معلومة

إذا تم اكتشاف الحياة على كوكب آخر ، فهل سيتم تصنيفها على الأرجح باستخدام المجال الحالي / المملكة / نظام اللجوء؟


قد يكون هذا سؤالًا غبيًا يوضح عدم فهمي للتصنيف ، لكنني كنت أتساءل عما إذا كان نظام التصنيف الحالي الذي نستخدمه يحتوي على فئات واسعة بما يكفي لتضمين أشكال حياة جديدة ، إذا تم اكتشافها على كواكب أخرى؟ هل سيعتمد هذا على ما إذا كان من الممكن إثبات أن الكائنات الحية الجديدة مرتبطة تطوريًا أم لا (مثل امتلاك DNA) ، أم أن أعلى مستويات التنظيم مستقلة عن الترابط وأكثر اعتمادًا على التشابه المادي؟


خلفية

هناك ثلاثة مستويات تصنيفية عالية في الأساس: البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى. تميّز العديد من المصادر بدائيات النوى وحقيقيات النوى فقط ، وتقسم بدائيات النوى إلى بكتيريا وعتائق. تفترض مصادر أخرى أن العتائق هي مجال ثالث على أعلى مستوى. هذا نقاش طويل ولحسن الحظ ليس الموضوع هنا.

من خلال المظهر ، يكون نظام المجال المزدوج أكثر منطقية لأن العتائق والبكتيريا تبدو متشابهة إلى حد كبير تحت المجهر ، ويمكن تمييز كليهما بوضوح عن حقيقيات النوى (التي لها نوى مرتبطة بالغشاء). في الوقت نفسه ، فإن مقارنة التركيب الجيني وآلية البروتين التي تتفاعل مع الحمض النووي وحقيقيات النوى والعتائق متشابهة جدًا والبكتيريا تختلف بوضوح عن كليهما. يوضح هذا كيف كان المظهر والتنظيم الجزيئي معيارين نموذجيين للتمييز بين فروع شجرة التطور.

ومع ذلك ، هناك العديد من الميزات التي تشترك فيها حتى تلك الفروع الثلاثة الأساسية للحياة ، وهي ليست بأي حال من الأحوال بسيطة أو قليلة العدد. على سبيل المثال ، تستخدم جميع أشكال الحياة الباقية الحمض النووي لتخزين المعلومات الجينية والبروتينات لجميع العمليات تقريبًا التي تحكم التفاعلات المختلفة التي تحدث في أي وقت في الخلية. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي على سبيل المثال قادر على أداء كل من وظيفة تخزين المعلومات للحمض النووي وكذلك الوظائف التحفيزية للبروتين. يوضح هذا فقط كيف أن المبادئ الكامنة وراء الحياة ليست فريدة بالنسبة للجزيئات المستخدمة الآن ، وقد تعمل "الحياة" خارج كوكب الأرض بنفس المبادئ على أساس جزيئي مختلف تمامًا.

حياة خارج كوكب الأرض

إذا كنت تريد معرفة ما إذا كانت الحياة الموجودة على كوكب آخر يمكن أن تتناسب مع نظام التصنيف الحالي لدينا ، فستكون الإجابة: لا ، على الأرجح لن يتم تصنيفها باستخدام المجال الحالي / المملكة / نظام اللجوء. هذا لأن نظامنا يصف الانحدار التطوري ، لذلك ما لم تشترك هذه الحياة المكتشفة حديثًا في سلف مشترك مع كائن حي على الأرض ، فيجب تصنيفها في نظام جديد تمامًا. (بالطبع هذا أمر ذاتي لأنك قد تجد أنه من الأرجح أنه يشترك في سلف مشترك [Panspermia] ، بينما أجد شخصيًا أنه من المرجح أن تكون الحياة قد تطورت بشكل منفصل تمامًا على هذا الكوكب الآخر نظرًا لأننا لم نسمع به أي حياة ضمن مسافة معقولة.)

ومع ذلك ، فمن الممكن أن تتبع هذه الحياة الجديدة نفس القواعد التطورية مثل الانتقاء الطبيعي ، وقد تدفع ضغوط تطورية مماثلة لتطوير خصائص مماثلة. قد يكون من الممكن بعد ذلك رسم أوجه تشابه لخصائص نظام التصنيف الحالي ، خاصة بناءً على الوظيفة الجزيئية ، وربما المظهر (الميكروسكوبلي).


إذا تم اكتشاف الحياة على كوكب آخر ، فهل سيتم تصنيفها على الأرجح باستخدام المجال الحالي / المملكة / نظام اللجوء؟ - مادة الاحياء

مجالات الحياة الثلاثة

بدائيات النوى هي خلايا بدائية ، بدون نواة أو عضيات مرتبطة بغشاء ، لها DNA يقع في "منطقة نووية" ، لكن الحمض النووي غير مرتبط داخل النواة كما هو الحال في حقيقيات النوى. بدائيات النوى لها ريبوسومات ، على الرغم من أن الريبوسومات أكثر بدائية قليلاً من الخلايا حقيقية النواة. الائتمان: OUC
بواسطة ليزلي مولين
لمعهد ناسا للبيولوجيا الفلكية
موفيت فيلد - 6 نوفمبر 2001
عندما بدأ العلماء في تصنيف الحياة لأول مرة ، تم تصنيف كل شيء على أنه حيوان أو نبات. ولكن مع اكتشاف أشكال جديدة من الحياة وتزايد معرفتنا بالحياة على الأرض ، تمت إضافة فئات جديدة تسمى "الممالك". ظهرت في النهاية خمس ممالك في المجموع - Animalia ، و Plantae ، و Fungi ، و Protista ، و Bacteria.

تم تجميع الممالك الخمس بشكل عام في فئتين تسمى Eukarya و Prokarya. تمثل حقيقيات النوى أربعة من الممالك الخمس (الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات). حقيقيات النوى هي كائنات حية تحتوي خلاياها على نواة - وهو نوع من الأكياس التي تحتوي على الحمض النووي للخلية. الحيوانات والنباتات والطلائعيات والفطريات كلها حقيقية النواة لأنها تحتوي جميعها على غشاء نووي يحمل الحمض النووي داخل خلاياها.

من ناحية أخرى ، تفتقر خلايا بدائيات النوى إلى هذا الغشاء النووي. بدلاً من ذلك ، يعد الحمض النووي جزءًا من بنية حمض نووي بروتيني تسمى nucleoid. البكتيريا كلها بدائيات النوى.

ومع ذلك ، فقد غيرت رؤية جديدة في البيولوجيا الجزيئية وجهة النظر هذه للحياة. تبين أن نوعًا من الكائنات بدائية النواة تم تصنيفها منذ فترة طويلة على أنها بكتيريا يحتوي على حمض نووي مختلف تمامًا عن الحمض النووي البكتيري. دفع هذا الاختلاف عالم الأحياء المجهرية كارل ووز من جامعة إلينوي إلى اقتراح إعادة تنظيم شجرة الحياة إلى ثلاثة مجالات منفصلة: Eukarya و Eubacteria (البكتيريا الحقيقية) و Archaea.

تبدو العتائق وكأنها بكتيريا - ولهذا تم تصنيفها على أنها بكتيريا في المقام الأول: الكائنات أحادية الخلية لها نفس النوع من الأشكال العصوية واللولبية والشبيهة بالرخام مثل البكتيريا. تشترك العتائق والبكتيريا أيضًا في جينات معينة ، لذا فهي تعمل بشكل مشابه في بعض النواحي. لكن الكائنات البدائية تشترك أيضًا في الجينات مع حقيقيات النوى ، فضلاً عن امتلاكها العديد من الجينات الفريدة تمامًا.

سميت الأركيا بهذا الاسم لأنه يُعتقد أنها أقل أشكال الحياة تطوراً على الأرض ("الأثرية" وتعني "القديمة"). تعطي قدرة بعض الأركيا على العيش في ظروف بيئية مشابهة للأرض المبكرة مؤشرًا على التراث القديم للمجال.

كانت الأرض المبكرة ساخنة ، مع الكثير من البراكين النشطة للغاية والغلاف الجوي يتكون في الغالب من النيتروجين والميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون والماء. كان هناك القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي ، إن وجد. تطورت العتائق وبعض البكتيريا في هذه الظروف ، وهي قادرة على العيش في ظروف قاسية مماثلة اليوم. يشك العديد من العلماء الآن في أن هاتين المجموعتين تباعدتا عن سلف مشترك بعد وقت قصير من بدء الحياة.

بعد ملايين السنين من تطور العتائق والبكتيريا ، انفصل أسلاف حقيقيات النوى اليوم عن العتائق. لذلك على الرغم من أن العتائق تشبه البكتيريا جسديًا ، إلا أنها في الواقع أكثر ارتباطًا بنا!

لولا دليل الحمض النووي ، فسيكون من الصعب تصديق ذلك. يمكن للعتائق التي تعيش في بيئات قاسية أن تتكيف مع الظروف التي تقتل الكائنات حقيقية النواة بسرعة. تعيش الحرارة ، على سبيل المثال ، في درجات حرارة عالية - السجل الحالي هو 113 درجة مئوية (235 درجة فهرنهايت). في المقابل ، لا يمكن لأي حقيقيات نواة معروفة البقاء على قيد الحياة لأكثر من 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت). ثم هناك أيضًا الكائنات النفسية ، التي تحب درجات الحرارة الباردة - هناك واحد في القطب الجنوبي ينمو بشكل أفضل عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت). كمجموعة ، تسمى هذه الكائنات العتيقة التي تعيش بصعوبة "المهاجرون".

هناك أنواع أخرى من محبي الأركيا المتطرفة ، مثل محبي الحموضة ، الذين يعيشون عند مستويات pH منخفضة تصل إلى 1 pH (وهذا هو نفس الرقم الهيدروجيني لحمض البطارية). تزدهر القلويات عند مستويات الأس الهيدروجيني العالية مثل منظف الفرن. وفي الوقت نفسه ، تعيش الهالوفيل في بيئات شديدة الملوحة. ولكن هناك أيضًا حقيقيات النوى القلوية ، المحبة للحمض ، والملح. بالإضافة إلى ذلك ، ليست كل الأركيا من الكائنات الحية المتطرفة. يعيش الكثير في درجات حرارة وظروف أكثر اعتيادية.


في حقيقيات النوى ، يقع الحمض النووي في نواة الخلية. يتكون جزيء الحمض النووي من خيطين حلزونيين حلزونيين ، يتكون كل منهما من سلسلة خطية من جزيئات السكر والفوسفات. الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
يعتقد العديد من العلماء أن العتائق المحبة للحرارة - الميكروبات المحبة للحرارة التي تعيش حول الفتحات البركانية في أعماق البحار - قد تمثل أقدم حياة على الأرض. لكن ميتشل سوجين ، عضو NAI ، عالم الأحياء الدقيقة في المختبر البيولوجي البحري ، يقول إنه بدلاً من أن يكونوا أول شكل من أشكال الحياة على الأرض ، يمكن أن يكونوا الناجين الوحيدين من كارثة حدثت في وقت مبكر من تاريخ الأرض. كان من الممكن أن تقضي هذه الكارثة على جميع أشكال الحياة الأخرى ، بما في ذلك السلف العالمي الذي نشأت منه كل من العتائق والبكتيريا.

يقول سوجين: "جادل البعض بأن ظهور الأنماط الظاهرية المحبة للحرارة في أعمق السلالات البدائية والبكتيرية يشير إلى أن الحياة لها أصل ساخن". "ومع ذلك ، هناك حجج أخرى مقنعة بنفس القدر والتي تشير إلى أن هذا التوزيع للأنماط الظاهرية على شجرة الحياة يعكس بقاء الكائنات المحبة للحرارة في أوقات الاضطرابات البيئية الكبرى."

تشمل هذه الاضطرابات البيئية قصف الكويكبات والمذنبات ، والذي نعرف أنه حدث كثيرًا خلال السنوات الأولى لكوكب الأرض. على الرغم من أن كوكبنا النشط جيولوجيًا قد محى الكثير من الأدلة على هذه الأحداث الكارثية ، فإن القمر يشهد على مقدار نشاط الكويكب والمذنب الذي حدث في جوارنا. نظرًا لأن القمر غير نشط جيولوجيًا ، فإن سطحه لا يزال مليئًا بالندوب من هذه التأثيرات المبكرة.

يمكن أن تؤدي التأثيرات الكبيرة إلى تغييرات بيئية عالمية شديدة تقضي على الحياة على سطح الكوكب. يُعتقد ، على سبيل المثال ، أن الديناصورات وقعت ضحية للآثار البيئية لتأثير كويكب كبير. من بين التأثيرات الأخرى ، تلقي التأثيرات الكثير من الغبار والمواد الكيميائية المتبخرة في الغلاف الجوي. هذا يحجب ضوء الشمس ، ويضعف عملية التمثيل الضوئي ويغير درجات الحرارة العالمية.

لكن الكائنات القديمة المحبة للحرارة لا تعتمد على الشمس للحصول على طاقتها. يحصدون طاقتهم من المواد الكيميائية الموجودة في الفتحات في عملية تسمى التخليق الكيميائي. لا تتأثر هذه الكائنات بشكل كبير بالتغيرات البيئية السطحية. ربما كانت الكائنات الحية الوحيدة التي تمكنت من النجاة من التأثيرات الكبيرة والمتكررة للسنوات الأولى للأرض هي الكائنات المحبة للحرارة التي عاشت حول الفتحات البركانية في أعماق البحار.

يقول سوجين: "من المؤكد أن اكتشاف العتائق يشير إلى التنوع الميكروبي - لا سيما في البيئات القاسية - الذي لم يتم التعرف عليه سابقًا". "فيما يتعلق بما يجب أن تقوله هذه البيانات عن أصول الحياة ، فأنا أرى أننا ما زلنا لا نعرف أين يكمن الجذر داخل شجرة المملكة الثلاث."

يعمل Woese حاليًا على اكتشاف هذا الجذر. لكنه يقول إن البحث عن سلف عالمي هو مشكلة أكثر دقة وتعقيدًا مما يدركه معظم الناس.

يقول ووز: "إن المشكلة ليست مجرد حالة تحديد خلية أو خط خلوي أصلي أدى إلى ظهورها كلها". "قد لا يكون السلف الكوني من سلالة واحدة على الإطلاق."

بدلاً من ذلك ، كما يقول ووز ، قد يكون نقل الجينات الجانبي - وهي عملية يتم فيها مشاركة الجينات بين الكائنات الحية الدقيقة - منتشرًا لدرجة أن الحياة لم تتطور من سلالة فردية واحدة.

"في مرحلة السلف العالمي ، ربما كان نقل الجينات الأفقي مهيمنًا لدرجة أن السلف ربما كان في الواقع مجتمعًا من سلالات الخلايا التي تطورت ككل. سنكون قادرين على تتبع كل أشكال الحياة إلى سلف ، ولكن تلك الحالة لن يكون سلالة معينة من الخلايا ".

يبدو أن نقل الجينات البكتيرية كان جزءًا حيويًا من تطور الكائنات البدائية وحقيقيات النوى. في الواقع ، يُعتقد أن مثل هذا النقل كان مسؤولاً عن تطوير أول خلية حقيقية النواة. مع تراكم الأكسجين في الغلاف الجوي من خلال عملية التمثيل الضوئي للطحالب الخضراء المزرقة ، كانت الحياة على الأرض بحاجة إلى التكيف بسرعة. عندما تستهلك الخلية البكتيريا الهوائية (التي تستخدم الأكسجين) ، كانت قادرة على البقاء على قيد الحياة في العالم المؤكسج حديثًا. اليوم ، تطورت البكتيريا الهوائية لتصبح ميتوكوندريا ، والتي تساعد الخلية على تحويل الطعام إلى طاقة.

يبدو أن العتائق وحقيقيات النوى في العصر الحديث تعتمد على مثل هذا التدخل البكتيري في عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بها. يشير هذا إلى احتمال أن تكون الجينات البكتيرية قد حلت محل الجينات الأخرى في السلالتين بمرور الوقت ، مما أدى إلى محو بعض سمات آخر سلف مشترك. لكن ووز يقول إن هناك بعض أوجه التشابه الجزيئية بين المجالات الثلاثة التي لا تزال تشير إلى سلف عالمي.

يقول ووز: "على الرغم من وجود اختلافات في أنظمة معالجة المعلومات ، إلا أن هناك العديد من الميزات العامة في الترجمة وأوجه التشابه الأساسية في النسخ التي تربط جميع المجالات الثلاثة". "لكن هذه منطقة معقدة للغاية ويصعب فهمها. كانت هذه التفاعلات المبكرة شبه مؤكدة بين كيانات لم يعد مثلها موجودًا. لقد كانت كيانات بدائية كانت في طريقها لأن تصبح أحد أنواع الخلايا الثلاثة الحديثة ، لكنها كانت كذلك بالتأكيد ليست الخلايا الحديثة. لقد كانت تفاعلاتها غريبة عن تلك الحقبة المحددة من التطور ، قبل ظهور أنواع الخلايا الحديثة. "

ربما لا يمكن العثور على السلف العالمي على الأرض. نظرًا لأن الحياة على الأرض تبدو وكأنها ظهرت بعد وقت قصير جدًا من أن الكوكب أصبح صالحًا للسكن ، يعتقد العديد من العلماء أن الحياة يمكن أن تكون قد وصلت من الفضاء الخارجي ، عبر الكويكبات والمذنبات التي قصفت الأرض في سنواتها الأولى.

بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن بعض صخور المريخ التي وصلت إلى كوكبنا يبدو أنها تحتوي على ميكروبات متحجرة ، فقد تكهن البعض بأن الحياة على الأرض ربما جاءت في الأصل من النيازك المريخية. ومع ذلك ، يعتقد ووز أنه إذا وجدنا دليلًا على وجود حياة على المريخ ، فسيكون إما غير مرتبط بالحياة على الأرض ، أو يكون نتيجة لتلوث المريخ بصخور من الأرض.

لا يعتقد سوجين أيضًا أن الميكروبات الأولى تم إحضارها إلى الأرض بواسطة كويكب أو مذنب مريخي. ومع ذلك ، فهو يعتقد أن الحياة الميكروبية قد تكون سمة مشتركة في المجرة.


ربما نشأت حقيقيات النوى من سلالة بدائية النواة منذ حوالي 1.6 - 2.1 مليار سنة. تضمن التنويع التطوري لحقيقيات النوى اختراع العضيات وتعديلها. الائتمان: جامعة كاليفورنيا
يقول سوجين: "الحياة في البيئات القاسية التي تمثلها بشكل أساسي العتائق تجبرنا على النظر في إمكانية وجود كائنات حية على أجسام أخرى في النظام الشمسي في ظل ظروف لم نكن نعتبرها ممكنة قبل عشرة أو خمسة عشر عامًا فقط". "على سبيل المثال ، يمكننا أن نتخيل الحياة تحت الجليد على أوروبا وحتى إمكانية وجود حياة تحت سطح المريخ. بالتأكيد الحياة الميكروبية أقوى بكثير ويمكنها البقاء على قيد الحياة وحتى الازدهار في ظل الظروف التي من المحتمل أن توجد في أماكن أخرى من النظام الشمسي و بالتأكيد في المجرة ".

من ناحية أخرى ، لم يتخذ ووز قرارًا بشأن حدوث الحياة في مكان آخر.

يقول ووز: "الحياة في الكون - نادرة أم فريدة؟ أمشي على جانبي ذلك الشارع". "في يوم من الأيام أستطيع أن أقول إنه بالنظر إلى 100 مليار نجم في مجرتنا و 100 مليار مجرة ​​أو أكثر ، يجب أن تكون هناك بعض الكواكب التي تشكلت وتطورت بطرق تشبه إلى حد بعيد الأرض ، وبالتالي ستحتوي على حياة ميكروبية في على الأقل. هناك أيام أخرى عندما أقول إن المبدأ البشري ، الذي يجعل هذا الكون مميزًا من بين عدد كبير من الأكوان ، قد لا ينطبق فقط على هذا الجانب من الطبيعة الذي نحدده في عالم الفيزياء ، ولكنه قد يمتد للكيمياء وعلم الأحياء. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الحياة على الأرض فريدة تمامًا ".

سواء كانت الحياة الشبيهة بالأرض شائعة أم فريدة أم لا ، يقول سوجين إن الأمر سيستغرق وقتًا طويلاً قبل أن نتمكن من الإجابة على هذا السؤال بأي قدر من اليقين.

يقول سوجين: "أعتقد أن الحياة تحدث في مكان آخر من الكون". "ومع ذلك ، لست متأكدًا من أننا سنكون قادرين على الحصول على دليل قاطع على الحياة في مكان آخر نظرًا لتكنولوجيا اليوم ، أو حتى تكنولوجيا الغد."

لقد أدى تطوير مفهوم المجالات الثلاثة ، في رأي ووز ، إلى تغيير الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى الحياة على الأرض بشكل كبير. ويقول إن المفهوم سلط الضوء على السمات المشتركة - وكذلك الاختلافات - بين المجموعات الثلاث.

يقول ووز: "لا يزال معظم علماء الأحياء يتحدثون عن بدائيات النوى مقابل حقيقيات النوى ، لكنهم الآن يناقشون أوجه التشابه بينهما". غالبًا ما أقوم بتشبيه المناخ المفاهيمي قبل وبعد اكتشاف الأثريات إلى التغيير من الرؤية الأحادية إلى الرؤية المجهرية ".

من خلال اكتشاف ما يمكنه بشأن أوجه التشابه بين المجالات الثلاثة ، يقول ووز إنه "يدرس المشكلتين البيولوجيتين الأساسيتين المترابطتين لطبيعة السلف العالمي والديناميكية التطورية لنقل الجينات الأفقي."

في غضون ذلك ، يستكشف سوجين تطور التعقيد البيولوجي في النظم البيئية الميكروبية.

يقول سوجين: "الحياة قديمة جدًا - ظهرت على الأرض منذ 3.5 مليار سنة على الأقل وربما قبل 3.9 أو 4 مليارات سنة". "لقد كانت جرثومية واستمرت في هذا الوضع لأول 70 إلى 90 في المائة من تاريخ الأرض. تعد التعددية الخلوية المعقدة في شكل أنسجة متباينة حدثًا حديثًا نسبيًا. وطوال الوقت ، حكمت الميكروبات واستمرت في التحكم في جميع العمليات البيولوجية على هذا الكوكب. "

روابط ذات علاقة
معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية
سبيسديلي
مساحة البحث
اشترك في SpaceDaily Express
البحث عن حياة المريخ سيحتاج إلى اهتزازات جيدة
برادفورد - 10 أكتوبر 2001
تلعب إيما نيوتن ، طالبة الدكتوراه بجامعة برادفورد ، دورًا في مساعدة ناسا في استكشاف المريخ المخطط له في عام 2005 ، وهي رحلة يأمل الكثير من الناس أن تؤدي إلى اكتشاف الحياة على هذا الكوكب.

باحثون يعثرون على ميكروبات تأكل الزجاج في قاع الصخرة في السلسلة الغذائية
سان دييغو - 9 أكتوبر 2001
مرحبًا بكم في الجزء السفلي من السلسلة الغذائية لأعماق البحار. الحضيض ، هذا هو. في الإصدار الحالي من Geochemistry، Geophysics، Geosystems ، اكتشف فريق من الباحثين ووصف عملية شائعة تحت قاع المحيط. في أعلى 300 متر من القشرة المحيطية للأرض ، وجد أن الميكروبات قد أكلت حرفياً طريقها عبر الصخور.

العلماء يخبزون اكتشاف كحول الفينيل في الفضاء بين النجوم
قمة كيت - 1 أكتوبر 2001
اكتشف علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب 12 مترًا التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في كيت بيك ، أريزونا جزيء فينيل كحول العضوي المعقد في سحابة بين النجوم من الغبار والغاز بالقرب من مركز مجرة ​​درب التبانة. يمكن أن يكشف اكتشاف هذا المركب الذي طال انتظاره عن أدلة محيرة للأصل الغامض للجزيئات العضوية المعقدة في الفضاء.

المجتمعات البكتيرية وجدت لتتبع المياه - الآثار المترتبة على المريخ؟
تيمبي - 26 سبتمبر 2001
تحدث أشياء معجزة للصحراء عندما تمطر - يتغير كل شيء من البني إلى الأخضر والكائنات الحية التي لم تشاهد منذ شهور تجعل ظهورًا قصيرًا من مخابئ تحت الأرض.

لماذا الميكروبات مهمة
هيوستن - 4 سبتمبر 2001
أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا التي واجهتها عندما أتحدث مع الناس عن علم الأحياء الفلكي هو ، "إذا كانت هناك كائنات دقيقة على المريخ ، فماذا في ذلك؟ لماذا يجب أن أهتم بالمكافئ المريخي للبكتيريا؟" ها هي جوابي:

تسبب تأثير العصر البرمي في أكبر انقراض جماعي على الأرض
بولدر - 27 أغسطس 2001
ما الذي أنهى حقبة العصر البرمي منذ حوالي 251 مليون سنة؟ يعتقد معظم علماء الأرض أن السقوط التدريجي للبحر ، وتغير المناخ ، ونقص الأكسجين في المحيطات ، والبراكين كانت الأسباب. لكن هذا ليس كذلك. وجدت مجموعة من الجيولوجيين العاملين في جنوب الصين دليلاً على أنه كان كويكبًا أو مذنبًا ضرب كوكبنا وانفجر ثم تسبب في أشد أزمة حيوية في تاريخ الحياة على الأرض.

تعزيز فهمنا للحياة
واشنطن - 21 أغسطس 2001
على مدى العقدين الماضيين ، ساعدنا التقدم في عدد من التخصصات العلمية على فهم طبيعة وتطور الحياة على الأرض بشكل أفضل. ساعدت هذه التطورات العلمية أيضًا في إرساء الأساس لعلم الأحياء الفلكي ، وفتح إمكانيات جديدة لوجود الحياة في النظام الشمسي وما بعده.

مع ظهور Ad Blockers ، و Facebook - تستمر مصادر الدخل التقليدية لدينا عبر إعلانات الشبكة عالية الجودة في الانخفاض. وعلى عكس العديد من المواقع الإخبارية الأخرى ، ليس لدينا نظام حظر الاشتراك غير المدفوع - مع أسماء المستخدمين وكلمات المرور المزعجة.


أشجار النشوء والتطور

من الناحية العلمية ، يسمى التاريخ التطوري والعلاقة بين كائن أو مجموعة من الكائنات الحية علم تطور السلالات. يصف علم التطور العلاقات بين الكائن الحي ، مثل الكائنات الحية التي يُعتقد أنها تطورت منها ، والأنواع الأكثر ارتباطًا بها ، وما إلى ذلك. توفر العلاقات التطورية معلومات عن الأصل المشترك ولكن ليس بالضرورة عن كيفية تشابه الكائنات الحية أو اختلافها.

يستخدم العلماء أداة تسمى شجرة النشوء والتطور لإظهار المسارات التطورية والصلات بين الكائنات الحية. أ شجرة النشوء والتطور هو رسم تخطيطي يستخدم ليعكس العلاقات التطورية بين الكائنات الحية أو مجموعات الكائنات الحية. يعتبر العلماء أن أشجار النشوء والتطور هي فرضية للماضي التطوري حيث لا يمكن للمرء أن يعود لتأكيد العلاقات المقترحة. بعبارة أخرى ، يمكن بناء "شجرة الحياة" لتوضيح متى تطورت الكائنات الحية المختلفة ولإظهار العلاقات بين الكائنات الحية المختلفة (الشكل 2).

الشكل 2. تُظهِر كلتا الشجرتين النشائيتين العلاقة بين مجالات الحياة الثلاثة - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى - لكن (أ) الشجرة المتجذرة تحاول تحديد متى تباعدت الأنواع المختلفة عن سلف مشترك بينما (ب) شجرة غير مجذرة لا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل إيريك جابا)

على عكس مخطط التصنيف التصنيفي ، يمكن قراءة شجرة النشوء والتطور كخريطة للتاريخ التطوري. العديد من أشجار النشوء والتطور لها سلالة واحدة في القاعدة تمثل سلفًا مشتركًا. يطلق العلماء على هذه الأشجار متجذرة، مما يعني أن هناك سلالة واحدة من الأسلاف (تُسحب عادةً من الأسفل أو اليسار) ترتبط بها جميع الكائنات الحية الممثلة في الرسم التخطيطي. لاحظ في شجرة النشوء والتطور الجذور أن المجالات الثلاثة - البكتيريا ، والعتائق ، وحقيقيات النوى - تتباعد من نقطة واحدة وتتفرع. يوضح الفرع الصغير الذي تشغله النباتات والحيوانات (بما في ذلك البشر) في هذا الرسم البياني مدى حداثة هذه المجموعات وضئيلها مقارنة بالكائنات الحية الأخرى. لا تُظهر الأشجار التي لم يتم استئصالها سلفًا مشتركًا ولكنها تظهر العلاقات بين الأنواع.

الشكل 3. يشير جذر شجرة النشوء والتطور إلى أن سلالة الأسلاف أدت إلى ظهور جميع الكائنات الحية على الشجرة. تشير نقطة الفرع إلى مكان تباعد سلالتين. السلالة التي تطورت في وقت مبكر ولا تزال غير متفرعة هي تصنيف أساسي. عندما ينبع سلالتان من نفس نقطة الفرع ، فإنهما يعتبران أصنافًا شقيقة. الفرع الذي يحتوي على أكثر من سلالتين هو تعدد الأنساب.

في الشجرة المتجذرة ، يشير التفرع إلى العلاقات التطورية (الشكل 3). النقطة التي يحدث فيها الانقسام ، تسمى أ نقطة تفرع، يمثل المكان الذي تطور فيه سلالة واحدة إلى سلالة جديدة مميزة. يُطلق على السلالة التي نشأت مبكرًا من الجذر وتبقى غير متفرعة الأصناف القاعدية. عندما ينبع سلالتان من نفس نقطة التفرع ، يتم استدعاؤهما الأصناف الشقيقة. يسمى الفرع الذي يحتوي على أكثر من سلالتين أ الشدة ويعمل على توضيح الأماكن التي لم يحدد العلماء فيها جميع العلاقات بشكل نهائي. من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من أن الأصناف الشقيقة و polytomy يشتركان في سلف ، فإن هذا لا يعني أن مجموعات الكائنات الحية تنفصل أو تطورت عن بعضها البعض. قد تكون الكائنات الحية في تصنيفين قد انقسمت عند نقطة فرع معينة ، ولكن لم ينتج عن أي من الأصناف الأخرى.

يمكن أن تكون الرسوم البيانية أعلاه بمثابة طريق لفهم التاريخ التطوري. يمكن تتبع المسار من أصل الحياة إلى أي نوع فردي من خلال التنقل عبر الفروع التطورية بين النقطتين. أيضًا ، من خلال البدء بنوع واحد والتتبع مرة أخرى نحو & # 8220 trunk & # 8221 من الشجرة ، يمكن للمرء أن يكتشف أن الأنواع & # 8217 أسلاف ، وكذلك حيث تشترك الأنساب في سلف مشترك. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الشجرة لدراسة مجموعات كاملة من الكائنات الحية.

هناك نقطة أخرى يجب ذكرها في بنية شجرة النشوء والتطور وهي أن الدوران في نقاط الفروع لا يغير المعلومات. على سبيل المثال ، إذا تم تدوير نقطة فرع وتغيير ترتيب التصنيف ، فإن هذا لن يغير المعلومات لأن تطور كل تصنيف من نقطة الفرع كان مستقلاً عن الآخر.

تساهم العديد من التخصصات في دراسة علم الأحياء في فهم كيفية تطور الحياة في الماضي والحاضر بمرور الوقت تساهم هذه التخصصات معًا في بناء "شجرة الحياة" وتحديثها والحفاظ عليها. يتم استخدام المعلومات لتنظيم وتصنيف الكائنات الحية على أساس العلاقات التطورية في مجال علمي يسمى علم اللاهوت النظامي. يمكن جمع البيانات من الحفريات ، من دراسة بنية أجزاء الجسم أو الجزيئات المستخدمة من قبل الكائن الحي ، ومن خلال تحليل الحمض النووي. من خلال الجمع بين البيانات من العديد من المصادر ، يمكن للعلماء تجميع نسالة الكائن الحي نظرًا لأن أشجار النشوء والتطور هي فرضيات ، وسوف تستمر في التغيير مع اكتشاف أنواع جديدة من الحياة وتعلم معلومات جديدة.

حدود الأشجار النشوء والتطور

الشكل 4. شجرة الفقاريات هذه التي تشبه السلم متجذرة من كائن حي يفتقر إلى العمود الفقري. في كل نقطة فرع ، يتم وضع الكائنات الحية ذات السمات المختلفة في مجموعات مختلفة بناءً على الخصائص التي تشترك فيها.

قد يكون من السهل الافتراض أن الكائنات الحية الأكثر ارتباطًا تبدو أكثر تشابهًا ، وعلى الرغم من أن هذا هو الحال غالبًا ، إلا أنه ليس صحيحًا دائمًا. إذا تطورت سلالتان متصلتان ارتباطًا وثيقًا في ظل بيئة متنوعة بشكل كبير أو بعد تطور تكيف جديد رئيسي ، فمن الممكن أن تظهر المجموعتان أكثر اختلافًا عن المجموعات الأخرى غير المرتبطة ارتباطًا وثيقًا. على سبيل المثال ، تُظهر شجرة النشوء والتطور في الشكل 4 أن كلا من السحالي والأرانب بها بيض يحيط بالجنين ، في حين أن الضفادع لم تظهر بعد السحالي والضفادع أكثر تشابهًا من السحالي والأرانب.

جانب آخر لأشجار النشوء والتطور هو أنه ، ما لم يُذكر خلاف ذلك ، فإن الفروع لا تمثل طول الوقت ، بل الترتيب التطوري فقط. بعبارة أخرى ، لا يعني طول الفرع عادةً مرور المزيد من الوقت ، كما لا يعني مرور الوقت القصير وقتًا أقل - ما لم يتم تحديده في الرسم التخطيطي. على سبيل المثال ، في الشكل 4 ، لا تشير الشجرة إلى مقدار الوقت المنقضي بين تطور البيض الذي يحيط بالجنين والشعر. ما تظهره الشجرة هو الترتيب الذي حدثت به الأشياء. مرة أخرى باستخدام الشكل 4 ، توضح الشجرة أن أقدم سمة هي العمود الفقري ، متبوعًا بالفكين المفصليين ، وهكذا دواليك. تذكر أن أي شجرة نسالة هي جزء من الكل الأكبر ، ومثل الشجرة الحقيقية ، فإنها لا تنمو في اتجاه واحد فقط بعد أن يتطور فرع جديد. لذلك ، بالنسبة للكائنات الحية في الشكل 4 ، لمجرد أن العمود الفقري قد تطور لا يعني أن تطور اللافقاريات قد توقف ، فهذا يعني فقط أن فرعًا جديدًا قد تشكل. أيضًا ، قد تظهر المجموعات التي لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا ، ولكنها تتطور في ظل ظروف مماثلة ، أكثر تشابهًا من الناحية الظاهرية مع بعضها البعض مقارنة بأحد الأقارب القريبين.


تصنيف

Rhizopus stolonifer تم تصنيفها كعضو في حقيقيات النوى لأنها تحتوي على خلايا منظمة في هياكل معقدة محاطة بأغشية ، جنبًا إلى جنب مع نوى مرتبطة بالغشاء وعضيات أخرى في تلك الخلايا.

المملكة: الفطريات

تتكون مملكة الفطريات من كائنات غيرية التغذية. Rhizopus stolonifer هو قالب يفتقر إلى الكلوروفيل ، وهو غير متحرك ، وخيطي ، ومحلل للمواد العضوية.

الشعبة: Zygomycota

Rhizopus stolonifer ينتمي إلى فصيلة Zygomycota لأنه ينتج عن طريق الاتصال الجنسي zygospores ويعتبر رمي وطفيلي.

الفئة: الفطريات الفطرية

تحتوي جميع الفطريات Zygomycetes على جدران خلوية شيتينية في فطريات الخلايا الفطرية وتفتقر إلى الأبواغ المتحركة.

الترتيب: Mucorales

جذمور stolonifer هو عضو في Mucorales لأنه ينمو بسرعة ، مع خيوط عريضة ، تفتقر إلى الحاجز أو هي coenocytic ، وتنمو داخل الركيزة. Rhizopus stolonifer يعتبر أيضًا عضوًا في Mucorales لأنه نبات رمي ​​رئيسي ، أو ينمو ويكتسب العناصر الغذائية من المواد الميتة والمتحللة.

العائلة: Mucoraceae

Rhizopus stolonifer هو جزء من عائلة Mucoraceae بسبب السمة الرئيسية لتمدد منتفخ من sporangiophore ، يسمى columella. يبدو وكأنه بالون داخل sporangium وغالبًا ما يستمر بعد إطلاق الجراثيم.

جنس: جذمور

Rhizopus stolonifer هو عضو في جذمور لأن الفطريات المسببة للتعفن تحتوي على سبورانجيا هوائية نصف كروية عمودية مثبتة على الركيزة بواسطة جذور الجذور.

صنف: Rhizopus stolonifer

هناك أنواع متعددة من جذمور، لكن Rhizopus stolonifer اكتسب هذا النوع اسمًا لأنه قالب أسود ينمو على الخبز وتطفو أبواغه في الهواء. Rhizopus stolonifer تستخدم أيضًا جذور جذور كطريقة لترسيخ نفسها على مجموعة واسعة من الركائز التي يمكن أن تتلامس معها.

نصائح لتحديد الهوية:

لتحديد Rhizopus stolonifer ابحث عن كتلة زغبية رمادية اللون أو طلاء أزرق أو أصفر اللون على الركيزة. تظهر الجراثيم السوداء أيضًا للعين على سطح الركيزة ، والتي قد تبدو مثل المواصفات السوداء. يمكن أن تظهر الفطريات المثيرة للاهتمام على الخبز الذي لا معنى له ، والجلود الرطبة ، والفواكه المتحللة التي يتم حفظها في درجات حرارة مناسبة.

لاستكشاف المزيد حول مملكة الفطريات ، فإن التصنيفات الأخرى على وجه التحديد لـ Rhizopus stolonifer، ولمعرفة المزيد عن معلومات أخرى مثيرة للاهتمام ، يرجى النقر هنا.

أشجار النشوء والتطور:

لقد أنشأت شجرة النشوء والتطور أدناه وتم تعديلها من مقال في مجلة Bioscience و Biotechnology و Biochemistry. من أجل إنشاء هذه الشجرة النشوء والتطور المكونة من الجنس جذمور ، تم تسلسل جزيئات rDNA لأنواع الجنس. تتم الإشارة إلى ثلاث مجموعات كبيرة تتكون من أنواع مختلفة بالحروف A و B و C. تمثل شجرة النشوء والتطور أن السلالة الجزيئية تشبه إلى حد بعيد التجميع المورفولوجي الحالي لـ جذمور محيط. تُستخدم حاليًا التقنيات الجزيئية من أجل النظر في إعادة التصنيف بين العديد من أنواع الفطريات ، وهذا ليس هو الحال عند النظر إلى نتائج جذمور محيط. Rhizopus stolonifer يقع داخل الكتلة C.

تم إنشاء شجرة النشوء والتطور أدناه بواسطتي أيضًا ، وتم تعديلها من مقال في مجلة Cells Stress and Chaperones. وقد تم تكوينه عن طريق ضم أنواع مختلفة من الفطريات إلى الجار عن طريق موقع بروتين الصدمة الحرارية الفطرية 70 (Hps70s) في خلاياهم. تحفز هرمونات الستيرويد ، مثل البروجسترون ، وفرة Hps70s في أنواع الفطريات المختلفة. يشار إلى التوطين داخل الخلايا على Hps70s بأحرف كبيرة. Hps70s في Rhizopus stolonifer يقع في العصارة الخلوية ، يشار إليه من خلال تجميعه داخل الحرف C M للميتوكوندريا ، و R تعني الريبوسوم ، و ER للشبكة الإندوبلازمية. قدرة Rhizopus stolonifer لإنتاج هذه المنشطات ، مثل البروجسترون ، هو السبب الرئيسي لإمكانية استخدامها في حبوب منع الحمل الشائعة.

يرجى المضي قدمًا لعرض الموطن الذي يفضل هذا القالب التمسك به.

يمكنك التعرف على فطر شيتاكي ، وهو نوع آخر من الفطريات ، فطر صالح للأكل ، في شعبة Basidiomycota.


  • 1. هل هي خضراء أم بها أجزاء خضراء؟
    • نعم - انتقل إلى 2
    • لا - انتقل إلى 3
    • وحيدة الخلية؟ اذهب إلى 6
    • متعدد الخلايا؟ النبات. ابحث عن جدران الخلايا ، الهيكل الداخلي. في المجهر المركب قد تتمكن من رؤية البلاستيدات الخضراء.
    • خلية واحدة - انتقل إلى 4
    • متعدد الخلايا (ابحث عن الزوائد المعقدة أو المتفرعة) - انتقل إلى 5
    • نعم - بروتيستا. يجب أن تكون قادرًا على رؤية نواة و / أو فجوة مقلصة على الأقل ، وشكلًا محددًا. يجب أن تكون الحركة موجودة ، باستخدام حركة الأهداب أو السوط أو الحركة الأميبية. قد يكون من الصعب رؤية الأهداب أو الأسواط.
    • لا - مونيرا. يجب أن تكون صغيرة جدًا. قد تكون على شكل شرطات قصيرة (قضبان) أو نقاط صغيرة (cocci) أو منحنية أو حلزونية الشكل. أكبرها التي توجد عادة في المياه العذبة تسمى Spirillum volutans. إنه حلزوني الشكل ، ويمكن أن يصل طوله إلى ما يقرب من ملليمتر. باستثناء Spirillum ، من الصعب جدًا رؤية Monerans إلا في مجهر مركب بإضاءة خاصة.
    • نعم - أنيماليا. يمكن أن تكون الحركة عن طريق الأهداب أو الأسواط أو المعقدة ، بما في ذلك الأجزاء التي تتقلص. يجب أن يكون الهيكل معقدًا. قد يكون نشاط التغذية واضحًا.
    • لا - فطر. يجب أن تكون متفرعة ، خيوط عديمة اللون. قد يكون له جسم مثمر (الفطر فطر ، لا تنسى). عادة ما يتم إرفاقه ببعض قطعة من المادة المتحللة - قد تشكل طبقة ضبابية على جسم أو حوله. في الماء ، قد يتم الخلط بين بعض أنواع العدوى البكتيرية للأسماك والحيوانات الأخرى والفطر.

    تذكر أنه كلما لاحظت الكائن الحي ، زادت ثقتك بنفسك. العديد من الكائنات الحية لها مراحل تجعلها تشبه أعضاء مملكة أخرى.


    كيف يتم تصنيف النباتات؟

    لقرون ، عمل علماء الأحياء على تصنيف الكائنات الحية بطريقة من شأنها أن تساعد في توضيح العلاقات بين الأنواع عبر الزمن وعبر البيئات المختلفة والمتغيرة باستمرار. في محاولة لتحديد ترتيب مجتمع الكائنات الحية على الأرض ، واجهوا مسعى واسع النطاق ومعقد بشكل مذهل. يقدر البعض أن من 5 إلى 40 مليون نوع حي ، يبلغ وزنها مجتمعة جافة أو خالية من الماء ، يبلغ وزنها ما يقرب من تريليوني طن ، تسكن أراضي ومياه الأرض ورسكووس. حتى الآن ، تمكن العلماء من تصنيف وتسمية حوالي 1.6 مليون نوع ، بما في ذلك ما يقرب من 300000 نبات ، وأكثر من مليون حيوان (معظمهم من الحشرات) ومئات الآلاف من الأنواع الأخرى. لا يزال لديهم ما بين ثلاثة أو أربعة ملايين إلى 38 أو 39 مليون نوع لتصنيفها وتسميتها.

    وفي الوقت نفسه ، وجد العلماء عملهم معقدًا ومضطربًا بسبب تسارع معدل الانقراض & # 150 اختفاء كل من الأنواع المعروفة وغير المعروفة & # 150 وهو نتيجة مباشرة للتدمير البشري و rsquos الذي لا هوادة فيه للموئل. في صحارينا الجنوبية الغربية ، على سبيل المثال ، يجد العلماء عددًا متزايدًا من الأنواع المعرضة للخطر كنتيجة مباشرة للرعي الجائر للأراضي العشبية ، والتوسع في الزراعة ، ونمو المجتمعات الحضرية ، وإهدار المياه. يعتقد معظم العلماء في جميع أنحاء العالم أن الإنسان تسبب في أسرع انقراض جماعي للأنواع في الأرض و rsquos 4.5 مليار سنة ، وفقًا لبيان صحفي صادر عن المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في أبريل من عام 1998.

    يعكس علماء الأحياء ، في تنوع تخصصاتهم ، التعقيد المحير لمجالهم. تشمل التخصصات الأوسع ، على سبيل المثال لا الحصر ، علماء الحفريات ، الذين يدرسون تاريخ الحياة على الأرض ، علماء البيئة ، الذين يدرسون أنظمة الكائنات الحية علماء النبات ، الذين يدرسون مجتمعات النباتات وعلماء الحيوان ، الذين يدرسون مجتمعات الحيوانات. تشمل التخصصات الأكثر تركيزًا ، على سبيل المثال ، علماء الثدييات ، الذين يدرسون علماء الطيور الثدييات ، الذين يدرسون علماء الزواحف ، الذين يدرسون علماء الزواحف ، الذين يدرسون علماء حشرات الأسماك ، الذين يدرسون علماء الحشرات ، الذين يدرسون علماء طفيليات العناكب ، الذين يدرسون الطفيليات وعلماء الحيوانات الخفية ، الذين يدرسون الحيوانات التي يفترض (ولكن لم يثبت) وجودها. إن علماء التصنيف هم الذين يصنفون الكائنات الحية ، ويضعون النباتات والحيوانات في أماكنها.

    علاوة على ذلك ، يقدم علماء الأحياء ، باستخدام مجموعة متنوعة من مخططات التصنيف ، مزيدًا من التبصر في تعقيد الحياة على الأرض. اعتمادًا على خلفياتهم الأكاديمية والموجهين ، يستخدم العلماء معايير مختلفة لتصنيف الكائنات الحية.

    نظام لينيوس للتصنيف

    وضع كارل لينيوس (1707 إلى 1778) ، وهو سويدي درس في جامعة أوبسالا المرموقة ، الأساس لنظام يستخدم لتصنيف الكائنات الحية على أساس الخصائص الفيزيائية المشتركة. نشر نتائج عمله في طبعاته الـ 12 من Systema Naturae ، واحدة من الوثائق الهامة في تاريخ العلوم البيولوجية. ربما يكون نظامه الأساسي ، الذي يتم توسيعه وتعديله باستمرار ، هو الأكثر استخدامًا اليوم.

    في تصنيف الكائنات الحية وفقًا لمخطط Linnaeus & rsquo ، يعتمد العلماء على بعض الخصائص الفيزيائية المشتركة المهيمنة لإنشاء أوسع فئات الكائنات الحية. على سبيل المثال ، يصنفون على أنها & ldquoplants & rdquo تلك الكائنات متعددة الخلايا التي ليس لها قدرة مستقلة على الحركة والتي تصنع طعامها من خلال عملية التمثيل الضوئي. يصنفون على أنهم & ldquoanimals & rdquo تلك الكائنات متعددة الخلايا التي لديها قدرة مستقلة على الحركة والتي تحصل على طعامها عن طريق تناول الكائنات الحية الأخرى. ضمن كل فئة من الفئات العريضة ، يضع العلماء الكائنات الحية في تسلسل هرمي للتجمعات.

    بينما سنركز على الممالك النباتية والحيوانية ، الأكثر وضوحًا في صحارينا ، حدد العلماء بالفعل خمس فئات رئيسية ، أو & ldquokingdoms ، & rdquo للكائنات الحية:

    1. بلانتاي (النباتات)
    2. الحيوان (الحيوانات)
    3. الفطريات (على سبيل المثال ، الضفادع والفطر)
    4. Monera (البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة)
    5. بروتيستا (على سبيل المثال ، كائنات مجهرية تسمى البروتوزوا)

    داخل كل مملكة ، أنشأ العلماء ست مجموعات هرمية أساسية:

    • فيللا (أو الانقسامات في مملكة بلانتاي)
    • الطبقات
    • الطلب #٪ s
    • العائلات
    • عام
    • صنف


    في كل مستوى هرمي ، من الشعب إلى الأجناس ، يصنف العلماء الكائنات الحية ذات الخصائص المشتركة بشكل متزايد. في المستوى النهائي ، الأنواع ، الكائنات الحية جميعها لها خصائص متشابهة جدًا. من الناحية المفاهيمية ، تتكون الممالك من مجموعات من الشعب (أو الأقسام) تشمل الشعب (أو الأقسام) مجموعات من الطبقات ، ومجموعات الأوامر ، ومجموعات العائلات ، ومجموعات الأجناس والأجناس ، ومجموعات الأنواع.

    وفقًا للممارسة التي أرساها لينيوس ، يطلق العلماء على الأنواع باسم الجنس (المفرد من الأجناس) ، بأحرف كبيرة ، والنوع ، غير ذو رأس مال. على سبيل المثال ، يحمل Mojave yucca الاسم العلمي يوكا شيدجيرا يوكا شجرة يشوع ، يوكا بريفيفوليا يوكا الصابون ، يوكا إيلاتا و Torrey yucca ، يوكا توري. تنتمي كل هذه النباتات إلى نفس الجنس ، اليوكا ، ولكل منها اسم نوع خاص بها.

    تصنيف النباتات

    يقوم علماء التصنيف ، على الأقل في طريقة Linnaeus التقليدية لتصنيف النباتات ، بفصل مملكة بلانتاي إلى أربع مجموعات رئيسية ، أو الانقسامات بما في ذلك: الطحالب والأعشاب الكبدية ، التي ليس لها أنظمة جذرية مناسبة ، سرخس ، لها جذور مناسبة وتنتج جراثيم (خلايا تكاثر متخصصة بدلاً من البذور التقليدية) الأشجار الصنوبرية ، التي لها أنظمة جذرية وأوراق وأقماع على شكل إبرة ونباتات مزهرة ، والتي لها نظم الجذور والزهور التي تنتج البذور. التقسيم السائد في العديد من المناطق الأحيائية (أي المجتمعات الحيوية ، على سبيل المثال ، صحارينا) ، مع ربع مليون نوع ، هو تقسيم النباتات المزهرة.

    اعتمادًا على الطريقة التي يتبعونها ، قد يقسم علماء التصنيف النباتات المزهرة & # 150 أحدث تقسيمات نباتية & # 150 إلى مجموعتين عريضتين ، أو الطبقات.

    وفقًا لـ Wikipedia ، تنتج فئة واحدة ، & ldquomonocot ، & rdquo ورقة واحدة أولى ، أو & ldquoembryonic ، & rdquo من بذرتها. عادة ، أوراقها لها عروق متوازية ، وسيقانها لها حزم وعائية (أوعية موصلة للماء) تحدث في نمط عشوائي في المقطع العرضي. ينتج أزهارًا بأجزاء تحدث في مضاعفات الرقم 151 & # على سبيل المثال ، ثلاثة أو ستة أو تسعة بتلات.

    الفئة الثانية ، ldquodicot & rdquo تنتج ورقتين جنينيتين من بذرتها. ينتج الزهور مع البتلات التي تحدث في مضاعفات أربعة أو خمسة. أوراقها لها عروق شبكية. تحتوي سيقانها على حزم وعائية تحدث في نمط حلقة متحدة المركز في المقطع العرضي. (وتجدر الإشارة إلى أن خبراء التصنيف يقومون باستمرار بتعديل وتحديث التصنيفات المحددة للنباتات المزهرة ، وخاصة النشويات ، مع ظهور تقنيات ومعارف جديدة.)

    كافح خبراء التصنيف في جهودهم لتقسيم الطبقات إلى الطلب #٪ s التي تحتوي على مجموعات مرتبطة منطقيًا بالنباتات المزهرة. بطريقة واحدة ، قاموا بتأسيس ستة سوبيردرز ، التي تضم مجموعات عائلية يعتقد أنها تطورت ، على طول مسارات مختلفة ، من أسلاف مشتركة. علاوة على ذلك ، قاموا بتقسيم superorders إلى أوامر مختلفة. ومع ذلك ، فقد اختلفوا حول التجمعات والانقسامات. في الواقع ، في هذا الوقت ، كما يقول Michael Knee ، في مقالته & ldquoOrders and Classes ، & rdquo على موقع Hort & amp Crop Science التابع لجامعة ولاية أوهايو ، لا تُستخدم كثيرًا الأوامر كوحدة تصنيفية. & rdquo لقد حقق علماء التصنيف نجاحًا أكبر إلى حد ما في تصنيف النباتات كعائلات وأجناس وأنواع.

    يقومون بتجميع النباتات مع العديد من & # 150 المشتركة والتي غالبًا ما يمكن التعرف عليها بسهولة & # 150 ميزات نباتية في العائلات و ربما العائلات الفرعية. تشمل بعض العائلات المعروفة في صحارينا عائلات الزنبق والصبار والبازلاء والعشب. نباتات عائلة الزنبق لها أوراق ذات عروق متوازية وأزهار مبهرجة من ستة أجزاء وأنظمة جذر بها جذور. (الجذور تؤدي إلى ظهور نباتات جديدة.) نباتات عائلة الصبار لها ورقتان صغيرتان عند إنبات البذور وسيقان سمين ومفصل مع لحاء أخضر شمعي. تلك التي تنتمي إلى عائلة البازلاء ، والتي تشمل الأشجار والشجيرات والأعشاب والكروم ، تحمل أزهارًا خماسية البتلات ، وقرون الفاصوليا ، وعادةً أوراق ريشية (أي الأوراق ذات الساق والمنشورات). نباتات عائلة الحشائش لها سيقان مجزأة مع كل قطعة تحمل ورقة من جزأين مع عروق متوازية.

    ضمن العائلات والعائلات الفرعية ، يشمل علماء التصنيف أجناس التي تضم مجموعات من ذوي الصلة الوثيقة محيط. في الجنوب الغربي ، تشتمل فصيلة الزنبق الفرعية ، Agavaceae ، على سبيل المثال ، على أربعة أجناس ، أحدها يتكون من مجموعة من أنواع اليوكا المختلفة ، والآخر من نوع الأغاف ، وآخر من نوع السوتول ، والآخر من أنواع نوليناس. تضم عائلة الصبار ، الواقعة في الجنوب الغربي ، 11 جنسًا ، يتكون كل منها من أنواع مرتبطة ارتباطًا وثيقًا. يشمل جنس opuntia ، على سبيل المثال ، الإجاص الشائك والكولاس. يشمل جنس cereus الساجوارو وصبار الأنبوب العضوي و echinocereus ، والعديد من أنواع القنفذ و mammillaria ، و pincushions ذات الأشواك الكثيفة وخطافات الأسماك.

    وضع النبات في مكانه

    ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، datil yucca ، الاسم الشائع للنبات الموزع على نطاق واسع عبر المرتفعات الصحراوية العالية عبر جنوب غرب وشمال المكسيك. عند الفحص الدقيق لـ datil yucca ، اكتشفنا أن لها 20-40 بوصة طويلة ، 2 بوصة عرض ، مدببة بشكل حاد ، وأوراق ضحلة القناة التي تصدر في وردة من جذع قصير جدا. الأوراق لها عروق متوازية مع هوامش لها ألياف بيضاء مجعدة ولكن بدون أشواك. يحتوي جذعها على حزم وعائية تحدث في نمط عشوائي في المقطع العرضي. لها جذر طويل ، ولها جذور مشعة ، أو جذور. يحمل النبات مجموعة كثيفة مبهرجة من الزهور ذات اللون الكريمي على شكل جرس ، يبلغ طول كل منها عدة بوصات ، في الجزء العلوي من ساق إزهار قصير جدًا. يحتوي كل إزهار على أجزاء تحدث في مضاعفات ثلاثة ، على سبيل المثال ، ثلاثة أكواب ملونة (أجزاء تشبه البتلة تحمي الزهرة في مهدها) ، وثلاث بتلات ملونة ، وستة سداة (الأجزاء & ldquomale & rdquo التي تنتج حبوب اللقاح اللازمة للتكاثر). والجدير بالذكر أن أزهار datil yucca تنتج فاكهة بطول 12 إلى 14 بوصة.

    نظرًا لأن datil yucca له جذور ويزهر الدب الذي ينتج البذور ، فنحن نعلم أنه ينتمي إلى النباتات المزهرة قطاع. نظرًا لأنه يحتوي على أوراق ذات عروق متوازية ، وسيقان بها حزم وعائية متناثرة وأجزاء أزهار في مضاعفات ثلاثة ، فإننا نعلم أن datil yucca يقع في monocot صف دراسي. نظرًا لأنه يحتوي على أوراق بأوردة متوازية ، وأزهار مبهرجة من ثلاثة أو ستة أجزاء ، ونظام جذر به جذور ، فإننا نشك في أنه ينتمي إلى الزنبق الكبير أسرة. نظرًا لأن لديها الكثير من القواسم المشتركة مع الأغاف والسوتول والنولياس & # 150 ، على سبيل المثال ، تحتوي جميعها على أشكال أوراق وردية & # 150 ، سنضع داتيل يوكا في نفس فصيلة مع تلك النباتات. نظرًا لأنه ، مع ذلك ، يحتوي أيضًا على اختلافات ، على سبيل المثال ، الأوراق ذات الألياف البيضاء بدلاً من الأشواك على طول الهوامش ، يمكننا أن نرى أنها تنتمي إلى حد ذاتها جنس، ال يوكا جنبا إلى جنب مع Mojave yucca ، وشجرة Joshua yucca ، و soaptree yucca ، و Torrey yucca وغيرها. نظرًا لأن datil yucca يختلف عن اليوكا الأخرى ، والأكثر وضوحًا في جراب البذور الممدود ، فإننا نعلم أنه يقف كمنفصل محيط. وفقًا لتقليد استخدام الجنس واسم الأنواع ، أعطى علماء التصنيف datil yucca الاسم العلمي لـ & ldquoYucca baccata ، & rdquo مع كون & ldquobaccata & rdquo الكلمة اللاتينية لـ & ldquoberry bear ، & rdquo إشارة إلى جراب البذور المميز للنبات و rsquos.

    باختصار ، من الفحص الدقيق للمصنع ، يمكننا أن نرى أن يوكا باكاتا ممثل عن مملكة بلانتاي ، ينتمي إلى قسم النباتات المزهرة ، وفئة المونوكوت ، وعائلة الزنبق ، وفصيلة الصبار ، وجنس اليوكا. بمعرفة كيف تتناسب datil yucca مع نظام التصنيف ، يمكننا أن نفهم بشكل أوضح مكانها البيولوجي بين الكائنات الحية في صحراءنا.

    تعال الآن الحيوانات

    على الرغم من أن النباتات تمثل أكثر من 90 في المائة من الأرض و rsquos 2 تريليون طن من الكتلة الحيوية ، إلا أنها تمثل حوالي 20 في المائة فقط من الكائنات الحية المصنفة والمعروفة باسم الأرض و rsquos. في المقابل ، في حين أن الحيوانات لا تشكل سوى جزء صغير من الكتلة الحيوية ، فإنها تمثل أكثر من 60 في المائة من الكائنات المصنفة والمسماة والمثال الأعلى للتنوع البيولوجي. سيكون مكان الحيوانات في تصنيف الكائنات الحية موضوع الجزء الثاني والختامي من هذه المقالة. انقر هنا لتصنيف الحيوانات.


    إذا تم اكتشاف الحياة على كوكب آخر ، فهل سيتم تصنيفها على الأرجح باستخدام المجال الحالي / المملكة / نظام اللجوء؟ - مادة الاحياء

    مقدمة


    في هذا البرنامج التعليمي سوف تتعلم عن نظام ليني للتصنيف تستخدم في العلوم البيولوجية لوصف وتصنيف جميع الكائنات الحية. ينصب التركيز على معرفة كيف يتناسب البشر مع هذا النظام. بالإضافة إلى ذلك ، سوف تكتشف جزءًا من التنوع الكبير في أشكال الحياة وستفهم سبب اعتبار بعض الحيوانات قريبة منا في تاريخها التطوري.


    عدد الأنواع هناك؟

    هذا ليس بالسؤال السهل للاجابة عليه. تم إعطاء حوالي 1.8 مليون أسماء علمية. يتم إضافة آلاف أخرى إلى القائمة كل عام. على مدى نصف القرن الماضي ، تراوحت المحفزات العلمية للعدد الإجمالي للأنواع الحية من 3 إلى 100 مليون. يشير أحدث مسح منهجي إلى أنه من المحتمل أن يقترب من 9 ملايين ، يعيش 6.5 مليون منهم على اليابسة و 2.2 مليون في المحيطات. من المحتمل جدًا أن تحتوي الغابات الاستوائية ومناطق المحيطات العميقة على أكبر عدد من الأنواع التي لا تزال غير معروفة. ومع ذلك ، قد لا نعرف أبدًا عددهم لأنه من المحتمل أن ينقرض معظمهم قبل اكتشافهم ووصفهم.

    التنوع الهائل في الحياة اليوم ليس جديدًا على كوكبنا. يقدر عالم الحفريات الشهير ستيفن جاي جولد أن 99 ٪ من جميع الأنواع النباتية والحيوانية الموجودة قد انقرضت بالفعل مع عدم ترك معظمها أحافير. إنه لمن دواعي التواضع أيضًا أن ندرك أن البشر والحيوانات الكبيرة الأخرى هي أشكال حياة نادرة بشكل غريب ، نظرًا لأن 99 ٪ من جميع أنواع الحيوانات المعروفة أصغر من النحل الطنان.


    لماذا يجب أن نكون مهتمين
    التعرف على تنوع الحياة؟

    لكي نفهم تمامًا تطورنا البيولوجي ، علينا أن ندرك أن البشر حيوانات وأن لدينا أقاربًا في مملكة الحيوان. يعد استيعاب المسافات التطورية المقارنة بين الأنواع المختلفة أمرًا مهمًا لهذا الفهم. بالإضافة إلى ذلك ، من المثير للاهتمام التعرف على أنواع أخرى من المخلوقات.


    متى بدأ العلماء في تصنيف الكائنات الحية؟

    قبل ظهور الدراسات التطورية الحديثة ذات الأساس الجيني ، كانت البيولوجيا الأوروبية والأمريكية تتكون أساسًا من التصنيف ، أو تصنيف الكائنات الحية إلى فئات مختلفة بناءً على خصائصها الفيزيائية وعلاقتها الطبيعية المفترضة. أمضى علماء الطبيعة البارزون في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر حياتهم في تحديد وتسمية النباتات والحيوانات المكتشفة حديثًا. ومع ذلك ، سأل القليل منهم عن سبب أنماط التشابه والاختلاف بين الكائنات الحية. هذا النهج غير المتأمل في الأساس ليس مفاجئًا لأن معظم علماء الطبيعة كانوا قبل قرنين من الزمان يرون أن النباتات والحيوانات (بما في ذلك البشر) قد تم إنشاؤها في شكلها الحالي وأنها لم تتغير. نتيجة لذلك ، ليس من المنطقي أن نتساءل كيف تطورت الكائنات الحية عبر الزمن. وبالمثل ، كان من غير المعقول أن يكون لحيوان أو نباتين سلف مشترك أو أن الأنواع المنقرضة ربما كانت أسلاف الأنواع الحديثة.

    كارولوس لينيوس
    1707-1778

    كان أحد أهم علماء الطبيعة في القرن الثامن عشر عالم نبات وطبيبًا سويديًا اسمه كارل فون لين. كتب 180 كتابًا يصف بشكل أساسي الأنواع النباتية بتفاصيل متناهية. نظرًا لأن كتاباته المنشورة كانت في الغالب باللغة اللاتينية ، فهو معروف في العالم العلمي اليوم باسم كارولوس لينيوس ، وهو الشكل اللاتيني الذي اختاره لاسمه.

    في عام 1735 ، نشر لينيوس كتابًا مؤثرًا بعنوان Systema Naturae حيث أوجز خطته لتصنيف جميع الكائنات الحية المعروفة والتي لم يتم اكتشافها بعد وفقًا لمدى التشابه الأكبر أو الأصغر بينهما. تم قبول نظام تصنيف Linnaean هذا على نطاق واسع بحلول أوائل القرن التاسع عشر وما زال يمثل الإطار الأساسي لجميع التصنيفات في العلوم البيولوجية اليوم.

    يستخدم نظام Linnaean فئتين من فئات الأسماء اللاتينية ، جنس و محيط ، لتعيين كل نوع من الكائنات الحية. الجنس هو فئة مستوى أعلى تتضمن نوعًا واحدًا أو أكثر تحته. يشار إلى هذا التصنيف ثنائي المستوى على أنه تسمية ذات حدين أو بنومين (حرفيا & quottwo أسماء & quot باللاتينية). على سبيل المثال ، وصف لينيوس البشر المعاصرين في نظامه بالأسى الانسان العاقل أو & quotman الحكيم & quot. وطي هو جنسنا و العاقل هو جنسنا.

    أنشأ Linnaeus أيضًا فئات تصنيف أعلى وأكثر شمولاً. على سبيل المثال ، وضع جميع القرود والقردة مع البشر في الترتيب الرئيسيات . استخدامه لكلمة الرئيسيات (من اللاتينية بريموس معنى & quotfirst & quot) وجهة نظر العالم التي تركز على الإنسان في العلوم الغربية خلال القرن الثامن عشر. هذا يعني أن البشر هم & quot؛ مخلوقين & quot؛ أولاً. ومع ذلك ، فقد أشارت أيضًا إلى أن البشر حيوانات.

    ترتيب
    أسرة أسرة
    جنس جنس جنس جنس
    محيط محيط محيط محيط محيط محيط محيط محيط

    تشارلز داروين
    1809-1882

    في حين أن شكل نظام تصنيف Linnaean لا يزال هو نفسه إلى حد كبير ، فإن المنطق وراءه قد خضع لتغيير كبير. بالنسبة لينيوس ومعاصريه ، عمل التصنيف على إظهار الترتيب غير المتغير المتأصل في النسخة الكتابية وكان غاية في حد ذاته. من هذا المنظور ، فإن قضاء حياة مكرسة لوصف الكائنات الحية بدقة وتسميتها كان عملاً دينيًا لأنه كان يكشف عن التعقيد الكبير للحياة التي خلقها الله.

    هذه النظرة الجامدة للطبيعة انقلبت في العلم بحلول منتصف القرن التاسع عشر من قبل عدد صغير من علماء الطبيعة الراديكاليين ، وعلى الأخص تشارلز داروين . قدم أدلة قاطعة على حدوث تطور لأشكال الحياة. بالإضافة إلى ذلك ، اقترح الانتقاء الطبيعي باعتباره الآلية المسؤولة عن هذه التغييرات.

    في أواخر حياته ، بدأ لينيوس أيضًا تساوره بعض الشكوك حول عدم تغير الأنواع. اقترح التهجين الذي أدى إلى ظهور أنواع جديدة من النباتات أن أشكال الحياة يمكن أن تتغير إلى حد ما. ومع ذلك ، فقد توقف عن قبول تطور نوع إلى آخر.


    لماذا نصنف الكائنات الحية اليوم؟

    منذ زمن داروين ، أصبح التصنيف البيولوجي يُفهم على أنه يعكس المسافات التطورية والعلاقات بين الكائنات الحية. كان لمخلوقات عصرنا أسلاف مشتركون في الماضي. بالمعنى الحقيقي للكلمة ، فهم أعضاء في نفس شجرة العائلة.

    التنوع الكبير في الحياة هو إلى حد كبير نتيجة التطور المتفرّع أو الإشعاع التكيفي . هذا هو تنويع الأنواع إلى خطوط مختلفة لأنها تتكيف مع المنافذ البيئية الجديدة وتتطور في النهاية إلى أنواع متميزة. الانتقاء الطبيعي هو آلية l تقود الإشعاع التكيفي.

    حقوق النشر 1998-201 2 بواسطة Dennis O'Neil. كل الحقوق محفوظة.
    أنا llustration الاعتمادات


    الكوكب غير المكتشف

    ينير علم الميكروبات عالمًا من التنوع المذهل.

    بإذن من Eurelios / Photo Researchers، Inc.


    بإذن من Eurelios / Photo Researchers، Inc.

    الشريط الجانبي:

    مقال خاص: The Undiscovered Planet Archaea: أحد المجالات أو التصنيفات الرئيسية الثلاثة للحياة ، العتيقة متشابهة شكليًا.

    مقال رئيسي: The Undiscovered Planet Today ، يعمل من مساحة مستعارة في مركز هارفارد للبيئة ، الميكروبي.

    في قاع البحر ، أصبحت حياة هذه الديدان الأنبوبية العملاقة ممكنة بفضل البكتيريا التكافلية التي تحول المواد الكيميائية المقذوفة من الفتحات الحرارية المائية إلى طعام ، في عملية تسمى التخليق الكيميائي.

    الصورة بيتر جرجس

    تعتمد العلوم متعددة التخصصات مثل تلك التي تدعمها مبادرة العلوم الميكروبية بشكل كبير على تدريب الجيل القادم من.

    كوبرنيكوس ، كبلر ، جاليليو ، نيوتن - هذه أسماء مألوفة. خلال 150 عامًا في القرنين السادس عشر والسابع عشر ، قادوا الثورة العلمية التي وضعت الشمس ، وليس الأرض ، في مركز الأشياء الفلكية. لكن هل سمعت من قبل عن كارل ووز؟ لقد أطلق ثورة علمية في علم الأحياء ، برفضها لوجهات نظر الإنسان المتمحورة حول الحياة ، لم تثبت أنها أقل عمقًا.

    في عام 1977 ، رسم ووز (تُلفظ "ويلات") ، الأستاذ في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، شجرة عائلة أرضية أظهرت الارتباط الجيني لجميع الكائنات الحية على هذا الكوكب. باستخدام الأدوات الحديثة للبيولوجيا الجزيئية ، أخذ عينات من الكائنات الحية الدقيقة وحيدة الخلية المعروفة التي نسميها الميكروبات ، وأيضًا سكان العالم ذي الحجم البشري الذي نعرفه: الزهور والأشجار والشجيرات الحيوانات والفطريات. كشفت خريطته لكل هذه المعلومات الجديدة أن علماء التصنيف في العصور الماضية كانوا ينظرون إلى العالم من خلال النهاية الخاطئة للتلسكوب. اختفت "الممالك" العظيمة سابقًا لـ Plantae و Animalia و Fungi ، وتقلصت لتلائم فرعًا صغيرًا ثلاثي الأشكال من شجرته. في مكانها كان هناك ثلاثة "مجالات" واسعة: البكتيريا (الكائنات الحية الدقيقة أحادية الخلية التي تفتقر إلى نواة وعضيات مميزة) العتائق ، أو البكتيريا القديمة (تشبه في المظهر والبساطة للبكتيريا ، ولكن مع تنظيم جزيئي مختلف بشكل ملحوظ) و Eukarya (جميع الكائنات الحية التي تحتوي الخلايا على نواة مميزة - أو ببساطة كل شيء آخر). أظهر نموذج ووز أن الحياة على الأرض ميكروبية بشكل ساحق. في الواقع ، مدى التنوع الميكروبي كبير لدرجة أن العلماء يواجهون صعوبات في تقدير حجمه الفعلي. تضع بعض التقديرات عدد الأنواع الميكروبية في نطاق المليارات ، وهو ما يتجاوز عدد أنواع الكائنات الحية "الكبيرة" بعدة مراتب من حيث الحجم.

    صنف نظام الممالك الخمس المتمركز حول الإنسان جميع الكائنات أحادية الخلية التي تفتقر إلى النوى (العتائق والبكتيريا) على أنها مونيرا. كان يُعتقد أن حقيقيات النوى المكونة من النباتات والحيوانات والفطريات تمثل الجزء الأكبر من التنوع البيولوجي. تم تجميع جميع حقيقيات النوى الأخرى ذات النواة في تصنيف حقيبة حمل يُعرف باسم Protista.

    تُظهِر "شجرة الحياة" الحديثة ، المستندة إلى التحليل الجيني ، أن الجزء الأكبر من التنوع البيولوجي للأرض يتواجد بين الأركيا والبكتيريا وهذا الجزء من حقيقيات النوى الذي لا يشمل النباتات والحيوانات والفطريات.

    في ضوء هذا الفهم الجديد للحياة ، يركز العلماء ذوو أدوات البحث المتقدمة من جديد على الميكروبات ، والتي ، بعد الاكتشافات العظيمة للبنسلين والمضادات الحيوية الأخرى في منتصف القرن العشرين ، أصبحت إلى حد كبير محصورة في حدود البحوث الصيدلانية.

    يقول روبرتو كولتر ، أستاذ علم الأحياء الدقيقة وعلم الوراثة الجزيئي في كلية الطب بجامعة هارفارد: "لقد تم تشكيل كوكبنا بواسطة عالم غير مرئي". شارك هو وأستاذ علم الأحياء في جيفري كولين كافانو من كلية الآداب والعلوم (FAS) معًا في إدارة مبادرة العلوم الميكروبية بجامعة هارفارد ، والتي تعمل كنقطة محورية للباحثين في هذا المجال من جميع أنحاء الجامعة. يقول كولتر: "تتوسط الميكروبات في جميع دورات العناصر المهمة على الأرض ، وقد لعبت دورًا محددًا في تطور الكوكب". إنها تشكل السحب ، وتفكك الصخور ، وترسب المعادن ، وتخصب النباتات ، وترطب التربة ، وتنظف النفايات السامة. من بين رتبهم ، كما يوضح كافانو ، "المنتجون الأساسيون" في مجال التمثيل الضوئي الذين يستخدمون ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون لتشكيل القاعدة العريضة للسلسلة الغذائية ، ويشكلون جنبًا إلى جنب مع النباتات أكبر مصدر للكتلة الحيوية على الأرض. كانت الحياة المبكرة على كوكبنا جرثومية بالكامل ، وإذا كانت الحياة موجودة على كواكب أخرى ، فهي بالتأكيد ميكروبات هناك أيضًا.

    من حيث المحتوى الجيني ، يرتبط البشر والبطاطس ارتباطًا وثيقًا أكثر من هاتين البكتريا ببعضهما البعض - مقياس واحد للتنوع البكتيري. على اليسار، ضمة الكوليرا على اليمين، السل الفطري.

    من بين مليارات البكتيريا الموجودة في عينة التربة ، هبطت هذه الخلايا القليلة على وسط غذائي حيث يمكنها النمو وتشكيل المستعمرات. يقول عالم الأحياء الدقيقة روبرتو كولتر: "يوجد الكثير من الجمال في كل مكان ننظر إليه".

    سلالة ستربتوميسيس التي تنتج العديد من المضادات الحيوية المستخدمة على نطاق واسع في الطب والزراعة. عند تجويعها ، تأخذ هذه البكتيريا مظهر "مشعر" لأنها تبدأ في نمو الهياكل الهوائية حيث تتطور الأبواغ الواقية. تتكون المناطق المصطبغة من جزيئات صغيرة ، غالبًا لها خصائص المضادات الحيوية.

    في وجود الستربتومايسين المضاد الحيوي ، المسوخ الملونة المقاومة للمضادات الحيوية Streptomyces coelicolor تنبت وتشكل المستعمرات.

    في مجال صحة الإنسان ، تساعدنا الميكروبات على هضم الطعام وإنتاج الفيتامينات ، وحمايتنا من العدوى ، وهي المصدر الرئيسي لأدوية المضادات الحيوية. يبلغ عدد الخلايا البشرية في جسمك 10 تريليونات ، ولكن هذا يتضاءل بالمقارنة مع 100 تريليون خلية ميكروبية تعيش فيك وعليك. يقول كولتر: "بدونها ، ستكون في مشكلة": تعاني الحيوانات من نمو غير طبيعي وتصاب بالمرض إذا حُرمت من البكتيريا أثناء نموها. على الرغم من أنه من المعروف أن بعض الميكروبات تسبب المرض ، فإن الدور الدقيق الذي تلعبه الغالبية العظمى غير معروف أساسًا.

    يمكن قول الشيء نفسه عن الميكروبات حول الكوكب. يوجد مليار منهم في جرام من التربة ، ومليار لكل لتر من مياه البحر ، لكننا لا نعرف ما هم ولا ماذا يفعلون.

    في الخاتمة الشعرية لسيرته الذاتية عام 1994 ، عالم الطبيعة، عالم الاجتماع العظيم وأستاذ فخري بجامعة بيليجرينو E.O. تأمل ويلسون في ما سيفعله ، "[i] إذا كان بإمكاني فعل ذلك مرة أخرى وإعادة إحياء رؤيتي في القرن الحادي والعشرين. سأكون عالم بيئة ميكروبية. " هو كتب. سأذهب إلى هذا العالم بمساعدة الفحص المجهري الحديث والتحليل الجزيئي. كنت سأقطع طريقي عبر الغابات المستنسخة الممتدة عبر حبات الرمل ، وأسافر في غواصة متخيلة عبر قطرات من الماء تتناسب مع حجم البحيرات ، وأتتبع الحيوانات المفترسة والفريسة من أجل اكتشاف طرق حياة جديدة وشبكات غذائية غريبة. كل هذا ، وأنا بحاجة إلى المغامرة ليس أبعد من عشر خطوات خارج مبنى المختبر الخاص بي. سيظل الجاغوار والنمل وبساتين الفاكهة تحتل الغابات البعيدة بكل روعتها ، ولكن الآن سينضم إليهم عالم حي أكثر غرابة وأكثر تعقيدًا تقريبًا بلا نهاية ".

    حدود الثقافات

    من الناحية العملية ، بدأت مبادرة العلوم الميكروبية (MSI) في عام 2002 كجهد شعبي بين أعضاء هيئة التدريس الذين أدركوا البيئة غير المستكشفة وإمكانات هذه الكائنات وأرادوا مشاركة المعلومات حول البحوث الميكروبية عبر تخصصات متنوعة: علم الأحياء ، الطب ، الكيمياء والهندسة والجيولوجيا وعلم الفلك والتاريخ التطوري والكواكب. عقدت المجموعة "محادثات طباشير" أسبوعية غير رسمية ، وفي عام 2004 نظمت ندوة لمدة يوم مع متحدثين من جميع أنحاء العالم. عندما أصدر الرئيس لورانس إتش سمرز دعوة في ذلك العام لمبادرات من شأنها أن تجمع الناس معًا من مختلف تخصصات العلوم والهندسة ، كان MSI مرشحًا مثاليًا ، كما يقول ريتشارد لوسيك ، أستاذ علم الأحياء في كابوت ، وهو عضو في لجنتها التوجيهية. يقول: "أعتقد أن هناك عددًا قليلاً من التخصصات التي تصلح بشكل أفضل للمناهج متعددة التخصصات ، وقليل من الموضوعات التي لها آثار عبر طيف أوسع من العلوم مما ينطبق على علم الأحياء الدقيقة." ونتيجة لذلك ، تلقت MSI في عام 2006 دعمًا لمدة أربع سنوات ، بلغ إجماليه 2.7 مليون دولار ، من مكتب العميد.

    يقول كافانو ، الذي يدرس البكتيريا التكافلية الكيميائية التي تجعل الحياة ممكنة للمحار والديدان الأنبوبية العملاقة التي تعيش بالقرب من المنافذ الحرارية المائية في أعماق المحيط ، "يقتلني أن الناس يعتقدون فقط أن البكتيريا تسبب الأمراض". بعيدًا عن ضوء الشمس ، فهي تعمل بآليات مشابهة ومختلفة كثيرًا عن الكائنات الحية الضوئية التي نراها كل يوم. وتضيف: "على الرغم من أن هذه البكتيريا تعمل داخل الخلايا ، إلا أنها مفيدة لمضيفيها من الحيوانات". "مثل البلاستيدات الخضراء في النباتات [التي تطورت من بكتيريا التمثيل الضوئي التكافلية] ، يحول المتعايشون الكيميائيون ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات وبروتينات ، يغذي مضيفهم داخليًا."

    لا يمكن استخلاص الكثير من الاختلافات بين هذين الحيوانين فقط من خلال النظر إليهما ، لكن التحليل الجيني يخبرنا أنهما ليسا في نفس المجال. اليسار: مسكن التربة عصيات الجمرة الخبيثة تصنف على أنها بكتيريا. على اليمين: محبة للحرارة ثيرموبروتيوس تينكس هو كائن قديم يعيش في الينابيع الساخنة.

    لكن معظم الناس يربطون بين الميكروبات والأمراض. تم دمج "مضادات الجراثيم" في جميع أنواع المنتجات الاستهلاكية: الصابون ، والإسفنج ، وورق التواليت ، والمناشف ، وألواح التقطيع - وحتى الملابس. يتتبع كولتر أصول هذه "سياسة الأرض المحروقة" "السخيفة" المضادة للميكروبات إلى زمن لويس باستير ، الذي صاغ نظرية الجراثيم ، وروبرت كوخ ، الذي طور طرقًا لاستنبات البكتيريا. "علم الأحياء الدقيقة الطبية منذ ما يقرب من 150 عامًا كان مدفوعًا بفكرة أن الجراثيم هي العوامل المسببة للمرض. وليس هناك شك في أن كوخ وباستر كانا على حق السل الفطري يسبب مرض السل و ضمة الكوليرا "يسبب الكوليرا" ، كما يقول كولتر. لكن الميكروبات قادت أيضًا إلى إنتاج معظم المضادات الحيوية ، وهو تطور يسميه كولتر "أهم تقدم في التاريخ الطبي".

    كان العلماء يعرفون أن هناك عددًا أكبر من الميكروبات في أونصة من التربة أكثر من البشر الذين يعيشون على الأرض ، لكن هذا كان مجرد مقياس للوفرة. أظهر اكتشاف بيس شيئًا جديدًا ، وهو مستودع التنوع البيولوجي الذي لم يسبر غوره من قبل. بدأ العلماء في تسلسل الحمض النووي من جميع أنواع البيئات. بعد النظر إلى البكتيريا المعوية البشرية ، تعلموا أن لكل فرد مجموعته المميزة الخاصة به أو الخاصة بها والتي تتكون من ألف نوع. "هذه تمثل ثلاثة ملايين جين التي تحملها "، كما يشير كولتر ،" مقارنة بـ 18000 جينة من الجينوم البشري. لذا فأنت تعيش وتتبادل [المستقلبات] باستمرار مع مجموعة متنوعة من حوالي ثلاثة ملايين جين. " يواصل علماء الأحياء الدقيقة العثور على أقسام تصنيفية جديدة للميكروبات أسرع بكثير مما يمكنهم معرفة كيفية استزراعها.

    تم تحديد أغشية الخلايا الخاصة بهم باللون الأحمر الفردي العصوية الرقيقة تحتوي البكتيريا على آلية التخليق الحيوي - التي تظهر كنقاط خضراء - لصنع الباسلين ، وهو جزيء صغير تم اكتشافه حديثًا.

    تشكلت المستعمرات من سلالة البرية العصوية الرقيقة تولد بنى معقدة ، كما رأينا على اليسار ، في حين أن السلالة المستأنسة - التي يُفترض اختيارها للتوحيد من قبل أجيال من الباحثين الذين استخدموها في التجارب المعملية لعقود عديدة - فقدت كل بنية المستعمرة تقريبًا.

    نشأت النظرة المحدودة سابقًا لعالم الميكروبات مما اتضح أنه نهج مقيد بطبيعته لدراسة البكتيريا: ممارسة استزراعها. لأكثر من مائة عام ، كان العلماء في حيرة من أمرهم بسبب ما أطلق عليه "مفارقة عدد الصفائح". كلما حاولوا زراعة عينة من البكتيريا من البيئة على وسط غذائي في طبق بتري (طبق أجار) ، نمت وتتكاثر عدد قليل من الكائنات الحية الدقيقة لتشكل مستعمرات ، في حين كان يجب أن يكون هناك ما لا يقل عن الآلاف من هذه المستعمرات ( بناءً على عدد الأنواع المختلفة التي يمكن تمييزها بمجرد النظر من خلال المجهر). تم تقديم تفسيرات مختلفة - أن 99.9 في المائة من البكتيريا في العينة ماتت ، أو يجب أن تكون جميعها من نفس البكتيريا لأنها بدت متشابهة.

    يقول كولتر: "لكن بعد ذلك في عام 1990 ، أظهر العلماء أن تعقيد الحمض النووي في عينة تربة نموذجية يعني أنه يجب أن يكون هناك تنوع أكبر بآلاف المرات مما كان يتم تغطيته." بدأ نورمان بيس ، الأستاذ في جامعة كولورادو ، في التساؤل عما إذا كان العلماء يفتقرون ببساطة إلى المعرفة الأساسية اللازمة لزراعة معظم البكتيريا على الكوكب - إذا كنا على الأرجح جاهلين بهذه البكتيريا لدرجة أننا لا نستطيع زرعها. لقد توصل إلى فكرة أنه يمكنه بدلاً من ذلك تحليل عينة من التربة أو الماء لمحتواها من الحمض النووي من أجل التأكد من عدد الأنواع التي تحتويها. يوضح كولتر: "ذهب بيس إلى حديقة يلوستون الوطنية ، إلى بعض ينابيعها الحارة الشهيرة ، حيث كان الماء يغلي تقريبًا ، وجمع عينة من الرواسب". "لقد استخرج الحمض النووي ، واستنسخه ، ووضعه في بكتيريا صغيرة يعرف كيف ينمو." ثم قام بتسلسل الجينات. يلاحظ كولتر: "في ذلك الجرام الصغير من الرواسب ، اكتشف بيس تنوعًا أكثر مما كنا نعرفه من قبل ، عند استخدام تقنياتنا التقليدية التي تعود إلى قرن من الزمان لزراعة البكتيريا."

    ينقسم عالم الحيوانات - من الأفيال إلى النمل - إلى 13 شعبًا (الفقاريات هي شعبة ، حشرات أخرى). في عالم الميكروبات ، يُطلق على نظائرها ، في الوقت الحالي ، "الفروع العميقة الجذور". في عام 1987 ، عُرف 13 من هذه الانقسامات الكبيرة في المجال البكتيري: أخذ ووز عينات منها ليخلق شجرة حياته. ولكن بحلول عام 1997 ، كان هناك ما يقرب من ثلاثة أضعاف: 36 إجمالاً. يوضح كولتر: "لم نزرع اثني عشر منها من قبل ، وبدأنا نتعلم الآخرين كيف نزرعها". "بحلول عام 2003 ، كان هناك 53 قسمًا ، ولكن كلما اكتشفنا المزيد ، وجدنا المزيد من الميكروبات التمثيلية التي لا يمكننا زراعتها. لقد تعلمنا كيفية زراعة الميكروبات من اثنين فقط من هؤلاء في ست سنوات وبحلول عام 2004 وجدنا 80 قسمًا من هذا القبيل لم نتمكن من زراعة حتى ممثل واحد منها ". يُعتقد أن كل من هذه التقسيمات العميقة المتفرعة تمثل ملايين ، إن لم يكن مئات الملايين ، من الأنواع. يقول كولتر: "هذا يعني أن هناك الكثير من الجينات ، وليس لدينا أدنى فكرة عما يفعلونه". "لذلك عندما تفكر في التنوع البيولوجي ، ومدى التنوع على هذا الكوكب ، فإنك تحصل حقًا على إحساس بمدى ضآلة ما نعرفه عن هذا العالم غير المكتشف. نحن في مرحلة الاكتشاف حيث ، في كل مكان ننظر إليه ، نرى أنواعًا جديدة.

    يتابع قائلاً: "السبب في أننا متحمسون جدًا للحفاظ على التنوع لأن هذه هي الطريقة التي نحافظ بها على ثراء الكوكب". أين يكمن هذا الثراء؟ تقليديا ، صنّف علماء التصنيف الحياة وفقًا للمورفولوجيا (حسب المظهر ، أو الشكل ، أو النمط): يشبه منقار حسون منقار آخر ، لكنه لا يشبه منقار الطائر الطنان. تطير الخفافيش ، لكنها تشبه الفئران ذات الأجنحة أكثر من الطيور. من ناحية أخرى ، غالبًا ما تظهر الميكروبات متشابهة مع بعضها البعض بالعين البشرية. قد تبدو النباتات والحيوانات والفطريات متنوعة بشكل كبير من منظور مورفولوجي ، ولكن في الواقع ، كما يوضح كولتر ، هناك "اختلاف جيني أقل بكثير بين [الإنسان] والبطاطس" من الفرق بين ، لنقل ، "البكتيريا التي يسبب مرض السل والذي يسبب الكوليرا. وبقدر ما هو رائع مثل تنوع الغابات الاستوائية المطيرة ، فإنه يتضاءل بالمقارنة مع عالم الميكروبات ".

    الأدوية الميكروبية

    من أجل مصلحة صحة الإنسان ، بدأ الباحثون في البحث عن مضادات حيوية جديدة من بين كل هذا التنوع الميكروبي المكتشف حديثًا. يقول ريتشارد لوسيك ، "لدي العديد من الزملاء الرائعين في قسم الكيمياء ، ولكن بدون شك ، فإن علماء الكيمياء العضوية الاصطناعية على هذا الكوكب هم الميكروبات."

    "غالبية المضادات الحيوية والعديد من المركبات المضادة للسرطان تأتي من البكتيريا التي تعيش في التربة ،" يلاحظ جون كلاردي ، أستاذ الكيمياء البيولوجية وعلم العقاقير الجزيئي في HMS. لسوء الحظ ، كما يقول ، نظرًا لانتشار مقاومة المضادات الحيوية ، "تنفد المضادات الحيوية الفعالة لدينا". لأسباب اقتصادية ، لا تستثمر شركات الأدوية بقدر ما كانت تستثمر في تطوير شركات جديدة ، الأمر الذي ترك الأطباء يبحثون عن مضاد حيوي كملاذ أخير يتم الاحتفاظ به في الاحتياط لمريض واحد مرة في السنة لديه سلالة مقاومة السل أو الالتهاب الرئوي ، يشرح كولتر. "سيكون هذا الدواء المليار دولار الذي لا يشتريه أحد ، لأنه لا ينبغي للأطباء أن يصفوه على نطاق واسع. لن يقوم أحد في عالم الشركات بتطويرها ". وهو يعتقد أنه "قد يكون هناك دور للجامعة في البحث لن يكون مربحًا للشركات لمتابعة: تطوير المضادات الحيوية المستهدفة والسليمة بيئيًا."

    مستعمرتان من العصوية الرقيقة ينمو فوق بكتيريا أخرى ، Streptomyces coelicolor. ال عصية المستعمرات "تتحدث" إلى ستربتوميسيس باستخدام جزيئات صغيرة. سلالة العصوية الرقيقة على اليسار يصنع مركبات لتحويل إنتاج جزيء مصطبغ صغير إلى ستربتوميسيس فتح و غلق. ولكن في سلالة متحولة من عصية التي لا يمكنها إنتاج "مفتاح إيقاف التشغيل" ، ستربتوميسيس تنتج الحلقة الحمراء المصطبغة. أدى ذلك إلى اكتشاف الجزيء الذي يعمل كمفتاح إيقاف: الباسيلين. أدناه ، التركيب الكيميائي للجزيء.

    تشير دراسات الجينوم الكامل للميكروبات إلى أنه تم اكتشاف جزء صغير فقط من المنتجات الطبيعية التي تأتي من البكتيريا المعروفة. وخير مثال على ذلك Streptomyces avermitilis، وهي البكتيريا التي اشتق منها الباحثون عقارًا يسمى إيفرمكتين. يقول كلاردي: "يُزرع عقار الإيفرمكتين على مقياس طن لأنه يستخدم ضد عمى الأنهار في إفريقيا ، ولعلاج أشجار اللوز في كاليفورنيا ، وللتخلص من جميع أنواع الطفيليات" (ديدان الخيول ، على سبيل المثال). "هنا لديك" خطأ "ينتج عنه جزيء مفيد ينمو على نطاق واسع وبصورة مكثفة." بمجرد أن يتم تسلسل الجينوم ، قال ، "بمجرد النظر إليه بشكل عرضي ، يمكنك أن ترى مكان صنع الإيفرمكتين ، ولكن يمكنك أيضًا رؤية [تسلسلات جينية أخرى] - أكثر من 30 من هذه المجموعات - التي يبدو أنه يجب أن يصنع كل منها جزيءًا صغيرًا . نحن نعلم فقط ثلاثة الجزيئات التي تأتي من هذا الخطأ ، "يضيف - أحدها مصدر الإيفرمكتين. "هذا يعني أننا نعرف 10 في المائة فقط مما يمكن أن يصنعه."

    لكن التحقيق في هذه الأسرار ليس بالأمر السهل. عندما تنمو في معمل في مزرعة نقية ، يبدو أن الميكروبات لا تحتاج إلى تنشيط كل آلياتها الوراثية للبقاء على قيد الحياة. على النقيض من ذلك ، تعيش الميكروبات في بيئتها الطبيعية في بيئة معقدة: فهي تتفاعل مع بيئتها ومع الميكروبات الأخرى باستخدام مجموعة واسعة من منتجات الجزيئات الصغيرة غير المعروفة فعليًا. غالبًا ما تلعب هذه المركبات العضوية أدوارًا متعددة: يمكن أيضًا استخدام جزيء صغير يستخدم للإشارة بين البكتيريا المنخرطة في تبادل المستقلبات المفيدة للطرفين (النفايات الأيضية لميكروب واحد هي وجبة أخرى) لقتل المنافسين الذين يحاولون الحصول على موطئ قدم في نفس المكانة البيئية. مثل هذه المركبات ، إذا تمكن الباحثون من التعرف عليها ، وإنتاجها ، ومعرفة كيفية عملها ، فقد تشكل الجيل التالي من المضادات الحيوية الطبية.

    في جامعة هارفارد ، يستخدم التعاون الذي ييسره MSI بين Kolter و Clardy طرقًا إبداعية لحث حتى الميكروبات غير القابلة للزراعة على إنتاج مثل هذه الأسرار الجينية. كان كلاردي من أوائل الباحثين الذين استخدموا "الميتاجينوميات" ، والتي تتضمن أخذ عينات من البيئة - أمعائك ، أو بحيرة ، أو التربة في حالته - وجمع "الميتاجينوم" ، أو الجينوم المركب ، لجميع الكائنات الحية الفردية التي تعيش هناك . بعد استخراج العديد من خيوط الحمض النووي ، يقوم كلاردي بفحص التسلسلات التي تصنع المركبات. يمكنه عزل هذه التسلسلات ونقلها إلى ملفات بكتريا قولونية (أو بكتيريا "ترويض" أخرى يعرف كيف يزرعها) من أجل جعلها تعبر عن المركبات المستهدفة. في غضون ذلك ، قام كولتر بإنشاء إعدادات بيئية خاضعة للرقابة ، واستكشاف ما إذا كانت بعض البكتيريا تتصرف بشكل مختلف في سياق الأنواع الأخرى ، كما تفعل في بيئتها الطبيعية. لقد أعطى كلاردي أداة تشير إلى متى يستجيب حشرة لإشارة جرثومية ، وقد طور كلاردي أدوات أخرى لمعرفة ماهية مركب الإشارة هذا. يقول كولتر إن هذه الجزيئات العضوية ، غالبًا ما تكون مضادًا حيويًا ، "تتحول إلى شيء جديد لم يره أحد من قبل" ، "وغالبًا ما يكون لها خصائص مثيرة للاهتمام كيميائيًا للغاية".

    صور آن بيرسون

    اليسار: الأغشية المزدوجة الجواهر المظلمة قد تكون متينة بدرجة كافية لإنتاج "أحافير جزيئية": آثار لحياة مبكرة على الأرض تم حفظها لمليارات السنين. حق: العصوية الرقيقة تشكل الأبواغ (باللون الأخضر) بأغشية دهنية تساعد على حماية الجراثيم من تلف الأكسجين. تظهر هذه الأغشية الخلوية الصلبة في السجل الأحفوري في نفس الوقت الذي أصبح فيه الغلاف الجوي للأرض غنيًا بالأكسجين ، وقد تساعد في تتبع التغيرات في الغلاف الجوي المبكر للكوكب.

    لإثبات أن طريقتهم تعمل من حيث المبدأ ، نشر الفريق في عام 2006 اكتشافًا مبكرًا باستخدام البكتيريا العصوية الرقيقة، التي تمت دراستها لأكثر من 100 عام. يحذرون من أن المركب الذي حددوه ، bacillaene ، قد يكون أو لا يكون مفيدًا في الطب. لكنها بنية معقدة للغاية وكثيفة الموارد ليصنعها أي كائن حي وحيد الخلية ، وهذا يشير إلى أنه يلعب دورًا بيولوجيًا مهمًا. سيستخدم زميلان جديدان لما بعد الدكتوراه من MSI يصلان إلى كلية الطب هذا العام التقنيات التعاونية التي طورها كولتر وكلاردي لتسهيل المزيد من الاكتشافات. سوف يدخلون إلى عالم من الاحتمالات العلاجية التي لا نهاية لها على ما يبدو ، بين المنتجات الجزيئية الصغيرة للبكتيريا التي لم يتم اكتشافها بعد ، و 90 في المائة من متواليات الترميز غير المستغلة من الحشرات التي اعتقدنا أننا نعرفها.

    المؤشرات الحيوية البكتيرية للأرض القديمة

    داخل FAS ، أصبحت آن بيرسون ، الأستاذة المساعدة في Cabot لعلوم الأرض والكواكب ، مهتمة أيضًا بالبكتيريا لما قد تكشفه عن تاريخ الأرض المبكر. تعاون بيرسون ، المتخصص في الكيمياء الجيولوجية الحيوية ، مع ريتشارد لوسيك ، الذي أوضح خلال الـ 35 عامًا الماضية بتفصيل كبير الآليات الجزيئية التي تتحكم في دورة الحياة والتمايز في البكتيريا. العصوية الرقيقة. تقول لوسيك إنها "تجري بحثًا رائعًا حول [أصول] الجزيئات البيولوجية التي يمكن استعادتها من مئات الملايين ، إن لم يكن المليارات ، منذ سنوات ، مما يعكس أقدم دليل على الحياة على الأرض."

    روزوباكتيريا ، التي تشكل مستعمرات وردية ، تساعد في تكوين الغيوم عن طريق إنتاج غازات تنوي قطرات الماء (التفاصيل أدناه).

    يقول بيرسون: "إذا كان لديك صخور رسوبية شديدة الحفظ وغنية بالمواد العضوية ولم يتم دفنها بعمق أو تسخينها في تاريخها الجيولوجي ، فيمكنك استخراج كميات قابلة للقياس من الدهون أو الدهون التي تشكل بعض أغشية الخلايا. نحن نطلق على هذه "الحفريات الجزيئية" لأنها تمتلك بنية ، ويمكن التعرف عليها ، وفي بعض الأحيان يمكنك معرفة نوع الكائن الحي الذي قد تكون قد أتت منه - على سبيل المثال ، هناك جزيئات معينة لا تنتج إلا عن طريق العتائق. "

    يوضح لوسيك: "كانت لدى آن الفكرة ، وهي أنه ربما يمكننا تعلم شيء ما من جزيئات مماثلة موجودة في الميكروبات المعاصرة." اتضح أن البكتيريا التي يدرسها لوسيك في المختبر لها جينات مشابهة لتلك المعروفة بإنتاج نوع معين من هذه الأحافير الجزيئية. تعلمت تانيا بوساك ، زميلة ما بعد الدكتوراه برعاية MSI (وهي الآن أستاذة مساعدة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) ، تقنيات الجينات الميكروبية التي يستخدمها مختبر لوسيك وحصلت على أدلة على أن هذه الجزيئات في البكتيريا المعاصرة تساعد على حماية أبواغها من التلف الناتج عن الأكسجين. (على الرغم من أن العديد من أشكال الحياة تحتاج إلى الأكسجين ، إلا أنه يمكن أن يسبب الكثير من الضرر). العصوية الرقيقة، يوضح لوسيك ، أنه يخلق "نوعًا مفتولًا بشكل خاص من البوغ ، ربما يكون أقوى نوع من الخلايا الخاملة على هذا الكوكب. يمكن أن يتحمل أقصى درجات الحرارة والوقت والإشعاع ". ما الذي كان يمكن أن يفعله هذا الجزيء قبل ملياري سنة؟ يجيب لوسيك: "المعنى المثير هو أن هذه الجزيئات ربما ظهرت كرد فعل لارتفاع الأكسجين في الغلاف الجوي ، لذا فإن توقيت ظهورها في السجل الصخري قد يؤثر على مسألة وقت ارتفاع مستويات الأكسجين لأول مرة. . "

    "يبلغ عمر الكوكب حوالي 4.5 مليار سنة" ، كما يشرح متعاون آخر مع بيرسون ، وهو عالم الحفريات أندرو نول ، أستاذ فيشر للتاريخ الطبيعي وأستاذ علوم الأرض والكواكب. "أقدم الصخور التي يمكننا النظر إليها عمرها 3.8 مليار سنة." تشير الأدلة الكيميائية إلى أن الحياة كانت موجودة بالفعل في ذلك الوقت ، ولكن بالتأكيد "قبل 3.5 مليار سنة كانت هناك مجتمعات ميكروبية نشطة على سطح الأرض". كانت هذه الميكروبات مختلفة قليلاً عن تلك التي نعرفها اليوم لأنه لا يوجد حتى الآن أكسجين. (حتى اليوم ، كما يقول ، الأكسجين مجرد "قشرة على سطح الكوكب. إذا وضعت مجرافك في طين مستنقع وحفرت سنتيمترًا واحدًا تحت السطح ، فإنك تنزل إلى النظم البيئية الميكروبية اللاهوائية ، والتي تظل ضرورية معظم دورات العناصر المهمة بيولوجيًا على سطح الأرض. ") قبل 2.4 مليار سنة ، تشير كيمياء الصخور الرسوبية إلى وجود" على الأقل القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي والمحيط السطحي. " بعد ذلك ، "لمدة ثمانية عشر مائة مليون سنة ، كانت مستويات الأكسجين تحوم ربما عند بضعة بالمائة من مستويات اليوم. يقول نول: "في آخر 600 مليون سنة فقط أو نحو ذلك ، لدينا بيئات تحتوي على كمية كافية من الأكسجين لدعم بيولوجيا الحيوانات الكبيرة ، وفي تلك الفترة فقط تظهر الحيوانات الكبيرة بالفعل". وذلك أيضًا عندما أصبحت الطحالب مهمة من الناحية البيئية لأول مرة ، حيث انضمت إلى بكتيريا التمثيل الضوئي وحلت محلها في نهاية المطاف كأساس لسلاسل الغذاء المبكرة في محيطات العالم. يقول: "إذن هناك مصادفة زمنية بين الأحداث الكبرى في تاريخ الحياة والأحداث الكبرى في تاريخ كوكب." قد يشير اتباع هذه الخيوط أيضًا إلى كيفية نشوء الحياة ، وكيف يمكن أن تبدو ، في مكان آخر من الكون.

    تقوم البكتيريا بتخصيب النباتات من خلال تكوين "أنسجة" تكافلية متخصصة على الجذور ، تُعرف باسم "عقيدات الجذر". تشكل البكتيريا الموجودة في هذه العقيدات "مصانع" قادرة على التقاط غاز النيتروجين في الغلاف الجوي وتحويله إلى مركبات تحتوي على الأمونيا يمكن للنباتات استخدامها للنمو. لا تستطيع النباتات في حد ذاتها إحداث هذا التحول ، وهذا هو سبب حاجتها إلى نيتروجين "ثابت" (وليس غاز) كسماد.

    "الجميع مهتم بالعثور على الجزيء المثالي لتتبع البكتيريا الزرقاء" ، وفقًا لتقرير بيرسون ، من أجل تتبع أصول الإنتاج الأولي للأكسجين (تستخدم البكتيريا الزرقاء نوعًا من التمثيل الضوئي الذي يطلق الأكسجين ، وهذه العملية مسؤولة عن غلافنا الجوي الغني بالأكسجين) . على نطاق أوسع ، تأمل في "معرفة كيفية ربط التنوع المذهل للميكروبات الموجودة هناك بأنواع الجزيئات العضوية القابلة للحفظ - أو المؤشرات الحيوية - التي يصنعونها. والتي يمكننا أن نجدها في السجل الرسوبي ". نظرًا لأن الأنواع الفردية من الميكروبات قابلة للتغيير ("تتطور بسرعة وليس لدينا أي فكرة عما إذا كان هناك تكامل نسبي على مدى بلايين السنين") ، فهي تحاول ربط جزيئات معينة محفوظة بجزيئاتها المهام في البيئة ، بدلاً من الأنواع ، من أجل محاولة الحصول على فكرة عما بدا عليه النظام البيئي عندما تطورت الحياة على الأرض ، وبالتالي شكلت بيئة الأرض - تزويد الغلاف الجوي بالأكسجين ، وإزالة السموم من المحيطات ، وتحطيم الصخور والعضوية مسألة تشكيل التربة. يقول بيرسون: "كانت MSI ضرورية للغاية لبناء الجسور التي أحتاجها لمجموعات البحث الأخرى". "على الرغم من أن أسئلتي مدفوعة بالجيولوجيا وتاريخ الأرض ، فإن العمل الذي أقوم به للإجابة على هذه الأسئلة هو علم الأحياء والكيمياء. تقول: "أنا لا أمارس الجيولوجيا الميدانية ، لذا كان بناء الجسور مع أجزاء أخرى من الجامعة أمرًا بالغ الأهمية".

    تشكل البكتيريا الزرقاء الضوئية حصائرًا ملونة في الينابيع الدافئة في حديقة يلوستون الوطنية ، وهو مكان يلعب دورًا رئيسيًا في دراسات التنوع الميكروبي.

    تاريخيًا ، كما يقول Knoll ، "كان هناك عدد قليل منا في FAS مهتمين بالكائنات الدقيقة ، ولكن لم يكن هناك أي شيء ملموس مثل متحف علم الحيوان المقارن ، الذي قدم نقطة محورية للأشخاص المهتمين بالحيوانات لـ 150 سنوات ، [أو] المعشبة ، التي فعلت الشيء نفسه للأشخاص المهتمين بالنباتات "(التي تسميها Knoll ، نصف مازحة ،" الطحالب الخضراء بدرجة التخرج "). يتابع قائلاً: "نظرًا لحسن حظ هارفارد في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، فقد أنشأنا هذه المرافق الرائعة حقًا لدراسة النباتات والحيوانات. وليس من المستغرب أن نملأ أعضاء هيئة التدريس لدينا بأشخاص يدرسون [هم]. هذه المجالات ليست غير مهمة الآن "، كما يوضح ،" ولكن تم فتح العديد من الآفاق لدراسة الكائنات الحية الدقيقة بحيث كان التحديد البسيط من خلال MSI لمجتمع من الأشخاص المهتمين بعلم الأحياء الدقيقة مهمًا للغاية. العديد من العمليات البيولوجية الأساسية التي تكمن وراء طبيعة التغييرات في البيئة جرثومية ، لذلك في عالم قد تتغير فيه البيئة بشكل أسرع من قدرتنا على فهمها ، يكون لدينا فكرة عملية موجهة بشكل أفضل عما تفعله المجتمعات الميكروبية بالفعل في الطبيعة لها أهمية عملية أيضًا ".

    اليسار: كان من الصعب تفسير رواسب الكهوف المعدنية من خلال عمليات جيولوجية بحتة. اكتشف علماء Spelunker في السبعينيات أن الميكروبات تلعب دورًا في تكوينها. إلى اليمين: أدى الاعتراف بأن الميكروبات يمكنها تنفس المعادن غير القابلة للذوبان إلى إعادة تقييم كاملة للعمليات ، مثل الصدأ ، التي كانت تُعتبر إلى حد كبير غير حيوية (غير حية) ومعروفة الآن باحتوائها على مكون ميكروبي. يشير العلماء إلى هذا باسم "التآكل بمساعدة الميكروبات".

    من جانبه ، يؤكد عالِم الكيمياء الجيولوجية دانيال شراج ، أستاذ علوم الأرض والكواكب وعضو اللجنة التوجيهية لـ MSI ، أن "جميع التفاعلات تقريبًا على سطح الأرض يتم تحفيزها بواسطة الميكروبات - في التربة وفي المياه وفي المستنقعات. إذا كنت لا تعرف ما تفعله الميكروبات ، فأنت لا تعرف حقًا ما الذي يحدث ".

    الصورة بواسطة كولين كافانو

    يمكن أن تعيش أنواع أخرى من الميكروبات "شديدة الحساسية" بدون ضوء أو أكسجين بالقرب من مداخن التنفيس الحراري المائي. يتم دعم النظم البيئية حول هذه الفتحات بالكامل من قبل البكتيريا التي تعيش بحرية والبكتيريا التكافلية.

    يقول نول: "من الواضح أن هذا المجال لن يصل إلى مرحلة النضج ، بمعنى أنه يصبح أقل إثارة ، خلال فترة حياتي البحثية أو على الأرجح خلال فترات بحث طلابي". "لدينا آفاق جديدة تمامًا في طبيعة المرض وعلاجه ، آفاق جديدة تمامًا في فهم تنوع الحياة كما هو في الواقع موجود - ليس ما نحن عليه فكر كانت موجودة لأننا يمكن أن نراها آفاقًا جديدة تمامًا في طبيعة العلاقة بين الكائنات الحية والبيئة اليوم وفي المستقبل ، وفي النطاق الزمني لتطور الكوكب بأكمله. هذه أسئلة كبيرة ومثيرة بشكل رائع وتوفر لنا MSI منتدى لمناقشتها. تجد ، بين الحين والآخر ، شخصًا فكر بالفعل في نفس المشكلة بطريقة مختلفة تمامًا "- ويمكن أن يكون هذا هو أهم نوع من المحفزات: النوع الذي يؤدي إلى اكتشافات جديدة.


    البحوث الممولة من NCCIH

    ترعى NCCIH مجموعة متنوعة من المشاريع البحثية المتعلقة بالبروبيوتيك أو الميكروبيوم. بالإضافة إلى الدراسات المذكورة سابقًا حول تفاعلات النظام الغذائي مع الميكروبيوم في الجهاز الهضمي ، تشمل الموضوعات الحديثة ما يلي:

    • الآليات التي قد تساعد بها البروبيوتيك في تقليل فقدان العظام بعد سن اليأس
    • هندسة البروبيوتيك لتجميع المواد الطبيعية لأبحاث الميكروبيوم في الدماغ
    • الآليات التي يمكن من خلالها لبعض أنواع البروبيوتيك تخفيف آلام الحوض المزمنة
    • آثار معينة Bifidobacterium إجهاد التغيرات في إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة في الأمعاء التي قد تلعب دورًا في الإسهال المرتبط بالمضادات الحيوية.

    مجموعات مختلفة من العتائق

    لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الشجرة التطورية للمجال القديم. حاليًا ، يتم تقسيمها إلى أربع مجموعات تطورية من المحتمل أن تتغير عندما نكتشف المزيد عن هذه الكائنات المجهرية. الكتل الأربعة الحالية من الأركيا هي Korarchaeotes و Euryarchaeotes و Crenarchaeotes و Nanoarchaeotes.

    Euryarchaeotes

    Euryarchaeotes هي واحدة من أشهر مجموعات الأركيا. ويشمل مجموعة من محبي الملح الشديد (عشاق الملح) وجميع الميثانوجينات. يتم استخدام بعض من هذه الملوحة الشديدة في إنتاج الملح التجاري للمساعدة في تسريع تبخر أحواض المياه المالحة.

    تمتلك بعض الآثار القديمة طريقة فريدة لاستخدام الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء. بدلًا من استخدام الأصباغ المعروفة مثل الكلوروفيل أ ، تستخدم بعض آثار euryarchaeotes مزيجًا من البروتين وصبغة تسمى شبكية العين لاحتجاز الطاقة الضوئية. شبكية العين هي أيضًا جزيء رئيسي يشارك في رؤية الحيوانات.

    Crenarchaeotes

    Crenarchaeotes و euryarchaeotes هما أشهر مجموعتين من الأركيا. تضم هذه المجموعة غالبية عشاق الحرارة المعروفين (عشاق الحرارة). هم الأكثر شيوعًا الذين يعيشون في بيئات حارة أو حمضية. على سبيل المثال ، يمكن العثور عليها في ينابيع كبريتية شديدة الحموضة في درجات حرارة تزيد عن 75 درجة مئوية.

    Korarchaeotes

    تم اكتشاف أول آثار كورارية في ينبوع حار في عام 1996 في حديقة يلوستون الوطنية. تم اكتشافها منذ ذلك الحين في جميع أنحاء العالم ولكن حتى الآن فقط في الينابيع الساخنة والفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار.

    آثار النانو

    الآثار النانوية هي أحدث الآثار القديمة المكتشفة. تم اكتشافها لأول مرة في عام 2002 في أيسلندا. الآثار النانوية هي بعض أصغر الكائنات الحية في العالم. إنها طفيليات تنمو مرتبطة بخلية crenarchaeote. منذ عام 2002 ، تم اكتشافها في أماكن مختلفة حول العالم بما في ذلك سيبيريا ومنتزه يلوستون الوطني وفي أعماق المحيط الهادئ.


    شاهد الفيديو: اكتشاف ادلة من خارج كوكب الأرض على وجود حياة لاحاديات الخلية - العلم يحسم الأمر (كانون الثاني 2022).