الأركيوبكتيريا (البكتيريا الأولية).. البكتيريا المنتجة للميثان. البكتيريا المختزلة للكبريت. البكتيريا الأولية المحبة للملوحة. البكتيريا الأولية عديمة الجدر

الأركيوبكتيريا (البكتيريا الأولية)
Archaeobacteria

تعد البكتيريا العتيقة نوعًا من الكائنات الحية أحادية الخلية تختلف تمامًا عن أشكال الحياة الحديثة الأخرى لدرجة أنها تتحدى الطريقة التي يصنف بها العلماء الحياة.

حتى ظهور دراسات البيولوجيا الجينية والجزيئية المعقدة التي سمحت للعلماء برؤية الاختلافات البيوكيميائية الرئيسية بين البكتيريا البدائية والبكتيريا "العادية"، كان كلاهما يعتبر جزءًا من نفس مملكة الكائنات وحيدة الخلية.

"الممالك"، وهي طريقة لتنظيم أشكال الحياة بناءً على هيكلها الخلوي ، تشمل تقليديًا Animalia و Planitia و Fungi و Protista (لحقيقيات النوى أحادية الخلية) و Monera (التي كانت تُعتبر ذات يوم تحتوي على جميع أشكال بدائيات النوى).

ومع ذلك، سرعان ما أظهرت الدراسات الجينية والكيميائية الحيوية للبكتيريا أن فئة واحدة من بدائيات النوى كانت مختلفة تمامًا عن البكتيريا "الحديثة"، وفي الواقع عن جميع أشكال الحياة الحديثة الأخرى. في نهاية المطاف سميت "البكتيريا الأثرية" من كلمة "أثرية" بمعنى "قديم"، ويُعتقد أن هذه الخلايا الفريدة من نوعها هي أحفاد حديثة من سلالة قديمة جدًا من البكتيريا التي تطورت حول فتحات أعماق البحار الغنية بالكبريت.

أدى التحليل الجيني والكيميائي الحيوي المتطور إلى "شجرة تطور الحياة" الجديدة، والتي تستخدم مفهوم "المجالات" لوصف تقسيمات الحياة الأكبر والأكثر أساسية من تلك الموجودة في "المملكة".

المجموعة الأولى: البكتيريا المنتجة للميثان
Methanogenic Archaeobacter

الميثانوجينات هي كائنات دقيقة تنتج الميثان كمنتج ثانوي في التمثيل الغذائي في ظروف نقص الأكسجة.

هي بدائية النواة وينتمون إلى المجال Archaea. وهي شائعة في الأراضي الرطبة، حيث تكون مسؤولة عن غازات المستنقعات، وفي الجهاز الهضمي للحيوانات مثل المجترات والعديد من البشر، حيث تكون مسؤولة عن محتوى الميثان الناتج عن التجشؤ في المجترات وانتفاخ البطن عند البشر.

في الرواسب البحرية، يقتصر الإنتاج البيولوجي للميثان، والذي يُطلق عليه أيضًا تولد الميثان، على الأماكن التي يتم فيها استنفاد الكبريتات، أسفل الطبقات العليا.

علاوة على ذلك، تلعب مجموعات الأركيا المولدة للميثان دورًا لا غنى عنه في معالجات المياه العادمة اللاهوائية.

والبعض الآخر يعيش في بيئات مثل الينابيع الساخنة والفتحات الحرارية المائية المغمورة وكذلك في الصخور "الصلبة" لقشرة الأرض، على بعد كيلومترات تحت السطح.

المجموعة الثانية: البكتيريا المختزلة للكبريت

Sulfer-reducing Bacteria

البكتيريا التي تختزل الكبريت هي كائنات دقيقة قادرة على تقليل عنصر الكبريت (S0) إلى كبريتيد الهيدروجين (H2S).

تستخدم هذه الميكروبات مركبات الكبريت غير العضوية كمقبلات للإلكترون للحفاظ على العديد من الأنشطة مثل التنفس والحفاظ على الطاقة والنمو في غياب الأكسجين.

المنتج النهائي أو هذه العمليات، الكبريتيد، له تأثير كبير على كيمياء البيئة، بالإضافة إلى أنه يستخدم كمانح للإلكترون لمجموعة كبيرة ومتنوعة من الأيض الميكروبي.

يمكن أن تقلل أنواع عديدة من البكتيريا والعديد من العتائق غير الميثانية من الكبريت.

تم بالفعل إظهار اختزال الكبريت الميكروبي في الدراسات المبكرة، والتي سلطت الضوء على أول دليل على تقليل S0 في بكتيريا ضمات من الطين ، مع الكبريت كمتقبل للإلكترون و H2 كمانح للإلكترون.

تم اكتشاف أول نوع مستزرع نقيًا من البكتيريا المسببة للكبريت، Desulfuromonas acetoxidans، في عام 1976 ووصفه Pfennig Norbert و Biebel Hanno على أنه بكتيريا لا هوائية مخفضة للكبريت وأسيتات مؤكسدة، غير قادرة على تقليل الكبريتات.

فقط عدد قليل من الأصناف هي بكتيريا حقيقية مخفضة للكبريت، باستخدام اختزال الكبريت باعتباره التفاعل التقويضي الوحيد أو الرئيسي.

عادة ، يقرن هذا التفاعل بأكسدة الأسيتات أو السكسينات أو المركبات العضوية الأخرى.

بشكل عام، يمكن للبكتيريا المختزلة للكبريتات استخدام كل من الكبريتات والكبريت الأولي كمستقبلات للإلكترون.

بفضل وفرة واستقرار الديناميكا الحرارية، تعتبر الكبريتات أكثر متقبلات الإلكترون التي تمت دراستها للتنفس اللاهوائي الذي يتضمن مركبات الكبريت.

ومع ذلك، فإن عنصر الكبريت متوفر بكثرة ومهم، لا سيما في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار والينابيع الساخنة والبيئات القاسية الأخرى، مما يجعل عزله أكثر صعوبة.

بعض البكتيريا - مثل Proteus و Campylobacter و Pseudomonas و Salmonella - لديها القدرة على تقليل الكبريت، ولكن يمكنها أيضًا استخدام الأكسجين ومستقبلات الإلكترون الطرفية الأخرى.

المجموعة الثالثة: البكتيريا الأولية المحبة للملوحة

Exteremely Halophilic Archaeobacteria

يمكن العثور على الهالوفيل في أي مكان به تركيز ملح أكبر بخمس مرات على الأقل من تركيز الملح في المحيط.

تتعامل معظم الكائنات المحبة للملوحة مع التركيزات العالية من الملح عن طريق إنفاق الطاقة لاستبعاد الملح من السيتوبلازم.

تمنع الهالوفيل هذا الفقد في الماء عن طريق زيادة الأسمولية الداخلية للخلية عن طريق تراكم المواد الحافظة للتضخم أو عن طريق الامتصاص الانتقائي لأيونات البوتاسيوم.

- halotolerance: تكيف الكائن الحي مع ظروف الملوحة العالية (الملح المذاب).

- zwitterionic: يتعلق بجزيء متعادل يحتوي على شحنة موجبة وسالبة.

- osmoprotectant: أي أسموليت يساعد الكائن الحي على النجاة من الإجهاد التناضحي

الهالوفيل هي نباتات متطرفة تعيش في البيئات ذات التركيزات العالية جدًا من الملح. في الواقع ، يأتي اسم "halophile" من الكلمة اليونانية التي تعني "محبي الملح.

على الرغم من وجود بعض البكتيريا وحقيقيات النوى المحبة للملوحة ، فإن أكبر تصنيف للهالوفيل يقع في مجال العتائق.

يمكن العثور على الهالوفيل في أي مكان به تركيز ملح أكبر بخمس مرات على الأقل من تركيز الملح في المحيط.

يتم تصنيفها على أنها طفيفة أو معتدلة أو شديدة الهالوفيل بناءً على مدى تحملها للهالوت.

تزدهر الهالوفيل في أماكن مثل بحيرة الملح الكبرى وبحيرة أوينز في كاليفورنيا وبرك التبخر والبحر الميت - الأماكن التي توفر بيئة غير مضيافة لمعظم أشكال الحياة.

المجموعة الرابعة: البكتيريا الأولية عديمة الجدار

Cell – Wall – Less Archaeobacteria

البكتيريا عديمة الجدار الخلوي، هي سلالة خاصة من البكتيريا التي تفتقر إلى وجود جدار خلوي، تم عزلها لأول مرة عام 1935 من قبل العالمة إيمي نوبل وقامت بتسميتها بهذا الاسم نسبة إلى معهد ليستر في لندن حيث كانت تعمل.

هناك نوعان من هذه البكتيريا: النوع الأول هو البكتيريا ذات الشكل L غير المستقرة التي تكون قادرة على الانقسام ولكنها تستطيع العودة إلى الشكل الأصلي، والنوع الثاني هو البكتيريا ذات الشكل L المستقرة غير القادرة على العودة إلى الشكل الأصلي.

هناك أنواع من البكتيريا تفتقر إلى وجود الجدار الخلوي لكن لا يمكن تصنيفها ضمن البكتيريا ذات الشكل L لأنها لم تنشق عن بكتيريا تمتلك جدار خلوي.

يمكن تكوين هذه الأنواع من البكتيريا في المختبر من انواع بكتيريا تحتوي على جدار خلوي مثل Bacillus subtilis أو Escherichia coli.

يتم تكوينها عن طريق تثبيط تكوين الببتيدوجليكان باستخدام المضادات الحيوية أو أنواع خاصة من الانزيمات تعمل على تدمير الجدار الخلوي تسمى lysosomes

في العادة تنمو هذه الأنواع من البكتيريا في وسط اسموزي مماثل للوسط داخل خلية البكتيريا، يستخدم هذا الوسط ليمنع تحلل الخلية بسبب القوة الاسموزية، من الممكن أن تكون البكتيريا من الصنف غير المستقر وقد تميل إلى العودة إلى شكلها الأصلي لذلك يجب المحافظة على الظروف التي تكونت بها البكتيريا لمنع عودتها إلى شكلها الأصلي.

استنتجت بعض الدراسات أن هناك نوع من الطفرات تحدث على الخلايا الطبيعية تؤدي إلى إنتاج سلالة من البكتيريا ذات الشكل L، تحدث هذه الطفرة على جين مسؤول عن تشكيل الدهون المكونة للببتيدوجليكان

تزيد هذه الطفرة من فرصة تكون البكتيريا ذات الشكل L 1000 مرة.

بعض الدراسات قالت أن هذه البكتيريا قد تكون مسببة للأمراض عند البشر والحيوانات لكن الدراسات بهذه المسألة كانت متناقضة لهذا السبب كانت هذه الدراسات مثيرة للجدل، اثبتت الدراسات ان البكتيريا ذات الشكل L إما هي بكتيريا مختبرات غير مفيدة أو مفيدة لكنها لا تسبب الأمراض.

المجموعة الخامسة: البكتيريا المحبة للحرارة الزائدة والممثلة للكبريت المعدني

Extremely Thermophilic S .Metablizers

البكتيريا المحبة لدرجات الحرارة المرتفعة والحمضية المرتفعة هي بكتيريا قديمة تزدهر في بيئات ذات حمضية مرتفعة، مليئة بعنصر الكبريت، وذات درجات حرارة مرتفعة، وفقيرة بالمواد العضوية.

هذه البكتيريا تحبذ العيش في بيئات ذات درجة حرارة تتراوح من 70-80 درجة مئوية، وذات رقم هيدروجيني بين 2 و 3.

تعيش هذه البكتيريا في الينابيع الحارة، وبالقرب من المنافذ البركانية، أو على شقوق قاع المحيط على عمق أميال تحت سطح الماء، حيث تتسرب مياه حمضية أو في بيئات ملوثة مثل الصرف الحمضي للمناجم.

تصنّف هذه البكتيريا ضمن مملكة البكتيريا القديمة، حيث أنها تعيش في مناطق لا تستطيع معظم الكائنات الحية النجاة فيها.

تتطلب عمليات الأيض لدى معظم هذه البكتيريا أن تعيش في محيط هوائي (فيه أكسجين)، لكن يتطلب نسب معينة من الأكسجين أقل من الطبيعي (في الجو).