معلومة

عدد البكتيريا

عدد البكتيريا


We are searching data for your request:

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

أنا أقوم بإنشاء نموذج رياضي لنمو Synechocystis. sp PCC 6803 و Methanosarcina barkeri Fusaro في المفاعلات الحيوية الضوئية والمفاعلات الحيوية الغشائية اللاهوائية على التوالي. لدي سؤالان بخصوص هذا:

  1. عندما تشتري هذه السلالات ، أو البكتيريا بشكل عام ، من مورد ، كم عدد البكتيريا التي ستحصل عليها؟ (أحتاج هذا للعدد الأولي للبكتيريا)
  2. كيف تجد / تحسب ثابت نصف التشبع؟ (مستخدم في معادلة مونود)
  3. كيف تجد / تحسب الركيزة التي تحد من النمو؟ (مستخدم في معادلة مونود)

سيكون موضع تقدير أي مساعدة!


  1. عندما تشتري هذه السلالات ، أو البكتيريا بشكل عام ، من مورد ، كم عدد البكتيريا التي ستحصل عليها؟ (أحتاج هذا للعدد الأولي للبكتيريا)

أنت لا تعرف عدد الخلايا التي ستحصل عليها. اعتمادًا على السلالة وكيفية الحفاظ عليها (التجميد ، المجفف بالتجميد ، الثقافة السائلة) ، يمكن أن تختلف النسبة المئوية للخلايا القابلة للحياة في العينة التي تحصل عليها كثيرًا. على أي حال ، لن تجد العدد الأولي للبكتيريا لنموذجك ليس هكذا. قبل تلقيح المفاعلات الحيوية الخاصة بك ، يجب تحضير ما قبل الثقافات. لن تستخدم عينة المورد مباشرة كلقاح.

بالنسبة لكيفية تحديد عدد الخلايا في ثقافة ما قبل الثقافة ، فإن الأمر يعتمد حقًا على نوع المعدات التي يمكنك الوصول إليها. إذا كان لديك وصول إلى مقياس التدفق الخلوي ، فيمكنك الحصول على عدد الخلايا مباشرة. خلاف ذلك ، يمكنك استخدام تقنيات ميكروبيولوجية أكثر "تقليدية" (الكثافة البصرية ، أطباق بتري ، الوزن الجاف ...).

يمكنك حتى التفكير في استخدام متغير آخر غير رقم الخلية لنموذج النمو الخاص بك. غالبًا ما يتم نمذجة الكثافة الضوئية أو الضوء الجاف ، وليس عدد الخلايا.


ما هو CFU في علم الأحياء الدقيقة؟

عندما يريد العلماء معرفة عدد الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في محلول البكتيريا أو الفطريات ، عادةً ما يستغرق حساب كل خلية على حدة تحت المجهر وقتًا طويلاً للغاية. من خلال تمييع عينة من الميكروبات ونشرها عبر طبق بتري ، يمكن لعلماء الأحياء المجهرية بدلاً من ذلك عد مجموعات من الميكروبات ، تسمى المستعمرات ، بالعين المجردة. يُفترض أن كل مستعمرة قد نمت من وحدة تشكيل مستعمرة واحدة ، أو CFU.


مقدمة

كم عدد الخلايا الموجودة في جسم الإنسان؟ بالإضافة إلى بيانات ترتيب الحجم التي لا تعطي مرجعًا أوليًا أو تقديرات عدم التيقن ، تم إجراء عدد قليل جدًا من التقديرات التفصيلية (تتم مناقشة الاستثناء الوحيد [1] أدناه). وبالمثل ، فإن العبارات المنتشرة في كل مكان بخصوص 10 14-10 15 بكتيريا مقيمة في أجسامنا تعود إلى حساب قديم في ظهر الغلاف [2-4].

الهدف من هذه الدراسة هو إعادة النظر بشكل نقدي في التقديرات السابقة لعدد الخلايا البشرية والبكتيرية في جسم الإنسان. نقدم أحدث التقديرات التفصيلية حيث يتم توثيق منطق الحساب والمصادر بالكامل ويتم اشتقاق نطاقات عدم اليقين. من خلال تحديث تعداد الخلايا في الجسم ، نعيد أيضًا النظر في القيمة 10: 1 التي تكررت تمامًا لتحقيق حالة حقيقة معرفة مشتركة ثابتة [4]. تم انتقاد هذه النسبة مؤخرًا في رسالة إلى المجلة ميكروب [5] ، ولكن هناك حاجة إلى تقدير تفصيلي بديل يعطي قيمًا ملموسة ويقدر مدى عدم اليقين. هنا ، نقدم حسابًا للمنهجيات المستخدمة حتى الآن في عدد الخلايا ومراجعة التقديرات السابقة. عند القيام بذلك ، نكرر الافتراضات الواردة في حسابات ظهر الظرف السابقة ونفكر فيها ، والتي تُعرف أيضًا باسم مشاكل فيرمي. نجد مثل هذه التقديرات مثل فحوصات السلامة الفعالة وطريقة لتحسين فهمنا الكمي في علم الأحياء.

استند جزء كبير من الأدبيات المتاحة المستخدمة في اشتقاق أرقام الخلايا البشرية إلى مجموعات من الرجال على وجه الحصر أو في الغالب ، وبينما نستخدم هذه المصادر ، يبدأ تحليلنا بالرجال البالغين. كما نوقش أدناه ، تنطبق اختلافات كمية متواضعة نسبيًا على النساء بسبب التغيرات في خصائص كتلة الجسم ، وحجم الدم ، والميكروبات التناسلية. لتحليلنا ، استخدمنا تعريف المرجع القياسي كما هو مذكور في الأدبيات [6] على النحو التالي: "يُعرّف الرجل المرجعي بأنه يتراوح عمره بين 20 و 30 عامًا ، ويزن 70 كجم ، ويبلغ ارتفاعه 170 سم." يعيد تحليلنا النظر في تقديرات عدد الخلايا الميكروبية والخلايا البشرية ونسبتها في جسم مثل هذا الرجل القياسي.

نبدأ تحليلنا من خلال إعادة النظر في عدد البكتيريا من خلال مسح المصادر السابقة ، ومقارنة التعداد في أعضاء الجسم المختلفة والتركيز في النهاية على محتوى القولون. ثم نقدر العدد الإجمالي للخلايا البشرية في الجسم ، ونقارن الحسابات باستخدام حجم خلية "تمثيلي" بالتجميع حسب نوع الخلية. ثم نقوم بمقارنة توزيع رقم الخلية حسب نوع الأنسجة بالتوزيع الشامل. في الختام ، نعيد النظر في نسبة الخلايا البكتيرية إلى الخلايا البشرية وتقييم تأثير الجنس والعمر والسمنة.


عدد البكتيريا - علم الأحياء

البكتيريا هي كائنات دقيقة وحيدة الخلية & # 150 بشكل عام 4 / 100،000 من البوصة (1 ميكروم) وطولها إلى حد ما أطول. ما تفتقر إليه البكتيريا في الحجم ، فإنها تشكل بالأرقام. تحتوي الملعقة الصغيرة من التربة المنتجة عمومًا على ما بين 100 مليون ومليار بكتيريا. وهذا يعادل كتلة بقرتين لكل فدان.

تنقسم البكتيريا إلى أربع مجموعات وظيفية. معظمها عبارة عن محللات تستهلك مركبات كربونية بسيطة ، مثل إفرازات الجذور وفضلات النباتات الطازجة. من خلال هذه العملية ، تقوم البكتيريا بتحويل الطاقة في المواد العضوية للتربة إلى أشكال مفيدة لبقية الكائنات الحية في شبكة الغذاء بالتربة. يمكن لعدد من المحللات تفكيك مبيدات الآفات والملوثات في التربة. تعتبر المُحلِّلات مهمة بشكل خاص في تثبيت العناصر الغذائية أو الاحتفاظ بها في خلاياها ، وبالتالي منع فقدان العناصر الغذائية ، مثل النيتروجين ، من منطقة التجذير.

المجموعة الثانية من البكتيريا هي المنفعلون التي تشكل شراكات مع النباتات. أشهر هذه البكتيريا هي البكتيريا المثبتة للنيتروجين. المجموعة الثالثة من البكتيريا هي مسببات الأمراض. تشمل مسببات الأمراض البكتيرية Xymomonas و اروينيا أنواع وأنواع أجروباكتريوم التي تسبب تكوين المرارة في النباتات. المجموعة الرابعة تسمى ليثوتروف أو كيميائيةيحصل على طاقته من مركبات النيتروجين أو الكبريت أو الحديد أو الهيدروجين بدلاً من مركبات الكربون. بعض هذه الأنواع مهمة لدورة النيتروجين وتدهور الملوثات.

ماذا تفعل البكتيريا؟

تؤدي البكتيريا من المجموعات الأربع خدمات مهمة تتعلق بديناميكيات المياه ، ودورة المغذيات ، وقمع الأمراض. تؤثر بعض البكتيريا على حركة الماء عن طريق إنتاج مواد تساعد على ربط جزيئات التربة في مجاميع صغيرة (تلك التي يبلغ قطرها 1 / 10000-1 / 100 بوصة أو 2-200 ميكروم). الركام المستقر يحسن تسرب المياه وقدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه. في مجتمع بكتيري متنوع ، سوف تتنافس العديد من الكائنات الحية مع الكائنات الحية المسببة للأمراض في الجذور وعلى أسطح النباتات الموجودة فوق سطح الأرض.

عدد قليل من البكتيريا المهمة

البكتيريا المثبتة للنيتروجين تشكل ارتباطات تكافلية مع جذور البقوليات مثل البرسيم والترمس ، والأشجار مثل ألدر والجراد. يتم إنشاء العقيدات المرئية حيث تصيب البكتيريا شعر الجذر النامي (الشكل 4). يزود النبات البكتيريا بمركبات كربونية بسيطة ، وتقوم البكتيريا بتحويل النيتروجين (N2) من الهواء إلى شكل يمكن لمضيف النبات استخدامه. عندما تتحلل أوراق أو جذور النبات المضيف ، يزداد نيتروجين التربة في المنطقة المحيطة.

البكتيريا الآزوتية تغيير الأمونيوم (NH4 +) إلى النتريت (NO2-) ثم إلى النترات (NO3-) & # 150 وهو الشكل المفضل من النيتروجين للأعشاب ومعظم المحاصيل الصفية. يتم ترشيح النترات بسهولة أكبر من التربة ، لذلك يستخدم بعض المزارعين مثبطات النترجة لتقليل نشاط نوع واحد من البكتيريا الآزوتية. يتم قمع البكتيريا الآزوتية في تربة الغابات ، بحيث يبقى معظم النيتروجين على شكل أمونيوم.

نزع النتروجين البكتيريا تحويل النترات إلى غاز النيتروجين (N2) أو أكسيد النيتروز (N2O). أجهزة إزالة النتروجين هي مواد لاهوائية ، مما يعني أنها نشطة في حالة غياب الأكسجين ، كما هو الحال في التربة المشبعة أو داخل ركام التربة.

أكتينوميسيتيس هي مجموعة كبيرة من البكتيريا التي تنمو على شكل خيوط مثل الفطريات (الشكل 3). هم مسؤولون عن الرائحة المميزة & # 147earthy & # 148 للتربة الصحية الطازجة. تتحلل الأكتينوميسيتات مجموعة واسعة من الركائز ، ولكنها مهمة بشكل خاص في تحطيم المركبات المتمردة (التي يصعب تحللها) ، مثل الكيتين والسليلوز ، وتنشط عند مستويات عالية من الأس الهيدروجيني. الفطريات أكثر أهمية في تحلل هذه المركبات عند انخفاض درجة الحموضة. يتم إنتاج عدد من المضادات الحيوية عن طريق الفطريات الشعاعية مثل Streptomyces.

أين البكتيريا؟

أنواع مختلفة من البكتيريا تزدهر في مصادر غذائية مختلفة وفي بيئات ميكروية مختلفة. بشكل عام ، تكون البكتيريا أكثر قدرة على المنافسة عند وجود ركائز قابلة للتغير (سهلة التمثيل الغذائي). ويشمل ذلك بقايا النباتات الطازجة والشابة والمركبات الموجودة بالقرب من الجذور الحية. تتركز البكتيريا بشكل خاص في منطقة الجذور ، المنطقة الضيقة المجاورة للجذر وفي داخله. هناك أدلة على أن النباتات تنتج أنواعًا معينة من إفرازات الجذور لتشجيع نمو البكتيريا الوقائية.

تغير البكتيريا بيئة التربة لدرجة أن بيئة التربة ستفضل مجتمعات نباتية معينة على غيرها. قبل أن يتم إنشاء النباتات على رواسب طازجة ، يجب على المجتمع البكتيري أن يتشكل أولاً ، بدءًا من بكتيريا التمثيل الضوئي. هذه تعمل على إصلاح النيتروجين والكربون في الغلاف الجوي ، وتنتج مواد عضوية ، وتجمد ما يكفي من النيتروجين والمواد المغذية الأخرى لبدء عمليات تدوير النيتروجين في التربة الفتية. بعد ذلك ، يمكن أن تنمو الأنواع النباتية المتتالية المبكرة. عندما يتم إنشاء مجتمع النبات ، تدخل أنواع مختلفة من المواد العضوية إلى التربة وتغير نوع الطعام المتاح للبكتيريا. في المقابل ، يغير المجتمع البكتيري المتغير بنية التربة وبيئة النباتات. يعتقد بعض الباحثين أنه قد يكون من الممكن التحكم في الأنواع النباتية في مكان ما من خلال إدارة مجتمع بكتيريا التربة.

سيرة البق
بقلم آن كينيدي ، دائرة البحوث الزراعية بوزارة الزراعة الأمريكية ، بولمان ، واشنطن

البكتيريا التي تعزز نمو النبات: سلالات معينة من بكتيريا التربة Pseudomonas fluorescens لها نشاط مضاد للفطريات يثبط بعض مسببات الأمراض النباتية. يمكن أن تزيد P. fluorescens وأنواع Pseudomonas و Xanthomonas الأخرى من نمو النبات بعدة طرق. قد ينتجون مركبًا يثبط نمو مسببات الأمراض أو يقلل من غزو النبات من قبل العامل الممرض. قد ينتجون أيضًا مركبات (عوامل نمو) تزيد نمو النبات بشكل مباشر.

توجد هذه البكتيريا المعززة لنمو النبات بشكل طبيعي في التربة ، ولكن ليس دائمًا بأعداد كبيرة بما يكفي ليكون لها تأثير كبير. في المستقبل ، قد يكون المزارعون قادرين على تلقيح البذور بالبكتيريا المضادة للفطريات ، مثل P. fluorescens ، للتأكد من أن البكتيريا تقلل من مسببات الأمراض حول البذور وجذر المحصول.


الميكروب هو أي كائن حي غير مرئي بالعين المجردة. تبلغ الدقة غير المُساعدة للعين حوالي 0.1 ملم

تصنف البكتيريا حسب شكلها:

1) كوتشى: البكتيريا الكروية

  • Cocci - أصغر بكتيريا ، تحدث في شكل كرات مفردة
  • ثنائي المكورات - أزواج من المجالات ، على سبيل المثال التهاب رئوي
  • المكورات العنقودية - مجموعات من المجالات ، على سبيل المثال تسمم غذائي
  • العقدية - سلاسل من المجالات ، على سبيل المثال إلتهاب الحلق

2) عصيات: بكتيريا على شكل قضيب:

3) سبيريلا - بكتيريا كبيرة حلزونية الشكل - على سبيل المثال. مرض الزهري

4) فيبريو - بكتيريا على شكل هلال - على سبيل المثال كوليرا

استطالة الخلية ينتج عنه تخليق مواد نووية إضافية السيتوبلازم والأمبير

يحدث تكرار الحمض النووي (لا يوجد مغزل انقسامي) ، وترتبط المادة النووية بـ غشاء بلازمي أو ميزوسوم

أ الحاجز يبدأ في التطور ، ويتم توزيع المواد النووية على كلا الجانبين

اكتمل الحاجز ، ويتطور جدار الخلية لتقسيم الخلية إلى قسمين

تنمو الخليتان الابنتان إلى حجم حرج ، ثم كرر هذه العملية

يمكن إدخال مادة وراثية جديدة في البكتيريا بثلاث طرق رئيسية:

1) اقتران: البكتيريا ترتبط ببعضها البعض من خلال الشعيرات الدموية.

  • يمرر المانح بلازميدًا يسمى عامل F (الخصوبة) إلى الخلية المتلقية.
  • قد يكون العامل F في بلازميد (يتكاثر بشكل مستقل) ، أو مدمج في الكروموسوم البكتيري الرئيسي

2) تحويل: تُطلق بكتيريا واحدة الحمض النووي الذي تمتصه بكتيريا ثانية ، مما يسمح لها باكتساب خصائص جديدة

3) التوضيح: يمكن إدخال جينات جديدة في الكروموسوم البكتيري عن طريق العاثية البكتيرية (فيروس يعمل كناقل)

ال منحنى النمو السكاني البكتيري يحدث في أربع مراحل رئيسية:

1) مرحلة التأخر: الخلايا نشطة ، ولكن هناك زيادة طفيفة في العدد.

2) تسجيل المرحلة: المغذيات ومساحات الأمبير متوفرة بكثرة ، لذلك هناك القليل من المنافسة ، وتتكاثر البكتيريا بأقصى معدل لها

3) مرحلة ثابتة: تم الوصول إلى القدرة الاستيعابية (الحد الأقصى لعدد البكتيريا التي يمكن أن تدعمها البيئة) ، لذلك تحدث منافسة غير محددة بين البكتيريا.

ومن ثم فإن معدل الوفيات يوازن معدل النمو السكاني ، ويظل عدد البكتيريا ثابتًا تقريبًا

4) مرحلة الموت: نفاد إمدادات المغذيات وتتراكم نفايات الأمبير مما يؤدي إلى زيادة سمية البيئة.

تُقتل الكائنات الحية وينخفض ​​حجم الأمبير في النهاية إلى الصفر.

يمكن إنتاج الأبواغ خلال المرحلة الثابتة التي تقاوم الظروف المعاكسة

يمكن التحكم في نمو البكتيريا باستخدام الطرق الفيزيائية (تشعيع جاما أو في الأوتوكلاف باستخدام درجات حرارة عالية) أو بالوسائل الكيميائية:


علم البيئة من البكتيريا

بدائيات النوى موجودة في كل مكان على سطح الأرض. توجد في كل بيئة يمكن الوصول إليها ، من الجليد القطبي إلى الينابيع الساخنة ، ومن قمم الجبال إلى قاع المحيط ، ومن الأجسام النباتية والحيوانية إلى تربة الغابات. يمكن أن تنمو بعض البكتيريا في التربة أو الماء عند درجات حرارة قريبة من التجمد (0 درجة مئوية [32 درجة فهرنهايت]) ، بينما تنمو أنواع أخرى في الماء عند درجات حرارة قريبة من الغليان (100 درجة مئوية [212 درجة فهرنهايت]). يتم تكييف كل بكتيريا لتعيش في مكانة بيئية معينة ، سواء كانت أسطح المحيطات ، أو الرواسب الطينية ، أو التربة ، أو أسطح كائن حي آخر. مستوى البكتيريا في الهواء منخفض ولكنه مهم ، خاصة عند تعليق الغبار. في المسطحات المائية الطبيعية غير الملوثة ، يمكن أن تصل أعداد البكتيريا إلى الآلاف لكل مليلتر في التربة الخصبة ، ويمكن أن تصل أعداد البكتيريا إلى الملايين لكل جرام وفي البراز ، يمكن أن يتجاوز تعداد البكتيريا المليارات لكل جرام.

بدائيات النوى هي أعضاء مهمون في موائلهم. على الرغم من صغر حجمها ، إلا أن عددها الهائل يعني أن التمثيل الغذائي لها يلعب دورًا هائلاً - مفيدًا في بعض الأحيان ، وأحيانًا ضارًا - في تحويل العناصر في بيئتها الخارجية. من المحتمل أن كل مادة تحدث بشكل طبيعي ، والعديد من المواد الاصطناعية ، يمكن أن تتحلل (أيض) بواسطة بعض أنواع البكتيريا. أكبر معدة للبقرة ، الكرش ، عبارة عن غرفة تخمير تقوم فيها البكتيريا بهضم السليلوز في الأعشاب والأعلاف ، وتحويلها إلى أحماض دهنية وأحماض أمينية ، وهي العناصر الغذائية الأساسية التي تستخدمها البقرة وأساس إنتاج البقرة من الحليب. يتم تحويل النفايات العضوية في مياه الصرف الصحي أو أكوام السماد بواسطة البكتيريا إما إلى مغذيات مناسبة لعملية التمثيل الغذائي للنبات أو إلى غاز الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون. يتم تحويل بقايا جميع المواد العضوية ، بما في ذلك النباتات والحيوانات ، في نهاية المطاف إلى تربة وغازات من خلال أنشطة البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى ، وبالتالي يتم إتاحتها لمزيد من النمو.

تعيش العديد من البكتيريا في مجاري مائية ومصادر أخرى للمياه ، ووجودها بكثافة سكانية منخفضة في عينة من الماء لا يشير بالضرورة إلى أن الماء غير صالح للاستهلاك. ومع ذلك ، فإن الماء الذي يحتوي على بكتيريا مثل بكتريا قولونية، وهم سكان عاديون في الأمعاء للإنسان والحيوان ، يشير إلى أن مياه الصرف الصحي أو البراز قد لوث هذا المصدر المائي مؤخرًا. قد تكون هذه البكتيريا القولونية مسببات الأمراض (كائنات مسببة للأمراض) نفسها ، ويشير وجودها إلى وجود مسببات الأمراض البكتيرية والفيروسية الأخرى التي يصعب اكتشافها. تم تصميم الإجراءات المستخدمة في محطات تنقية المياه - الترسيب ، والترشيح ، والكلور - لإزالة هذه الكائنات الحية الدقيقة والعوامل المعدية الأخرى التي قد تكون موجودة في المياه المخصصة للاستهلاك البشري. كما أن معالجة مياه الصرف الصحي ضرورية لمنع تسرب البكتيريا المسببة للأمراض والفيروسات من مياه الصرف الصحي إلى إمدادات المياه. تؤدي محطات معالجة مياه الصرف الصحي أيضًا إلى تحلل المواد العضوية (البروتينات والدهون والكربوهيدرات) في مياه الصرف الصحي. يؤدي تكسير المواد العضوية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الماء إلى استهلاك الأكسجين (الحاجة إلى الأكسجين الكيميائي الحيوي) ، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الأكسجين ، والذي يمكن أن يكون ضارًا جدًا بالحياة المائية في الجداول والبحيرات التي تتلقى مياه الصرف الصحي. يتمثل أحد أهداف معالجة مياه الصرف الصحي في أكسدة أكبر قدر ممكن من المواد العضوية قبل تصريفها في نظام المياه ، وبالتالي تقليل الحاجة إلى الأكسجين الكيميائي الحيوي لمياه الصرف. تستغل خزانات هضم مياه الصرف الصحي وأجهزة التهوية على وجه التحديد القدرة الاستقلابية للبكتيريا لهذا الغرض. (لمزيد من المعلومات حول معالجة مياه الصرف الصحي ، ارى الأعمال البيئية: التحكم في تلوث المياه.)

إن بكتيريا التربة نشطة للغاية في إحداث تغييرات كيميائية حيوية عن طريق تحويل المواد المختلفة ، الدبال والمعادن ، التي تميز التربة. العناصر الأساسية للحياة ، مثل الكربون والنيتروجين والكبريت ، يتم تحويلها بواسطة البكتيريا من مركبات غازية غير عضوية إلى أشكال يمكن أن تستخدمها النباتات والحيوانات. تقوم البكتيريا أيضًا بتحويل المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي للنبات والحيوان إلى أشكال يمكن أن تستخدمها البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. يمكن أن توضح دورة النيتروجين دور البكتيريا في إحداث تغيرات كيميائية مختلفة. يوجد النيتروجين في الطبيعة في العديد من حالات الأكسدة ، مثل النترات والنتريت وغاز ثنائي النيتروجين والعديد من أكاسيد النيتروجين والأمونيا والأمينات العضوية (مركبات الأمونيا التي تحتوي على واحد أو أكثر من الهيدروكربونات البديلة). تثبيت النيتروجين هو تحويل غاز ثنائي النيتروجين من الغلاف الجوي إلى شكل يمكن أن تستخدمه الكائنات الحية. بعض البكتيريا المثبتة للنيتروجين ، مثل أزوتوباكتر, كلوستريديوم باستيريانوم، و الكلبسيلة الرئوية، تعيش بحرية ، في حين أن الأنواع من ريزوبيوم تعيش في علاقة حميمة مع النباتات البقولية. ريزوبيوم تتعرف الكائنات الحية في التربة على الشعيرات الجذرية لمضيفها النباتي المحدد وتغزوها ، وتدخل أنسجة النبات وتشكل عقيدات جذرية. تؤدي هذه العملية إلى فقدان البكتيريا للعديد من خصائص الحياة الحرة. يصبحون معتمدين على الكربون الذي يوفره النبات ، وفي مقابل الكربون ، يقومون بتحويل غاز النيتروجين إلى أمونيا ، التي يستخدمها النبات لتخليق البروتين ونموه.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعديد من البكتيريا تحويل النترات إلى أمينات لأغراض تصنيع المواد الخلوية أو إلى الأمونيا عند استخدام النترات كمستقبل للإلكترون. تقوم بكتيريا نزع النتروجين بتحويل النترات إلى غاز ثنائي النيتروجين. يتم تحويل الأمونيا أو الأمينات العضوية إلى نترات من خلال الأنشطة المشتركة للكائنات الهوائية نيتروسوموناس و نيتروباكتر، التي تستخدم الأمونيا كمانح للإلكترون.

في دورة الكربون ، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد خلوية بواسطة النباتات وبدائيات النوى ذاتية التغذية ، ويتم إرجاع الكربون العضوي إلى الغلاف الجوي عن طريق أشكال الحياة غيرية التغذية. المنتج الرئيسي للتحلل الميكروبي هو ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتكون عن طريق تنفس الكائنات الهوائية.

الميثان ، منتج نهائي غازي آخر لعملية التمثيل الغذائي للكربون ، هو عنصر ثانوي نسبيًا في دورة الكربون العالمية ولكنه مهم في المواقف المحلية وكمصدر للطاقة المتجددة للاستخدام البشري. يتم إنتاج الميثان من قبل بدائيات النوى الميثانوجينية عالية التخصص واللاهوائية ، وجميعها بدائيات النوى. تستخدم الميثانوجينات ثاني أكسيد الكربون كمستقبل طرفي للإلكترون وتستقبل الإلكترونات من غاز الهيدروجين (H2). يمكن تحويل بعض المواد الأخرى إلى ميثان بواسطة هذه الكائنات ، بما في ذلك الميثانول وحمض الفورميك وحمض الخليك والميثيل أمين. على الرغم من النطاق الضيق للغاية للمواد التي يمكن استخدامها بواسطة الميثانوجينات ، فإن إنتاج الميثان شائع جدًا أثناء التحلل اللاهوائي للعديد من المواد العضوية ، بما في ذلك السليلوز والنشا والبروتينات والأحماض الأمينية والدهون والكحوليات ومعظم الركائز الأخرى. يتطلب تكوين الميثان من هذه المواد أن تحلل البكتيريا اللاهوائية الأخرى هذه المواد إما إلى أسيتات أو إلى ثاني أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك بواسطة الميثانوجينات. تدعم الميثانوجينات نمو البكتيريا اللاهوائية الأخرى في الخليط عن طريق إزالة غاز الهيدروجين المتكون أثناء أنشطتها الأيضية لإنتاج الميثان. يحفز استهلاك غاز الهيدروجين عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا الأخرى.

على الرغم من حقيقة أن الميثانوجينات لها قدرة استقلابية محدودة وحساسة جدًا للأكسجين ، إلا أنها منتشرة على الأرض. يتم إنتاج كميات كبيرة من الميثان في البيئات اللاهوائية ، مثل المستنقعات والمستنقعات ، ولكن يتم إنتاج كميات كبيرة أيضًا في التربة والحيوانات المجترة. تم إنتاج ما لا يقل عن 80 في المائة من الميثان في الغلاف الجوي بفعل الميثانوجينات ، ويتم إطلاق الباقي من رواسب الفحم أو آبار الغاز الطبيعي.


محتويات

الكلمة بكتيريا هي صيغة الجمع في اللاتينية الجديدة بكتيريا، وهي لاتينية من اليونانية βακτήριον (باكتيريون) ، [17] تصغير βακτηρία (الباكتيريا) ، وتعني "عصا ، قصب" ، [18] لأن أول ما تم اكتشافه كان على شكل قضيب. [19] [20]

كانت أسلاف البكتيريا الحديثة كائنات دقيقة وحيدة الخلية كانت أول أشكال الحياة التي ظهرت على الأرض ، منذ حوالي 4 مليارات سنة. لما يقرب من 3 مليارات سنة ، كانت معظم الكائنات الحية مجهرية ، وكانت البكتيريا والعتائق هي الأشكال السائدة للحياة. [21] [22] على الرغم من وجود الحفريات البكتيرية ، مثل الستروماتوليت ، فإن افتقارها إلى التشكل المميز يمنعها من استخدامها لفحص تاريخ التطور البكتيري ، أو حتى تاريخ وقت نشأة نوع معين من البكتيريا. ومع ذلك ، يمكن استخدام التسلسلات الجينية لإعادة بناء السلالة البكتيرية ، وتشير هذه الدراسات إلى أن البكتيريا تباعدت أولاً عن النسب البدائية / حقيقية النواة. [23] من المحتمل أن يكون أحدث سلف مشترك للبكتيريا والعتيقة هو شخص شديد الحرارة عاش منذ حوالي 2.5 مليار إلى 3.2 مليار سنة. [24] [25] ربما كانت البكتيريا هي أقدم حياة على الأرض منذ حوالي 3.22 مليار سنة. [26]

شاركت البكتيريا أيضًا في الاختلاف التطوري الثاني الكبير ، وهو الاختلاف في العتائق وحقيقيات النوى. هنا ، نتجت حقيقيات النوى عن دخول البكتيريا القديمة في روابط تعايش جواني مع أسلاف الخلايا حقيقية النواة ، والتي من المحتمل أن تكون مرتبطة بالعتائق. [27] [28] تضمن هذا ابتلاع الخلايا البدائية حقيقية النواة لمتعايشات البكتريا ألفا لتشكيل إما ميتوكوندريا أو هيدروجينوسومات ، والتي لا تزال موجودة في جميع أنواع حقيقيات النوى المعروفة (في بعض الأحيان في شكل مختزل للغاية ، على سبيل المثال في الكائنات الأولية "الأميتوكوندريا" القديمة). في وقت لاحق ، قامت بعض حقيقيات النوى التي احتوت بالفعل على الميتوكوندريا أيضًا بابتلاع الكائنات الحية الشبيهة بالبكتيريا الزرقاء ، مما أدى إلى تكوين البلاستيدات الخضراء في الطحالب والنباتات. وهذا ما يعرف بالتعايش الداخلي الأولي. [29] [30]

تعرض البكتيريا مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام ، تسمى الأشكال. يبلغ حجم الخلايا البكتيرية حوالي عُشر حجم الخلايا حقيقية النواة ويبلغ طولها عادة 0.5-5.0 ميكرومتر. ومع ذلك ، يمكن رؤية بعض الأنواع بالعين المجردة - على سبيل المثال ، ثيومارجريتا ناميبينسيس يصل طوله إلى نصف ملليمتر [31] و Epulopiscium fishelsoni يصل إلى 0.7 ملم. [32] من بين أصغر أنواع البكتيريا أعضاء من الجنس الميكوبلازما، التي تبلغ 0.3 ميكرومتر فقط ، وهي صغيرة مثل أكبر الفيروسات. [33] قد تكون بعض أنواع البكتيريا أصغر حجمًا ، لكن هذه البكتيريا فائقة الميكروبات لم يتم دراستها جيدًا. [34]

تسمى معظم الأنواع البكتيرية إما كروية المكورات (العصعص المفردمن اليونانية kókkos، حبوب ، بذرة) ، أو على شكل قضيب ، تسمى عصيات (يغني. bacillus من اللاتينية باكولوس، عصا). [35] تسمى بعض البكتيريا اهتزاز، على شكل قضبان منحنية قليلاً أو أخرى على شكل فاصلة يمكن أن تكون على شكل حلزوني ، تسمى سبيريلا، أو ملفوفة بإحكام ، تسمى spirochaetes. تم وصف عدد قليل من الأشكال الأخرى غير العادية ، مثل البكتيريا على شكل نجمة. [36] يتم تحديد هذه المجموعة المتنوعة من الأشكال بواسطة جدار الخلية البكتيرية والهيكل الخلوي ، وهي مهمة لأنها يمكن أن تؤثر على قدرة البكتيريا على اكتساب العناصر الغذائية والالتصاق بالأسطح والسباحة عبر السوائل والهروب من الحيوانات المفترسة. [37] [38]

توجد العديد من الأنواع البكتيرية ببساطة كخلايا مفردة ، بينما يرتبط البعض الآخر بأنماط مميزة: النيسرية شكل ثنائي (أزواج) ، العقدية سلاسل الشكل و المكورات العنقودية تجمع معا في مجموعات "عناقيد العنب". يمكن أن تتجمع البكتيريا أيضًا لتشكيل هياكل متعددة الخلايا أكبر ، مثل الخيوط الطويلة أكتينوباكتيريا، مجاميع البكتيريا المخاطيةو الواصلة المعقدة لـ ستربتوميسيس. [39] غالبًا ما تُرى هذه الهياكل متعددة الخلايا فقط في ظروف معينة. على سبيل المثال ، عند تجويع الأحماض الأمينية ، تكتشف البكتيريا المخاطية الخلايا المحيطة في عملية تُعرف باسم استشعار النصاب ، وتهاجر نحو بعضها البعض ، وتتجمع لتشكيل أجسام مثمرة يصل طولها إلى 500 ميكرومتر وتحتوي على ما يقرب من 100000 خلية بكتيرية. [40] في هذه الأجسام المثمرة ، تؤدي البكتيريا مهامًا منفصلة ، على سبيل المثال ، تهاجر حوالي خلية واحدة من كل عشر خلايا إلى الجزء العلوي من الجسم الثمر وتتحول إلى حالة نائمة متخصصة تسمى بوغ مخاطي ، وهي أكثر مقاومة للجفاف وغيرها من العوامل البيئية الضارة. شروط. [41]

غالبًا ما تلتصق البكتيريا بالأسطح وتشكل تجمعات كثيفة تسمى الأغشية الحيوية ، وتشكيلات أكبر تُعرف باسم الحصائر الميكروبية. يمكن أن تتراوح سماكة هذه الأغشية الحيوية والحصائر من بضعة ميكرومتر إلى عمق يصل إلى نصف متر ، وقد تحتوي على أنواع متعددة من البكتيريا والطلائعيات والعتائق. تُظهر البكتيريا التي تعيش في الأغشية الحيوية ترتيبًا معقدًا للخلايا والمكونات خارج الخلية ، وتشكل هياكل ثانوية ، مثل المستعمرات الدقيقة ، والتي من خلالها توجد شبكات من القنوات لتمكين انتشار أفضل للمغذيات. [42] [43] في البيئات الطبيعية ، مثل التربة أو أسطح النباتات ، ترتبط غالبية البكتيريا بأسطح الأغشية الحيوية. [44] تعتبر الأغشية الحيوية مهمة أيضًا في الطب ، حيث توجد هذه الهياكل غالبًا أثناء الالتهابات البكتيرية المزمنة أو في التهابات الأجهزة الطبية المزروعة ، كما أن قتل البكتيريا المحمية داخل الأغشية الحيوية يكون أصعب بكثير من قتل البكتيريا الفردية المعزولة. [45]

الهياكل داخل الخلايا

يحيط بالخلية البكتيرية غشاء خلوي يتكون أساسًا من الدهون الفوسفورية. يحيط هذا الغشاء محتويات الخلية ويعمل كحاجز لعقد العناصر الغذائية والبروتينات والمكونات الأساسية الأخرى للسيتوبلازم داخل الخلية. [46] على عكس الخلايا حقيقية النواة ، تفتقر البكتيريا عادةً إلى هياكل كبيرة مرتبطة بالغشاء في السيتوبلازم مثل النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والعضيات الأخرى الموجودة في الخلايا حقيقية النواة. [47] ومع ذلك ، فإن بعض البكتيريا لديها عضيات مرتبطة بالبروتين في السيتوبلازم والتي تقسم جوانب التمثيل الغذائي البكتيري ، [48] [49] مثل الكربوكسيسوم. [50] بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك البكتيريا هيكل خلوي متعدد المكونات للتحكم في توطين البروتينات والأحماض النووية داخل الخلية وإدارة عملية انقسام الخلية. [51] [52] [53]

تحدث العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية المهمة ، مثل توليد الطاقة ، بسبب تدرجات التركيز عبر الأغشية ، مما يخلق فرقًا محتملًا مشابهًا للبطارية. يعني النقص العام في الأغشية الداخلية في البكتيريا أن هذه التفاعلات ، مثل نقل الإلكترون ، تحدث عبر غشاء الخلية بين السيتوبلازم والجزء الخارجي من الخلية أو المحيط. [54] ومع ذلك ، في العديد من بكتيريا التمثيل الضوئي ، يكون غشاء البلازما مطويًا بدرجة عالية ويملأ معظم الخلية بطبقات من غشاء تجميع الضوء. [55] قد تشكل هذه المجمعات التي تجمع الضوء هياكل مغلقة للدهون تسمى الكلوروسومات في بكتيريا الكبريت الأخضر. [56]

لا تحتوي البكتيريا على نواة مرتبطة بالغشاء ، وعادة ما تكون مادتها الوراثية عبارة عن كروموسوم بكتيري دائري واحد من الحمض النووي الموجود في السيتوبلازم في جسم غير منتظم الشكل يسمى النواة. [57] يحتوي النوكليود على الكروموسوم مع البروتينات المرتبطة به والحمض النووي الريبي. مثل جميع الكائنات الحية الأخرى ، تحتوي البكتيريا على ريبوسومات لإنتاج البروتينات ، لكن بنية الريبوسوم البكتيري تختلف عن بنية حقيقيات النوى والعتائق. [58]

تنتج بعض البكتيريا حبيبات تخزين المغذيات داخل الخلايا ، مثل الجليكوجين ، [59] فوسفات متعدد ، [60] كبريت [61] أو بولي هيدروكسي ألكانوات. [62] البكتيريا مثل البكتيريا الزرقاء الضوئية ، تنتج فجوات غازية داخلية ، والتي تستخدمها لتنظيم طفوها ، مما يسمح لها بالتحرك لأعلى أو لأسفل في طبقات المياه ذات شدة الضوء المختلفة ومستويات المغذيات. [63]

الهياكل خارج الخلية

يوجد جدار الخلية حول الجزء الخارجي من غشاء الخلية. تتكون جدران الخلايا البكتيرية من ببتيدوغليكان (يُسمى أيضًا مورين) ، وهو مصنوع من سلاسل عديد السكاريد المتشابكة بواسطة ببتيدات تحتوي على أحماض أمينية د. [64] تختلف جدران الخلايا البكتيرية عن جدران خلايا النباتات والفطريات ، والتي تتكون من السليلوز والكيتين ، على التوالي. [65] كما يختلف جدار الخلية للبكتيريا عن تلك الموجودة في الأركيا ، والتي لا تحتوي على الببتيدوغليكان. جدار الخلية ضروري لبقاء العديد من البكتيريا ، والمضاد الحيوي البنسلين (الذي ينتجه فطر يسمى بنسيليوم) قادر على قتل البكتيريا عن طريق تثبيط خطوة في تخليق الببتيدوغليكان. [65]

يوجد على نطاق واسع نوعان مختلفان من جدار الخلية في البكتيريا ، والتي تصنف البكتيريا إلى بكتيريا موجبة الجرام والبكتيريا سالبة الجرام. تنشأ الأسماء من تفاعل الخلايا مع صبغة جرام ، وهو اختبار طويل الأمد لتصنيف الأنواع البكتيرية. [66]

تمتلك البكتيريا موجبة الجرام جدارًا خلويًا سميكًا يحتوي على طبقات عديدة من أحماض الببتيدوغليكان والتيشويك. في المقابل ، تحتوي البكتيريا سالبة الجرام على جدار خلوي رقيق نسبيًا يتكون من بضع طبقات من الببتيدوجليكان محاط بغشاء دهني ثان يحتوي على عديدات السكاريد الدهنية والبروتينات الدهنية. تحتوي معظم البكتيريا على جدار خلوي سالب الجرام ، وفقط الثبات والبكتيريا الشعاعية (المعروفة سابقًا باسم البكتيريا المنخفضة G + C و G + C عالية الموجبة للجرام ، على التوالي) لها الترتيب البديل الموجب للجرام. [67] هذه الاختلافات في التركيب يمكن أن تنتج اختلافات في حساسية المضادات الحيوية على سبيل المثال ، يمكن للفانكومايسين قتل البكتيريا موجبة الجرام فقط وغير فعال ضد مسببات الأمراض سالبة الجرام ، مثل المستدمية النزلية أو الزائفة الزنجارية. [68] بعض البكتيريا لها هياكل جدار خلوي ليست كلاسيكيا موجبة الجرام أو سلبية الجرام. وهذا يشمل البكتيريا المهمة سريريًا مثل الفطريات التي لها جدار خلوي ببتيدوغليكان سميك مثل بكتيريا موجبة الجرام ، ولكن أيضًا طبقة خارجية ثانية من الدهون. [69]

في العديد من البكتيريا ، تغطي طبقة S من جزيئات البروتين المصفوفة بشكل صارم السطح الخارجي للخلية. [70] توفر هذه الطبقة حماية كيميائية وفيزيائية لسطح الخلية ويمكن أن تعمل كحاجز انتشار جزيئي ضخم. تتميز الطبقات S بوظائف متنوعة ولكنها في الغالب غير مفهومة جيدًا ، ولكن من المعروف أنها تعمل كعوامل ضراوة في كامبيلوباكتر وتحتوي على إنزيمات سطحية في Bacillus stearothermophilus. [71]

الأسواط عبارة عن هياكل بروتينية صلبة ، يبلغ قطرها حوالي 20 نانومترًا ويصل طولها إلى 20 ميكرومترًا ، وتستخدم للحركة. يتم تحريك فلاجيلا بالطاقة الناتجة عن نقل الأيونات إلى أسفل التدرج الكهروكيميائي عبر غشاء الخلية. [72]

Fimbriae (تسمى أحيانًا "الشعيرة المرفقة") عبارة عن خيوط دقيقة من البروتين ، يبلغ قطرها عادة 2-10 نانومتر ويصل طولها إلى عدة ميكرومترات. تتوزع على سطح الخلية وتشبه الشعر الناعم عند رؤيتها تحت المجهر الإلكتروني. يُعتقد أن Fimbriae متورط في الارتباط بالأسطح الصلبة أو بالخلايا الأخرى ، وهي ضرورية لضراوة بعض مسببات الأمراض البكتيرية. [73] بيلي (يغني. Pilus) هي زوائد خلوية ، أكبر قليلاً من fimbriae ، يمكنها نقل المادة الوراثية بين الخلايا البكتيرية في عملية تسمى الاقتران حيث يطلق عليها الاقتران pili أو sex pili (انظر الوراثة البكتيرية ، أدناه). [74] يمكنهم أيضًا توليد الحركة حيث يطلق عليهم النوع الرابع pili. [75]

يتم إنتاج Glycocalyx بواسطة العديد من البكتيريا لتطويق خلاياها ، ويختلف في التعقيد الهيكلي: بدءًا من طبقة مخاطية غير منظمة من المواد البوليمرية خارج الخلية إلى كبسولة عالية التنظيم. يمكن لهذه الهياكل حماية الخلايا من ابتلاع الخلايا حقيقية النواة مثل البلاعم (جزء من جهاز المناعة البشري). [76] يمكن أن تعمل أيضًا كمستضدات وأن تشارك في التعرف على الخلايا ، بالإضافة إلى مساعدة الارتباط بالأسطح وتشكيل الأغشية الحيوية. [77]

يعتمد تجميع هذه الهياكل خارج الخلية على أنظمة الإفراز البكتيري. تنقل هذه البروتينات من السيتوبلازم إلى المحيط المحيط بالخلية أو إلى البيئة المحيطة بالخلية. العديد من أنواع أنظمة الإفراز معروفة وغالبًا ما تكون هذه الهياكل ضرورية لضراوة مسببات الأمراض ، لذلك تتم دراستها بشكل مكثف. [78]

الإندوسبورات

أجناس معينة من البكتيريا موجبة الجرام ، مثل عصية, المطثية, سبوروهالوباكتر, اللاهوائية، و الهليوباكتيريوم، يمكن أن تشكل هياكل نائمة ومقاومة للغاية تسمى الأبواغ. [79] تتطور الإندوسبورات داخل السيتوبلازم للخلية بشكل عام يتطور بوغ داخلي واحد في كل خلية. [80] يحتوي كل بوغ داخلي على نواة من الحمض النووي والريبوزومات محاطة بطبقة قشرة ومحمية بطبقة صلبة متعددة الطبقات تتكون من الببتيدوغليكان ومجموعة متنوعة من البروتينات. [80]

لا تظهر الإندوسبورات أي استقلاب يمكن اكتشافه ويمكنها تحمل الضغوط الفيزيائية والكيميائية الشديدة ، مثل المستويات العالية من الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما والمنظفات والمطهرات والحرارة والتجميد والضغط والجفاف. [81] في هذه الحالة السباتية ، قد تظل هذه الكائنات الحية قابلة للحياة لملايين السنين ، [82] [83] [84] وتسمح الأبواغ الداخلية للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة من التعرض للفراغ والإشعاع في الفضاء ، وربما يمكن توزيع البكتيريا في جميع أنحاء العالم. الكون عن طريق الغبار الفضائي ، النيازك ، الكويكبات ، المذنبات ، الكواكب أو عن طريق البانسبيرميا الموجهة. [85] [86] يمكن أن تسبب البكتيريا المكونة للبوغ أيضًا المرض: على سبيل المثال ، يمكن أن تنتقل الجمرة الخبيثة عن طريق استنشاق عصيات الجمرة الخبيثة الأبواغ ، وتلوث الجروح العميقة كلوستريديوم الكزازية الإندوسبورات تسبب الكزاز. [87]

تظهر البكتيريا مجموعة متنوعة للغاية من أنواع التمثيل الغذائي. [88] تم استخدام توزيع السمات الأيضية داخل مجموعة من البكتيريا تقليديًا لتحديد تصنيفها ، ولكن هذه السمات غالبًا لا تتوافق مع التصنيفات الجينية الحديثة. [89] يتم تصنيف التمثيل الغذائي البكتيري إلى مجموعات غذائية على أساس ثلاثة معايير رئيسية: مصدر الطاقة ، والجهات المانحة للإلكترون المستخدمة ، ومصدر الكربون المستخدم للنمو. [90]

تستمد البكتيريا الطاقة من الضوء باستخدام عملية التمثيل الضوئي (تسمى التغذية الضوئية) ، أو عن طريق تكسير المركبات الكيميائية باستخدام الأكسدة (تسمى التغذية الكيميائية). [91] تستخدم المواد الكيميائية التغذوية المركبات الكيميائية كمصدر للطاقة عن طريق نقل الإلكترونات من متبرع إلكترون معين إلى متقبل طرفي للإلكترون في تفاعل الأكسدة والاختزال. يطلق هذا التفاعل طاقة يمكن استخدامها لتحفيز عملية التمثيل الغذائي. يتم تقسيم المواد الكيميائية أيضًا حسب أنواع المركبات التي تستخدمها لنقل الإلكترونات. تسمى البكتيريا التي تستخدم مركبات غير عضوية مثل الهيدروجين أو أول أكسيد الكربون أو الأمونيا كمصادر للإلكترونات lithotrophs ، بينما تسمى البكتيريا التي تستخدم المركبات العضوية بالتغذية العضوية. [91] تُستخدم المركبات المستخدمة في استقبال الإلكترونات أيضًا لتصنيف البكتيريا: تستخدم الكائنات الهوائية الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترون ، بينما تستخدم الكائنات اللاهوائية مركبات أخرى مثل النترات أو الكبريتات أو ثاني أكسيد الكربون. [91]

تحصل العديد من البكتيريا على الكربون من الكربون العضوي الآخر ، والذي يُطلق عليه اسم "التغذية غير المتجانسة". البعض الآخر مثل البكتيريا الزرقاء وبعض البكتيريا الأرجوانية ذاتية التغذية ، مما يعني أنها تحصل على الكربون الخلوي عن طريق تثبيت ثاني أكسيد الكربون. [92] في ظروف غير معتادة ، يمكن استخدام غاز الميثان بواسطة البكتيريا الميثانية التغذية كمصدر للإلكترونات وركيزة لأبناء الكربون. [93]

الأنواع الغذائية في التمثيل الغذائي البكتيري
النوع الغذائي مصدر للطاقة مصدر الكربون أمثلة
فوتوتروفس ضوء الشمس المركبات العضوية (التغذية الضوئية) أو تثبيت الكربون (التغذية الضوئية) البكتيريا الزرقاء أو بكتيريا الكبريت الأخضر أو ​​الكلوروفليكسي أو البكتيريا الأرجواني
ليثوتروف مركبات غير عضوية المركبات العضوية (lithoheterotrophs) أو تثبيت الكربون (lithoautotrophs) البكتيريا الحرارية ، Hydrogenophilaceae، أو Nitrospirae
التغذية العضوية مركبات العضوية المركبات العضوية (مواد التغذية الكيميائية) أو التثبيت بالكربون (المواد الكيميائية المغذية) عصية, المطثية أو المعوية

من نواحٍ عديدة ، يوفر التمثيل الغذائي البكتيري سمات مفيدة للاستقرار البيئي وللمجتمع البشري. أحد الأمثلة هو أن بعض البكتيريا لديها القدرة على تثبيت غاز النيتروجين باستخدام إنزيم النيتروجيناز. يمكن العثور على هذه السمة المهمة بيئيًا في بكتيريا معظم أنواع التمثيل الغذائي المذكورة أعلاه. [94] وهذا يؤدي إلى العمليات الهامة بيئيًا المتمثلة في نزع النتروجين ، واختزال الكبريتات ، وتكوين الأسيتات ، على التوالي.[95] [96] تعتبر عمليات التمثيل الغذائي البكتيرية مهمة أيضًا في الاستجابات البيولوجية للتلوث ، على سبيل المثال ، تعد البكتيريا التي تقلل الكبريتات مسؤولة إلى حد كبير عن إنتاج الأشكال عالية السمية من الزئبق (ميثيل وثنائي ميثيل الزئبق) في البيئة. [97] تستخدم اللاهوائية غير التنفسية التخمر لتوليد الطاقة وتقليل الطاقة ، وإفراز المنتجات الثانوية الأيضية (مثل الإيثانول في التخمير) كنفايات. يمكن للكائنات اللاهوائية الاختيارية التبديل بين التخمير ومستقبلات الإلكترونات الطرفية المختلفة اعتمادًا على الظروف البيئية التي يجدون أنفسهم فيها. [98]

على عكس الكائنات متعددة الخلايا ، ترتبط الزيادات في حجم الخلية (نمو الخلية) والتكاثر عن طريق الانقسام الخلوي ارتباطًا وثيقًا في الكائنات أحادية الخلية. تنمو البكتيريا إلى حجم ثابت ثم تتكاثر من خلال الانشطار الثنائي ، وهو شكل من أشكال التكاثر اللاجنسي. [99] في ظل الظروف المثلى ، يمكن أن تنمو البكتيريا وتنقسم بسرعة كبيرة ، ويمكن أن تتضاعف أعداد البكتيريا بسرعة كل 9.8 دقيقة. [100] في حالة الانقسام الخلوي ، يتم إنتاج خليتين ابنتيتين متطابقتين. بعض البكتيريا ، بينما لا تزال تتكاثر لاجنسيًا ، تشكل هياكل تكاثر أكثر تعقيدًا تساعد في تشتيت الخلايا الوليدة المشكلة حديثًا. وتشمل الأمثلة الاثمار تكوين الجسم عن طريق البكتيريا المخاطية وتشكيل خيوط جوية بواسطة ستربتوميسيسأو في مهدها. ينطوي التبرعم على خلية تشكل نتوءًا ينفصل وينتج خلية ابنة. [101]

في المختبر ، تُزرع البكتيريا عادةً باستخدام وسائط صلبة أو سائلة. تُستخدم وسائط النمو الصلبة ، مثل ألواح الأجار ، لعزل الثقافات النقية للسلالة البكتيرية. ومع ذلك ، يتم استخدام وسائط النمو السائلة عند الحاجة إلى قياس النمو أو كميات كبيرة من الخلايا. يحدث النمو في الوسائط السائلة المقلبة كتعليق خلية متساوي ، مما يجعل من السهل تقسيم الثقافات ونقلها ، على الرغم من صعوبة عزل البكتيريا المفردة من الوسائط السائلة. يمكن أن يساعد استخدام الوسائط الانتقائية (الوسائط التي تحتوي على مغذيات معينة مضافة أو ناقصة ، أو مع إضافة المضادات الحيوية) في تحديد كائنات معينة. [103]

تستخدم معظم التقنيات المختبرية لنمو البكتيريا مستويات عالية من العناصر الغذائية لإنتاج كميات كبيرة من الخلايا بتكلفة زهيدة وبسرعة. ومع ذلك ، في البيئات الطبيعية ، تكون العناصر الغذائية محدودة ، مما يعني أن البكتيريا لا يمكنها الاستمرار في التكاثر إلى أجل غير مسمى. أدى هذا الحد من المغذيات إلى تطور استراتيجيات النمو المختلفة (انظر نظرية الاختيار r / K). يمكن أن تنمو بعض الكائنات الحية بسرعة كبيرة عندما تتوفر العناصر الغذائية ، مثل تكوين الطحالب (والبكتيريا الزرقاء) التي تحدث غالبًا في البحيرات خلال فصل الصيف. [104] الكائنات الحية الأخرى لديها تكيفات مع البيئات القاسية ، مثل إنتاج العديد من المضادات الحيوية عن طريق ستربتوميسيس التي تمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة المنافسة. [105] في الطبيعة ، تعيش العديد من الكائنات الحية في مجتمعات (على سبيل المثال ، الأغشية الحيوية) التي قد تسمح بزيادة الإمداد بالمغذيات والحماية من الضغوط البيئية. [44] يمكن أن تكون هذه العلاقات ضرورية لنمو كائن حي معين أو مجموعة من الكائنات الحية (تركيب). [106]

يتبع النمو البكتيري أربع مراحل. عندما تدخل مجموعة من البكتيريا لأول مرة بيئة غنية بالمغذيات تسمح بالنمو ، تحتاج الخلايا إلى التكيف مع بيئتها الجديدة. المرحلة الأولى من النمو هي مرحلة التأخر ، وهي فترة من النمو البطيء عندما تتكيف الخلايا مع بيئة المغذيات العالية وتستعد للنمو السريع. تتميز مرحلة التأخر بمعدلات تخليق حيوي عالية ، حيث يتم إنتاج البروتينات اللازمة للنمو السريع. [107] [108] المرحلة الثانية من النمو هي المرحلة اللوغاريتمية ، والمعروفة أيضًا بالمرحلة الأسية. تتميز مرحلة السجل بالنمو الأسي السريع. يُعرف المعدل الذي تنمو به الخلايا خلال هذه المرحلة باسم معدل النمو (ك) ، والوقت الذي تستغرقه الخلايا لمضاعفة يُعرف باسم وقت الجيل (ز). أثناء مرحلة اللوغاريتم ، يتم استقلاب العناصر الغذائية بأقصى سرعة حتى يتم استنفاد أحد العناصر الغذائية ويبدأ في الحد من النمو. المرحلة الثالثة من النمو هي مرحلة ثابتة وينتج عن استنفاد المغذيات. تقلل الخلايا من نشاطها الأيضي وتستهلك البروتينات الخلوية غير الأساسية. المرحلة الثابتة هي الانتقال من النمو السريع إلى حالة الاستجابة للضغط ، وهناك زيادة في التعبير عن الجينات المشاركة في إصلاح الحمض النووي ، والتمثيل الغذائي لمضادات الأكسدة ، ونقل المغذيات. [109] المرحلة الأخيرة هي مرحلة الموت حيث تنفد البكتيريا من العناصر الغذائية وتموت. [110]

تحتوي معظم البكتيريا على كروموسوم دائري واحد يمكن أن يتراوح حجمه من 160.000 زوج قاعدي فقط في البكتيريا التكافلية الداخلية كارسونيلا رودي، [111] إلى 12200000 زوج قاعدي (12.2 ميجا بايت في الثانية) في البكتيريا التي تعيش في التربة السليلوز السورانجيوم. [112] هناك استثناءات كثيرة لهذا ، على سبيل المثال البعض ستربتوميسيس و بوريليا الأنواع تحتوي على كروموسوم خطي واحد ، [113] [114] بينما البعض الآخر فيبريو الأنواع تحتوي على أكثر من كروموسوم واحد. [115] يمكن أن تحتوي البكتيريا أيضًا على البلازميدات ، وجزيئات صغيرة من الكروموسومات الإضافية من الحمض النووي التي قد تحتوي على جينات لمختلف الوظائف المفيدة مثل مقاومة المضادات الحيوية ، وقدرات التمثيل الغذائي ، أو عوامل الفوعة المختلفة. [116]

عادةً ما تقوم جينومات البكتيريا بتشفير بضع مئات إلى بضعة آلاف من الجينات. عادة ما تكون الجينات في الجينوم البكتيري امتدادًا واحدًا مستمرًا للحمض النووي وعلى الرغم من وجود عدة أنواع مختلفة من الإنترونات في البكتيريا ، إلا أنها أكثر ندرة منها في حقيقيات النوى. [117]

ترث البكتيريا ، ككائنات لا جنسية ، نسخة متطابقة من جينومات الوالدين وهي نسيليّة. ومع ذلك ، يمكن لجميع البكتيريا أن تتطور عن طريق الانتقاء على التغييرات التي تطرأ على المادة الوراثية DNA الناتجة عن إعادة التركيب الجيني أو الطفرات. تأتي الطفرات من الأخطاء التي تحدث أثناء تكرار الحمض النووي أو من التعرض للمطفرات. تختلف معدلات الطفرات بشكل كبير بين الأنواع المختلفة من البكتيريا وحتى بين الحيوانات المستنسخة المختلفة لنوع واحد من البكتيريا. [118] تأتي التغيرات الجينية في الجينوم البكتيري إما من الطفرة العشوائية أثناء النسخ المتماثل أو "الطفرة الموجهة بالإجهاد" ، حيث يكون للجينات المشاركة في عملية معينة للحد من النمو معدل طفرة متزايد. [119]

تقوم بعض البكتيريا أيضًا بنقل المادة الوراثية بين الخلايا. يمكن أن يحدث هذا من خلال ثلاث طرق رئيسية. أولاً ، يمكن للبكتيريا أن تأخذ الحمض النووي الخارجي من بيئتها ، في عملية تسمى التحول. [120] يمكن للعديد من البكتيريا أن تمتص الحمض النووي من البيئة بشكل طبيعي ، بينما يجب تغيير أنواع أخرى كيميائيًا لحثها على تناول الحمض النووي. [121] عادة ما يرتبط تطوير الكفاءة في الطبيعة بالظروف البيئية المجهدة ، ويبدو أنه تكيف لتسهيل إصلاح تلف الحمض النووي في الخلايا المتلقية. [122] الطريقة الثانية التي تنقل بها البكتيريا المادة الجينية هي عن طريق التنبيغ ، عندما يؤدي تكامل العاثية إلى إدخال الحمض النووي الغريب في الكروموسوم. توجد أنواع عديدة من العاثيات ، بعضها يصيب البكتيريا المضيفة ويحللها ، بينما يدخل البعض الآخر في الكروموسوم البكتيري. [123] تقاوم البكتيريا عدوى العاثيات من خلال أنظمة تعديل التقييد التي تحط من الحمض النووي الغريب ، [124] ونظام يستخدم تسلسلات كريسبر للاحتفاظ بأجزاء من جينومات العاثيات التي اتصلت بها البكتيريا في الماضي ، مما يسمح لها منع تكاثر الفيروس من خلال شكل من أشكال تدخل الحمض النووي الريبي. [125] [126] الطريقة الثالثة لنقل الجينات هي الاقتران ، حيث يتم نقل الحمض النووي من خلال الاتصال الخلوي المباشر. في الظروف العادية ، ينطوي التنبيغ ، والاقتران ، والتحول على نقل الحمض النووي بين البكتيريا الفردية من نفس النوع ، ولكن في بعض الأحيان قد يحدث النقل بين أفراد من أنواع بكتيرية مختلفة وقد يكون لهذا عواقب كبيرة ، مثل نقل مقاومة المضادات الحيوية. [127] [128] في مثل هذه الحالات ، يسمى اكتساب الجينات من البكتيريا أو البيئة الأخرى بالنقل الأفقي للجينات وقد يكون شائعًا في ظل الظروف الطبيعية. [129]

حركة

العديد من البكتيريا متحركة (قادرة على تحريك نفسها) وتقوم بذلك باستخدام مجموعة متنوعة من الآليات. أفضل ما تمت دراسته هو الأسواط ، وهي خيوط طويلة تدور بواسطة محرك في القاعدة لتوليد حركة تشبه المروحة. [130] يتكون السوط البكتيري من حوالي 20 بروتينًا ، مع ما يقرب من 30 بروتينًا آخر مطلوبًا لتنظيمه وتجميعه. [130] السوط عبارة عن هيكل دوار مدفوع بمحرك عكسي في القاعدة يستخدم التدرج الكهروكيميائي عبر الغشاء للحصول على الطاقة. [131]

يمكن للبكتيريا استخدام الأسواط بطرق مختلفة لتوليد أنواع مختلفة من الحركة. العديد من البكتيريا (مثل بكتريا قولونية) وضعان متميزان للحركة: الحركة إلى الأمام (السباحة) والهبوط. يتيح لهم التدوير إعادة التوجيه ويجعل حركتهم مسيرة عشوائية ثلاثية الأبعاد. [132] تختلف الأنواع البكتيرية في عدد وترتيب الأسواط على سطحها ، وبعضها يحتوي على سوط واحد (رتيب) ، سوط في كل طرف (برمائي) ، مجموعات من الأسواط في أقطاب الخلية (لوفوتريشوس) ، في حين أن الآخرين لديهم سوط موزعة على كامل سطح الخلية (peritrichous). تم العثور على سوط مجموعة فريدة من البكتيريا ، spirochaetes ، بين غشاءين في الفضاء المحيط بالبلازما. لديهم جسم حلزوني مميز يلتف حوله أثناء تحركه. [130]

هناك نوعان آخران من الحركة البكتيرية تسمى حركية الوخز التي تعتمد على بنية تسمى النوع الرابع بيلوس ، [133] وحركة الانزلاق التي تستخدم آليات أخرى. في حركية الوخز ، يمتد القضيب الشبيه بالقضيب من الخلية ، ويربط بعض الركيزة ، ثم يتراجع ، ويسحب الخلية إلى الأمام. [134]

تنجذب البكتيريا المتحركة أو تنفر من خلال محفزات معينة في سلوكيات تسمى الضرائب: هذه تشمل الانجذاب الكيميائي ، والمحور الضوئي ، وسيارات الأجرة العاملة بالطاقة ، والانجذاب المغناطيسي. [135] [136] [137] في مجموعة واحدة غريبة ، البكتيريا المخاطية ، تتحرك البكتيريا الفردية معًا لتشكيل موجات من الخلايا التي تتمايز بعد ذلك لتشكل أجسامًا مثمرة تحتوي على جراثيم. [41] لا تتحرك البكتيريا المخاطية إلا عندما تكون على الأسطح الصلبة ، على عكس بكتريا قولونية، وهو متحرك في الوسائط السائلة أو الصلبة. [138]

العديد من الليستيريا و شيغيلا تتحرك الأنواع داخل الخلايا المضيفة عن طريق اغتصاب الهيكل الخلوي ، والذي يستخدم عادة لتحريك العضيات داخل الخلية. من خلال تعزيز بلمرة الأكتين في قطب واحد من خلاياهم ، يمكنهم تكوين نوع من الذيل يدفعهم عبر سيتوبلازم الخلية المضيفة. [139]

تواصل

عدد قليل من البكتيريا لديها أنظمة كيميائية تولد الضوء. غالبًا ما يحدث هذا التلألؤ البيولوجي في البكتيريا التي تعيش مع الأسماك ، وربما يعمل الضوء على جذب الأسماك أو الحيوانات الكبيرة الأخرى. [140]

غالبًا ما تعمل البكتيريا كمجموعات متعددة الخلايا تُعرف باسم الأغشية الحيوية ، وتتبادل مجموعة متنوعة من الإشارات الجزيئية للاتصال بين الخلايا ، وتنخرط في سلوك متعدد الخلايا منسق. [141] [142]

تشمل الفوائد المشتركة للتعاون متعدد الخلايا التقسيم الخلوي للعمل ، والوصول إلى الموارد التي لا يمكن لخلايا مفردة استخدامها بشكل فعال ، والدفاع الجماعي ضد الخصوم ، وتحسين بقاء السكان عن طريق التمايز إلى أنواع خلايا متميزة. [141] على سبيل المثال ، يمكن أن تزيد مقاومة البكتيريا الموجودة في الأغشية الحيوية للعوامل المضادة للبكتيريا بأكثر من 500 مرة من مقاومة البكتيريا "العوالق" الفردية من نفس النوع. [142]

يُطلق على أحد أنواع الاتصالات بين الخلايا عن طريق إشارة جزيئية اسم استشعار النصاب ، والذي يخدم غرض تحديد ما إذا كانت هناك كثافة سكانية محلية عالية بما يكفي بحيث يكون من المفيد الاستثمار في العمليات التي لا تنجح إلا إذا كانت أعداد كبيرة من مماثلة تتصرف الكائنات الحية بشكل مشابه ، كما هو الحال في إفراز الإنزيمات الهاضمة أو إصدار الضوء. [143] [144]

يسمح استشعار النصاب للبكتيريا بتنسيق التعبير الجيني ، وتمكنها من إنتاج وإطلاق واكتشاف المحرضات الذاتية أو الفيرومونات التي تتراكم مع النمو في عدد الخلايا. [145]

يسعى التصنيف إلى وصف تنوع الأنواع البكتيرية عن طريق تسمية الكائنات الحية وتجميعها على أساس أوجه التشابه. يمكن تصنيف البكتيريا على أساس بنية الخلية أو التمثيل الغذائي الخلوي أو على أساس الاختلافات في مكونات الخلية ، مثل الحمض النووي والأحماض الدهنية والأصباغ والمستضدات والكينون. [103] بينما سمحت هذه المخططات بتحديد وتصنيف السلالات البكتيرية ، لم يكن من الواضح ما إذا كانت هذه الاختلافات تمثل تباينًا بين الأنواع المتميزة أو بين سلالات من نفس النوع. كان عدم اليقين هذا ناتجًا عن نقص الهياكل المميزة في معظم البكتيريا ، فضلاً عن نقل الجينات الجانبي بين الأنواع غير ذات الصلة. [147] بسبب نقل الجينات الجانبي ، يمكن أن يكون لبعض البكتيريا ذات الصلة الوثيقة أشكالًا مختلفة جدًا وعمليات التمثيل الغذائي. للتغلب على عدم اليقين هذا ، يركز التصنيف البكتيري الحديث على النظاميات الجزيئية ، باستخدام التقنيات الجينية مثل تحديد نسبة الجوانين في السيتوزين ، وتهجين الجينوم الجينوم ، بالإضافة إلى تسلسل الجينات التي لم تخضع لنقل جيني جانبي واسع النطاق ، مثل جين الرنا الريباسي. [148] يتم تحديد تصنيف البكتيريا من خلال النشر في المجلة الدولية لعلم الجراثيم النظامي ، [149] ودليل بيرجي لعلم الجراثيم النظامي. [150] تحتفظ اللجنة الدولية لعلم الجراثيم النظامي (ICSB) بالقواعد الدولية لتسمية البكتيريا والفئات التصنيفية وترتيبها في المدونة الدولية لتسميات البكتيريا. [151]

تم تطبيق مصطلح "البكتيريا" بشكل تقليدي على جميع بدائيات النوى المجهرية أحادية الخلية. ومع ذلك ، أظهر النظاميات الجزيئية أن الحياة بدائية النواة تتكون من مجالين منفصلين ، كان يطلق عليهما في الأصل يوبكتيريا و العتائق، ولكن يسمى الآن بكتيريا و العتيقة التي تطورت بشكل مستقل عن سلف مشترك قديم. [1] ترتبط البدئيات وحقيقيات النوى ببعضها البعض ارتباطًا وثيقًا أكثر من ارتباط أي منهما بالبكتيريا. هذان المجالان ، إلى جانب Eukarya ، هما أساس نظام المجالات الثلاثة ، والذي يعد حاليًا نظام التصنيف الأكثر استخدامًا في علم الأحياء الدقيقة. [152] ومع ذلك ، نظرًا للإدخال الحديث نسبيًا للمنظومات الجزيئية والزيادة السريعة في عدد تسلسلات الجينوم المتاحة ، يظل التصنيف البكتيري مجالًا متغيرًا ومتوسعًا. [153] [154] على سبيل المثال ، جادل كافاليير سميث بأن العتائق وحقيقيات النوى تطورت من بكتيريا إيجابية الجرام. [155]

التعرف على البكتيريا في المختبر له أهمية خاصة في الطب ، حيث يتم تحديد العلاج الصحيح من خلال الأنواع البكتيرية المسببة للعدوى. وبالتالي ، كانت الحاجة إلى تحديد مسببات الأمراض البشرية دافعًا رئيسيًا لتطوير تقنيات لتحديد البكتيريا. [156]

ال غرام وصمة عارتم تطويره في عام 1884 من قبل هانز كريستيان جرام ، وهو يميز البكتيريا بناءً على الخصائص الهيكلية لجدرانها الخلوية. [66] تلون الطبقات السميكة من الببتيدوغليكان في جدار الخلية "موجب الجرام" باللون الأرجواني ، بينما يظهر جدار الخلية الرقيق "سالب الجرام" باللون الوردي. من خلال الجمع بين التشكل وتلطيخ الجرام ، يمكن تصنيف معظم البكتيريا على أنها تنتمي إلى واحدة من أربع مجموعات (مكورات موجبة الجرام ، عصيات موجبة الجرام ، عصيات سالبة الجرام ، عصيات سالبة الجرام). من الأفضل التعرف على بعض الكائنات الحية عن طريق البقع بخلاف صبغة جرام ، خاصةً البكتيريا المتفطرة أو نوكارديا، والتي تظهر ثبات الحمض على بقع زيل - نيلسن أو بقع مشابهة. [157] قد تحتاج الكائنات الحية الأخرى إلى التعرف عليها من خلال نموها في وسط خاص ، أو عن طريق تقنيات أخرى ، مثل علم الأمصال. [158]

تم تصميم تقنيات الاستزراع لتعزيز النمو والتعرف على بكتيريا معينة ، مع تقييد نمو البكتيريا الأخرى في العينة. غالبًا ما يتم تصميم هذه التقنيات لعينات محددة على سبيل المثال ، سيتم معالجة عينة من البلغم لتحديد الكائنات الحية التي تسبب الالتهاب الرئوي ، بينما تُزرع عينات البراز على وسائط انتقائية لتحديد الكائنات الحية التي تسبب الإسهال ، مع منع نمو البكتيريا غير المسببة للأمراض. تُزرع العينات التي تكون عقيمة عادةً ، مثل الدم أو البول أو السائل الشوكي ، في ظل ظروف مصممة لتنمية جميع الكائنات الحية الممكنة. [103] [159] بمجرد عزل الكائن الممرض ، يمكن تمييزه بشكل أكبر من خلال شكله وأنماط نموه (مثل النمو الهوائي أو اللاهوائي) وأنماط انحلال الدم والتلطيخ. [160]

كما هو الحال مع التصنيف البكتيري ، يتزايد استخدام الأساليب الجزيئية لتحديد البكتيريا. تحظى عمليات التشخيص التي تستخدم الأدوات القائمة على الحمض النووي ، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل ، بشعبية متزايدة بسبب خصوصيتها وسرعتها ، مقارنة بالطرق القائمة على الثقافة. [161] تسمح هذه الطرق أيضًا باكتشاف وتحديد الخلايا "القابلة للحياة ولكن غير القابلة للزراعة" النشطة الأيضية ولكنها غير مقسمة. [162] ومع ذلك ، حتى باستخدام هذه الأساليب المحسنة ، فإن العدد الإجمالي للأنواع البكتيرية غير معروف ولا يمكن تقديره بأي قدر من اليقين. بعد التصنيف الحالي ، يوجد أقل بقليل من 9300 نوع معروف من بدائيات النوى ، والتي تشمل البكتيريا والعتائق [163] ولكن محاولات تقدير العدد الحقيقي للتنوع البكتيري تراوحت بين 10 7 إلى 10 9 أنواع - وحتى هذه التقديرات المتنوعة قد يكون خارج بعدة أوامر من حيث الحجم. [164] [165]

شجرة النشوء والتطور

وفقًا لتحليل النشوء والتطور لـ Zhu (2019) ، يمكن أن تكون العلاقات على النحو التالي: [166]

على الرغم من بساطتها الواضحة ، يمكن للبكتيريا تكوين روابط معقدة مع الكائنات الحية الأخرى. يمكن تقسيم هذه الارتباطات التكافلية إلى التطفل والتكافل والتعايش. نظرًا لصغر حجمها ، تنتشر البكتيريا المتعايشة في كل مكان وتنمو على الحيوانات والنباتات تمامًا كما تنمو على أي سطح آخر. ومع ذلك ، يمكن أن يزداد نموها بسبب الدفء والعرق ، كما أن أعدادًا كبيرة من هذه الكائنات في البشر هي سبب الرائحة الكريهة. [168]

الحيوانات المفترسة

بعض أنواع البكتيريا تقتل ثم تستهلك الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، وتسمى هذه الأنواع البكتيريا المفترسة. [169] وتشمل هذه الكائنات الحية مثل Myxococcus xanthus، التي تشكل أسرابًا من الخلايا تقتل وتهضم أي بكتيريا تصادفها. [170] تلتصق مفترسات بكتيرية أخرى بفرائسها من أجل هضمها وامتصاص العناصر الغذائية ، مثل فامبيروفيبريو كلورلافوروس، [171] أو تغزو خلية أخرى وتتكاثر داخل العصارة الخلوية ، مثل دابتوباكتر. [172] يُعتقد أن هذه البكتيريا المفترسة قد تطورت من الرخويات التي استهلكت الكائنات الحية الدقيقة الميتة ، من خلال التكيفات التي سمحت لها بإيقاع كائنات أخرى وقتلها. [173]

المتعاونون

تشكل بكتيريا معينة روابط مكانية وثيقة ضرورية لبقائها على قيد الحياة. تحدث إحدى هذه الارتباطات المتبادلة ، والتي تسمى نقل الهيدروجين بين الأنواع ، بين مجموعات من البكتيريا اللاهوائية التي تستهلك الأحماض العضوية ، مثل حمض الزبد أو حمض البروبيونيك ، وتنتج الهيدروجين ، والأركيا الميثانوجينية التي تستهلك الهيدروجين.[174] البكتيريا في هذا الارتباط غير قادرة على استهلاك الأحماض العضوية لأن هذا التفاعل ينتج الهيدروجين الذي يتراكم في محيطها. فقط الارتباط الوثيق مع الأركيا المستهلكة للهيدروجين يحافظ على تركيز الهيدروجين منخفضًا بما يكفي للسماح للبكتيريا بالنمو. [175]

في التربة ، تقوم الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في منطقة الجذور (منطقة تشمل سطح الجذر والتربة التي تلتصق بالجذر بعد الاهتزاز اللطيف) بتثبيت النيتروجين ، وتحويل غاز النيتروجين إلى مركبات نيتروجينية. [١٧٦] يعمل هذا على توفير شكل سهل الامتصاص من النيتروجين للعديد من النباتات ، والتي لا يمكنها إصلاح النيتروجين بنفسها. تم العثور على العديد من البكتيريا الأخرى على أنها متكافلة في البشر والكائنات الحية الأخرى. على سبيل المثال ، يمكن أن يساهم وجود أكثر من 1000 نوع من البكتيريا في بكتيريا الأمعاء البشرية الطبيعية في الأمعاء ، في تكوين مناعة الأمعاء ، وتوليف الفيتامينات ، مثل حمض الفوليك وفيتامين ك والبيوتين ، وتحويل السكريات إلى حمض اللاكتيك (انظر اكتوباكيللوس) ، وكذلك تخمير الكربوهيدرات المعقدة غير القابلة للهضم. [177] [178] [179] كما أن وجود فلورا الأمعاء يمنع نمو البكتيريا المُمْرِضة (عادةً من خلال الاستبعاد التنافسي) وبالتالي تُباع هذه البكتيريا المفيدة كمكملات غذائية بروبيوتيك. [180]

مسببات الأمراض

إذا شكلت البكتيريا ارتباطًا طفيليًا بكائنات أخرى ، فإنها تصنف على أنها مسببات الأمراض. البكتيريا المسببة للأمراض هي سبب رئيسي لوفاة الإنسان والمرض وتسبب عدوى مثل التيتانوس (التي يسببها كلوستريديوم الكزازية) ، حمى التيفوئيد ، الدفتيريا ، الزهري ، الكوليرا ، الأمراض المنقولة بالغذاء ، الجذام (التي تسببها الميكوباكتيريوم الجذام) والسل (سببه السل الفطري). قد لا يتم اكتشاف السبب الممرض لمرض طبي معروف إلا بعد سنوات عديدة ، كما كان الحال مع هيليكوباكتر بيلوري ومرض القرحة الهضمية. تعتبر الأمراض البكتيرية مهمة أيضًا في الزراعة ، حيث تسبب البكتيريا بقعة الأوراق ، ولفحة النار والذبول في النباتات ، وكذلك مرض جون والتهاب الضرع والسالمونيلا والجمرة الخبيثة في حيوانات المزرعة. [181]

كل نوع من أنواع الممرض له طيف مميز من التفاعلات مع مضيفيه من البشر. بعض الكائنات الحية مثل المكورات العنقودية أو العقدية، يمكن أن يسبب التهابات جلدية ، والالتهاب الرئوي ، والتهاب السحايا ، وتعفن الدم ، واستجابة التهابية جهازية تنتج الصدمة ، وتوسع الأوعية الدموية الهائل والموت. [182] ومع ذلك ، فإن هذه الكائنات الحية هي أيضًا جزء من النباتات الطبيعية للإنسان وعادة ما توجد على الجلد أو في الأنف دون أن تسبب أي مرض على الإطلاق. تتسبب الكائنات الحية الأخرى دائمًا في حدوث المرض لدى البشر ، مثل الريكتسيا ، التي تلزم الطفيليات داخل الخلايا القادرة على النمو والتكاثر فقط داخل خلايا الكائنات الحية الأخرى. يسبب أحد أنواع الريكتسيا التيفوس ، بينما يسبب نوع آخر حمى روكي ماونتين المبقعة. الكلاميدياهي فئة أخرى من الطفيليات الملزمة داخل الخلايا ، وتحتوي على أنواع يمكن أن تسبب الالتهاب الرئوي أو عدوى المسالك البولية وقد تكون متورطة في أمراض القلب التاجية. [183] ​​أخيرًا ، بعض الأنواع مثل الزائفة الزنجارية, Burkholderia cenocepacia، و المتفطرة الطيرية، من مسببات الأمراض الانتهازية وتسبب المرض بشكل رئيسي في الأشخاص الذين يعانون من كبت المناعة أو التليف الكيسي. [184] [185]

يمكن علاج الالتهابات البكتيرية بالمضادات الحيوية ، والتي تصنف على أنها مبيدات للجراثيم إذا كانت تقتل البكتيريا أو تقاوم البكتيريا إذا كانت تمنع نمو البكتيريا فقط. هناك أنواع عديدة من المضادات الحيوية ، وكل فئة تمنع عملية مختلفة في العامل الممرض عن تلك الموجودة في المضيف. من الأمثلة على كيفية إنتاج المضادات الحيوية سمية انتقائية هو الكلورامفينيكول والبوروميسين ، اللذين يثبطان الريبوسوم البكتيري ، ولكن ليس الريبوسوم حقيقيات النوى المختلف هيكليًا. [١٨٦] تستخدم المضادات الحيوية في علاج الأمراض التي تصيب الإنسان وفي الزراعة المكثفة لتعزيز نمو الحيوانات ، حيث قد تساهم في التطور السريع لمقاومة المضادات الحيوية في التجمعات البكتيرية. [187] يمكن الوقاية من العدوى عن طريق إجراءات مطهرة مثل تعقيم الجلد قبل ثقبه بإبرة حقنة ، والعناية المناسبة بالقسطرة الساكنة. يتم أيضًا تعقيم الأدوات الجراحية وأدوات طب الأسنان لمنع التلوث بالبكتيريا. تستخدم المطهرات مثل المبيضات لقتل البكتيريا أو مسببات الأمراض الأخرى على الأسطح لمنع التلوث وتقليل مخاطر العدوى. [188]

البكتيريا ، وغالبًا بكتيريا حمض اللاكتيك ، مثل اكتوباكيللوس و المكورات اللبنية، إلى جانب الخمائر والعفن ، تم استخدامها منذ آلاف السنين في تحضير الأطعمة المخمرة ، مثل الجبن والمخللات وصلصة الصويا ومخلل الملفوف والخل والنبيذ والزبادي. [189] [190]

إن قدرة البكتيريا على تحلل مجموعة متنوعة من المركبات العضوية رائعة وقد استخدمت في معالجة النفايات والمعالجة الحيوية. غالبًا ما تستخدم البكتيريا القادرة على هضم الهيدروكربونات في البترول لتنظيف الانسكابات النفطية. [191] تمت إضافة الأسمدة إلى بعض الشواطئ في برنس ويليام ساوند في محاولة لتعزيز نمو هذه البكتيريا التي تحدث بشكل طبيعي بعد عام 1989 إكسون فالديز تسرب النفط. كانت هذه الجهود فعالة على الشواطئ التي لم تكن مغطاة بالنفط بكثافة. تستخدم البكتيريا أيضًا في المعالجة الحيوية للنفايات الصناعية السامة. [192] في الصناعة الكيميائية ، تعتبر البكتيريا أكثر أهمية في إنتاج المواد الكيميائية النقية لتستخدم كأدوية أو كيماويات زراعية. [193]

يمكن أيضًا استخدام البكتيريا بدلاً من المبيدات الحشرية في المكافحة البيولوجية للآفات. هذا عادة ما ينطوي على Bacillus thuringiensis (وتسمى أيضًا BT) ، وهي بكتيريا موجبة الجرام تعيش في التربة. تُستخدم الأنواع الفرعية من هذه البكتيريا كمبيدات حشرية خاصة بقشريات الأجنحة تحت أسماء تجارية مثل Dipel و Thuricide. [194] نظرًا لخصوصيتها ، تعتبر مبيدات الآفات هذه صديقة للبيئة ، ولها تأثير ضئيل أو معدوم على البشر والحياة البرية والملقحات ومعظم الحشرات الأخرى المفيدة. [195] [196]

نظرًا لقدرتها على النمو السريع والسهولة النسبية التي يمكن بها التلاعب بها ، فإن البكتيريا هي أحصنة العمل لمجالات البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة والكيمياء الحيوية. من خلال إحداث طفرات في الحمض النووي البكتيري وفحص الأنماط الظاهرية الناتجة ، يمكن للعلماء تحديد وظيفة الجينات والإنزيمات والمسارات الأيضية في البكتيريا ، ثم تطبيق هذه المعرفة على الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. [197] يصل هذا الهدف لفهم الكيمياء الحيوية للخلية إلى أكثر تعبيراتها تعقيدًا في تركيب كميات هائلة من بيانات حركية الإنزيم وبيانات التعبير الجيني في نماذج رياضية لكائنات كاملة. يمكن تحقيق ذلك في بعض البكتيريا المدروسة جيدًا ، مع نماذج من الإشريكية القولونية يتم الآن إنتاج عملية التمثيل الغذائي واختبارها. [198] [199] هذا الفهم لعملية التمثيل الغذائي للبكتيريا وعلم الوراثة يسمح باستخدام التكنولوجيا الحيوية لبكتيريا الهندسة الحيوية لإنتاج البروتينات العلاجية ، مثل الأنسولين أو عوامل النمو أو الأجسام المضادة. [200] [201]

نظرًا لأهميتها للبحث بشكل عام ، يتم عزل عينات من السلالات البكتيرية وحفظها في مراكز الموارد البيولوجية. هذا يضمن توافر السلالة للعلماء في جميع أنحاء العالم. [202]

لوحظ البكتيريا لأول مرة من قبل المجهر الهولندي أنتوني فان ليفينهوك عام 1676 ، باستخدام مجهر أحادي العدسة من تصميمه. [203] ثم نشر ملاحظاته في سلسلة من الرسائل إلى الجمعية الملكية في لندن. [204] [205] [206] كانت البكتيريا هي أكثر الاكتشافات المجهريّة شهرة ليوينهوك. لقد كانوا فقط في حدود ما يمكن أن تصنعه عدساته البسيطة ، وفي واحدة من أكثر الثغرات إثارة في تاريخ العلم ، لم يرها أحد مرة أخرى لأكثر من قرن. [207] وقد اشتملت ملاحظاته أيضًا على الكائنات الأولية التي أطلق عليها اسم حويصلات الحيوانات ، وتم النظر في النتائج التي توصل إليها مرة أخرى في ضوء النتائج الأحدث لنظرية الخلية. [208]

قدم كريستيان جوتفريد إهرنبرغ كلمة "بكتيريا" في عام 1828. [209] في الواقع ، البكتيريا كان جنسًا يحتوي على بكتيريا غير بوغية على شكل قضيب ، [210] على عكس عصية، وهو جنس من البكتيريا على شكل قضيب مكونة للجراثيم التي حددها إهرنبرغ في عام 1835. [211]

أوضح لويس باستير في عام 1859 أن نمو الكائنات الحية الدقيقة يسبب عملية التخمير ، وأن هذا النمو لا يرجع إلى التكاثر التلقائي (الخمائر والعفن ، التي ترتبط عادة بالتخمير ، ليست بكتيريا ، بل فطريات). إلى جانب معاصره روبرت كوخ ، كان باستير من أوائل المدافعين عن نظرية جرثومة المرض. [212] قبلهم ، أدرك إجناز سيميلويس وجوزيف ليستر أهمية تعقيم الأيدي في العمل الطبي. تم رفض أفكار سيميلويس وأدان المجتمع الطبي كتابه حول هذا الموضوع ، ولكن بعد أن بدأ ليستر الأطباء في تطهير أيديهم في سبعينيات القرن التاسع عشر. في حين أن سيميلويس الذي بدأ بقواعد غسل اليدين في مستشفاه في أربعينيات القرن التاسع عشر سبق انتشار الأفكار حول الجراثيم نفسها وعزا الأمراض إلى "تحلل المادة العضوية الحيوانية" ، كان ليستر نشطًا في وقت لاحق. [213]

روبرت كوخ ، رائد في علم الأحياء الدقيقة الطبية ، عمل على الكوليرا والجمرة الخبيثة والسل. في بحثه حول مرض السل ، أثبت كوخ أخيرًا نظرية الجراثيم ، التي حصل عليها على جائزة نوبل في عام 1905. [214] في افتراضات كوخ ، وضع معايير لاختبار ما إذا كان الكائن الحي هو سبب المرض ، وهذه الافتراضات لا تزال قائمة تستخدم اليوم. [215]

يقال إن فرديناند كوهن هو مؤسس علم الجراثيم ، حيث درس البكتيريا منذ عام 1870. كان كوهن أول من صنف البكتيريا بناءً على مورفولوجيتها. [216] [217]

على الرغم من أنه كان معروفًا في القرن التاسع عشر أن البكتيريا هي سبب العديد من الأمراض ، إلا أنه لم تتوفر علاجات فعالة مضادة للبكتيريا. [218] في عام 1910 ، طور بول إيرليش أول مضاد حيوي ، عن طريق تغيير الأصباغ الملطخة بشكل انتقائي اللولبية الشاحبة- اللولبية التي تسبب مرض الزهري - إلى مركبات تقتل بشكل انتقائي الممرض. [219] حصل إرليش على جائزة نوبل عام 1908 لعمله في علم المناعة ، وكان رائدًا في استخدام البقع للكشف عن البكتيريا والتعرف عليها ، حيث كان عمله أساس صبغة غرام وصمة عار زيل - نيلسن. [220]

جاءت خطوة كبيرة إلى الأمام في دراسة البكتيريا في عام 1977 عندما أدرك كارل ووز أن العتائق لها سلالة تطورية منفصلة عن البكتيريا. [3] اعتمد هذا التصنيف الجديد للتطور الوراثي على تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S ، وقسم بدائيات النوى إلى مجالين تطوريين ، كجزء من نظام المجالات الثلاثة. [1]

آدامز ، كيسي ج.ميد ، توماس ج. (2021). "الفصل 15. تصوير البكتيريا بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين". أيونات المعادن في تقنيات التصوير الحيوي. سبرينغر. ص 425 - 435. دوى: 10.1515 / 9783110685701-021.


أنواع البكتيريا المختلفة

التصنيف البكتيري أكثر تعقيدًا من التصنيف الذي يعتمد على عوامل أساسية مثل ما إذا كانت ضارة أو مفيدة للبشر أو البيئة التي توجد فيها. ستمنحك هذه المقالة تصنيفًا مفصلاً للبكتيريا.

التصنيف البكتيري أكثر تعقيدًا من التصنيف الذي يعتمد على عوامل أساسية مثل ما إذا كانت ضارة أو مفيدة للبشر أو البيئة التي توجد فيها. ستمنحك هذه المقالة تصنيفًا مفصلاً للبكتيريا.

ما هي البكتيريا؟

البكتيريا (المفرد: بكتيريا) هي كائنات وحيدة الخلية لا يمكن رؤيتها إلا من خلال المجهر. تأتي بأشكال وأحجام مختلفة ، وتُقاس أحجامها بالميكرومتر & # 8211 وهو جزء المليون من المتر. هناك عدة أنواع مختلفة من البكتيريا ، وهي موجودة في كل مكان وفي جميع أنواع البيئة.

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

هناك مجموعات مختلفة من البكتيريا التي تنتمي إلى نفس العائلة وتطورت من نفس البكتيريا (السلف). ومع ذلك ، يمتلك كل نوع من هذه الأنواع خصائصه الخاصة & # 8211 التي تطورت بعد الانفصال عن الأنواع الأصلية. يعتمد تصنيف البكتيريا على العديد من العوامل مثل التشكل ، وتسلسل الحمض النووي ، ومتطلبات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، وطرق التلوين ، ووجود السوط ، وبنية الخلية ، وما إلى ذلك. ستمنحك هذه المقالة تصنيف هذه الكائنات الدقيقة بناءً على الكل هذه العوامل ، بالإضافة إلى بعض العوامل الأخرى.

تصنيف البكتيريا

قبل اختراع تقنية تسلسل الحمض النووي ، تم تصنيف البكتيريا أساسًا بناءً على أشكالها & # 8211 المعروف أيضًا باسم التشكل والكيمياء الحيوية والتلطيخ & # 8211 أي تلطيخ موجب الجرام أو سالب الجرام. في الوقت الحاضر ، جنبًا إلى جنب مع التشكل ، يتم استخدام تسلسل الحمض النووي أيضًا من أجل تصنيف البكتيريا. يساعد تسلسل الحمض النووي في فهم العلاقة بين نوعين من البكتيريا ، أي إذا كانا مرتبطين ببعضهما البعض على الرغم من أشكالهما المختلفة. إلى جانب الشكل وتسلسل الحمض النووي ، فإن أشياء أخرى مثل الأنشطة الأيضية والظروف المطلوبة لنموها والتفاعلات الكيميائية الحيوية (أي الكيمياء الحيوية كما هو مذكور أعلاه) وخصائص المستضدات وما إلى ذلك مفيدة أيضًا في تصنيف البكتيريا.

استنادًا إلى علم التشكل وتسلسل الحمض النووي والكيمياء الحيوية

استنادًا إلى التشكل وتسلسل الحمض النووي والظروف المطلوبة والكيمياء الحيوية ، توصل العلماء إلى التصنيف التالي بـ 28 شعبة بكتيرية مختلفة:

  1. الحمضية
  2. أكتينوباكتيريا
  3. المائي
  4. الجراثيم
  5. كالديسيريكا
  6. الكلاميديا
  7. كلوروبي
  8. كلوروفليكسي
  9. كريسيوجينيتيس
  10. البكتيريا الزرقاء
  11. Deferribacteres
  12. Deinococcus-Thermus
  13. ديكتيوجلومي
  14. Elusimicrobia
  15. ليفية
  16. الحزم
  17. فوسوباكتيريا
  18. Gemmatimonadetes
  19. Lentisphaerae
  20. نيتروسبيرا
  21. الكريات الحلقية
  22. بروتيوباكتيريا
  23. اللولبيات
  24. التآزر
  25. تينريكوتس
  26. البكتيريا الحرارية
  27. ثيرموتوجاي
  28. فيروكوميكروبيا

تتوافق كل شعبة أيضًا مع عدد الأنواع والأجناس من البكتيريا. بالمعنى الواسع ، يشمل هذا التصنيف البكتيري البكتيريا الموجودة في أنواع مختلفة من البيئة مثل بكتيريا المياه العذبة ، وبكتيريا المياه المالحة ، والبكتيريا التي يمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى (كما هو الحال في بكتيريا الينابيع والمياه الكبريتية والبكتيريا الموجودة في القارة القطبية الجنوبية الجليد) ، والبكتيريا التي يمكن أن تعيش في بيئة شديدة الحموضة ، والبكتيريا التي يمكن أن تعيش في بيئة شديدة القلوية ، والبكتيريا التي يمكنها تحمل الإشعاعات العالية ، والبكتيريا الهوائية ، والبكتيريا اللاهوائية ، والبكتيريا ذاتية التغذية ، والبكتيريا غيرية التغذية ، وما إلى ذلك # 8230


عدد البكتيريا - علم الأحياء

  1. كم عدد البكتيريا الموجودة بعد 51 ساعة إذا تم تلقيح الثقافة ببكتيريا واحدة؟

  2. كم عدد البكتيريا التي يجب تلقيحها في مزرعة إذا كان هناك 81920 بكتيريا موجودة في الساعة 42؟

  3. كم من الوقت سيستغرق عدد السكان الأولي البالغ 6 أفراد ليصلوا إلى حجم 12288 بكتيريا؟

لماذا نستخدم الدوال الأسية للإجابة على هذه الأسئلة؟

يتضاعف عدد البكتيريا في مثالنا كل 3 ساعات. بالضبط ما الذي يعنيه ذلك؟ تخيل أنك تلقيح مزرعة جديدة ببكتيريا N في الساعة 12:00 ظهرًا. في الساعة 3 مساءً ، سيكون لديك 2N بكتيريا ، وفي 6 مساءً سيكون لديك 4N بكتيريا ، وفي 9 مساءً سيكون لديك 8N بكتيريا ، وهكذا. إذا حدثت هذه الانقسامات الخلوية بالضبط في كل نقطة من هذه النقاط الزمنية ، يُقال إن الخلايا تنمو بشكل متزامن. إذا كان هذا هو الحال ، فستكون عملية النمو هندسي. يتنبأ نموذج النمو الهندسي بزيادة عدد السكان في نقاط زمنية منفصلة (في هذا المثال الساعات 3 و 6 و 9). بمعنى آخر ، لا توجد زيادة مستمرة في عدد السكان.

ومع ذلك ، هذا ليس ما يحدث بالفعل. بالعودة إلى المثال أعلاه ، تخيل أنك تأخذ عينة صغيرة من المزرعة كل ساعة وتحسب عدد خلايا البكتيريا الموجودة. إذا كان نمو البكتيريا هندسيًا ، فستتوقع وجود بكتيريا N بين الساعة 12 ظهرًا و 3 مساءً ، و 2 نيوتن بين 3 مساءً و 6 مساءً ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، إذا أجريت هذه التجربة في المختبر ، حتى في ظل أفضل الظروف التجريبية ، فسيؤدي ذلك إلى لا يكون الأمر كذلك. إذا ذهبت إلى أبعد من ذلك وقمت بعمل رسم بياني بعدد البكتيريا الموجودة على ذ-المحور والوقت على x-المحور ، ستحصل على قطعة أرض تشبه إلى حد كبير النمو الأسي أكثر من النمو الهندسي.

لماذا يبدو النمو البكتيري مثل النمو الأسي في الممارسة؟

الجواب هو أن نمو البكتيريا غير متزامن بشكل كامل. تنقسم بعض الخلايا في أقل من 3 ساعات بينما تستغرق الخلايا الأخرى وقتًا أطول قليلاً لتقسيمها. حتى إذا بدأت ثقافة بخلية واحدة ، فسيتم الحفاظ على التزامن فقط من خلال عدد قليل من انقسامات الخلية. سوف تنقسم خلية واحدة عند نقطة منفصلة في الوقت المناسب ، وسوف تنقسم الخليتان الناتجتان في نفس الوقت تقريبًا ، وسوف تنقسم 4 الناتجة مرة أخرى في حوالي نفس الوقت. مع نمو السكان ، ستؤدي الطبيعة الفردية للخلايا إلى تجانس عملية الانقسام. ينتج عن هذا التنعيم منحنى نمو أسي ، ويسمح لنا باستخدام الدوال الأسية لإجراء حسابات تتنبأ بنمو البكتيريا. لذلك ، في حين أن النمو الأسي قد لا يكون النموذج المثالي للنمو البكتيري عن طريق الانشطار الثنائي ، فهو النموذج المناسب لاستخدام الواقع التجريبي المحدد.

حاول الآن حل المشكلات الثلاثة المطروحة في بداية هذا القسم

التطبيق التالي: يؤرخ الكربون

مشروع علم الأحياء & GT بيوماث & GT التطبيقات & GT النمو السكاني الأسي


التربة الحية: البكتيريا

البكتيريا هي كائنات صغيرة وحيدة الخلية وندش بشكل عام 4 / 100،000 من البوصة (1 ميكروم) وطولها إلى حد ما أطول. ما تفتقر إليه البكتيريا في الحجم ، فإنها تشكل بالأرقام. تحتوي الملعقة الصغيرة من التربة المنتجة عمومًا على ما بين 100 مليون ومليار بكتيريا. وهذا يعادل كتلة بقرتين لكل فدان.

قد ينشط طن من البكتيريا المجهرية في كل فدان من التربة.

الائتمان: مايكل تي هولمز ، جامعة ولاية أوريغون ، كورفاليس. يرجى الاتصال بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للمساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

تنتشر البكتيريا على سطح خيوط الخيوط الفطرية.

الائتمان: ر.كامبل. في ر.كامبل. 1985. علم الأحياء الدقيقة النباتية. إدوارد أرنولد لندن. ص 149. أعيد طبعه بإذن من مطبعة جامعة كامبريدج. P lease اتصل بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

تنقسم البكتيريا إلى أربع مجموعات وظيفية. معظمها عبارة عن محللات تستهلك مركبات كربونية بسيطة ، مثل إفرازات الجذور وفضلات النباتات الطازجة. من خلال هذه العملية ، تقوم البكتيريا بتحويل الطاقة في المواد العضوية للتربة إلى أشكال مفيدة لبقية الكائنات الحية في شبكة الغذاء بالتربة. يمكن لعدد من المحللات تفكيك مبيدات الآفات والملوثات في التربة. تعتبر المُحلِّلات مهمة بشكل خاص في تثبيت العناصر الغذائية أو الاحتفاظ بها في خلاياها ، وبالتالي منع فقدان العناصر الغذائية ، مثل النيتروجين ، من منطقة التجذير.

المجموعة الثانية من البكتيريا هي المنفعلون التي تشكل شراكات مع النباتات. أشهر هذه البكتيريا هي البكتيريا المثبتة للنيتروجين. المجموعة الثالثة من البكتيريا هي مسببات الأمراض. تشمل مسببات الأمراض البكتيرية Xymomonas و اروينيا أنواع وأنواع أجروباكتريوم التي تسبب تكوين المرارة في النباتات. المجموعة الرابعة تسمى ليثوتروف أو كيميائيةيحصل على طاقته من مركبات النيتروجين أو الكبريت أو الحديد أو الهيدروجين بدلاً من مركبات الكربون. بعض هذه الأنواع مهمة لدورة النيتروجين وتدهور الملوثات.

ماذا تفعل البكتيريا؟

تؤدي البكتيريا من المجموعات الأربع خدمات مهمة تتعلق بديناميكيات المياه ، ودورة المغذيات ، وقمع الأمراض. تؤثر بعض البكتيريا على حركة الماء عن طريق إنتاج مواد تساعد على ربط جزيئات التربة في مجاميع صغيرة (تلك التي يبلغ قطرها 1 / 10000-1 / 100 بوصة أو 2-200 ميكروم). الركام المستقر يحسن تسرب المياه وقدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه. في مجتمع بكتيري متنوع ، سوف تتنافس العديد من الكائنات الحية مع الكائنات الحية المسببة للأمراض في الجذور وعلى أسطح النباتات الموجودة فوق سطح الأرض.

عدد قليل من البكتيريا المهمة

البكتيريا المثبتة للنيتروجين تشكل ارتباطات تكافلية مع جذور البقوليات مثل البرسيم والترمس ، والأشجار مثل ألدر والجراد. تتشكل العقيدات المرئية حيث تصيب البكتيريا شعر الجذر النامي. يزود النبات البكتيريا بمركبات كربونية بسيطة ، وتقوم البكتيريا بتحويل النيتروجين (N2) من الهواء إلى شكل يمكن لمضيف النبات استخدامه. عندما تتحلل أوراق أو جذور النبات المضيف ، يزداد نيتروجين التربة في المنطقة المحيطة.

البكتيريا الآزوتية تغيير الأمونيوم (NH4 +) إلى النتريت (NO2-) ثم إلى النترات (NO3-) & ndash شكل مفضل من النيتروجين للأعشاب ومعظم المحاصيل الصفية. يتم ترشيح النترات بسهولة أكبر من التربة ، لذلك يستخدم بعض المزارعين مثبطات النترجة لتقليل نشاط نوع واحد من البكتيريا الآزوتية. يتم قمع البكتيريا الآزوتية في تربة الغابات ، بحيث يبقى معظم النيتروجين على شكل أمونيوم.

نزع النتروجين البكتيريا تحويل النترات إلى غاز النيتروجين (N2) أو أكسيد النيتروز (N2O). أجهزة إزالة النتروجين هي مواد لاهوائية ، مما يعني أنها نشطة في حالة غياب الأكسجين ، كما هو الحال في التربة المشبعة أو داخل ركام التربة.

أكتينوميسيتيس هي مجموعة كبيرة من البكتيريا التي تنمو على شكل خيوط مثل الفطريات. هم مسؤولون عن الرائحة المميزة والرائعة للتربة الصحية الطازجة. تتحلل الأكتينوميسيتات مجموعة واسعة من الركائز ، ولكنها مهمة بشكل خاص في تحطيم المركبات المتمردة (التي يصعب تحللها) ، مثل الكيتين والسليلوز ، وتنشط عند مستويات عالية من الأس الهيدروجيني. الفطريات أكثر أهمية في تحلل هذه المركبات عند انخفاض درجة الحموضة. يتم إنتاج عدد من المضادات الحيوية عن طريق الفطريات الشعاعية مثل Streptomyces.

تشكلت عقيدات حيث أصابت بكتيريا Rhizobium جذور فول الصويا.

الائتمان: ستيفن تمبل ، جامعة ولاية نيو مكسيكو. P lease اتصل بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

الفطريات الشعاعية ، مثل هذه Streptomyces ، تعطي التربة & amp ؛ مثل & quot؛ الرائحة & quot؛

الائتمان: رقم 14 من مجموعة شرائح الأحياء الدقيقة في التربة والكيمياء الحيوية. 1976. جي بي مارتن وآخرون محررون. SSSA ، ماديسون ، ويسكونسن. P lease اتصل بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

أين البكتيريا؟

أنواع مختلفة من البكتيريا تزدهر في مصادر غذائية مختلفة وفي بيئات ميكروية مختلفة. بشكل عام ، تكون البكتيريا أكثر قدرة على المنافسة عند وجود ركائز قابلة للتغير (سهلة التمثيل الغذائي). ويشمل ذلك بقايا النباتات الطازجة والشابة والمركبات الموجودة بالقرب من الجذور الحية. تتركز البكتيريا بشكل خاص في منطقة الجذور ، المنطقة الضيقة المجاورة للجذر وفي داخله. هناك أدلة على أن النباتات تنتج أنواعًا معينة من إفرازات الجذور لتشجيع نمو البكتيريا الوقائية.

تغير البكتيريا بيئة التربة لدرجة أن بيئة التربة ستفضل مجتمعات نباتية معينة على غيرها. قبل أن يتم إنشاء النباتات على رواسب طازجة ، يجب على المجتمع البكتيري أن يتشكل أولاً ، بدءًا من بكتيريا التمثيل الضوئي. هذه تعمل على إصلاح النيتروجين والكربون في الغلاف الجوي ، وتنتج مواد عضوية ، وتجمد ما يكفي من النيتروجين والمواد المغذية الأخرى لبدء عمليات تدوير النيتروجين في التربة الفتية. بعد ذلك ، يمكن أن تنمو الأنواع النباتية المتتالية المبكرة. عندما يتم إنشاء مجتمع النبات ، تدخل أنواع مختلفة من المواد العضوية إلى التربة وتغير نوع الطعام المتاح للبكتيريا. في المقابل ، يغير المجتمع البكتيري المتغير بنية التربة وبيئة النباتات. يعتقد بعض الباحثين أنه قد يكون من الممكن التحكم في الأنواع النباتية في مكان ما من خلال إدارة مجتمع بكتيريا التربة.

سيرة الحشرات: البكتيريا التي تعزز نمو النبات

بقلم آن كينيدي ، دائرة البحوث الزراعية بوزارة الزراعة الأمريكية ، بولمان ، واشنطن

سلالات معينة من بكتيريا التربة Pseudomonas fluorescens لها نشاط مضاد للفطريات يثبط بعض مسببات الأمراض النباتية. يمكن أن تزيد P. fluorescens وأنواع Pseudomonas و Xanthomonas الأخرى من نمو النبات بعدة طرق. قد ينتجون مركبًا يثبط نمو مسببات الأمراض أو يقلل من غزو النبات من قبل العامل الممرض. قد ينتجون أيضًا مركبات (عوامل نمو) تزيد نمو النبات بشكل مباشر.

توجد هذه البكتيريا المعززة لنمو النبات بشكل طبيعي في التربة ، ولكن ليس دائمًا بأعداد كبيرة بما يكفي ليكون لها تأثير كبير. في المستقبل ، قد يكون المزارعون قادرين على تلقيح البذور بالبكتيريا المضادة للفطريات ، مثل P. fluorescens ، للتأكد من أن البكتيريا تقلل من مسببات الأمراض حول البذور وجذر المحصول.


شاهد الفيديو: ما من عالم على مر العصور إلا ويعرفه هذا الطفل السعودي (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Vozil

    في رأيي ، أنت ترتكب خطأ. يمكنني الدفاع عن موقفي. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا على PM.

  2. Gwen

    يا لها من عبارة ضرورية ... فكرة رائعة ، رائعة

  3. Zolonos

    تماما أشارك رأيك. في ذلك شيء وإنما هي فكرة ممتازة. أنا أدعمك.

  4. Rodney

    أنا أعتبر أنك قد خدعت.

  5. Kateb

    نعم dofig يقف ...

  6. Dor

    هم مخطئون. نحن بحاجة إلى مناقشة. اكتب لي في رئيس الوزراء ، تحدث.



اكتب رسالة