الكائنات أحادية الخلية: الخصائص ، التكاثر ، التغذية والأمثلة
الكائنات أحادية الخلية هي كائنات تقتصر موادها الوراثية والآلات الأنزيمية والبروتينات والجزيئات الأخرى الضرورية للحياة على خلية واحدة. وبفضل هذا ، فهي كيانات بيولوجية معقدة للغاية ، وغالبًا ما تكون صغيرة الحجم.
من المجالات الثلاثة للحياة ، يتكون اثنان منها - العتيق والبكتيريا - من كائنات وحيدة الخلية. بالإضافة إلى كونها كائنات أحادية الخلية ، تفتقر هذه الكائنات النواة إلى نواة ومتنوعة للغاية وفيرة.
في المجال المتبقي ، حقيقيات النواة ، نجد كلاً من الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. داخل أحادي الخلية لدينا البروتوزوا ، بعض الفطريات وبعض الطحالب.
الخصائص الرئيسية
منذ حوالي 200 عام ، اعتبر علماء الأحياء في ذلك الوقت أن الكائنات الحية التي تكونت من خلية واحدة كانت بسيطة نسبيًا. هذا الاستنتاج كان بسبب قلة المعلومات التي تلقوها من العدسات التي استخدموها للعرض.
في الوقت الحاضر ، وبفضل التقدم التكنولوجي المرتبط بالمجهر ، يمكننا تصور الشبكة المعقدة من الهياكل التي تمتلكها الكائنات أحادية الخلية والتنوع الكبير الذي تظهره هذه الأنساب. بعد ذلك ، سنناقش الهياكل الأكثر صلة بالكائنات أحادية الخلية ، في حقيقيات النواة وفي بدائيات النوى.
مكونات خلية بدائية النواة
المواد الوراثية
إن أكثر الخصائص المميزة للخلية بدائية النواة هي عدم وجود غشاء يحدد المادة الوراثية. وهذا هو ، عدم وجود نواة حقيقية.
في المقابل ، يقع الحمض النووي كهيكل بارز: الكروموسوم. في معظم البكتيريا والعتيق ، يتم تنظيم الحمض النووي في كروموسوم دائري كبير يرتبط بالبروتينات.
في بكتيريا نموذجية ، مثل Escherichia coli (في الأقسام التالية سنتحدث أكثر عن بيولوجيتها) ، يصل الكروموسوم إلى طول خطي يصل إلى 1 مم ، أي ما يقرب من 500 ضعف حجم الخلية.
من أجل تخزين كل هذه المواد ، يجب أن يأخذ الحمض النووي تشوهًا شديد الالتفاف. يمكن استقراء هذا المثال لمعظم أعضاء البكتيريا. المنطقة الفيزيائية التي يوجد فيها هذا الهيكل المضغوط للمواد الوراثية تسمى النوكليويد.
بالإضافة إلى الصبغي ، قد تمتلك الكائنات بدائية النواة مئات من جزيئات الحمض النووي الإضافية الصغيرة ، والتي تسمى البلازميدات.
هذه ، مثل الكروموسوم ، ترمز لجينات معينة ، ولكنها معزولة ماديًا عنها. لأنها مفيدة في ظروف محددة للغاية ، فإنها تشكل نوعًا من العناصر الجينية المساعدة.
ريبوسوم
لتصنيع البروتينات ، تحتوي الخلايا بدائية النواة على آلية إنزيمية معقدة تسمى الريبوسوم ، موزعة في جميع أنحاء داخل الخلية. يمكن أن تحتوي كل خلية على حوالي 10000 ريبوسوم.
آلات التمثيل الضوئي
تمتلك البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي آلية إضافية تتيح لها التقاط أشعة الشمس وتحويلها لاحقًا إلى طاقة كيميائية. تحتوي أغشية بكتيريا التمثيل الضوئي على فتحات حيث يتم تخزين الإنزيمات والأصباغ الضرورية للتفاعلات المعقدة التي تقوم بها.
يمكن أن تظل حويصلات التمثيل الضوئي هذه متصلة بغشاء البلازما أو يمكن فصلها داخل الخلية.
الهيكل الخلوي
كما يدل اسمها ، فإن الهيكل الخلوي هو هيكل الخلية. تتكون قاعدة هذا الهيكل من ألياف ذات طبيعة بروتينية ، وهي ضرورية لعملية تقسيم الخلايا والحفاظ على الشكل الخلوي.
أظهرت الأبحاث الحديثة أن الهيكل الخلوي في بدائيات النوى يتكون من شبكة معقدة من الخيوط ، وليس بهذه البساطة كما كان يعتقد سابقًا.
العضيات في بدائيات النوى
تاريخيا ، واحدة من أبرز خصائص الكائن بدائية النواة هي افتقاره إلى مقصورات داخلية أو عضيات.
في الوقت الحاضر ، من المقبول أن تمتلك البكتيريا أنواعًا محددة من العضيات (مقصورات محاطة بالأغشية) المتعلقة بتخزين أيونات الكالسيوم ، والبلورات المعدنية التي تشارك في اتجاه الخلية ، والإنزيمات.
مكونات خلية حقيقية النواة أحادية الخلية
ضمن سلالات حقيقيات النواة ، لدينا أيضًا كائنات أحادية الخلية. هذه تتميز بوجود مادة وراثية محصورة في عضية محاطة بغشاء ديناميكي ومعقد.
تتشكل آلية صنع البروتينات أيضًا بواسطة الريبوسومات في هذه الكائنات. ومع ذلك ، في حقيقيات النوى فهي أكبر. في الواقع ، فإن الفرق في حجم الريبوسومات هو واحد من الاختلافات الرئيسية بين المجموعتين.
خلايا حقيقيات النواة أكثر تعقيدًا من بدائيات النوى الموصوفة في القسم السابق ، نظرًا لوجود أجزاء فرعية تحيط بها واحد أو عدة أغشية تسمى عضيات. من بينها لدينا الميتوكوندريا ، الشبكة الإندوبلازمية ، جهاز جولجي ، الفجوات والليزوزومات ، وغيرها.
في حالة الكائنات الحية التي لديها القدرة على إجراء عملية التمثيل الضوئي ، فإن لديها الآلات الأنزيمية والأصباغ المخزنة في هياكل تسمى البلاستيدات. أشهرها هي البلاستيدات الخضراء ، على الرغم من وجود البلاستيدات الخضراء والأبلاستيدات الخضراء وغيرها.
بعض الكائنات حقيقية النواة ذات جدران خلوية ، مثل الطحالب والفطريات (على الرغم من أنها تختلف في طبيعتها الكيميائية).
الاختلافات بين البكتيريا والعتيقة
كما ذكرنا ، تتكون مجالات العتيق والبكتيريا من الأفراد أحادي الخلية. ومع ذلك ، فإن حقيقة تقاسم هذه الخاصية لا تعني أن الأنساب هي نفسها.
إذا قارنا المجموعتين تمامًا ، فسوف ندرك أنهما يختلفان بنفس الطريقة التي نختلف بها - أو أي حيوان ثديي آخر - عن الأسماك. الاختلافات الأساسية هي التالية.
غشاء الخلية
بدءا من حدود الخلية ، والجزيئات التي تشكل الجدار وغشاء كلا الأنساب تختلف اختلافا عميقا. في البكتيريا ، تتكون الدهون الفوسفاتية من الأحماض الدهنية المرتبطة بالجلسرين. على النقيض من ذلك ، فإن الأركيا لها فسفوليبيدات متشعبة للغاية (أيزوبرنويدات) ترتكز على الجلسرين.
بالإضافة إلى ذلك ، تختلف الروابط التي تشكل الفسفوليبيد أيضًا ، مما يؤدي إلى غشاء أكثر ثباتًا في الأركيا. لهذا السبب ، يمكن أن يعيش العتيق في بيئات تكون فيها درجة الحرارة ، ودرجة الحموضة وغيرها من الظروف شديدة.
جدار الخلية
جدار الخلية هو هيكل يحمي كائن الخلية من الإجهاد الاسموزي الناتج عن الاختلاف في التركيزات بين داخل الخلية والبيئة ، مما يشكل نوعًا من الهيكل الخارجي.
بشكل عام ، تعرض الخلية تركيز عالٍ من المذاب. وفقًا لمبادئ التناضح والانتشار ، يدخل الماء إلى الخلية ، مما يزيد من حجمها.
يحمي الجدار الخلية من التمزق ، وذلك بفضل هيكلها الثابت والليبي. في البكتيريا ، يكون المكون الهيكلي الرئيسي هو الببتيدوغليكان ، على الرغم من وجود جزيئات معينة ، مثل الغليكوليبيدات.
في حالة العتيق ، تكون طبيعة جدار الخلية متغيرة تمامًا وفي بعض الحالات غير معروفة. ومع ذلك ، فقد ببتيدوغليكان في الدراسات التي أجريت حتى الآن.
تنظيم الجينوم
من حيث التنظيم الهيكلي للمادة الوراثية ، تشبه هذه الآثار القديمة الكائنات الحية حقيقية النواة ، حيث إن الجينات تقطعها مناطق لن تتم ترجمتها ، تسمى introns - المصطلح المستخدم للمناطق التي يتم ترجمتها هو "exon" ".
على العكس من ذلك ، يتم تنظيم الجينوم البكتيري بشكل أساسي في الأوبونات ، حيث توجد الجينات في وحدات وظيفية تقع واحدة تلو الأخرى ، دون انقطاع.
الاختلافات مع الكائنات متعددة الخلايا
الفرق الحاسم بين كائن متعدد الخلايا وحيدة الخلية هو عدد الخلايا التي تشكل الكائن الحي.
تتكون الكائنات متعددة الخلايا من أكثر من خلية واحدة ، وعمومًا يتخصص كل واحد في مهمة معينة ، حيث يمثل تقسيم المهام أحد أكثر خصائصه المميزة.
بمعنى آخر ، نظرًا لأن الخلية لم تعد مضطرة لأداء جميع الأنشطة اللازمة للحفاظ على كائن حي ، ينشأ تقسيم المهام.
على سبيل المثال ، تؤدي الخلايا العصبية مهام مختلفة تمامًا عن تلك التي تقوم بها خلايا الكلى أو العضلات.
يتم التعبير عن هذا الاختلاف في المهام المنجزة في الاختلافات المورفولوجية. أي أن جميع الخلايا التي تتكون من كائن حي متعدد الخلايا ليست هي نفسها في شكلها - الخلايا العصبية على شكل شجرة ، والخلايا العضلية ممدودة ، وهكذا.
يتم تجميع الخلايا المتخصصة للكائنات متعددة الخلايا في الأنسجة وهذه بدورها إلى أعضاء. يتم تجميع الهيئات التي تؤدي وظائف مماثلة أو مكملة في النظم. وبالتالي ، لدينا منظمة هيكلية هرمية لا تظهر في كيانات أحادية الخلية.
استنساخ
التكاثر اللاجنسي
الكائنات أحادية الخلية تتكاثر بلا جنس. لاحظ أنه في هذه الكائنات لا توجد هياكل خاصة تشارك في التكاثر ، كما يحدث في أنواع مختلفة من الكائنات متعددة الخلايا.
في هذا النوع من التكاثر اللاجنسي ، يعطي الأب أصلًا للذرية دون الحاجة إلى شريك جنسي ، أو اندماج الأمشاج.
يتم تصنيف التكاثر اللاجنسي بطرق مختلفة ، ويستخدم بشكل عام كمرجع المستوى أو شكل التقسيم الذي يستخدمه الكائن الحي للتقسيم.
النوع الشائع هو الانشطار الثنائي ، حيث يؤدي الفرد إلى تكوين كائنين ، مطابقًا للوالد. البعض لديه القدرة على أداء الانشطار توليد أكثر من اثنين من النسل ، والذي يعرف باسم الانشطار متعددة.
نوع آخر هو مهدها ، حيث يؤدي الكائن الحي إلى أصغر. في هذه الحالات ، يمتلئ الكائن الأصل امتدادًا يستمر في النمو إلى حجم مناسب ثم ينفصل عن الأصل. يمكن أن تتكاثر الكائنات أحادية الخلية الأخرى عن طريق تكوين الجراثيم.
على الرغم من أن التكاثر اللاجنسي نموذجي للكائنات أحادية الخلية ، إلا أنه ليس فريدًا في هذه النسب. يمكن لبعض الكائنات الحية متعددة الخلايا ، مثل الطحالب ، والإسفنج ، والأكزيما ، من بين أشياء أخرى ، التكاثر من خلال هذه الطريقة.
نقل الجينات الأفقية
على الرغم من أن التكاثر الجنسي لا يوجد في الكائنات بدائية النواة ، إلا أنه يمكنها تبادل المواد الجينية مع أفراد آخرين من خلال حدث يسمى نقل الجينات الأفقي. لا يشمل هذا التبادل مرور المواد من أولياء الأمور إلى الأطفال ، ولكنه يحدث بين أفراد من نفس الجيل.
يحدث هذا من خلال ثلاث آليات أساسية: الاقتران والتحول والتحول. في النوع الأول ، يمكن تبادل أجزاء طويلة من الحمض النووي من خلال الروابط الجسدية بين شخصين عن طريق رقة جنسية.
في كلا الآليتين ، يكون حجم الحمض النووي المتبادل أصغر. التحول هو أخذ الحمض النووي العاري بواسطة بكتريا والتحول هو استقبال الحمض النووي الغريب نتيجة لعدوى فيروسية.
وفرة
يمكن تقسيم الحياة إلى ثلاثة مجالات رئيسية: العتيق والبكتيريا وحقيقيات النوى. الأولان هما بدائيات النوى ، لأن نواتها ليست محاطة بغشاء وكلها كائنات وحيدة الخلية.
وفقًا للتقديرات الحالية ، هناك أكثر من 3.1030 شخصًا من البكتيريا والعتيقة في الأرض ، معظمهم لم يكشف عن هويتهم وبدون وصف. في الواقع ، يتكون جسمنا من مجموعات ديناميكية من هذه الكائنات ، والتي تقيم علاقات تكافلية معنا.
تغذية
التغذية في الكائنات أحادية الخلية متنوعة للغاية. هناك كلاً من الكائنات غيرية التغذية والكائنات ذاتية التغذية.
السابق يجب أن تستهلك طعامها من البيئة ، وعموما البلعمة الجزيئات الغذائية. تمتلك المتغيرات الذاتية التغذية جميع الآلات اللازمة لتحويل الطاقة الضوئية إلى كيمياء ، وتخزينها في السكريات.
مثل أي كائن حي ، تتطلب الكائنات أحادية الخلية بعض العناصر الغذائية مثل الماء ومصدر الكربون والأيونات المعدنية ، من بين أمور أخرى ، لتحقيق النمو والتكاثر الأمثل. ومع ذلك ، يتطلب البعض أيضا المغذيات محددة.
أمثلة للكائنات أحادية الخلية
نظرًا للتنوع الكبير للكائنات أحادية الخلية ، من المعقول تقديم قائمة من الأمثلة. ومع ذلك ، سوف نذكر الكائنات الحية النموذجية في البيولوجيا والكائنات الحية ذات الأهمية الطبية والصناعية:
الإشريكية القولونية
أفضل الكائنات الحية المدروسة هي ، بلا شك ، بكتيريا الإشريكية القولونية. على الرغم من أن بعض السلالات يمكن أن يكون لها عواقب صحية سلبية ، إلا أن الإشريكية القولونية هي مكون طبيعي وفير من الكائنات الحية الدقيقة البشرية.
إنه مفيد في ظل وجهات نظر مختلفة. في الجهاز الهضمي لدينا تساعد البكتيريا على إنتاج بعض الفيتامينات وتستبعد بشكل تنافسي الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض التي يمكن أن تدخل الجسم.
بالإضافة إلى ذلك ، في مختبرات البيولوجيا هي واحدة من الكائنات الحية الأكثر استخدامًا ، فهي مفيدة جدًا لاكتشافات العلوم.
داء المثقبيات كروز
إنه طفيل أولي يعيش داخل الخلايا ويسبب مرض شاغاس. تعتبر هذه مشكلة صحية عامة مهمة في أكثر من 17 دولة تقع في المناطق الاستوائية.
واحدة من أبرز خصائص هذا الطفيل هو وجود سوط للتنقل وميتوكوندريا واحدة. تنتقل إلى مضيف الثدييات بواسطة الحشرات التي تنتمي إلى عائلة Hemiptera ، والتي تسمى الترياتومينات.
ومن الأمثلة الأخرى على الكائنات الحية الدقيقة الجيارديا ، والإيجلينا ، والبلازموديوم ، والبارامسيوم ، والسكارومايسيس سييفيسيا ، وغيرها.
