معلومة

هل الكائنات وحيدة الخلية قادرة على التعلم؟

هل الكائنات وحيدة الخلية قادرة على التعلم؟


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.

قرأت أن الأميبا قادرة على التعلم. نظرًا لأن هؤلاء المحتجين ليس لديهم جهاز عصبي ، فمن الآمن أن نفترض أنه حتى آليات التعلم المبسطة للغاية في Aplysia تقع على بعد أميال في المسافة التطورية.

كيف تتعلم هذه الأنواع؟ أفترض أن هناك سلسلة معقدة من تنظيم النسخ بوساطة المستقبلات ، لكن ما هي التفاصيل؟ ما أنواع المستقبلات التي يجب على الأميبا أن تستشعر محيطها؟


أود أن أعرف ما هو المرجع للتعلم الأميبي. لا يمكنني التعليق مباشرة على هذا ، ولكن هناك بعض الأدلة على "التوقع التكيفي" في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى أحادية الخلية التي لا تحتوي على جهاز عصبي.

في حالة الإشريكية القولونية ، فقد ثبت أن البكتيريا يمكنها توقع البيئة التي هي على وشك دخولها. عادة ما تتعرض الإشريكية القولونية في المسالك الهضمية للثدييات إلى اللاكتوز في البداية ، ثم بعد ذلك إلى بيئة مالتوز حيث تمر البكتيريا عبر المسالك الحيوانية. هذا يشير إلى أنه عند مواجهة بيئة اللاكتوز ، يتم إحداث أوبرا مالتوز. أي ، عند مواجهة اللاكتوز ، من المتوقع حدوث المالتوز. يشير هذا إلى وجود "ذاكرة جينية" لتسلسل أنواع السكر حيث يتم دائمًا مواجهة اللاكتوز قبل المالتوز.

مزيد من الثقافات (500 جيل) من الإشريكية القولونية في غياب المالتوز ولكن في وجود اللاكتوز قللت من نشاط أوبرون المالتوز إلى مستويات لا تذكر ، مما يشير إلى أن هذا تنبؤ تكيفي للتغيرات البيئية.

ميتشل وآخرون., التنبؤ التكيفي بالكائنات الحية الدقيقة للتغيرات البيئية, 2009, 460, 1038


بالإضافة إلى الاستجابة الممتازة (بواسطة Poshpaws) ، يمكن للمرء أيضًا أن يتخيل كيفية عمل هذه الأنظمة من خلال النظر في الأمثلة الاصطناعية الحديثة لذاكرة الكائن وحيدة الخلية.

من الممكن تصميم العديد من المفاتيح ثنائية الاستقرار باستخدام مسارات البروتين ، أو RNAi ، أو وسائل أخرى من شأنها أن تغلق حالة معينة. وبهذه الطريقة ، يمكن للكائن الحي أن "يتذكر" بشكل فعال جزءًا واحدًا من البيانات عن طريق الاستعلام عن حالة التبديل.

للحصول على مثال محدد ، راجع ورقة Gardner 2000 [1]. إنها دائرة على مستوى النسخ ، يمكن أن تستجيب لحافز معين إما مرتفعًا أو منخفضًا. في حين أن النسخة الاصطناعية نفسها ليست قوية بشكل رهيب ، يمكن للمرء أن يرى كيف يمكن لدائرة عالية التطور / مصقولة في الطبيعة أن تحافظ على الحالة وتعمل بشكل فعال كـ "ذاكرة" لكائن وحيد الخلية.

[1] Gardner، et. al 2000 "إنشاء مفتاح تبديل وراثي في ​​الإشريكية القولونية."


مؤلفو The omnistat: نظام ثقافة مستمرة مرن لتقرير التطور التجريبي المطول عن تجربة تطورت فيها المكورات اللبنية للحصول على استجابة استباقية لبيئتهم. تم إنشاء مزرعة في المفاعل الحيوي الخاص بهم ، وتم بشكل دوري تقديم واحدة من قاعدتين ضعيفتين: إما اللاكتات أو الأسيتات ، ثم ، اعتمادًا على القاعدة ، تم إدخال وسط جديد من الفركتوز أو الجالاكتوز. الفكرة البسيطة موضحة أدناه:

1. اختر بشكل عشوائي إما: الجرعة مع الأسيتات المخففة -> يأتي الفركتوز مع الجرعة التالية مع اللاكتات المخفف -> يأتي الجالاكتوز بعد ذلك 2. ارجع إلى الخطوة 1.

تتعرض الثقافة باستمرار لهذا العلاج على مدى عدة أيام أو أسابيع (غير واضح من ورقتهم) ، وخلال ذلك ، يوجد ضغط تطوري للبكتيريا لهندسة استجابة بين القاعدة الضعيفة ومصدر الطاقة في المستقبل. أي أن البكتيريا التي يمكنها تحويل عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها قليلاً نحو معالجة الفركتوز بشكل أسرع عند وجود الأسيتات ستتمتع بصلاحية أعلى ، وكذلك اللاكتات / الجالاكتوز.

في النهاية ، بعد عدة جولات ، قامت البكتيريا بترميز العلاقة في جيناتها - نوع من "التعلم" الذي تقدم الإجابات الأخرى على هذا السؤال أمثلة عنه أيضًا.


ما هي الكائنات وحيدة الخلية؟ كيف يبقون على قيد الحياة؟

ما هي الكائنات وحيدة الخلية؟ كيف يبقون على قيد الحياة؟

الكائنات وحيدة الخلية كائنات حية. هناك فئتان من الكائنات الحية - تلك التي تتكون من خلية واحدة (كائنات وحيدة الخلية) وتلك المكونة من خلايا متعددة. الكائنات أحادية الخلية تسمى الكائنات أحادية الخلية. معظم الطلائعيات وبعض الفطريات هي مثال على كائن وحيد الخلية. يمكن أن تعيش الكائنات ذات الخلية الواحدة بشكل مستقل. تقوم الكائنات وحيدة الخلية مثل الأميبا والباراميسيوم بوظائف الجسم الخاصة بها مثل التنفس والإفراز والهضم والتكاثر.

ما هي الكائنات وحيدة الخلية؟ كيف يبقون على قيد الحياة؟

بينما يتكون البشر والعديد من الآخرين من بلايين الخلايا ، هناك أيضًا بعض الكائنات الحية التي تتكون من خلية واحدة فقط. الكائنات وحيدة الخلية ، كما يوحي اسمها ، لها خلية واحدة فقط. كل ما يحتاجونه للبقاء موجود في تلك الخلية الواحدة.

هناك أنواع مختلفة من الخلايا. الخلية حقيقية النواة هي خلية أكبر وأكثر تعقيدًا. يحتوي على نواة للاحتفاظ بالكروموسومات التي تعد جزءًا مهمًا من الحمض النووي بالإضافة إلى العديد من الأجزاء أو الهياكل التي تسمى العضيات التي تساعد في عمل الخلية. الخلايا بدائية النواة هي خلايا لا تحتوي على نواة. تشكل كروموسوماتها حلقات صغيرة تطفو حول الخلية. كما أنها أصغر حجمًا وأقل تعقيدًا بكثير من الأنواع الأخرى وتفتقر إلى الهياكل الخلوية التي تسمى العضيات.

يتم تنظيم الخلايا. حتى الخلية الواحدة لها تنظيم هياكلها بداخلها. تحتوي الخلية على عدد من الهياكل المختلفة تسمى العضيات. هذه العضيات تشبه الأعضاء في أجسامنا. إنها ضرورية لبقاء الخلية ويتم تنظيمها في مجموعات لتحقيق الكفاءة.

كيف تعيش هذه الكائنات وحيدة الخلية وتعيش؟

هذه الكائنات الحية لديها العديد من الطرق المختلفة لاكتساب الطاقة. تمتص بعض الخلايا الطاقة مباشرة في جسم الخلية من خلال سطح الخلية. تلف خلية أكبر جسمها حرفيًا حول خلية أو عنصر غذائي أصغر ، وتمتصه في جسمها وتهضم المغذيات مباشرة للحصول على الطاقة. تحتوي الخلايا المفردة الأخرى على هياكل خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء التي يمكنها امتصاص الطاقة مباشرة من الشمس واستخدامها لإنتاج طاقة غذائية كيميائية.

تستجيب الخلايا المنفردة لبيئتها وتتفاعل معها. على الرغم من أن الخلايا صغيرة ، إلا أنها تدرك بيئتها. يمكن للخلايا الاستجابة سواء كانت تكتشف الطعام أو تتجنب الخطر. حتى أن العديد من الخلايا لديها طرق للحركة. تستخدم بعض الخلايا السوط للتحرك. الأسواط هي السوط مثل ذيول أن الخلية تتحرك ذهابًا وإيابًا للسباحة. طريقة أخرى هي استخدام الأهداب. الأهداب عبارة عن شعيرات صغيرة تحيط بالخلية. تتأرجح ذهابًا وإيابًا لمساعدة كائن حي وحيد الخلية على التحرك. تقوم بعض الخلايا بتمديد جزء من الجسم إلى الأمام وتحريك بقية الجسم معه. الجزء الممتد للأمام يسمى pseudopod. الأميبا ليس لها شكل محدد. يتحرك عن طريق تمديد امتدادات تشبه الأصابع تسمى pseudopods من بقية الجسم.

في حين أن العديد من الخلايا قد لا تنمو بشكل أكبر في حياتها ، فإنها بالتأكيد تتطور وتتغير. خلال ما يسمى بدورة الخلية ، تخلق الخلية بروتينات جديدة ، وتبني هياكل داخلية جديدة ، وتنسخ حمضها النووي ، وفي النهاية تنقسم لتكوين خليتين جديدتين.

تتكيف الكائنات وحيدة الخلية بالتأكيد مع بيئاتها. لديهم العديد من الطرق لتغيير حمضهم النووي للتكيف مع البيئة.

على سبيل المثال ، إذا تناول شخص ما مضادًا حيويًا للتخلص من البكتيريا في جسمه ، وهو كائن حي وحيد الخلية ، فإن البكتيريا ستغير حمضها النووي للبقاء على قيد الحياة والتكيف مع بيئتها الجديدة التي يوجد فيها المضاد الحيوي. البكتيريا هي مثال للكائنات وحيدة الخلية التي يمكن أن تتكيف مع بيئتها.

جميع الخلايا المفردة لديها تكيفات تساعدها على البقاء في بيئاتها.

الكائنات وحيدة الخلية هي كائنات حية لذا يجب أن تتكاثر لتكوين كائنات جديدة بنفس الحمض النووي أو ما شابه. تقوم بعض الخلايا بذلك من خلال عملية الانشطار الثنائي. في هذه العملية ، ينقسم كائن حي وحيد الخلية إلى أسفل الوسط لإنشاء خليتين متطابقتين. عملية أخرى تسمى التبرعم. في هذه العملية ، ينمو كائن حي وحيد الخلية ببطء خلية أخرى على السطح الخارجي لجسمه تسمى الخلية الوليدة. تنقسم نواة الخلية الرئيسية إلى قسمين وتصبح جزءًا من الخلية الوليدة. عندما تكون هذه الخلية الوليدة كبيرة بما يكفي لتعيش بمفردها ، فإنها تنفصل عن الخلية الأكبر. كلتا العمليتين تمكنان خلية واحدة من التكاثر.

لقد تطورنا من كوننا وحيدة الخلية إلى أن نكون متعددي الخلايا. لقد تطورت جميع الحيوانات والمخلوقات بهذه الطريقة. يجب أن نتوقف ونرى جمال هذه الكائنات الحية الصغيرة التي لا يمكننا رؤيتها إلا تحت المجهر ونقدر قوة الخلق والطبيعة.


التكاثر

تتكاثر الكائنات وحيدة الخلية عن طريق تكرار الحمض النووي الخاص بها أولاً ، ثم تقسيمه بالتساوي مع استعداد الخلية للانقسام لتشكيل خليتين جديدتين. غالبًا ما تنتج الكائنات متعددة الخلايا خلايا سلالة إنجابية متخصصة تشكل أفرادًا جددًا. عندما يحدث التكاثر ، تنتقل الجينات التي تحتوي على الحمض النووي إلى نسل الكائن الحي. تضمن هذه الجينات أن النسل سينتمي إلى نفس النوع وسيكون له خصائص متشابهة ، مثل الحجم والشكل.


ملخص القسم

تمتلك الخمائر والكائنات متعددة الخلايا آليات إشارات متشابهة. تستخدم الخمائر مستقبلات سطح الخلية وشلالات الإشارات لتوصيل المعلومات حول التزاوج مع خلايا الخميرة الأخرى. يسمى جزيء الإشارة الذي تفرزه الخمائر عامل التزاوج.

تسمى الإشارات البكتيرية باستشعار النصاب. تفرز البكتيريا جزيئات إشارات تسمى المحرضات الذاتية التي تكون إما جزيئات صغيرة كارهة للماء أو إشارات مبنية على الببتيد. المحرضات الذاتية الكارهة للماء ، مثل AHL ، تربط عوامل النسخ وتؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني. ترتبط الجزيئات القائمة على الببتيد الكينازات وتبدأ شلالات الإشارات في الخلايا.


هل يمكن لخلية أن تتذكر؟

لقد كان البشر مهووسين بشكل مفهوم بأدمغتنا الكبيرة وقواهم الكبيرة. بعد كل شيء ، كم عدد الأنواع الأخرى التي اخترعت الإيبوبروفين والبطانيات الكهربائية وساعة التخفيضات؟ ولكن قد يكون الوقت قد حان لأخذ نفس عميق ، والتراجع ، والسؤال عما يمكن أن تفعله الخلية.

لقد كتبت مؤخرًا عن كيفية القيام بذلك ستينتور ، قد يكون المفترس الضخم أحادي الخلية على شكل بوق قادرًا على تغيير عقله. & rdquo ولكن هذه ليست المرة الأولى أو الثانية التي تظهر فيها الخلايا الحية الحرة علامات على أنها تمتلك شيئًا مثل الإدراك. كان معروفا بالفعل ذلك ستنتور coeruleus & mdashthe السباحة ستينتور& [مدشيس] قادر على & ldquo الاستقرار & rdquo للمس بعد أن تطغى عليه لفترة كافية ، سيتوقف عن التعاقد بسهولة ، ويمكن أن يتذكر أنه أقل حساسية لبضع ساعات على الأقل. لا أحد يعرف كيف.

ستينتور وهدب آخر يسمى باراميسيوم تحسين أوقات هروبهم من الأنابيب الشعرية (النسخة الميكروبية من تجربة كلاسيكية مع القوارض تسمى نموذج التعلم & ldquorunway & rdquo) من خلال الخبرة ، على الرغم من أنه في حالة ستينتور ، فقط إذا كان الأنبوب عموديًا.

في منتصف القرن العشرين ، باراميسيوم حصلت بالفعل على علاج Pavlov & rsquos للكلاب (يُسمى أيضًا التكييف الكلاسيكي) عدة مرات. أظهرت بياتريس جيلبر ، التي عملت بمفردها في جامعة شيكاغو في الخمسينيات من القرن الماضي ، أن باراميسيا تدربت على ربط السلك المعدني بالتشبث والبكتيريا اللذيذة ستظل تتدفق على السلك حتى لو تم تقديمها لاحقًا بدون بكتيريا. باراميسيا المدربة على سلك وحده لن تفعل ذلك. تعرضت نتائجها لانتقادات شديدة ورُفضت في الغالب في ذلك الوقت ، على الرغم من أن أحد التحليلات الأخيرة خلص إلى أنها أثبتت الحالة.

في مثال بارز آخر في سبعينيات القرن الماضي ، كشف العلماء في جامعة ولاية مانكاتو عن باراميسيا لجلسات تدريب بافلوفيان ذات نغمة مدتها أربع ثوان مقترنة في آخر ثانيتين بصدمة كهربائية. بعد جلستين أو ثلاث جلسات ، بدأ حوالي نصف أو أكثر من الباراميسيا الخجولة على ما يبدو & ldquoavoiding response & rdquo & mdasha رعشة للخلف و / أو انعطاف واستئناف استجابة السباحة و mdashin إلى نغمة فردية.

بشكل لا يصدق ، يمكنهم تذكر القيام بذلك لمدة 24 ساعة على الأقل. يمكن أيضًا أن يكونوا غير مدربين إذا استمرت النغمة في أن تكون غير مصحوبة بصدمة ، ثم يتم إعادة تدريبهم عن طريق إقرانهم مرة أخرى. إذا تم تصديق هذه الدراسة ، فيمكنهم أيضًا التمييز بطريقة أو بأخرى بين 300 و 500 نغمة هرتز في تقرير ما إذا كان سيتم بدء الهروب. ومع ذلك ، فشلت تجارب التكييف الأخرى مع الشركات العملاقة التي تستخدم المنبهات الطاردة مثل الصدمة أو الحرارة في إظهار وجود ارتباط. من العدل أن نقول إنه إذا لم يتم إغلاق القضية على الخلايا والتعلم الترابطي ، فإن الأدلة موحية للغاية.

مثال آخر على التعلم الخلوي البري يستحق الذكر. في تجربة نشرت في عام 2008 ، العفن اللزج فيساروم (الأميبا العملاقة أحادية الخلية) تعلمت توقع النفخات الدورية للهواء الجاف البارد. بعد ثلاث دورات نفث موقوتة بانتظام ، رد فعل العفن اللزج كما لو كان يتوقع نفخة أخرى في الوقت المناسب عن طريق التباطؤ ، رد فعلها المعتاد على الهواء غير المرغوب فيه. لم تتذكر فقط أنها يمكن أن تخبرنا بالوقت بطريقة أو بأخرى.

إذا كان موجودًا ، فماذا يمكن أن تكون آلية كل هذا التعلم الظاهر واتخاذ القرار؟ من الواضح أن الخلايا المنفردة ليس لها أدمغة أو خلايا عصبية ، لكن لديها العديد من الهياكل والجزيئات المعقدة الأخرى التي يمكن أن يعمل عليها الانتقاء الطبيعي. في حالة الشركات العملاقة مثل ستينتور و باراميسيوم ، كما كتبت في المرة السابقة ، هذا هو بالأحرى بخس.

فقط لأن الحياة الأخرى ليست سلكية كما نحن لا يعني أنهم لا يمتلكون أجهزة قادرة على إنتاج شيء مثله ، ربما بطرق مختلفة جذريًا ورائعًا عن أنفسنا. إذا كانت النهاية واحدة ، فهل الوسيلة مهمة؟

ولكن هناك احتمال أكثر إثارة للصدمة وهو أن يستمتع به كادر متنامي ومتنوع من حملة الدكتوراه: تستخدم الحيوانات والشركات العملاقة نفس الآلية.

خذ ، على سبيل المثال ، النمس. في مثال على التكييف الكلاسيكي ، فإن القوارض المدربة على ربط إشارة بالمنبه الذي يسبب وميضًا على فترات منتظمة سوف تومض في اللحظة المناسبة بعد سماع الإشارة وحدها. أشارت دراسة أجريت عام 2014 على خلايا دماغ نمس المسؤولة عن توقيت ارتباط العين هذا إلى أن الخلايا الفردية كانت قادرة على التعلم وتوقع نفس الفترة الزمنية كلها على وحيدة.

وتتبعت تجارب أخرى اكتساب التعود في منعكس انسحاب الخياشيم في سبيكة البحر أبليسيا للتغييرات في الخلايا الفردية. أشارت الدراسات الحديثة التي أجريت على الرخويات البحرية والقوارض على حد سواء إلى إمكانية نقل ذكريات معينة بين الحيوانات أو الأجيال عبر الحمض النووي الريبي والحمض النووي. تم أيضًا نقل الذكريات من قالب طين إلى آخر عند اندماجها. أشارت الدراسات على جميع مستويات الحياة إلى أن الخلايا الفردية أو شبكات الخلايا غير العصبية قادرة على تكوين الذكريات. من الواضح أن الأدمغة والأعصاب ليست الكلمة الأخيرة في الذاكرة.

على الرغم من أنه ليس من المؤكد بأي حال من الأحوال أن الخلايا المفردة التي تعيش بحرية (إذا كان بإمكانها بالفعل تكوين ذكريات) تستخدم نفس الأساليب مثل الفقاريات ، يبدو أنها تمتلك نفس مجموعة الأدوات. إن المشتبه بهم الرئيسيين في محرك الأقراص الصلبة هم الحمض النووي أو علامات البروتين. الفكرة هي أنه يمكن إضافة مواد كيميائية صغيرة مثل مجموعات الميثيل إلى أو إزالتها من هيستونات الحمض النووي والبروتينات التي يلتف حولها الحمض النووي و mdashor البروتينات الأخرى في الخلية نتيجة لتجربة تكوين الذاكرة.

هذه العلامات الفيزيائية تجعل احتمال تحول الجينات إلى بروتينات أكثر أو أقل من خلال تغيير إمكانية وصولها ماديًا إلى الإنزيمات التي تؤدي المهمة ، أو أن بعض البروتينات الموجودة تؤدي وظيفتها أو لا تقوم بها ، أو تؤديها بشكل أفضل أو أسوأ ، و أنه في بعض هذه الطريقة و [مدش] في بعض الأحيان مباشرة ، وأحيانًا معقدة بشكل مقسم للعقل وقد تتشكل الذكريات. إذا كانت فكرة أن الحمض النووي أو البروتينات يمكن أن تعمل كأقراص صلبة تبدو باهظة ، فمن الجدير بالذكر أن البروتينات الفردية قد تكون قادرة على أكثر بكثير مما توقعنا ، يشير تقرير حديث واحد على الأقل إلى أن بروتينًا واحدًا قد يكون مكافئًا لمؤقت مدته ست دقائق قابل للبرمجة في ذباب الفاكهة.

العلامات الكيميائية ليست بأي حال من الأحوال المشتبه بهم الوحيدون أيضًا. هناك هياكل وآليات أخرى (الهيكل الخلوي ، على سبيل المثال ، المصفوفة خارج الخلية ، والكهرباء الحيوية ، أو حتى تكتل البروتين البسيط) يمكن تصور تكليفها بتشفير الذكريات. أشارت إحدى الأوراق البحثية الحديثة إلى حجم الأنبوب لقوالب الوحل و mdashas في الأنابيب العملاقة المرئية للعين المجردة التي تشكل الكائن الحي و mdasht التي يمكن أن تكون مستودعًا للذاكرة. من الممكن أن يعتمد تكوين الذاكرة في أي كائن حي على عدة أنظمة. يمكن أن تعتمد أشكال الحياة المختلفة على مجموعات مميزة من الأساليب.

أو ربما ، كما هو الحال مع الشفرة الجينية ، هناك نظام موحد أكثر أو أقل. في عام 1962 ، كتب جيلبر: & ldquo ذكر ببساطة ، من المفترض أن ذاكرة engram يجب أن تكون مشفرة في جزيئات كبيرة و hellip. من المحتمل أن تكون العمليات الفسيولوجية البيوكيميائية والخلوية التي ترمز الاستجابات الجديدة مستمرة في جميع أنحاء المنطقة (كما هي الرموز الجينية) ، وبالتالي ستكون متشابهة بشكل معقول بالنسبة للحيوانات الأولية والثدييات. & quot

شعر جينينغز ، أيضًا ، في وقت مبكر من مطلع القرن العشرين ، أن السلوكيات السلوكية للحيوانات كانت غالبًا عبارة عن تطوير للأنظمة الموجودة بالفعل في الحياة أحادية الخلية. يمكن لنظام التعلم والذاكرة الموجود بالفعل في أسلافنا المشتركين أحادي الخلية أن يساعد أيضًا في تفسير التجارب الحديثة التي تشير إلى أن النباتات أيضًا يمكنها التعلم والتذكر.

يطرح سؤال أكثر جرأة: هل هناك نظام ينظم الأنظمة؟ عالم الأحياء الحاسوبية دينيس براي ، في كتابه لعام 2009 أدوات مبللة يتكهن أن الخلية بها خلايا عصبية في شكل بروتينات وشبكات عصبية في شكل شلالات بروتينية متشابكة. . قد تحتوي الخلايا على نوع من وحدة المعالجة المركزية (العنوان الفرعي لكتابه هو & ldquoA جهاز كمبيوتر في كل خلية حية & rdquo).

في الحيوانات ، يقترح أن هذا يمكن أن يكون موجودًا في الجسيم المركزي ، وهو مكان يمكن فيه دمج وتقييم حركة البروتين التي تحمل معلومات حول الظروف داخل الخلية وخارجها ، وتقييمها والتصرف بناءً عليها لإنتاج شيء مثل القرارات. والقدرة على اتخاذ القرارات هي الشيء ذاته الذي يبدو أن الأدلة المتزايدة تشير إليه وحيدة الخلية ستينتور قادر على.

بالطبع ، لا يزال الكثير من هذا رائعًا ، من حيث الأدلة. أثناء كتابتي ، يلقي علماء الأحياء بشكل خافت الضوء على التعقيد الحقيقي المذهل للخلايا (حلقات الحمض النووي خارج الكروموسومات والمادة المظلمة في الحمض النووي ليست سوى مثالين آخرين) ، ويتحدثون بحماسة من سفينة في البحر حول طبيعة القارة المكتشفة حديثًا. لكن في الحقيقة ، ما زلنا لا نعرف.

بالنظر إلى الافتقار المروع (بالنسبة لي) إلى الإجماع حول كيفية عمل تكييف بافلوف حتى في أدمغة الحيوانات (وهو ما يجعلني أيضًا أشعر بأن التصريحات الواثقة بأن الإرادة الحرة هي حد وهمي للتهور) ، أعتقد أنه حان الوقت بالنسبة لنا لطرح مفاهيم مسبقة عن ما هي الخلايا القادرة على الخروج من النافذة ، بدلاً من النتائج التجريبية غير المتوقعة. تلقى جينينغز وجيلبر نفس المعاملة تقريبًا لأن منتقديهم قرروا بالفعل أن نتائجهم مستحيلة. مع الاستفادة من الثورة الجزيئية ، نرى الآن أنه ربما لم تكن نتائجها بعيدة المنال بعد كل شيء.

إذا كان صحيحًا أن النباتات الحساسة يمكن أن تتعلم ، فيمكن لقوالب الوحل أن تتذكر و ستينتور يمكن أن تقرر و mdashand بالتأكيد ، تتطلب الادعاءات غير العادية أدلة غير عادية و mdashone من أكثر الاحتمالات البيولوجية إثارة في السنوات القادمة سوف يكتشف بالضبط كيف يفعلون ذلك. قد نشعر بالدهشة عندما ندرك ، كما كنا من قبل ، أنهم لا يختلفون عنا كثيرًا.


يبدو أن الكائن أحادي الخلية غير العقل قادر على تغيير رأيه

نظرًا لكونها كائنات مكونة من تريليونات من الخلايا ، فمن السهل بالنسبة لنا أن ننظر باستخفاف إلى الكائنات وحيدة الخلية ، لكن الأبحاث الجديدة من جامعة هارفارد تشير إلى أن بعضها قد يكون قادرًا على اتخاذ قرارات أكثر تعقيدًا مما نعطيها الفضل. في التجارب ، تم العثور على كائن وحيد الخلية للتشاور مع تسلسل هرمي من الخيارات ويكون قادرًا على "تغيير رأيه".

المخلوق المعني يسمى ستينتور روسيلي، كائن حي وحيد الخلية في المياه العذبة يشبه إلى حد ما البوق. في أحد طرفي جسمه الكبير نسبيًا فتحة واسعة تشبه الفم تحيط بها شعيرات صغيرة تسمى الأهداب. تدور هذه الشعيرات بحركة دقيقة لتكوين دوامة تمتص جزيئات الطعام في فمها. في الطرف الآخر S. roeselii يتناقص التدريجي إلى ثابت ، حيث يثبت نفسه على سطح صلب.

في التجارب التي أجريت على الكائن الحي ، وجد فريق هارفارد أنه يمكنه الاختيار من بين التسلسل الهرمي للسلوكيات استجابةً للمنبهات ، وتغيير رأيه إذا كان الإجراء لا يساعد. كان التحفيز عبارة عن نبضة من خرزات بلاستيكية دقيقة.

لاحظ الباحثون أن S. roeselii الاستجابة للمسبب المهيج بعدة طرق مختلفة. في البداية ، تنحني المخلوقات بعيدًا عن الخرز. إذا لم يساعد ذلك ، فسيبدأ في دفع أهدابه في الاتجاه المعاكس ، ودفع الجزيئات بعيدًا عن فمه. ال S. roeselii قد تختار أيضًا أن تتراجع إلى ثباتها ، وكملاذ أخير فإنها تنفصل وتسبح بعيدًا.

أ ستينتور روسيلي التعاقد في الدفاع

الطريقة التي تصاعدت بها هذه الإجراءات استجابةً لحالة غير سارة توحي بسلوكيات واتخاذ قرارات أكثر تعقيدًا مما تُنسب عادةً إلى الكائنات وحيدة الخلية. بعد كل شيء ، تغيير رأيك بشأن القرار هو قدرة رائعة جدًا لشيء بدون دماغ.

لم يكن الفريق أول من أجرى مثل هذه التجربة - بل على العكس من ذلك ، فقد شرعوا على وجه التحديد في إعادة إنتاج نتائج دراسة سابقة منذ أكثر من قرن مضى. وصف عالم الحيوان هربرت سبنسر جينينغز نفس التجربة الأساسية ، مع نتائج مماثلة ، في عام 1906. لسوء الحظ ، لم يتمكن علماء آخرون من إعادة إنتاج النتائج ، وبالتالي فقدوا مصداقيتهم إلى حد كبير.

وجد الباحثون في الدراسة الجديدة بعض النتائج المختلفة قليلاً عن نتائج جينينغز. ذكر جينينغز أن السلوكيات يجب أن تحدث دائمًا بنفس الترتيب. لكن الدراسة الجديدة وجدت أنه ليس كل الأفراد يتفاعلون بنفس الطريقة ، أو نفس الترتيب. قد ينحني البعض ثم ينقبض ، بينما قد يلجأ البعض الآخر إلى أهداب متساقطة ، ثم ينحني ، ثم يتقلص.

لكن عندما أجرى الفريق تحليلًا إحصائيًا على النتائج ، وجدوا نمطًا مثيرًا للاهتمام. على الرغم من أن السلوكيات الفردية قد تختلف ، إلا أنه كان هناك تسلسل هرمي أساسي لها. ردا على ذلك ، في معظم الأحيان S. roeselii تنحني وتلويح الأهداب أولاً ، وإذا استمر التهيج ، فسوف ينكمشون ، ثم ينفصلون ويهربون في النهاية. لقد اتبعوا دائمًا هذه القاعدة العامة ، ولن ينفصلوا أبدًا قبل التعاقد.

إذا لم تنجح آليات الدفاع الأخرى ، S. roeselii ستفصل عن نفسها وتسبح بعيدًا كملاذ أخير

يقول جيريمي جوناواردينا ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "إنهم يفعلون الأشياء البسيطة أولاً ، ولكن إذا واصلت التحفيز ، فإنهم" يقررون "تجربة شيء آخر". "S. roeselii ليس له دماغ ، ولكن يبدو أن هناك آلية تسمح له ، في الواقع ، "بتغيير رأيه" بمجرد أن يشعر بأن التهيج قد استمر لفترة طويلة. يعطي هذا التسلسل الهرمي إحساسًا حيويًا بشكل ما من أشكال حسابات صنع القرار المعقدة نسبيًا التي تجري داخل الكائن الحي ، وتزن ما إذا كان من الأفضل تنفيذ سلوك مقابل آخر ".

يتكهن الباحثون بأن الكائنات وحيدة الخلية مثل S. roeselii قد يمتلكون شكلاً من أشكال "الإدراك" الخلوي الذي يسمح لهم بمعالجة المعلومات المعقدة واتخاذ القرارات.

نشر البحث في المجلة علم الأحياء الحالي. يصف الفريق العمل في الفيديو أدناه.


محتويات

مصطلح "كائن حي" (من اليونانية ὀργανισμός ، الكائنات الحيةمن ὄργανον أورغانون، أي "أداة ، تنفيذ ، أداة ، جهاز إحساس أو تخوف") [11] [12] ظهر لأول مرة في اللغة الإنجليزية عام 1703 واتخذ تعريفه الحالي بحلول عام 1834 (قاموس أكسفورد الإنجليزي). يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمصطلح "المنظمة". هناك تقليد طويل في تعريف الكائنات الحية على أنها كائنات ذاتية التنظيم ، تعود على الأقل إلى عهد إيمانويل كانط عام 1790 نقد الحكم. [13]

يمكن تعريف الكائن الحي على أنه تجميع للجزيئات يعمل ككل مستقر إلى حد ما ويعرض خصائص الحياة. يمكن أن تكون تعريفات القاموس واسعة ، باستخدام عبارات مثل "أي بنية حية ، مثل نبات أو حيوان أو فطريات أو بكتيريا ، قادرة على النمو والتكاثر". [14] تستبعد العديد من التعريفات الفيروسات وأشكال الحياة غير العضوية المحتملة من صنع الإنسان ، حيث تعتمد الفيروسات على الآلية الكيميائية الحيوية للخلية المضيفة للتكاثر. [15] الكائن الخارق هو كائن حي يتكون من العديد من الأفراد الذين يعملون معًا كوحدة وظيفية أو اجتماعية واحدة. [16]

كان هناك جدل حول أفضل طريقة لتعريف الكائن الحي [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] وبالفعل حول ما إذا كان هذا التعريف ضروري. [27] [28] العديد من المساهمات [29] هي ردود على الاقتراح القائل بأن فئة "الكائن الحي" قد لا تكون مناسبة في علم الأحياء. [30] [ الصفحة المطلوبة ]

تحرير الفيروسات

لا تعتبر الفيروسات عادة كائنات حية لأنها غير قادرة على التكاثر الذاتي أو النمو أو التمثيل الغذائي. على الرغم من أن بعض الكائنات الحية غير قادرة أيضًا على البقاء على قيد الحياة بشكل مستقل وتعيش كطفيليات إلزامية داخل الخلايا ، إلا أنها قادرة على التمثيل الغذائي والتكاثر المستقل. على الرغم من أن الفيروسات تحتوي على عدد قليل من الإنزيمات والجزيئات المميزة للكائنات الحية ، إلا أنها لا تمتلك أيضًا خاصًا بها ولا يمكنها تصنيع وتنظيم المركبات العضوية التي تتكون منها. وبطبيعة الحال ، فإن هذا يستبعد التكاثر المستقل: لا يمكن نسخها بشكل سلبي إلا بواسطة آلية الخلية المضيفة. في هذا المعنى ، فهي تشبه المادة غير الحية.

في حين أن الفيروسات لا تحافظ على أي استقلاب مستقل ، وبالتالي لا يتم تصنيفها عادة على أنها كائنات حية ، إلا أنها تمتلك جيناتها الخاصة ، وتتطور من خلال آليات مشابهة للآليات التطورية للكائنات الحية. وبالتالي ، فإن الحجة القائلة بأنه يجب تصنيف الفيروسات على أنها كائنات حية هي قدرتها على الخضوع للتطور والتكاثر من خلال التجميع الذاتي. ومع ذلك ، يجادل بعض العلماء بأن الفيروسات لا تتطور ولا تتكاثر ذاتيًا. بدلاً من ذلك ، تتطور الفيروسات عن طريق الخلايا المضيفة ، مما يعني أنه كان هناك تطور مشترك للفيروسات والخلايا المضيفة. إذا لم تكن الخلايا المضيفة موجودة ، فسيكون التطور الفيروسي مستحيلاً. هذا ليس صحيحا بالنسبة للخلايا. إذا لم تكن الفيروسات موجودة ، فقد يكون اتجاه التطور الخلوي مختلفًا ، لكن الخلايا ستكون مع ذلك قادرة على التطور. بالنسبة للتكاثر ، تعتمد الفيروسات كليًا على آلية المضيف للتكاثر. [31] أدى اكتشاف الفيروسات ذات الجينات المشفرة لاستقلاب الطاقة وتخليق البروتين إلى إثارة الجدل حول ما إذا كانت الفيروسات كائنات حية أم لا. يشير وجود هذه الجينات إلى أن الفيروسات كانت ذات يوم قادرة على التمثيل الغذائي. ومع ذلك ، فقد وجد لاحقًا أن الجينات المشفرة لاستقلاب الطاقة والبروتين لها أصل خلوي. على الأرجح ، تم الحصول على هذه الجينات من خلال النقل الأفقي للجينات من المضيفين الفيروسيين. [31]

الكائنات الحية عبارة عن أنظمة كيميائية معقدة ، منظمة بطرق تعزز التكاثر وبعض مقاييس الاستدامة أو البقاء. نفس القوانين التي تحكم الكيمياء غير الحية تحكم العمليات الكيميائية للحياة. بشكل عام ، فإن ظاهرة الكائنات الحية بأكملها هي التي تحدد مدى ملاءمتها للبيئة وبالتالي بقاء جيناتها القائمة على الحمض النووي.

من الواضح أن الكائنات الحية تدين بأصلها ، والتمثيل الغذائي ، والعديد من الوظائف الداخلية الأخرى للظواهر الكيميائية ، وخاصة كيمياء الجزيئات العضوية الكبيرة. الكائنات الحية عبارة عن أنظمة معقدة من المركبات الكيميائية التي ، من خلال التفاعل والبيئة ، تلعب مجموعة متنوعة من الأدوار.

الكائنات الحية هي أنظمة كيميائية شبه مغلقة. على الرغم من أنها وحدات حياة فردية (كما يتطلب التعريف) ، إلا أنها ليست مغلقة على البيئة المحيطة بها. للعمل ، يأخذون الطاقة باستمرار ويطلقونها. ينتج Autotrophs طاقة قابلة للاستخدام (في شكل مركبات عضوية) باستخدام ضوء الشمس أو المركبات غير العضوية بينما تأخذ الكائنات غيرية التغذية في المركبات العضوية من البيئة.

العنصر الكيميائي الأساسي في هذه المركبات هو الكربون. الخصائص الكيميائية لهذا العنصر ، مثل تقاربه الكبير للارتباط مع ذرات صغيرة أخرى ، بما في ذلك ذرات الكربون الأخرى ، وصغر حجمه مما يجعله قادرًا على تكوين روابط متعددة ، تجعله مثاليًا كأساس للحياة العضوية. إنه قادر على تكوين مركبات صغيرة من ثلاث ذرات (مثل ثاني أكسيد الكربون) ، بالإضافة إلى سلاسل كبيرة من عدة آلاف من الذرات التي يمكنها تخزين البيانات (الأحماض النووية) ، وتماسك الخلايا معًا ، ونقل المعلومات (البروتين).

تحرير الجزيئات

يمكن تقسيم المركبات التي تتكون منها الكائنات الحية إلى جزيئات كبيرة وجزيئات أخرى أصغر. المجموعات الأربع للجزيء الكبير هي الأحماض النووية والبروتينات والكربوهيدرات والدهون. تخزن الأحماض النووية (على وجه التحديد الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) البيانات الجينية كسلسلة من النيوكليوتيدات. يحدد التسلسل الخاص للأنواع الأربعة المختلفة من النيوكليوتيدات (الأدينين والسيتوزين والجوانين والثيمين) العديد من الخصائص التي تشكل الكائن الحي. يتم تقسيم التسلسل إلى أكواد ، كل منها عبارة عن سلسلة معينة من ثلاثة نيوكليوتيدات وتتوافق مع حمض أميني معين. وبالتالي ، فإن سلسلة من أكواد الحمض النووي لبروتين معين ، بسبب الخصائص الكيميائية للأحماض الأمينية التي يتكون منها ، يتم طيها بطريقة معينة وبالتالي تؤدي وظيفة معينة.

تم التعرف على وظائف البروتين هذه:

    التي تحفز تفاعلات التمثيل الغذائي
  1. البروتينات الهيكلية ، مثل التوبولين أو الكولاجين
  2. البروتينات المنظمة ، مثل عوامل النسخ أو الأعاصير التي تنظم دورة الخلية
  3. إشارات الجزيئات أو مستقبلاتها مثل بعض الهرمونات ومستقبلاتها
  4. البروتينات الدفاعية ، والتي يمكن أن تشمل كل شيء من الأجسام المضادة لجهاز المناعة ، إلى السموم (مثل السموم الشجرية للثعابين) ، إلى البروتينات التي تحتوي على أحماض أمينية غير عادية مثل الكانافانين

تشكل الطبقة الثنائية من الفوسفوليبيد غشاء الخلايا الذي يشكل حاجزًا ، يحتوي على كل شيء داخل الخلية ويمنع المركبات من المرور بحرية إلى داخل الخلية وخارجها. بسبب النفاذية الانتقائية لغشاء الفسفوليبيد ، يمكن فقط لمركبات محددة أن تمر من خلاله.

تتكون جميع الكائنات الحية من وحدات هيكلية تسمى الخلايا بعضها يحتوي على خلية واحدة (أحادية الخلية) والبعض الآخر يحتوي على العديد من الوحدات (متعددة الخلايا). الكائنات متعددة الخلايا قادرة على تخصيص الخلايا لأداء وظائف محددة. مجموعة من هذه الخلايا عبارة عن نسيج ، وتحدث في الحيوانات على شكل أربعة أنواع أساسية ، وهي الظهارة ، والنسيج العصبي ، والأنسجة العضلية ، والنسيج الضام. تعمل عدة أنواع من الأنسجة معًا في شكل عضو لإنتاج وظيفة معينة (مثل ضخ الدم من القلب ، أو كحاجز للبيئة مثل الجلد). يستمر هذا النمط إلى مستوى أعلى حيث تعمل العديد من الأعضاء كجهاز عضو مثل الجهاز التناسلي والجهاز الهضمي. تتكون العديد من الكائنات متعددة الخلايا من عدة أنظمة عضوية ، والتي تنسق للسماح للحياة.

تحرير الخلية

تنص نظرية الخلية ، التي طورها شلايدن وشوان لأول مرة في عام 1839 ، على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر ، وتأتي جميع الخلايا من خلايا موجودة مسبقًا ، وتحتوي الخلايا على المعلومات الوراثية اللازمة لتنظيم وظائف الخلية ونقل المعلومات إلى الجيل التالي من الخلايا. الخلايا.

هناك نوعان من الخلايا ، حقيقية النواة وبدائية النواة. عادة ما تكون الخلايا بدائية النواة مفردة ، بينما توجد الخلايا حقيقية النواة عادة في الكائنات متعددة الخلايا. تفتقر الخلايا بدائية النواة إلى غشاء نووي ، لذا فإن الحمض النووي غير مرتبط داخل الخلايا حقيقية النواة للخلية لها أغشية نووية.

All cells, whether prokaryotic or eukaryotic, have a membrane, which envelops the cell, separates its interior from its environment, regulates what moves in and out, and maintains the electric potential of the cell. Inside the membrane, a salty cytoplasm takes up most of the cell volume. All cells possess DNA, the hereditary material of genes, and RNA, containing the information necessary to build various proteins such as enzymes, the cell's primary machinery. There are also other kinds of biomolecules in cells.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • Describe how single-celled yeasts use cell signaling to communicate with one another
  • Relate the role of quorum sensing to the ability of some bacteria to form biofilms

Within-cell signaling allows bacteria to respond to environmental cues, such as nutrient levels. Some single-celled organisms also release molecules to signal to each other.

Signaling in Yeast

Yeasts are eukaryotes (fungi), and the components and processes found in yeast signals are similar to those of cell-surface receptor signals in multicellular organisms. Budding yeasts ((Figure)) are able to participate in a process that is similar to sexual reproduction that entails two haploid cells (cells with one-half the normal number of chromosomes) combining to form a diploid cell (a cell with two sets of each chromosome, which is what normal body cells contain). In order to find another haploid yeast cell that is prepared to mate, budding yeasts secrete a signaling molecule called mating factor . When mating factor binds to cell-surface receptors in other yeast cells that are nearby, they stop their normal growth cycles and initiate a cell signaling cascade that includes protein kinases and GTP-binding proteins that are similar to G-proteins.


الإشارات في البكتيريا

Signaling in bacteria enables bacteria to monitor extracellular conditions, ensure that there are sufficient amounts of nutrients, and ensure that hazardous situations are avoided. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. When the population density of the bacteria reaches a certain level, specific gene expression is initiated, and the bacteria produce bioluminescent proteins that emit light. Because the number of cells present in the environment (cell density) is the determining factor for signaling, bacterial signaling was named quorum sensing . In politics and business, a quorum is the minimum number of members required to be present to vote on an issue.

يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الذاتية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. The secreted autoinducers can be small, hydrophobic molecules, such as acyl-homoserine lactone (AHL), or larger peptide-based molecules each type of molecule has a different mode of action. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني. When the number of bacteria increases so does the concentration of the autoinducer, triggering increased expression of certain genes including autoinducers, which results in a self-amplifying cycle, also known as a positive feedback loop ((Figure)). تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

Some species of bacteria that use quorum sensing form biofilms, complex colonies of bacteria (often containing several species) that exchange chemical signals to coordinate the release of toxins that will attack the host. Bacterial biofilms ((Figure)) can sometimes be found on medical equipment when biofilms invade implants such as hip or knee replacements or heart pacemakers, they can cause life-threatening infections.


Which of the following statements about quorum sensing is false?

  1. Autoinducer must bind to receptor to turn on transcription of genes responsible for the production of more autoinducer.
  2. The receptor stays in the bacterial cell, but the autoinducer diffuses out.
  3. Autoinducer can only act on a different cell: it cannot act on the cell in which it is made.
  4. Autoinducer turns on genes that enable the bacteria to form a biofilm.


What advantage might biofilm production confer on the بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية inside the catheter?

Research on the details of quorum sensing has led to advances in growing bacteria for industrial purposes. Recent discoveries suggest that it may be possible to exploit bacterial signaling pathways to control bacterial growth this process could replace or supplement antibiotics that are no longer effective in certain situations.

Watch How Bacteria “talk” (video) where geneticist Bonnie Bassler discusses her discovery of quorum sensing in biofilm bacteria in squid.

Cellular Communication in Yeasts The first cellular form of life on our planet likely consisted of single-celled prokaryotic organisms that had limited interaction with each other. While some external signaling occurs between different species of single-celled organisms, the majority of signaling within bacteria and yeasts concerns only other members of the same species. The evolution of cellular communication is an absolute necessity for the development of multicellular organisms, and this innovation is thought to have required approximately 2 billion years to appear in early life forms.

Yeasts are single-celled eukaryotes and, therefore, have a nucleus and organelles characteristic of more complex life forms. Comparisons of the genomes of yeasts, nematode worms, fruit flies, and humans illustrate the evolution of increasingly complex signaling systems that allow for the efficient inner workings that keep humans and other complex life forms functioning correctly.

Kinases are a major component of cellular communication, and studies of these enzymes illustrate the evolutionary connectivity of different species. Yeasts have 130 types of kinases. More complex organisms such as nematode worms and fruit flies have 454 and 239 kinases, respectively. Of the 130 kinase types in yeast, 97 belong to the 55 subfamilies of kinases that are found in other eukaryotic organisms. The only obvious deficiency seen in yeasts is the complete absence of tyrosine kinases. It is hypothesized that phosphorylation of tyrosine residues is needed to control the more sophisticated functions of development, differentiation, and cellular communication used in multicellular organisms.

Because yeasts contain many of the same classes of signaling proteins as humans, these organisms are ideal for studying signaling cascades. Yeasts multiply quickly and are much simpler organisms than humans or other multicellular animals. Therefore, the signaling cascades are also simpler and easier to study, although they contain similar counterparts to human signaling. 1

Watch What Are Bacterial Biofilms? (video) a collection of interview clips with biofilm researchers.


ملخص القسم

Yeasts and multicellular organisms have similar signaling mechanisms. Yeasts use cell-surface receptors and signaling cascades to communicate information on mating with other yeast cells. The signaling molecule secreted by yeasts is called mating factor.

Bacterial signaling is called quorum sensing. Bacteria secrete signaling molecules called autoinducers that are either small, hydrophobic molecules or peptide-based signals. The hydrophobic autoinducers, such as AHL, bind transcription factors and directly affect gene expression. The peptide-based molecules bind kinases and initiate signaling cascades in the cells.

اتصالات فنية

(Figure) Which of the following statements about quorum sensing is false?

  1. Autoinducer must bind to receptor to turn on transcription of genes responsible for the production of more autoinducer.
  2. The receptor stays in the bacterial cell, but the autoinducer diffuses out.
  3. Autoinducer can only act on a different cell: it cannot act on the cell in which it is made.
  4. Autoinducer turns on genes that enable the bacteria to form a biofilm.

(Figure) What advantage might biofilm production confer on the بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية inside the catheter?

(Figure) بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية produces a biofilm because the higher cell density in the biofilm permits the formation of a dense surface that helps protect the bacteria from antibiotics.

إستجابة مجانية

What characteristics make yeasts a good model for learning about signaling in humans?

Yeasts are eukaryotes and have many of the same systems that humans do however, they are single-celled, so they are easy to grow, grow rapidly, have a short generation time, and are much simpler than humans.

Why is signaling in multicellular organisms more complicated than signaling in single-celled organisms?

Multicellular organisms must coordinate many different events in different cell types that may be very distant from each other. Single-celled organisms are only concerned with their immediate environment and the presence of other cells in the area.

الزائفة infections are very common in hospital settings. Why would it be important for doctors to determine the bacterial load before treating an infected patient?

Doctors would need to determine if the patient is simply infected with free bacteria, or has developed a biofilm. Biofilms of الزائفة الزنجارية have a different pattern of gene expression than free bacteria, leading to increased virulence and resistance to many antibiotics.

الحواشي

    G. Manning, G.D. Plowman, T. Hunter, S. Sudarsanam, “Evolution of Protein Kinase Signaling from Yeast to Man,” الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية 27 ، لا. 10 (2002): 514–520.

قائمة المصطلحات


ملخص القسم

Yeasts and multicellular organisms have similar signaling mechanisms. Yeasts use cell-surface receptors and signaling cascades to communicate information on mating with other yeast cells. The signaling molecule secreted by yeasts is called mating factor.

Bacterial signaling is called quorum sensing. Bacteria secrete signaling molecules called autoinducers that are either small, hydrophobic molecules or peptide-based signals. The hydrophobic autoinducers, such as AHL, bind transcription factors and directly affect gene expression. The peptide-based molecules bind kinases and initiate signaling cascades in the cells.


محتويات

Primitive protocells were the precursors to today's unicellular organisms. Although the origin of life is largely still a mystery, in the currently prevailing theory, known as the RNA world hypothesis, early RNA molecules would have been the basis for catalyzing organic chemical reactions and self-replication. [4]

Compartmentalization was necessary for chemical reactions to be more likely as well as to differentiate reactions with the external environment. For example, an early RNA replicator ribozyme may have replicated other replicator ribozymes of different RNA sequences if not kept separate. [5] Such hypothetic cells with an RNA genome instead of the usual DNA genome are called 'ribocells' or 'ribocytes'. [4]

When amphiphiles like lipids are placed in water, the hydrophobic (water fearing) tails aggregate to form micelles and vesicles, with the hydrophilic (water loving) ends facing outwards. [2] [5] Primitive cells likely used self-assembling fatty-acid vesicles to separate chemical reactions and the environment. [5] Because of their simplicity and ability to self-assemble in water, it is likely that these simple membranes predated other forms of early biological molecules. [2]

Prokaryotes lack membrane-bound organelles, such as mitochondria or a nucleus. [6] Instead, most prokaryotes have an irregular region that contains DNA, known as the nucleoid. [7] Most prokaryotes have a single, circular chromosome, which is in contrast to eukaryotes, which typically have linear chromosomes. [8] Nutritionally, prokaryotes have the ability to utilize a wide range of organic and inorganic material for use in metabolism, including sulfur, cellulose, ammonia, or nitrite. [9] Prokaryotes as a whole are ubiquitous in the environment and exist in extreme environments as well. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير البكتيريا

Bacteria are one of the world's oldest forms of life, and are found virtually everywhere in nature. [9] Many common bacteria have plasmids, which are short, circular, self-replicating DNA molecules that are separate from the bacterial chromosome. [11] Plasmids can carry genes responsible for novel abilities, of current critical importance being antibiotic resistance. [12] Bacteria predominantly reproduce asexually through a process called binary fission. However, about 80 different species can undergo a sexual process referred to as natural genetic transformation. [13] Transformation is a bacterial process for transferring DNA from one cell to another, and is apparently an adaptation for repairing DNA damage in the recipient cell. [14] In addition, plasmids can be exchanged through the use of a pilus in a process known as conjugation. [12]

The photosynthetic cyanobacteria are arguably the most successful bacteria, and changed the early atmosphere of the earth by oxygenating it. [15] Stromatolites, structures made up of layers of calcium carbonate and trapped sediment left over from cyanobacteria and associated community bacteria, left behind extensive fossil records. [15] [16] The existence of stromatolites gives an excellent record as to the development of cyanobacteria, which are represented across the Archaean (4 billion to 2.5 billion years ago), Proterozoic (2.5 billion to 540 million years ago), and Phanerozoic (540 million years ago to present day) eons. [16] Much of the fossilized stromatolites of the world can be found in Western Australia. [16] There, some of the oldest stromatolites have been found, some dating back to about 3,430 million years ago. [16]

Clonal aging occurs naturally in bacteria, and is apparently due to the accumulation of damage that can happen even in the absence of external stressors. [17]

تحرير العتائق

Hydrothermal vents release heat and hydrogen sulfide, allowing extremophiles to survive using chemolithotrophic growth. [19] Archaea are generally similar in appearance to bacteria, hence their original classification as bacteria, but have significant molecular differences most notably in their membrane structure and ribosomal RNA. [20] [21] By sequencing the ribosomal RNA, it was found that the Archaea most likely split from bacteria and were the precursors to modern eukaryotes, and are actually more phylogenetically related to eukaryotes. [21] As their name suggests, Archaea comes from a Greek word archaios, meaning original, ancient, or primitive. [22]

Some archaea inhabit the most biologically inhospitable environments on earth, and this is believed to in some ways mimic the early, harsh conditions that life was likely exposed to [ بحاجة لمصدر ]. Examples of these Archaean extremophiles are as follows:

    , optimum growth temperature of 50 °C-110 °C, including the genera البيروبكولوم, بيروديكتيوم, Pyrococcus, Thermus aquaticus و Melanopyrus.[23] , optimum growth temperature of less than 15 °C, including the genera Methanogenium و Halorubrum.[23] , optimum growth pH of greater than 8, including the genus Natronomonas. [23][24] , optimum growth pH of less than 3, including the genera Sulfolobus and Picrophilus. [23][25] , (also known as barophiles), prefer high pressure up to 130 MPa, such as deep ocean environments, including the genera Methanococcus و Pyrococcus. [23] , grow optimally in high salt concentrations between 0.2 M and 5.2 M NaCl, including the genera هالواركولا, Haloferax, هالوكوكوس. [23][26]

Methanogens are a significant subset of archaea and include many extremophiles, but are also ubiquitous in wetland environments as well as the ruminant and hindgut of animals. [27] This process utilizes hydrogen to reduce carbon dioxide into methane, releasing energy into the usable form of adenosine triphosphate. [27] They are the only known organisms capable of producing methane. [28] Under stressful environmental conditions that cause DNA damage, some species of archaea aggregate and transfer DNA between cells. [29] The function of this transfer appears to be to replace damaged DNA sequence information in the recipient cell by undamaged sequence information from the donor cell. [30]

Eukaryotic cells contain membrane bound organelles, such as mitochondria, a nucleus, and chloroplasts. Prokaryotic cells probably transitioned into eukaryotic cells between 2.0 and 1.4 billion years ago. [31] This was an important step in evolution. In contrast to prokaryotes, eukaryotes reproduce by using mitosis and meiosis. Sex appears to be a ubiquitous and ancient, and inherent attribute of eukaryotic life. [32] Meiosis, a true sexual process, allows for efficient recombinational repair of DNA damage [14] and a greater range of genetic diversity by combining the DNA of the parents followed by recombination. [31] Metabolic functions in eukaryotes are more specialized as well by sectioning specific processes into organelles. [ بحاجة لمصدر ]

The endosymbiotic theory holds that mitochondria and chloroplasts have bacterial origins. Both organelles contain their own sets of DNA and have bacteria-like ribosomes. It is likely that modern mitochondria were once a species similar to ريكتسيا, with the parasitic ability to enter a cell. [33] However, if the bacteria were capable of respiration, it would have been beneficial for the larger cell to allow the parasite to live in return for energy and detoxification of oxygen. [33] Chloroplasts probably became symbiants through a similar set of events, and are most likely descendants of cyanobacteria. [34] While not all eukaryotes have mitochondria or chloroplasts, mitochondria are found in most eukaryotes, and chloroplasts are found in all plants and algae. Photosynthesis and respiration are essentially the reverse of one another, and the advent of respiration coupled with photosynthesis enabled much greater access to energy than fermentation alone. [ بحاجة لمصدر ]

Protozoa Edit

Protozoa are largely defined by their method of locomotion, including flagella, cilia, and pseudopodia. [35] While there has been considerable debate on the classification of protozoa caused by their sheer diversity, in one system there are currently seven phyla recognized under the kingdom Protozoa: Euglenozoa, Amoebozoa, Choanozoa المعنى Cavalier-Smith, Loukozoa, Percolozoa, Microsporidia and Sulcozoa. [36] [37] Protozoa, like plants and animals, can be considered heterotrophs or autotrophs. [33] Autotrophs like Euglena are capable of producing their energy using photosynthesis, while heterotrophic protozoa consume food by either funneling it through a mouth-like gullet or engulfing it with pseudopods, a form of phagocytosis. [33] While protozoa reproduce mainly asexually, some protozoa are capable of sexual reproduction. [33] Protozoa with sexual capability include the pathogenic species المتصورة المنجلية, التوكسوبلازما, المثقبية البروسية, الجيارديا الاثني عشرية و الليشمانيا محيط. [14]

Ciliophora, or ciliates, are a group of protists that utilize cilia for locomotion. الامثله تشمل باراميسيوم, الدعامات، و Vorticella. [38] Ciliates are widely abundant in almost all environments where water can be found, and the cilia beat rhythmically in order to propel the organism. [39] Many ciliates have trichocysts, which are spear-like organelles that can be discharged to catch prey, anchor themselves, or for defense. [40] [41] Ciliates are also capable of sexual reproduction, and utilize two nuclei unique to ciliates: a macronucleus for normal metabolic control and a separate micronucleus that undergoes meiosis. [40] Examples of such ciliates are باراميسيوم و رباعية الغشاء that likely employ meiotic recombination for repairing DNA damage acquired under stressful conditions. [ بحاجة لمصدر ]

The Amebozoa utilize pseudopodia and cytoplasmic flow to move in their environment. Entamoeba histolytica is the cause of amebic dysentery. [42] Entamoeba histolytica appears to be capable of meiosis. [43]

Unicellular algae Edit

Unicellular algae are plant-like autotrophs and contain chlorophyll. [44] They include groups that have both multicellular and unicellular species:

    , flagellated, mostly unicellular algae that occur often in fresh water. [44] In contrast to most other algae, they lack cell walls and can be mixotrophic (both autotrophic and heterotrophic). [44] An example is Euglena gracilis. (green algae), mostly unicellular algae found in fresh water. [44] The chlorophyta are of particular importance because they are believed to be most closely related to the evolution of land plants. [45] , unicellular algae that have siliceous cell walls. [46] They are the most abundant form of algae in the ocean, although they can be found in fresh water as well. [46] They account for about 40% of the world's primary marine production, and produce about 25% of the world's oxygen. [47] Diatoms are very diverse, and comprise about 100,000 species. [47] , unicellular flagellated algae, with some that are armored with cellulose. [48] Dinoflagellates can be mixotrophic, and are the algae responsible for red tide. [45] Some dinoflagellates, like Pyrocystis fusiformis, are capable of bioluminescence. [49]

Unicellular fungi Edit

Unicellular fungi include the yeasts. Fungi are found in most habitats, although most are found on land. [50] Yeasts reproduce through mitosis, and many use a process called budding, where most of the cytoplasm is held by the mother cell. [50] خميرة الخميرة ferments carbohydrates into carbon dioxide and alcohol, and is used in the making of beer and bread. [51] S. cerevisiae is also an important model organism, since it is a eukaryotic organism that's easy to grow. It has been used to research cancer and neurodegenerative diseases as well as to understand the cell cycle. [52] [53] Furthermore, research using S. cerevisiae has played a central role in understanding the mechanism of meiotic recombination and the adaptive function of meiosis. Candida spp. are responsible for candidiasis, causing infections of the mouth and/or throat (known as thrush) and vagina (commonly called yeast infection). [54]

Most unicellular organisms are of microscopic size and are thus classified as microorganisms. However, some unicellular protists and bacteria are macroscopic and visible to the naked eye. [55] Examples include:


شاهد الفيديو: درس النظرية الخلوية. احياء اولى ثانوي. أستاذ أشرف السيسي (قد 2022).