող բջիջների։ Հետերոցիստները, ի տարբերություն շղթայի ֆոտոսինթեզ կատարող մյուս բջիջների, մասնագիտացված են ազոտի ամրագրման գործընթացում։

Կենսաշերտեր

Կենսաշերտերը միկրոօրգանիզմների հավքականներ են, որոնք միմյանց միանում են մակերեսներով և չեն առանձնանում իրենց իսկ արտադրած ածխաջրածնային նյութի հաշվին։ Շատ դեպքերում կենսաշերտերը առաջանում են քվորումի առկայության շնորհիվ։ Քվորումի առկայության ժամանակ բակտերիաները շարունակաբար փոխանակում են ազդանշաներ։ Վերջիններիս միջոցով բակտերիաները պարզում են պոպուլյացիայի խտությունը և կարող են փոխել իրենց վարքագիծը, երբ պոպուլյացիայի խտությունը որոշակի սահմանից մեծանում կամ փոքրանում է։

Կենսաշերտերում հաճախ պարունակվում են տարբեր տեսակի բակտերիաներ և այլ միկրոօրգանիզմներ։ Որոշ դեպքերում կենսաշերտերի տարբեր անդամները նյութափոխանակության տեսանկյունից կոմպլեմենտար են՝ դրանցից մեկի արտադրած մոլեկուլները կարող է օգտագործել մյուսը։ Կենսաշերտերում սովորաբար առկա են ջրաթափանց անցուղիներ սննդանյութերի և կենսագործունեության արգասինքների փոխադրման համար։ Որոշ կենսաբաններ համեմատում են այս անցուղիները «շրջանառության պարզագույն համակարգերի» հետ։

Բնության մեջ բակտերիաների հիմնական մասը հավանաբար բնակվում է տարբեր մակերեսների վրա, այսինքն՝ դրանք ազատ չեն լողում, իսկ կենսաշերտերը տարածված են ամենուրեք։ Դրանք ապրում են, օրինակ, խոհանոցի անկյուններում, տախտակների, ծորակների, զուգարանակոնքերի վրա։ Նույնիսկ այն կարիեսը, որն ատամնաբույժը հեռացնում է քո ատամներից, կենսաշերտ է։

Կենսաշերտերը գրավում են մեր ուշադրությունը, երբ մեզ համար խնդիրներ են առաջացնում։ Ախտածին (հիվանդություն առաջացնող) կենսաշերտերը, օրինակ՝ վերոբերյալ նկարում պատկերված Staphylococcus կենսաշերտը կարող է խնդիրներ առաջացնել հիվանդանոցներում։ Հակաբիոտիկներով դրանց ոչնչացնելը դժվար է, բացի դրանից՝ եթե դրանք վարակեն բժշկական սարքավորումները (օրինակ՝ կաթետրները), ապա մարդու մեջ կարող են առաջացնել կայուն վարակներ։ Այլ կենսաշերտեր քայքայում են մետաղական խողովակները՝ վնասելով արդյունաբերական սարքավորումները։

Այնուամենայնիվ, որոշ կենսաշերտեր կարող են օգտակար լինել։ Օրինակ՝ կենսաշերտերը օգտագործվում են ջրի մաքրման կայաններում՝ կոյուղաջրերից օրգանական նյութերը հեռացնելու համար։

Բազմաբջի՞ջ, թե՞ ոչ

Վերոնշյալ օրինակում բակտերիաները համագործակցում են։ Բիոֆիլմերում բջիջների վարքագիծը որոշ չափով նման է բազմաբջիջ օրգանիզմներում բջիջների համագործակությանը։ Anabaena տեսակի ցիանոբակտերիաները և միքսոբակտերիաները, համենայն դեպս իմ կարծիքով, շատ ավելի նման են բազմաբջիջներին։

Որոշ գիտնականներ պնդում են, որ այս համագործակցող բակտերիաները պետք է որակավորվեն որպես բազմաբջիջ օրգանիզմներ։ Մյուսները, սակայն, կարծում են, որ նախակորիզավորները չեն կարող բազմաբջիջ լինել, և դրանք պարզապես համագործակցող օրգանիզմների օրինակներ են (ինչպես, օրինակ՝ մրջյունները մրջնաբներում)։ Եվ քանի որ որոշումը դեռ կայացված չէ, դու կարող ես լինել այս հարցի դատավորը։

Մուտուալիստական, կոմենսալ և մակաբույծ բակտերիաներ

Մենք տեսանք մի քանի հատուկ օրինակ, որտեղ բակտերիաները համագործակցում են, որպեսզի առաջացնեն կարգավորված (նույնիսկ կարելի է ասել՝ բազմաբջիջ) փոխհարաբերություններ։ Բայց բակտերիաների շատ տեսակներ նաև ձևավորում են սերտ հարաբերություններ որոշ կորիզավորների, օրինակ՝ մարդու հետ՝ սովորաբար բնակվելով նրանց մեջ։

Տեսակների միջև կարևոր 3 էկոլոգիական փոխհարաբերություններն են մուտուալիզմը, կոմենսալիզմը և մակաբուծությունը։ Բակտերիաները կարող են մասնակցել նշված բոլոր 3 տեսակի փոխհարաբերություններին։ Փաստորեն, մարդիկ փոխհարաբերություններ ունեն յուրաքանչյուր կատեգորիայում։

Մուտուալիզմ

Որոշ բակտերիաներ ձևավորում են մուտուալիզմ՝ երկու օրգանիզմների միջև փոխօգտակար հարաբերություն։

Օրինակ՝ Ruminococcus տեսակի բակտերիաները բնակվում են կովի աղիքներում և քայքայում են թաղանթանյութը (խոտի մեջ պարունակվող ածխաջուր) մինչև կովի օրգանիզմի համար կիրառելի մոլեկուլի։ Առանց այս բակտերիաների օգնության կովերը չէին կարողանա մարսել խոտը։ Դրա փոխարեն բակտերիաները կովից ստանում են սննդանյութեր և բնակվելու համար ապահով վայր (կովի աղիքներ)

^{7}

Կոմենսալիզմ

Բակտերիաները կարող են նաև առաջացնել կոմենսալիզմ՝ երկու օրգանիմների միջև փոխհարաբերության տարբերակ, որում մի օրգանիզմը օգուտ է ստանում, իսկ մյուս օրգանիզմը անտարբեր է (+/0)։

Օրինակ՝ մարդկանց օրգանիզմում կան միլիոնավոր բակտերիաներ, որոնք բնակվում են մեր մարմնի վրա կամ ներսում։ Շատերը կարծում են, որ այդ բակտերիաները մեզ հետ կոմենսալիզմ են առաջացնում (օրինակ՝ դրանք կարող են սնվել մահացած բջիջներով կամ նյութափոխանակության ենթամթերքներով)։ Այնուամենայնիվ, հաճախ այս կոմենսալիստական հարաբերությունների խոր ուսումնասիրություններից պարզվում է, որ դրանք իրականում մակաբուծության (տե՛ս ստորև) օրինակներ են։

Մակաբուծություն

Մակաբուծությունը երկու օրգանիզմների միջև փոխհարաբերության տեսակ է, որում մի օրգանիզմը օգուտ է ստանում, իսկ մյուսը՝ տուժում (+/-)։ Մակաբույծ բակտերիաները մարդիկ ամենալավն են ճանաչում։ Հենց մարդիկ են բակտերիաներին տվել իրենց վատ համբավը՝ որպես վնասակար փոքրիկ օրգանիզմներ։

Հիվանդությունների հարուցիչ բակտերիաները սննդանյութեր են ստանում մարդու օրգանիզմից և վնասում տիրոջ բջիջները նաև այլ եղանակներով՝ առաջացնելով բակտերիալ վարակներին ուղեկցող տհաճ ախտանիշները։

Մակաբույծները կարող են տարբեր ձևերով վնասել տիրոջ բջիջները։ Դրանք կարող են ներխուժել հյուսվածներ՝ արտադրելով թույներ կամ անմիջապես վնասելով տիրոջ բջիջները

^{9, 10}

։ Որոշ մակաբույծներ, օրինակ՝ տոքսոպլազմայի հարուցիչը՝ Toxoplasma gondii, նույնիսկ կարող են տեղակայվել տիրոջ բջիջների մեջ։

Ստուգիր գիտելիքներդ

Միքսոբակտերիաները հողում բնակվող բակտերիաներ են, որոնք հիմնականում ապրում են սվորմ կոչվող համագործակցական խմբերով։ Երբ սննդի աղբյուրները սակավ են դառնում, միքսոբակտերիաները միաձուլվում են՝ առաջացնելով պտղատու մարմին։ Վերջինս բազմաբջիջ կառուցվածք է, որում որոշ բջիջներ վերածվում են սպորների (մասնագիտացված կառուցվածքներ, որոնք պատված են հաստ բջջապատով և կարող են դիմակայել միջավայրի դժվար պայմաններին)։ Երբ շրջակա միջավայրի պայմանները կրկին բարենպաստ են դառնում, այս սպորները բողբոջում են՝ առաջացնելով նոր սվորմ։

Ինչպե՞ս է պտղատու մարմինների առաջացումն օգնում միքսոբակտերիաների պոպուլյացիային գոյատևելու։

(Ընտրություն A)
Փրկելով պոպուլյացիայի գոնե մի քանի առանձնյակ (որպես սպորներ), մինչև սննդի աղբյուրները կրկին հասանելի լինեն։
(Ընտրություն B)
Թույլ տալով որոշ միքսոբակտերիաների հեռանալ պոպուլյացիայից՝ նվազեցնելով սննդի համար մրցակցությունը։
(Ընտրություն C)
Երբ միջավայրի պայմանները կրկին բարենպաստ դառնան, մի խումբ միքսոբակտերիաներ կկարողանան բողբոջել՝ թույլ տալով պոպուլյացիային վերականգնել խմբային կյանքի վարքագիծը։
(Ընտրություն D)
Առաջացնելով պտուղ, որով միքսոբակտերիաները կարող են սնվել։

Երբ միջավայրի պայմաններն անբարենպաստ են դառնում, տվյալ պոպուլյացիայի բակտերիաները համախմբվում են՝ առաջացնելով պտղատու մարմին։ Սա նշանակում է, որ առանձնյակները չեն հեռանում խմբից։

Քանի որ սպորները պաշտպանված են արտաքին դաժան պայմաններից (իրենց բջջապատի միջոցով), դրանք նիրհում և ապահով գոյատևում են մինչև պայմանների բարելավումը։ Սա թույլ է տալիս որոշ միքսոբակտերիաների գոյատևել միջավայրի անբարենպաստ պայմաններին։

Պտղատու մարմնում որոշ բջիջներ վերածվում են սպորների։ Սա նշանակում է, որ երբ միջավայրի պայմանները կրկին բարենպաստ դառնան, այս միքսոբակտերիաները կկարողանան բողբոջել։ Այսպիսով՝ պայմանների բարելավումից հետո մի խումբ միքսոբակտերիաներ կառաջանան։

Համագործակցորեն առաջացած պտղատու մարմինը կարող է օգնել միքսոբակտերիաների պոպուլյացիային գոյատևելու․

Թույլ տալով խմբի որոշ առանձնյակների գոյատևել (սպորների ձևով), մինչև որ սննդի աղբյուրները կրկին հասանելի դառնան։
Երբ միջավայրի պայմանները կրկին բարենպաստ դառնան, մի խումբ միքսոբակտերիաներ կբողբոջեն՝ թույլ տալով վերականգնել խմբային վարքագիծը։

Վերագրումներ և մեջբերումներ

Այս հոդվածը ձևափոխված է "Նախակորիզավորների բազմազանությունը," հոդվածից, ըստ՝ OpenStax College, Biology CC BY 4.0. բնօրինակը ներբեռնելու համար՝ http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.8.

Մշակված հոդվածի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-NC-SA 4.0

Օգտագործված գրականություն

Gould, S. E. (2011, November 16). Bacteria with bodies - multicellular prokaryotes. In Scientific american. Retrieved from https://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/bacteria-with-bodies-multicellular-prokaryotes/.
General, non-lecture-specific questions. (n.d.) In MCB 150 frequently asked questions. Retrieved October 29, 2016 from https://www.life.illinois.edu/mcb/150/private/faq/index.php?action=artikel&cat=2&id=99&artlang=en.
Gilmore, D. (n.d.). The myxobacteria. Retrieved from http://www.clt.astate.edu/dgilmore/Research%20students/myxobacteria2.htm.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Metabolic cooperation. In Campbell biology (10th ed., p. 576). San Francisco, CA: Pearson.
Starr, C. and Taggart, R. (2006). Domain bacteria. In Biology: The unity and diversity of life (11th ed., p. 338). Belmont, CA: Thomson Higher Education.
Davey, M. E. and O'Toole, G. A. (2000). Microbial biofilms: From ecology to molecular genetics. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 64(4), 847-867. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC99016/.
Cellulose degradation in the rumen. (2013, 27 April) Retrieved February 17, 2016 from Microbewiki: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Cellulose_Degradation_in_the_Rumen.
Todar, K . (2012). The normal bacterial flora of humans. In Todar's online textbook of bacteriology. Retrieved from http://textbookofbacteriology.net/normalflora_2.html.
Pathogenic bacteria. (2016, May 18). Retrieved May 17, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Pathogenic_bacteria.
Peterson, Johnny W. (1996). Pathogenic mechanisms. In S. Baron (ed.), Medical microbiology (4th ed., Ch. 7). Galveston, TX: University of Texas Medical Branch at Galveston. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8526/#_A549_.
Hu, Ke, Jeff Johnson, Laurence Florens, Martin Fraunholz, Sapna Suravajjala, Camille DiLullo, John Yates, David S. Roos, and John M. Murray. (2006). Cytoskeletal components of an invasion machine-the apical complex of Toxoplasma gondii. PLoS Pathogens, 2(2), e13. http://dx.doi.org/10.1371/journal.ppat.0020013.

Հղումներ

Biofilm. (2016, March 16). Retrieved March 20, 2006 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Biofilm .

Botox and its many uses. (2009, September). In Consumer reports. Retrieved from http://www.consumerreports.org/cro/2009/09/botox-and-its-many-uses/index.htm.

Cellulose degradation in the rumen. (2013, 27 April) Retrieved February 17, 2016 from Microbewiki: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Cellulose_Degradation_in_the_Rumen.

Gilmore, D. (n.d.). The myxobacteria. Retrieved from http://www.clt.astate.edu/dgilmore/Research%20students/myxobacteria2.htm.

Gould, S. E. (2011, November 16). Bacteria with bodies - multicellular prokaryotes. In Scientific american. Retrieved from https://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/bacteria-with-bodies-multicellular-prokaryotes/.

Hu, Ke, Jeff Johnson, Laurence Florens, Martin Fraunholz, Sapna Suravajjala, Camille DiLullo, John Yates, David S. Roos, and John M. Murray. (2006). Cytoskeletal components of an invasion machine-the apical complex of Toxoplasma gondii. PLoS Pathogens, 2(2), e13. http://dx.doi.org/10.1371/journal.ppat.0020013.

Escherichia coli. (2014, 13 November). Retrieved February 17, 2016 from Microbewiki: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Escherichia_coli.

Morowitz, M. J., Carlisle, E., and Alverdy, J. C. (2011). Contributions of intestinal bacteria to nutrition and metabolism in the critically ill. Surg Clin North Am, 91_(4), 771-785. http://dx.doi.org/10.1016/j.suc.2011.05.001.

OpenStax College, Biology. (2013, October 9). Prokaryotic metabolism. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/R8tUTi1x@10/Prokaryotic-Metabolism.

Pathogenic bacteria. (2016, May 18). Retrieved May 17, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Pathogenic_bacteria.

Peterson, Johnny W. (1996). Pathogenic mechanisms. In S. Baron (ed.), Medical microbiology (4th ed., Ch. 7). Galveston, TX: University of Texas Medical Branch at Galveston. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8526/#_A549_.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Bacteria and archaea: The prokaryotic domains. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 524-541). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Bacteria and archaea. In Campbell biology (10th ed., pp. 575-585). San Francisco, CA: Pearson.

Ryan, Meagan. (2011, March 11). Mutualism between humans and E.coli. In Themes of parasitology. Retrieved from http://bio390parasitology.blogspot.com/2011/03/mutualism-between-humans-and-e.html.

Starr, C. and Taggart, R. (2006). Domain bacteria. In Biology: The unity and diversity of life (11th ed., pp. 338-339). Belmont, CA: Thomson Higher Education.

Wilkin, D. and Gray-Wilson, N. (2016, March 23). Symbiotic relationships of prokaryotes - Advanced. In CK-12 biology advanced concepts. Retrieved from http://www.ck12.org/book/CK-12-Biology-Advanced-Concepts/section/11.12/.

Woodward, D. and Schaeffer, S. W. (2009, June 10). Prokaryotes II - Structure and function. In Biology 110 - Basic concepts and biodiversity. Retrieved from https://wikispaces.psu.edu/display/110Master/Prokaryotes+II+-+Structure+and+Function.

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: