معلومة

أين يمكنني أن أجد العتيقة في هذه الصورة؟

أين يمكنني أن أجد العتيقة في هذه الصورة؟


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.

هذه الصورة مأخوذة من دليل لممالك الحياة الست تحت Archaebacteria:

ليس من الواضح بالنسبة لي أين يمكنني العثور على العتيقة في هذه الصورة ، على الرغم من أن موقع الويب يبدو أنه يشير إلى أنه واضح.

سؤال: أين يمكنني أن أجد العتيقة في هذه الصورة؟


من المحتمل أن تكون الحصائر البكتيرية الصفراء غنية بالحياة. الحصائر عبارة عن بيئة طبقية تختلف باختلاف المسافة من السطح ، لذا فهي غنية بالعديد من أنواع الطحالب والبروكاروت وحقيقيات النوى. في يلوستون ، يمكن أن يتراوح لون الحصائر البكتيرية بما في ذلك البني والأخضر والأصفر والبرتقالي. وهي تختلف عن المعادن المترسبة.

يمكنك أن تقول "المصور يحتوي على عتائق"! لذلك ، لا داعي للبحث بعيدًا جدًا.

هنا صورة لموائل البكتيرية: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0717345817300738

تستطيع أن ترى في بعض أشرطة الفيديو. من الناحية المثالية ، سيكون لدينا فيديو بيولوجي يوضح الأشياء في يلوستون لإظهار ما إذا كانت إسفنجية ، لزجة ، إسفنجية ، بها حلقات نمو ، وطبقات ملونة ، ومقاطع عرضية ... على الرغم من أنها مقاطع فيديو سياحية فقط في الوقت الحالي.


كارل ووز

في عام 1977 ، قلب كارل ووز واحدة من العقائد الرئيسية في علم الأحياء. حتى ذلك الوقت ، كان علماء الأحياء يعتبرون أمرًا مسلمًا به أن الحياة على الأرض تنتمي إلى واحد من سلالتين أساسيتين ، حقيقيات النوى (التي تشمل الحيوانات والنباتات والفطريات وبعض الكائنات وحيدة الخلية مثل الباراميسيوم) وبدائيات النوى (جميع الكائنات المجهرية المتبقية). اكتشف ووز أن هناك بالفعل ثلاث سلالات أولية. ضمن ما كان يُطلق عليه سابقًا بدائيات النوى ، توجد مجموعتان متميزتان من الكائنات الحية لا ترتبط ببعضها البعض أكثر من حقيقيات النوى. بسبب عمل Woese ، من المتفق عليه الآن على نطاق واسع أن هناك ثلاثة أقسام أولية للأنظمة الحية - Eukarya و Bacteria و Archaea ، وهو مخطط تصنيف اقترحه Woese في عام 1990.

كان يُعتقد في البداية أن المجموعة الجديدة من الكائنات الحية - العتائق - موجودة فقط في البيئات القاسية ، وهي منافذ خالية من الأكسجين ويمكن أن تكون درجات حرارتها قريبة من نقطة غليان الماء العادية أو أعلى منها. أدرك علماء الأحياء الدقيقة لاحقًا أن الأركيا هي مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية الموزعة على نطاق واسع في الطبيعة وهي شائعة في الموائل الأقل تطرفًا ، مثل التربة والمحيطات. على هذا النحو ، فهي مساهمات كبيرة في دورات الكربون والنيتروجين العالمية.

أصبحت الطريقة التي استخدمها Woese لتحديد هذا "الشكل الثالث من الحياة" ، والتي تضمنت مقارنة تسلسلات جزيء معين مركزيًا للوظيفة الخلوية ، تسمى RNA الريبوزومي ، هي النهج القياسي المستخدم لتحديد وتصنيف جميع الكائنات الحية. أحدثت هذه التقنيات أيضًا ثورة في علم البيئة ، لأنه من الممكن الآن مسح نظام بيئي عن طريق جمع الحمض النووي الريبوزومي من البيئة ، وبالتالي تجنب المهمة المستحيلة في كثير من الأحيان المتمثلة في زراعة الكائنات الحية الموجودة هناك. يمكن لهذه الكائنات الدقيقة والأساليب الثورية التي أدخلها Woese في العلم أن تقدم نظرة ثاقبة لطبيعة الخلايا وتطورها.

في عام 1996 ، نشر ووز وزملاؤه (الأستاذ في جامعة إلينوي جاري أولسن وباحثون من معهد أبحاث الجينوم) في المجلة علم أول بنية جينومية كاملة للأركون ، Methanococcus jannaschii. بناءً على هذا العمل ، خلصوا إلى أن الأركيا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبشر أكثر من ارتباطها بالبكتيريا. قال ووز في ذلك الوقت: "إن العتائق مرتبطة بنا ، وحقيقيات النوى هم من نسل الكائنات الحية الدقيقة التي أدت إلى نشوء الخلية حقيقية النواة منذ مليارات السنين".

تم إجراء اكتشافات ووز التجريبية في سياق بحثه عن فهم عميق لعملية التطور. في وقت مبكر من سبعينيات القرن الماضي ، كان ووز يفكر في نوع نظرية التطور التي يحتاجها المرء في الحقبة السابقة لظهور الجينات كما نعرفها. في مثل هذا الوقت ، لن تكون نظرية التطور الجينية للسكان القياسية قابلة للتطبيق. صاغ ووز مقترحات واضحة مبكرة حول طبيعة ما أصبح يعرف باسم آخر سلف مشترك عالمي ، واستنتج لعدة أسباب أن السلف العالمي لم يكن كائنًا حيًا واحدًا ، بل مجموعات من الخلايا ذات البنية الفضفاضة التي كانت موجودة معًا خلال الوقت الذي كانت فيه معدلات الطفرات الجينية عالية وكان انتقال الجينات بين الخلايا يحدث بشكل متكرر أكثر مما هو عليه في الوقت الحاضر. تم طرح النسخة الأكثر تفصيلاً من هذه المقترحات على أساس عمل Woese هنا في IGB (مع الأستاذ بجامعة إلينوي نايجل غولدنفيلد). تطورت هذه المجموعات من الخلايا البدائية ، التي تسمى السلالات ، معًا وشكلت في النهاية سلالات الأجداد الثلاثة.

يقول الدكتور نايجل غولدنفيلد ، قائد موضوع أبحاث IGB Biocomplexity ولفترة طويلة زميل الدكتور Woese. "لا يزال أحد الإنجازات البارزة في القرن العشرين في علم الأحياء ، وأساسًا صلبًا لفهمنا المتزايد لتطور الحياة."

توفي ووز في ديسمبر عام 2012 عن عمر يناهز 84 عامًا.

المنشورات والموارد

اقرأ المنشور الرائد الذي صدر عام 1977 بعنوان "البنية التطورية لمجال بدائيات النواة: الممالك الأولية" ، بقلم كارل آر ووز وجورج إي. فوكس ، حيث تم تحديد الأركيا ، المجال الثالث للحياة.

تتضمن التعليقات على منشور عام 1977 "Woese and Fox: Life ، إعادة ترتيب" بقلم براشانت ناير ، و "Phylogeny وما بعده: الأهمية العلمية والتاريخية والمفاهيمية لشجرة الحياة الأولى" ، بقلم نورمان آر بيس ، جان ساب ، و نايجل جولدنفيلد.

تم الاحتفال بالذكرى الثلاثين للتقرير الأول لاكتشاف الأركيا في عام 2007 في IGB ، مع ندوة تغطي الجوانب التاريخية للاكتشاف وكيف غيرت هذه المعرفة البيئة الميكروبية. يتوفر البرنامج ، بما في ذلك مقاطع الفيديو الخاصة بالعروض التقديمية ، على الموقع archaea.igb.uiuc.edu.

نصب Carl R. Woese التذكاري

في 26 يناير 2013 ، أقيم نصب تذكاري مع عدد من المتحدثين الذين تبادلوا ذكرياتهم عن تفاعلهم مع كارل.

كان من بين المتحدثين مدير IGB جين روبنسون ، الرئيس روبرت إيستر ، جامعة إلينوي (عند الساعة 4:20) ، البروفيسور لاري جولد ، جامعة كولورادو (عند الساعة 9:15) ، البروفيسور نايجل جولدنفيلد (عند الساعة 16:20) ) ، البروفيسور ريتشارد هيرمان (عند علامة 24:10) ، البروفيسور غاري أولسن (عند علامة 31:15) ، البروفيسور نورمان بيس ، جامعة كولورادو (عند علامة 36:10) ، البروفيسور الفخري كارل ستيتر ، جامعة ريغنسبورغ ( عند علامة 37:46) ، عميد كلية الدراسات العليا روث واتكينز (عند علامة 41:08) ، والمستشارة فيليس وايز (عند علامة 47:05) ، والبروفيسور الفخري رالف وولف (عند علامة 49:32). تبدأ تعليقات الميكروفون المفتوحة عند علامة 54:14.

يمكن أيضًا مشاهدة الذكريات التي تمت مشاركتها عبر دفتر الزوار عبر الإنترنت هنا.

صندوق أبحاث Carl R. Woese

يمكن تقديم التبرعات إلى صندوق أبحاث Carl R. Woese. وافق الدكتور Woese على هذا الصندوق لدعم الأبحاث حول التطور وبيولوجيا الأنظمة وديناميكيات النظام البيئي في معهد Carl R. Woese لبيولوجيا الجينوم. يمكن إرسال الهدايا إلى "مؤسسة جامعة إلينوي" لرعاية معهد Carl R. Woese لبيولوجيا الجينوم ، 1206 W. Gregory Drive ، Urbana ، IL 61801 أو عبر موقع الويب الآمن https: //www.uif.uillinois. edu / Gifts / StartGiving.aspx. يوجد في أسفل الصفحة قسم "أرغب في تخصيص تبرعي للصندوق (الصناديق) المحددة التالية:" حدد مبلغ التبرع الخاص بك ، وفي الحقل "أخرى - حدد مكان التبرع المباشر هنا" ، يرجى كتابة "Carl R . صندوق أبحاث Woese "في المربع. انقر فوق الزر "متابعة" في أسفل الصفحة ، وسيتم توجيهك إلى صفحة آمنة للحصول على معلومات الاتصال وبطاقة الائتمان. ستتاح لك الفرصة لمراجعة هذه المعلومات قبل تقديمها.

حول الدكتور Woese

كان كارل ووز أستاذًا في علم الأحياء الدقيقة بجامعة إلينوي في أوربانا شامبين وعضو هيئة تدريس في معهد كارل ر. ووز لبيولوجيا الجينوم. حصل على جائزة مؤسسة John D. ، ميدالية ليوينهوك ، تُمنح مرة واحدة فقط كل 10 سنوات. حصل على الميدالية الوطنية للعلوم في عام 2000 "لأفكاره الرائعة والأصلية ، من خلال الدراسات الجزيئية لتسلسل الحمض النووي الريبي ، لاستكشاف تاريخ الحياة على الأرض." في عام 2003 ، منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم Woese جائزة Crafoord في العلوم البيولوجية لاكتشافه المجال الثالث للحياة. تُمنح جائزة Crafoord للعلماء الذين لا يندرج عملهم في أي من الفئات التي تغطيها جوائز نوبل. انتخبت الجمعية الملكية ، وهي أقدم منظمة علمية نشطة باستمرار في العالم ، ووز كعضو أجنبي في عام 2006. وقد شغل منصب رئيس مؤسسة ستانلي أو إيكنبيري ، وعمل كمركز للدراسات المتقدمة أستاذ علم الأحياء الدقيقة.


ميكروب تم اكتشافه حديثًا يحول الزيت إلى ميثان

الميثانوليباريا ، نوع من الأثريات من تسرب النفط في أعماق البحار في خليج المكسيك ، يقسم الهيدروكربونات طويلة السلسلة إلى ميثان وثاني أكسيد الكربون ، وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت في المجلة. مبيو.

الميثانوليباريا هي مادة ميثانوجينية مهمة للتحلل من الألكان في البيئات تحت السطحية ، وتنتج الميثان عن طريق عدم تناسق الألكان ككائن حي واحد. تُظهر هذه الصورة خلايا Methanoliparia مرتبطة بقطيرة زيت. شريط المقياس & # 8211 10 ميكرومتر. رصيد الصورة: معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية.

"الميثانوليباريا يحول الهيدروكربونات من خلال عملية تسمى عدم تناسق الألكان. قال المؤلف الرئيسي الدكتور رافائيل لاسو بيريز ، الباحث في معهد ماكس بلانك للأحياء الدقيقة البحرية و MARUM وزملاؤه ، "إنه يقسم الزيت إلى ميثان وثاني أكسيد الكربون".

"في السابق ، كان يُعتقد أن هذا التحول يتطلب شراكة معقدة بين نوعين من الكائنات الحية: العتائق والبكتيريا."

جمع العلماء عينات من الرواسب من Chapopote Knoll ، وهو تسرب للنفط (حوالي 10000 قدم ، أو 3000 متر ، عمق) في خليج المكسيك.

لقد أجروا تحليلات جينية كشفت أن الميثانوليباريا مجهزة بأنزيمات جديدة لاستخدام الزيت غير التفاعلي تمامًا دون وجود الأكسجين في متناول اليد.

قال الدكتور لاسو بيريز: "هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها ميكروبًا لديه القدرة على تحلل الزيت إلى غاز الميثان في حد ذاته".

"الكائن الجديد ، Methanoliparia ، هو نوع من الكائنات المركبة. بعض أقاربها هم من عتائق تحطيم الهيدروكربونات متعدد الكربون ، والبعض الآخر هو الميثانوجينات الخاصة المعروفة منذ فترة طويلة والتي تشكل الميثان كمنتج أيضي "

مع الأدوات الأنزيمية المشتركة لكلا النوعين من الأقارب ، ينشط Methanoliparia الزيت ويحلله ولكنه يشكل الميثان كمنتج نهائي.

يظهر الفحص المجهري أن خلايا الميثانوليباريا تلتصق بقطرات الزيت. قال الدكتور فيجنر: "لم نجد أي تلميحات تشير إلى أنها تتطلب بكتيريا أو عتائق أخرى كشركاء".

قال الدكتور لاسو بيريز: "قمنا بمسح مكتبات الحمض النووي ووجدنا أن الميثانوليباريا يتم اكتشافها بشكل متكرر في مكامن النفط & # 8212 وفقط في مكامن النفط & # 8212 في جميع أنحاء المحيطات".

"وبالتالي ، يمكن أن يكون هذا الكائن الحي عاملاً رئيسياً في تحويل الهيدروكربونات طويلة السلسلة إلى ميثان."

يخطط الفريق الآن للتعمق في الحياة السرية لهذا الميكروب.

"الآن لدينا الأدلة والصور الجينومية حول التوزيع الواسع والإمكانيات المدهشة للميثانوليباريا. لكن لا يمكننا حتى الآن زراعتها في المختبر. ستكون هذه هي الخطوة التالية التي يجب اتخاذها. قال الدكتور فيجنر: "سيمكننا ذلك من التحقيق في العديد من التفاصيل المثيرة".

"على سبيل المثال ، ما إذا كان من الممكن عكس العملية ، مما سيسمح لنا في النهاية بتحويل غاز الدفيئة إلى وقود."

رافائيل لاسو بيريز وآخرون. 2019. التحلل اللاهوائي للألكانات غير الميثانية بواسطة "كانديداتوس Methanoliparia "في التسرب الهيدروكربوني في خليج المكسيك. مبيو 10: e01814-19 دوى: 10.1128 / مبيو.01814-19


جدة تلمس

ولكن أي نوع من الخلايا كان ذلك السلف آركون؟ وكيف اجتمعت واندمجت مع شركائها البكتيريين؟

كانت عالمة الأحياء لين مارغوليس أول من اقترح ، في عام 1967 ، أن حقيقيات النوى نشأت عندما ابتلعت إحدى الخلايا الأخرى 7. يتفق معظم الباحثين على أن بعض الابتلاع استمر ، لكن لديهم أفكارًا مختلفة حول وقت حدوث ذلك ، وكيف نشأت الأجزاء الداخلية في حقيقيات النوى. يقول سفين جولد ، عالم أحياء الخلية التطورية بجامعة هاينريش هاينه في دوسلدورف بألمانيا: "ماتت عشرات النماذج التي تم اختبارها على طول الطريق لأنها لم تعد معقولة". نظريات أخرى قد ترتفع أو تنخفض عندما يضيف علماء الأحياء الخلوية إلى فهمهم للعتائق.

تفترض العديد من النماذج أن الخلايا التي أصبحت حقيقية النواة في النهاية كانت بالفعل معقدة للغاية ، مع أغشية مرنة ومقصورات داخلية ، قبل أن تلتقي بالبكتيريا التي ستصبح الميتوكوندريا. تتطلب هذه النظريات أن تكون الخلايا قد طورت طريقة لالتهام المواد الخارجية ، والمعروفة باسم البلعمة ، حتى تتمكن من التقاط البكتيريا المارة في لدغة مصيرية (انظر "طريقتان لصنع خلايا معقدة"). على النقيض من ذلك ، يعتقد غولد وآخرون أن الميتوكوندريا قد تم اكتسابها في وقت مبكر ، وأنها بعد ذلك ساعدت في تغذية خلية أكبر وأكثر تعقيدًا.

يعد نموذج بومس أحد النماذج القليلة التي تشرح كيف يمكن أن تنشأ الميتوكوندريا دون البلعمة. ابتكر ديفيد بوم الفكرة لأول مرة عندما كان طالبًا جامعيًا في جامعة أكسفورد ، المملكة المتحدة ، في عام 1984. بدأت عمليته مع العتائق والبكتيريا المتسكعة ، ومشاركة الموارد. قد يبدأ الأركيون في التمدد وانتفاخ أغشيته الخارجية لتعزيز مساحة السطح لتبادل المغذيات. بمرور الوقت ، قد تنتشر هذه الانتفاخات وتنمو حول البكتيريا حتى تصبح البكتيريا ، بشكل أو بآخر ، داخل الأركون. في الوقت نفسه ، فإن الغشاء الخارجي الأصلي للأركون ، الذي يتضاءل الآن أمام المجسات الطويلة المحيطة به ، سوف يتطور إلى حدود النواة الجديدة ، بينما يتشكل الغشاء الخارجي الجديد للخلية عندما تنمو بعض المجسات الطويلة بشكل خاص حول الحافة ، إلى حد كبير توسيع الخلية مقارنة بسابقتها البدائية. تختلف هذه العملية عن البلعمة ، من حيث أنها تبدأ بمجموعة من الكائنات الحية وتحدث على فترات زمنية طويلة ، بدلاً من لدغة واحدة.

نيك سبنسر /طبيعة سجية المصدر: B. Baum & amp D. A. Baum بيول بيول. 18, 72 (2020).

أخبره معلم ديفيد باوم أن الفكرة كانت إبداعية ، لكنها تفتقر إلى الأدلة. وضعه جانبا. لكنه شارك بالفعل حماسه لعلوم الحياة مع ابن عمه Buzz ، الذي كان طفلًا في ذلك الوقت ، في عشاء عائلي منتظم في أكسفورد. يتذكر باز: "هذا جزئيًا سبب خضوعي لعلم الأحياء".

في عام 2013 ، قرر ديفيد كتابة نظريته. أرسل ملاحظة إلى Buzz ، حيث يدير الآن مختبره الخاص ، والذي ساعد في تطوير النظرية بشكل أكبر. حدد الثنائي العديد من جوانب علم الأحياء التي تدعم فكرتهما ، مثل حقيقة أن العتائق والبكتيريا تم العثور عليها تعيش جنبًا إلى جنب وتتاجر بالمغذيات. كافح Baums لنشر اقتراحهم ، لكنه وجد منزلًا في النهاية علم الأحياء BMC 2 في 2014.

يتذكر باز أن الفكرة تلقت استجابة حماسية ، خاصة من علماء الأحياء الخلوية. ولكن في عام 2014 ، كان ديفيد لا يزال يعتقد أن لديهم فرصة 50-50 فقط ليكونوا على حق.

وبعد خمس سنوات ، ظهرت صور السباغيتي وكرة اللحم. كان كل من باومس مبتهجًا.

العتائق وأصول حقيقيات النوى

كان هذا النوع هو أول من استزرع من مجموعة تسمى Asgard archaea. هذه الكائنات الحية ، التي تم وصفها في عام 2015 ، لها جينات تشفر البروتينات التي يعتبرها العديد من العلماء مشابهة بشكل ملحوظ لتلك الموجودة في حقيقيات النوى 8. سرعان ما اشتبه الباحثون في أن السلف البدائي لحقيقيات النوى كان شيئًا شبيهًا بآثار أسكارد. بالإشارة إلى جدة محتملة ، دعم الاكتشاف فرضية بومس.

ممثل Asgard - الذي ليس له اسم نهائي حتى الآن ، والمعروف حاليًا باسم كانديداتوس "Prometheoarchaeum syntrophicum" - نما في مفاعل حيوي جنبًا إلى جنب مع أي من المعلقين الميكروبيين اللذين يتشاركان في العناصر الغذائية. والجدير بالذكر أنه كان يفتقر إلى أي أغشية داخلية معقدة أو علامات تدل على أنه يمكن أن يأمل في بلعمة هؤلاء الشركاء. كان لديه ثلاثة أنظمة يمكن أن ترتبط بانقسام الخلايا: البروتينات التي تعادل FtsZ ESCRTs وبروتين تقلص العضلات أكتين ، والذي يساهم أيضًا في الانقسام في حقيقيات النوى. يقول عضو الفريق ماسارو نوبو ، عالم الأحياء الدقيقة في المعهد الوطني للعلوم الصناعية والتكنولوجيا المتقدمة في طوكيو ، إن المزارعين لم يتوصلوا بعد إلى الطريقة التي يستخدمونها لتقسيم أنفسهم.

جاءت المفاجأة الكبرى عندما توقفت الخلايا عن الانقسام ونبتت مخالب. يقترح Baums أنه من الممكن أن يؤدي ذلك إلى تضخيم تبادل المغذيات مع الميكروبات التي تمت تربية الأركون معها ، كما تنبأ نموذجهم لخلية الجدة.

على أساس ملاحظاتهم ، طور نوبو وزملاؤه نظرية حول كيفية تطور حقيقيات النوى والتي تشترك كثيرًا مع فكرة بومس. إنها تنطوي على ميكروب واحد يمد خيوطًا تبتلع شريكه في النهاية 1. يقول نوبو: "تعجبني فرضيتنا لأنها تسمح بهذه التعقيدات التي تنفرد بها حقيقيات النوى" - النوى والميتوكوندريا - "تحدث في نفس الوقت".


أمثلة على البكتيريا القديمة

من المعروف أن البكتيريا العتيقة تعيش في ظروف لا يمكن حتى تخيل الحياة فيها. هم الناجون المتطرفون من الكون. ألقِ نظرة على أمثلة البكتيريا القديمة في هذه المقالة.

من المعروف أن البكتيريا العتيقة تعيش في ظروف يمكن حتى تخيل الحياة فيها. هم الناجون المتطرفون من الكون. ألقِ نظرة على أمثلة البكتيريا القديمة في هذه المقالة.

البكتيريا العتيقة هي كائنات وحيدة الخلية يمكنها البقاء على قيد الحياة في الظروف القاسية. يُعتقد أنها أقدم أشكال الكائنات الحية ، حيث يبلغ عمرها حوالي 3.5 مليار سنة. في الماضي ، تم إخضاعهم للمملكة مونيرا مع البكتيريا. ومع ذلك ، لم يعد يتم اتباع هذا التصنيف. نظرًا لأن البكتيريا القديمة تختلف كيميائيًا حيويًا وجينيًا عن البكتيريا وتمتلك تاريخًا تطوريًا فريدًا ، فلديها مجال منفصل في نظام التصنيف البيولوجي ثلاثي المجالات. في الواقع ، لم تعد تسمى البكتيريا القديمة هكذا ، بل تُعرف باسم العتائق.

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

مميزات

تنتمي البكتيريا العتيقة إلى مجموعة بدائية بدائيات النوى قادرون على العيش في بيئة غير مناسبة لأي كائن حي آخر. توجد في ظروف قاسية من المستنقعات الحمضية والقلوية والملحية والينابيع الكبريتية الساخنة. لذلك ، يطلق عليهم أيضًا اسم المتطرفين ، أي عاشق الظروف القاسية. هم من أشكال مختلفة ، مثل كروية ، لولبية ، وشبيهة بالقضيب. إنها تختلف عن البكتيريا لأن لها بنية خلوية مختلفة وغشاء خلوي. على عكس البكتيريا ، التي تحتوي جدرانها الخلوية على الببتيدوغليكان ، لا تحتوي جدران الخلايا في العتائق على ببتيدوغليكان. الفرق الآخر بينهما هو حقيقة أن الأركيا يمكن أن تعيش في ظروف لا تستطيع فيها معظم البكتيريا. تنقسم البكتيريا العتيقة إلى ثلاث مجموعات فرعية رئيسية ، بناءً على الموائل المتطرفة التي توجد فيها. وهذه هي:

الميثانوجينات هي كائنات حية تعيش في المستنقعات والمستنقعات تحت ظروف لاهوائية. توجد أيضًا في أمعاء بعض الحيوانات العاشبة والبشر. هم موجودون في مادة ميتة ومتحللة أيضًا. إنها كائنات حية لاهوائية بشكل صارم وتقتل عند تعرضها للأكسجين. أنها تقلل من ثاني أكسيد الكربون باستخدام H2 وإطلاق غاز الميثان في المستنقعات والمستنقعات وهو ما يسمى بغاز المستنقعات. وبالتالي تضاف إلى مفاعلات الغاز الحيوي لإنتاج غاز الميثان للطبخ ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي.

»أمثلة على الميثانوجينات
Methanosphaera stadtmanae
Methanothermus fervidus
الميثانولين ميسوفيلا
Methanocaldococcus jannaschii
الميثانوتوريس الناري
Methanomicrobium المحمول
Methanoculleus chikugoensis
ميثانوفوليس أكوايماريس
الميثانوجينيوم marisnigri
Methanolacinia paynteri
Methanoplanus petrolearius
مختبر الميثانوكربوسكولوم
Methanospirillum hungatei
ميثانوسارسينا باركيري
Methanococcoides burtonii
Methanohalobium evestigatum
Methanohalophilus mahii
Methanolobus zinderi
Methanosalsum zhilinae
ميثانوزيتا ثيرمو أسيتوفيلا
Methanocaldococcus jannaschii
ميثانوسيلا بالوديكولا
Methanopyrus kandleri
الميثانوفوليس فورموسانوس
Methanococcus aeolicus
Methanocalculus taiwanensis
Methanimicrococcus blatticola
Methanocalculus chunghsingensis
Methanomethylovorans hollandica
Methanothermococcus okinawensis
ميثانثرموباكتير ثيرمووتروفيكوس
الميثانوبكتيريوم الحرارية

الهالوفيلات هي كائنات حية تعيش في بيئة ذات تركيز عالٍ من الملح. توجد في بحيرة الملح الكبرى والبحر الميت والمياه شديدة الملوحة. تحتوي العديد من أنواع الهالوفيل على صبغة وردية / حمراء تعرف باسم الكاروتينات. إنهم يشكلون مستعمرات من البكتيريا ، والتي يمكن أن تصل إلى 100 مليون بكتيريا لكل مليمتر!

»أمثلة للهالوفيل

محبي الحموضة
محبي الحموضة الحرارية أو محبات الحرارة هي كائنات حية تعيش في ظروف حارة وحمضية. يمكنهم البقاء على قيد الحياة في بيئة غنية بالكبريت ، مثل الينابيع الساخنة والسخانات التي تزيد درجة حرارتها عن 50 درجة مئوية. لدى محبي الحموضة الحرارية كلا من الأنواع الهوائية واللاهوائية ، وغالبًا ما يتم التعرف عليهم من لونهم ، الذي يتشكل بسبب التصبغ الضوئي. يمكن رؤية هذه الأركيا في حديقة يلوستون الوطنية.

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

»أمثلة من محبي الحموضة

اسيدوفيلوم ثيرموبلازما
ثيرموبروتيوس تينكس
شيتوميوم ثيرموفيلوم
Humicola insolens
Thermomyces lanuginosus
ثيرموساسوس أورانتاكوس
Brevibacillus levickii
Sulfolobus yangmingensis
تعد Archaebacteria مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، وقد أقرت الأبحاث الحديثة أن هذه المجموعة جزء رئيسي من حياة الأرض. تم العثور على العديد من أنواع الأركيا ، وما ورد أعلاه مجرد أمثلة على هذه المجموعة.

المنشورات ذات الصلة

بعض الأمثلة على البكتيريا هي Lactobacillus ، والبكتيريا المثبتة للنيتروجين ، و Bifidobacterium ، و Helicobacter pylori ، و Staphylococcus ، و Streptococcus. تابع القراءة لمعرفة المزيد عن البكتيريا الشائعة وبعض السلالات البكتيرية الممرضة لـ & hellip

مملكة البكتيريا القديمة هي مجموعة من الكائنات وحيدة الخلية تتكيف مع العيش في ظل ظروف قاسية. المقالة التالية سوف تغطي بعض المعلومات المتعلقة بالبكتيريا الأثرية في المملكة.

مملكة الحيوان هي مملكة رائعة. لديها العديد من الأعضاء المختلفين ، وجميعهم مثيرون للاهتمام للدراسة. اقرأ هذه المقالة عن أمثلة على الديدان الحلزونية لمعرفة المزيد عن & hellip


محتويات

تعديل المفهوم المبكر

لجزء كبير من القرن العشرين ، كان يُنظر إلى بدائيات النوى على أنها مجموعة واحدة من الكائنات الحية وتصنف على أساس الكيمياء الحيوية والتشكل والتمثيل الغذائي. حاول علماء الأحياء الدقيقة تصنيف الكائنات الحية الدقيقة بناءً على هياكل جدرانها الخلوية وأشكالها والمواد التي تستهلكها. [9] في عام 1965 ، اقترح إميل زوكيركاندل ولينوس بولينج [10] بدلاً من ذلك استخدام تسلسل الجينات في بدائيات النوى المختلفة لمعرفة كيفية ارتباطها ببعضها البعض. هذا النهج التطوري هو الطريقة الرئيسية المستخدمة اليوم. [11]

تم تصنيف الأركيا - في ذلك الوقت فقط الميثانوجينات - بشكل منفصل عن البكتيريا في عام 1977 بواسطة Carl Woese و George E. Fox استنادًا إلى جينات RNA الريبوزومية (rRNA). [12] أطلقوا على هذه المجموعات اسم Urkingdoms من Archaebacteria و Eubacteria ، على الرغم من أن باحثين آخرين عاملوها كممالك أو subkingdom. أعطى Woese and Fox الدليل الأول للبكتيريا القديمة باعتبارها "خط هبوط" منفصل: 1. نقص الببتيدوغليكان في جدران الخلايا ، 2. اثنين من الإنزيمات المساعدة غير العادية ، 3. نتائج تسلسل الجين الريبوزومي 16S. للتأكيد على هذا الاختلاف ، اقترح Woese و Otto Kandler و Mark Wheelis لاحقًا إعادة تصنيف الكائنات الحية إلى ثلاثة مجالات طبيعية تُعرف باسم نظام المجالات الثلاثة: Eukarya ، والبكتيريا ، و Archaea ، [1] فيما يُعرف الآن باسم "The Woesian Revolution" ". [13]

الكلمة العتيقة يأتي من الكلمة اليونانية القديمة ἀρχαῖα ، والتي تعني "الأشياء القديمة" ، [14] حيث أن أول ممثلين للمجال العتائق كانوا ميثانوجينات وكان من المفترض أن التمثيل الغذائي الخاص بهم يعكس الغلاف الجوي البدائي للأرض وعصور الكائنات الحية القديمة ، ولكن كما تمت دراسة الموائل الجديدة ، تم اكتشاف المزيد من الكائنات الحية. تم أيضًا تضمين الميكروبات شديدة الملوحة [15] والميكروبات شديدة الحرارة [16] في العتائق. لفترة طويلة ، كان يُنظر إلى الأركيا على أنها نباتات متطرفة توجد فقط في الموائل المتطرفة مثل الينابيع الساخنة والبحيرات المالحة ، ولكن بحلول نهاية القرن العشرين ، تم التعرف على الأركيا في البيئات غير المتطرفة أيضًا. اليوم ، من المعروف أنها مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية الموزعة بكثرة في جميع أنحاء الطبيعة. [17] جاء هذا التقدير الجديد لأهمية ووجود العتائق في كل مكان من استخدام تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) لاكتشاف بدائيات النوى من العينات البيئية (مثل الماء أو التربة) عن طريق مضاعفة جيناتها الريبوزومية. هذا يسمح باكتشاف وتحديد الكائنات الحية التي لم يتم استزراعها في المختبر. [18] [19]

تحرير التصنيف

يعتبر تصنيف البدائيات وبدائيات النوى بشكل عام مجالًا سريع الحركة ومثيرًا للجدل. تهدف أنظمة التصنيف الحالية إلى تنظيم الأركيا في مجموعات من الكائنات الحية التي تشترك في السمات الهيكلية والأسلاف المشتركة. [20] تعتمد هذه التصنيفات بشكل كبير على استخدام تسلسل جينات الرنا الريبوزومي للكشف عن العلاقات بين الكائنات الحية (علم الوراثة الجزيئي). [21] معظم أنواع العتائق القابلة للاستزراع والتي تم فحصها جيدًا هي أعضاء في شعبتين رئيسيتين ، وهما Euryarchaeota و Crenarchaeota. تم إنشاء مجموعات أخرى مؤقتًا ، مثل الأنواع الغريبة Nanoarchaeum equitans، التي تم اكتشافها في عام 2003 وتم منحها حق اللجوء الخاص بها ، Nanoarchaeota. [22] كما تم اقتراح اللجوء الجديد Korarchaeota. يحتوي على مجموعة صغيرة من الأنواع غير المعتادة المحبة للحرارة والتي تشترك في سمات كل من الشعبتين الرئيسيتين ، ولكنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بـ Crenarchaeota. [23] [24] أنواع أخرى من العتائق المكتشفة مؤخرًا لا ترتبط إلا بشكل بعيد بأي من هذه المجموعات ، مثل الكائنات النانوية المحبة للحموضة Archaeal Richmond Mine (ARMAN ، التي تضم Micrarchaeota و Parvarchaeota) ، والتي تم اكتشافها في عام 2006 [25] وبعضها من أصغر الكائنات الحية المعروفة. [26]

تم اقتراح A superphylum - TACK - الذي يشمل Thaumarchaeota و Aigarchaeota و Crenarchaeota و Korarchaeota في عام 2011 ليكون مرتبطًا بأصل حقيقيات النوى. [27] في عام 2017 ، تم اقتراح أن يكون حق اللجوء الفائق Asgard المكتشف حديثًا والمسمى حديثًا أكثر ارتباطًا بحقيقيات النوى الأصلية ومجموعة شقيقة لـ TACK. [28]

تحرير Cladogram

بحسب توم أ. ويليامز وآخرون. (2017) [29] و Castelle & amp Banfield (2018) [30] (DPANN):

تحرير التصنيف

  • "Euryarchaeida" لوكيتا 2012
    • "Hydrothermarchaeota" Jungbluth ، Amend & amp Rappe 2016
      • "الآثار المائية" تشوفوتشينا وآخرون 2019
      • ؟ "Persephonarchaea" Mwirichia et al. 2016
      • "هادارشيا" تشوفوتشينا وآخرون 2019
        Zillig & amp Reysenbach 2002جاريتي & أمبير هولت 2002بون 2002BBoone 2002
    • "Izemarchaea" آدم وآخرون. 2017
    • "بوسيدونيا" رينك وآخرون 2019ريسنباخ 2002
    • "Methanonatronarchaeia" سوروكين وآخرون. 2017
    • "الميثانوليباريا" بوريل وآخرون 2019
    • "سينتروفارشيا" غاريتي ، بيل وأمبير ليلبورن 2003جاريتي & أمبير هولت 2002جرانت وآخرون 2002
      • جمعية "Altarchaeota" بروبست وآخرون. 2018
        • جمعية "Altarchaeia". بروبست وآخرون. 2014
        • "يينارشيا" رينك وآخرون 2020
        • "ميكراشيا"
        • "Undinarchaeia" دومبروفسكي وآخرون. 2020
        • رفيق "Aenigmatarchaeia". رينك وآخرون 2020
        • شركة "Huberarchaeia" بروبست وآخرون. 2019
        • ؟ "Nanohalobia" لا كونو وآخرون. 2020
        • ؟ رفيق "الآثار النانوية". ناراسينجاراو وآخرون. 2012
        • "Nanosalinia" رينك وآخرون 2020
        • "آثار النانو"
        • "Filarchaeota" كافاليير سميث ، ت. 2014[34] (تاك)
          • ؟ "Brockarchaeota" دي أندا وآخرون. 2018
          • "Korarchaeota" بارنز وآخرون. 1996
            • "Korarchaeia" رينك وآخرون 2020
              Stieglmeier et al. 2014
            • "ميثانوميثيليا" Vanwonterghem et al. 2016
            • "البروتينات الحرارية" (البروتينات الحرارية)
            • "بوراريوتا" ليو وآخرون. 2020
            • ؟ "Baldrarchaeota" ليو وآخرون. 2020
            • "Odinarchaeota" Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka et al. 2017
            • "Helarchaeota" سيتز وآخرون. 2019
            • "Lokiarchaeota" سبانج وآخرون. 2015
            • "Thorarchaeota" سيتز وآخرون. 2016
            • ؟ "Hermodarchaeota" ليو وآخرون. 2020
            • ؟ "Sifarchaeota" فرج وآخرون 2020
            • ؟ "Wukongarchaeota" ليو وآخرون. 2020
            • ؟ "Hodarchaeota" ليو وآخرون. 2020
            • ؟ "Gerdarchaeota" منظمة العفو الدولية وآخرون. 2020
            • ؟ "Kariarchaeota" ليو وآخرون. 2020
            • "Heimdallarchaeota" Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka et al. 2017

            مفهوم الأنواع تحرير

            تصنيف الأركيا إلى أنواع مثير للجدل أيضًا. يعرّف علم الأحياء نوعًا ما على أنه مجموعة من الكائنات الحية ذات الصلة. إن معيار التربية الحصرية المألوف (الكائنات الحية التي يمكن أن تتكاثر مع بعضها البعض ولكن ليس مع الآخرين) لا يفيد لأن البدئيات تتكاثر فقط لاجنسيًا. [35]

            تُظهر العتائق مستويات عالية من نقل الجينات الأفقي بين السلالات. يقترح بعض الباحثين أنه يمكن تصنيف الأفراد في مجموعات شبيهة بالأنواع مع إعطاء جينومات متشابهة للغاية ونقل الجينات نادرًا من / إلى الخلايا ذات الجينومات الأقل ارتباطًا ، كما هو الحال في الجنس الفيروبلازما. [36] من ناحية أخرى ، فإن الدراسات في هالوروبيوم وجدت انتقالًا جينيًا مهمًا إلى / من مجموعات سكانية أقل ارتباطًا ، مما يحد من قابلية تطبيق المعيار. [37] يتساءل بعض الباحثين عما إذا كانت تسميات هذه الأنواع لها معنى عملي. [38]

            المعرفة الحالية بشأن التنوع الجيني مجزأة ولا يمكن تقدير العدد الإجمالي للأنواع الأثرية بأي دقة. [21] تتراوح تقديرات عدد الشُعب من 18 إلى 23 ، منها 8 فقط لديها ممثلين تمت تربيتهم ودراستهم بشكل مباشر. تُعرف العديد من هذه المجموعات المفترضة من تسلسل واحد من الرنا الريباسي ، مما يشير إلى أن التنوع بين هذه الكائنات لا يزال غامضًا. [39] تحتوي البكتيريا أيضًا على العديد من الميكروبات غير المزروعة مع تأثيرات مماثلة على التوصيف. [40]

            يبلغ عمر الأرض حوالي 4.54 مليار سنة. [41] [42] [43] تشير الأدلة العلمية إلى أن الحياة بدأت على الأرض منذ 3.5 مليار سنة على الأقل. [44] [45] أول دليل على وجود الحياة على الأرض هو الجرافيت الذي وجد أنه حيوي المنشأ في صخور ميتاسيدمينتية عمرها 3.7 مليار سنة تم اكتشافها في غرب جرينلاند [46] وحفريات حصيرة ميكروبية وجدت في 3.48 مليار سنة من الحجر الرملي اكتشف في غرب أستراليا. [47] [48] في عام 2015 ، تم العثور على بقايا محتملة لمواد حيوية في صخور عمرها 4.1 مليار سنة في غرب أستراليا. [49] [50]

            على الرغم من أن أحافير الخلايا بدائية النواة المحتملة تعود إلى ما يقرب من 3.5 مليار سنة ، إلا أن معظم بدائيات النوى لا تحتوي على أشكال مميزة ، ولا يمكن استخدام أشكال الحفريات لتحديدها على أنها عتائق. [51] بدلاً من ذلك ، فإن الأحافير الكيميائية للدهون الفريدة تكون مفيدة أكثر لأن مثل هذه المركبات لا تحدث في الكائنات الحية الأخرى. [52] تشير بعض المنشورات إلى أن بقايا الدهون البدائية أو حقيقية النواة موجودة في الصخر الزيتي التي يعود تاريخها إلى 2.7 مليار سنة ، [53] على الرغم من أن هذه البيانات قد تم التشكيك فيها منذ ذلك الحين. [54] تم اكتشاف هذه الدهون أيضًا في الصخور القديمة من غرب جرينلاند. تأتي أقدم هذه الآثار من منطقة Isua ، التي تضم أقدم الرواسب المعروفة على الأرض ، والتي تشكلت منذ 3.8 مليار سنة. [55] قد يكون السلالة الأثرية هي الأقدم الموجودة على وجه الأرض. [56]

            جادل ووز بأن البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى تمثل سلالات منفصلة من النسب التي تباعدت في وقت مبكر من مستعمرة أسلاف للكائنات. [57] [58] أحد الاحتمالات [58] [59] هو أن هذا حدث قبل تطور الخلايا ، عندما سمح عدم وجود غشاء خلوي نموذجي بنقل الجينات الجانبي غير المقيد ، وأن الأسلاف المشتركة للمجالات الثلاثة نشأت عن طريق التثبيت لمجموعات فرعية محددة من الجينات. [58] [59] من المحتمل أن يكون آخر سلف مشترك للبكتيريا والأركيا هو المحبة للحرارة ، مما يثير احتمال أن تكون درجات الحرارة المنخفضة "بيئات قاسية" للعتيقات ، وأن الكائنات الحية التي تعيش في بيئات أكثر برودة ظهرت في وقت لاحق فقط. [60] نظرًا لأن العتائق والبكتيريا لا ترتبط ببعضها البعض أكثر من ارتباطها بحقيقيات النوى ، هذا المصطلح بدائيات النوى قد يشير إلى تشابه خاطئ بينهما. [61] ومع ذلك ، غالبًا ما تحدث أوجه التشابه الهيكلية والوظيفية بين الأنساب بسبب سمات الأجداد المشتركة أو التقارب التطوري. تُعرف أوجه التشابه هذه باسم رتبة، ومن الأفضل التفكير في بدائيات النوى على أنها درجة من الحياة ، تتميز بسمات مثل غياب العضيات المرتبطة بالغشاء.

            مقارنة مع المجالات الأخرى تحرير

            يقارن الجدول التالي بعض الخصائص الرئيسية للمجالات الثلاثة ، لتوضيح أوجه التشابه والاختلاف بينهما. [62]

            ملكية العتيقة بكتيريا حقيقيات النوى
            غشاء الخلية الدهون المرتبطة بالأثير الدهون المرتبطة بالاستر الدهون المرتبطة بالاستر
            جدار الخلية Pseudopeptidoglycan أو بروتين سكري أو طبقة S. ببتيدوغليكان ، طبقة S ، أو لا يوجد جدار خلوي هياكل مختلفة
            هيكل الجينات كروموسومات دائرية ، ترجمة مماثلة ونسخ لحقيقيات النوى الكروموسومات الدائرية والترجمة والنسخ الفريدة كروموسومات خطية متعددة ، لكن الترجمة والنسخ تشبه العتائق
            هيكل الخلية الداخلية لا توجد عضيات مرتبطة بالغشاء (؟ [63]) أو نواة لا توجد عضيات أو نواة مرتبطة بالغشاء عضيات ونواة مرتبطة بالغشاء
            التمثيل الغذائي [64] متنوعة ، بما في ذلك ديازوتروفي ، مع تكوين الميثان الذي تنفرد به الأركيا متنوع ، بما في ذلك التمثيل الضوئي ، والتنفس الهوائي واللاهوائي ، والتخمير ، و diazotrophy ، والضمور الذاتي التمثيل الضوئي ، والتنفس الخلوي ، والتخمير لا يوجد ضمور في التغذية
            التكاثر التكاثر اللاجنسي ، نقل الجينات الأفقي التكاثر اللاجنسي ، نقل الجينات الأفقي التكاثر الجنسي واللاجنسي
            بدء تخليق البروتين ميثيونين فورميل ميثيونين ميثيونين
            بوليميراز الحمض النووي الريبي عديدة واحد عديدة
            EF-2 / EF-G حساس لسم الخناق مقاومة لسم الخناق حساس لسم الخناق

            تم تقسيم الأركيا كمجال ثالث بسبب الاختلافات الكبيرة في بنية الحمض النووي الريبي الريبوزومي. يعتبر الجزيء 16S rRNA الخاص هو مفتاح إنتاج البروتينات في جميع الكائنات الحية. نظرًا لأن هذه الوظيفة أساسية جدًا في الحياة ، فمن غير المرجح أن تبقى الكائنات الحية ذات الطفرات في الرنا الريباسي 16S الخاص بها على قيد الحياة ، مما يؤدي إلى استقرار كبير (ولكن ليس مطلقًا) في بنية عديد النوكليوتيد هذا على مر الأجيال. 16S rRNA كبير بما يكفي لإظهار الاختلافات الخاصة بالكائن الحي ، ولكنه لا يزال صغيرًا بما يكفي للمقارنة بسرعة. في عام 1977 ، طور كارل ووز ، عالم الأحياء الدقيقة الذي يدرس التسلسل الجيني للكائنات الحية ، طريقة مقارنة جديدة تتضمن تقسيم الحمض النووي الريبي إلى أجزاء يمكن فرزها ومقارنتها بأجزاء أخرى من كائنات أخرى. [12] كلما كانت الأنماط متشابهة بين الأنواع ، كلما زاد ارتباطها. [65]

            استخدم Woese طريقته الجديدة لمقارنة الرنا الريباسي لتصنيف الكائنات الحية المختلفة ومقارنتها. قارن بين مجموعة متنوعة من الأنواع وحدث على مجموعة من الميثانوجينات مع الرنا الريباسي تختلف اختلافًا كبيرًا عن أي بدائيات النوى أو حقيقيات النوى المعروفة. [12] كانت هذه الميثانوجينات أكثر تشابهًا مع بعضها البعض من الكائنات الحية الأخرى ، مما دفع ووز لاقتراح المجال الجديد للعتائق. [12] أظهرت تجاربه أن البدائيات كانت أكثر تشابهًا وراثيًا مع حقيقيات النوى من بدائيات النوى ، على الرغم من أنها كانت أكثر تشابهًا مع بدائيات النوى من حيث التركيب. [66] أدى ذلك إلى استنتاج مفاده أن الأركيا وحقيقيات النوى كانا يشتركان في سلف مشترك أحدث من البكتريا و Eukarya. [66] تطور النواة حدث بعد الانقسام بين البكتيريا وهذا السلف المشترك. [66] [1]

            إحدى الخصائص الفريدة للعتائق هي الاستخدام الكثيف للدهون المرتبطة بالإيثر في أغشية الخلايا. تعتبر روابط الأثير أكثر استقرارًا كيميائيًا من روابط الإستر الموجودة في البكتيريا وحقيقيات النوى ، والتي قد تكون عاملاً مساهماً في قدرة العديد من العتائق على البقاء في البيئات القاسية التي تفرض ضغطًا شديدًا على أغشية الخلايا ، مثل الحرارة الشديدة والملوحة. حدد التحليل المقارن للجينومات البدائية أيضًا العديد من indels التوقيع المحفوظة جزيئيًا وبروتينات التوقيع الموجودة بشكل فريد إما في جميع الأركيا أو المجموعات الرئيسية المختلفة داخل العتائق. [67] [68] [69] ميزة أخرى فريدة من نوعها للعتائق ، لم يتم العثور عليها في أي كائنات أخرى ، هي توليد الميثان (الإنتاج الأيضي للميثان). تلعب العتائق الميثانوجينية دورًا محوريًا في النظم البيئية مع الكائنات الحية التي تستمد الطاقة من أكسدة الميثان ، وكثير منها عبارة عن بكتيريا ، لأنها غالبًا ما تكون مصدرًا رئيسيًا للميثان في مثل هذه البيئات ويمكن أن تلعب دورًا كمنتجين أساسيين. تلعب الميثانوجينات أيضًا دورًا مهمًا في دورة الكربون ، حيث تعمل على تفكيك الكربون العضوي إلى غاز الميثان ، وهو أيضًا أحد غازات الدفيئة الرئيسية. [70]

            العلاقة مع البكتيريا تحرير

            العلاقات بين المجالات الثلاثة ذات أهمية مركزية لفهم أصل الحياة.معظم المسارات الأيضية ، التي هي موضوع غالبية جينات الكائن الحي ، شائعة بين العتائق والبكتيريا ، في حين أن معظم الجينات المشاركة في التعبير الجيني شائعة بين العتائق وحقيقيات النوى. [72] داخل بدائيات النوى ، تشبه بنية الخلية البدائية إلى حد كبير تلك الموجودة في البكتيريا موجبة الجرام ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن كلاهما يحتوي على طبقة ثنائية واحدة من الدهون [73] وعادة ما يحتوي على كيس سميك (هيكل خارجي) من تركيبة كيميائية مختلفة. [74] في بعض أشجار النشوء والتطور التي تعتمد على تسلسلات جينية / بروتينية مختلفة لمتماثلات بدائية النواة ، فإن المتماثلات البدائية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتلك الموجودة في البكتيريا موجبة الجرام. [73] تشترك البكتيريا العتيقة والبكتيريا موجبة الجرام أيضًا في الإندل المحفوظ في عدد من البروتينات المهمة ، مثل Hsp70 و glutamine synthetase I [73] [75] ولكن تم تفسير نسالة هذه الجينات للكشف عن نقل الجينات بين المجالات ، [76] [77] وقد لا تعكس العلاقة (العلاقات) بين الكائنات الحية. [78]

            تم اقتراح أن العتائق تطورت من بكتيريا موجبة الجرام استجابة لضغط اختيار المضادات الحيوية. [73] [75] [79] يقترح هذا من خلال ملاحظة أن العتائق تقاوم مجموعة واسعة من المضادات الحيوية التي تنتجها البكتيريا موجبة الجرام بشكل أساسي ، [73] [75] وأن هذه المضادات الحيوية تعمل بشكل أساسي على الجينات التي تميز العتائق عن البكتيريا. الاقتراح هو أن الضغط الانتقائي تجاه المقاومة الناتجة عن المضادات الحيوية إيجابية الجرام كان كافياً في النهاية لإحداث تغييرات واسعة في العديد من الجينات المستهدفة للمضادات الحيوية ، وأن هذه السلالات تمثل الأسلاف المشتركة للعتيقات الحالية. [79] تطور العتائق استجابة لانتقاء المضادات الحيوية ، أو أي ضغط انتقائي تنافسي آخر ، يمكن أن يفسر أيضًا تكيفها مع البيئات القاسية (مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الحموضة) كنتيجة للبحث عن أماكن غير مأهولة للهروب من المضادات الحيوية- إنتاج الكائنات الحية [79] [80] قدم كافاليير سميث اقتراحًا مشابهًا. [81] هذا الاقتراح مدعوم أيضًا من خلال أعمال أخرى تبحث في العلاقات البنيوية للبروتين [82] والدراسات التي تشير إلى أن البكتيريا موجبة الجرام قد تشكل أولى السلالات المتفرعة داخل بدائيات النوى. [83]

            العلاقة مع حقيقيات النوى تحرير

            العلاقة التطورية بين البدئيات وحقيقيات النوى لا تزال غير واضحة. بصرف النظر عن أوجه التشابه في بنية الخلية ووظيفتها التي تمت مناقشتها أدناه ، فإن العديد من الأشجار الجينية تجمع الاثنين. [84]

            تتضمن العوامل المعقدة الادعاءات بأن العلاقة بين حقيقيات النوى والفصيلة البدائية Crenarchaeota أقرب من العلاقة بين Euryarchaeota و phylum Crenarchaeota [85] ووجود جينات شبيهة بالعتيقات في بكتيريا معينة ، مثل Thermotoga maritima، من نقل الجينات الأفقي. [86] تنص الفرضية القياسية على أن سلف حقيقيات النوى تباعد مبكرًا عن العتائق ، [87] [88] وأن حقيقيات النوى نشأت من خلال اندماج عتائق و eubacterium ، والتي أصبحت النواة والسيتوبلازم. يواجه صعوبات في شرح بنية الخلية. [85] فرضية بديلة ، وهي فرضية eocyte ، تفترض أن Eukaryota ظهرت متأخرة نسبيًا من Archaea. [89]

            تم اكتشاف سلالة من الأركيا في عام 2015 ، Lokiarchaeum (من قسم "Lokiarchaeota" الجديد المقترح) ، والذي سمي على اسم تنفيس حراري مائي يسمى قلعة Loki's Castle في المحيط المتجمد الشمالي ، وجد أنه الأكثر ارتباطًا بحقيقيات النوى المعروفة في ذلك الوقت. لقد أطلق عليه اسم كائن انتقالي بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى. [90] [91]

            تم العثور منذ ذلك الحين على العديد من الشعب الشقيقة من "Lokiarchaeota" ("Thorarchaeota" و "Odinarchaeota" و "Heimdallarchaeota") ، وكلها تضم ​​مجموعة كبيرة مقترحة حديثًا Asgard ، والتي قد تظهر كصنف أخت لـ Proteoarchaeota. [28] [3] [92]

            لا تزال تفاصيل العلاقة بين أعضاء Asgard وحقيقيات النوى قيد الدراسة ، [93] على الرغم من أنه في يناير 2020 ، أفاد العلماء أن Candidatus بروميثيواريم سينتروفيكوم، وهو نوع من عتائق Asgard ، قد يكون رابطًا محتملاً بين الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة البسيطة والمعقدة حقيقية النواة منذ حوالي ملياري سنة. [94] [95]

            يتراوح قطر العتائق الفردية من 0.1 ميكرومتر (ميكرومتر) إلى أكثر من 15 ميكرومتر في القطر ، وتحدث بأشكال مختلفة ، عادةً مثل الكرات أو القضبان أو اللوالب أو الصفائح. [96] أشكال أخرى في Crenarchaeota تشمل خلايا مفصصة غير منتظمة الشكل في سلفولوبس، خيوط تشبه الإبرة يقل قطرها عن نصف ميكرومتر ثيرموفيلوم، وقضبان مستطيلة الشكل تقريبًا ثرموبروتيوس و البيروبكولوم. [97] العتائق في الجنس هالوكوادراتوم مثل هالوكوادراتوم والسبي هي عينات مسطحة ومربعة تعيش في أحواض شديدة الملوحة. [98] من المحتمل أن يتم الحفاظ على هذه الأشكال غير العادية من خلال جدران الخلايا والهيكل الخلوي بدائية النواة. توجد البروتينات المتعلقة بمكونات الهيكل الخلوي للكائنات الأخرى في العتائق ، [99] وتتشكل الخيوط داخل خلاياها ، [100] ولكن على عكس الكائنات الحية الأخرى ، فإن هذه الهياكل الخلوية غير مفهومة جيدًا. [101] في ثيرموبلازما و الفيروبلازما يعني عدم وجود جدار خلوي أن الخلايا لها أشكال غير منتظمة ويمكن أن تشبه الأميبات. [102]

            تشكل بعض الأنواع مجاميع أو خيوط من الخلايا يصل طولها إلى 200 ميكرومتر. [96] يمكن أن تكون هذه الكائنات بارزة في الأغشية الحيوية. [103] وتجدر الإشارة إلى أن مجاميع تندمج المكورات الحرارية تندمج الخلايا معًا في الثقافة ، وتشكل خلايا عملاقة مفردة. [104] العتائق في الجنس بيروديكتيوم إنتاج مستعمرة متعددة الخلايا متقنة تتضمن مصفوفات من الأنابيب المجوفة الطويلة الرفيعة المسماة قنية التي تبرز من أسطح الخلايا وتربطها في تكتل كثيف يشبه الأدغال. [105] لم يتم تحديد وظيفة هذه الكانيولا ، لكنها قد تسمح بالتواصل أو تبادل المغذيات مع الجيران. [١٠٦] توجد مستعمرات متعددة الأنواع ، مثل مجتمع "سلسلة اللؤلؤ" الذي تم اكتشافه في عام 2001 في مستنقع ألماني. تتباعد المستعمرات البيضاء المستديرة لأنواع Euryarchaeota الجديدة على طول خيوط رفيعة يمكن أن يصل طولها إلى 15 سم (5.9 بوصة) ، وتتكون هذه الخيوط من نوع معين من البكتيريا. [107]

            تمتلك العتائق والبكتيريا بنية خلوية متشابهة بشكل عام ، لكن تكوين الخلية وتنظيمها يميزان العتائق عن بعضها البعض. مثل البكتيريا ، تفتقر العتائق إلى الأغشية الداخلية والعضيات. [61] مثل البكتيريا ، عادة ما تكون أغشية الخلايا في العتائق محاطة بجدار خلوي وتسبح باستخدام سوط واحد أو أكثر. [108] من الناحية الهيكلية ، فإن العتائق تشبه إلى حد كبير البكتيريا موجبة الجرام. معظمهم لديهم غشاء بلازما وجدار خلوي واحد ، ويفتقرون إلى الفضاء المحيطي ، والاستثناء من هذه القاعدة العامة هو إجنيكوس، والتي تمتلك محيطًا كبيرًا بشكل خاص يحتوي على حويصلات مرتبطة بغشاء ومحاطة بغشاء خارجي. [109]

            جدار الخلية والسوط تحرير

            معظم العتيقة (ولكن ليس ثيرموبلازما و الفيروبلازما) تمتلك جدارًا خلويًا. [102] في معظم الأركيا ، يتم تجميع الجدار من بروتينات الطبقة السطحية ، والتي تشكل طبقة S. [110] الطبقة S عبارة عن مجموعة صلبة من جزيئات البروتين التي تغطي الجزء الخارجي من الخلية (مثل البريد المتسلسل). [111] توفر هذه الطبقة الحماية الكيميائية والفيزيائية ، ويمكن أن تمنع الجزيئات الكبيرة من الاتصال بغشاء الخلية. [112] على عكس البكتيريا ، تفتقر العتائق إلى الببتيدوغليكان في جدرانها الخلوية. [113] تمتلك الميثانوبتيدوجليكان جدرانًا خلوية تحتوي على الببتيدوجليكان الكاذب ، والذي يشبه الببتيدوغليكان eubacterial في التشكل والوظيفة والبنية الفيزيائية ، ولكن الببتيدوجليكان الكاذب متميز في التركيب الكيميائي ، فهو يفتقر إلى الأحماض الأمينية D و N-acetyluramic acid ، واستبدال الأخير بـ N-Acetyltalosamine حامض. [112]

            تُعرف الأسواط الأثرية باسم الأركيلا ، والتي تعمل مثل الأسواط البكتيرية - يتم تشغيل سيقانها الطويلة بواسطة محركات دوارة في القاعدة. يتم تشغيل هذه المحركات من خلال التدرج البروتوني عبر الغشاء ، لكن الأركيلا تختلف بشكل ملحوظ في التركيب والتطور. [108] نوعان من الأسواط نشأت من أسلاف مختلفة. يشترك السوط البكتيري في سلف مشترك مع نظام الإفراز من النوع الثالث ، [114] [115] بينما يبدو أن الأسواط البدائية قد تطورت من النوع الرابع من الشعيرات البكتيرية. [116] على النقيض من السوط البكتيري ، والذي يكون مجوفًا ويتم تجميعه بواسطة وحدات فرعية تتحرك أعلى المسام المركزية إلى طرف السوط ، يتم تصنيع السوط البدائي عن طريق إضافة وحدات فرعية في القاعدة. [117]

            تحرير الأغشية

            تتكون الأغشية البدائية من جزيئات تختلف اختلافًا واضحًا عن تلك الموجودة في جميع أشكال الحياة الأخرى ، مما يدل على أن العتائق لا ترتبط إلا بعيدًا بالبكتيريا وحقيقيات النوى. [118] في جميع الكائنات الحية ، تتكون أغشية الخلايا من جزيئات تعرف باسم الدهون الفوسفورية. تمتلك هذه الجزيئات جزءًا قطبيًا يذوب في الماء ("رأس" الفوسفات) ، وجزء غير قطبي "دهني" لا يذوب (الذيل الدهني). ترتبط هذه الأجزاء غير المتشابهة بشق الجلسرين. في الماء ، تتجمع الفسفوليبيدات ، حيث تواجه الرؤوس الماء وذيولها بعيدًا عنه. الهيكل الرئيسي في أغشية الخلايا هو طبقة مزدوجة من هذه الفسفوليبيدات ، والتي تسمى طبقة ثنائية الدهون. [119]

            تعتبر الفسفوليبيدات في العتائق غير عادية من أربع طرق:

            • تحتوي على أغشية تتكون من دهون الجلسرين والإيثر ، في حين أن البكتيريا وحقيقيات النوى لها أغشية تتكون أساسًا من الجلسرين - إستيرليبيد. [120] الاختلاف هو نوع الرابطة التي تربط الدهون بشق الجلسرين ، ويظهر النوعان باللون الأصفر في الشكل على اليمين. في دهون الإستر ، هذه رابطة إستر ، بينما في دهون الأثير هذه رابطة إيثر. [121]
            • الكيمياء الفراغية لشق الجلسرين البدائي هي صورة طبق الأصل لتلك الموجودة في الكائنات الحية الأخرى. يمكن أن يحدث جزء الجلسرين في شكلين هما صورتان متطابقتان لبعضهما البعض ، يطلق عليهما المتشاهدين. تمامًا كما لا تتناسب اليد اليمنى بسهولة مع القفاز الأيسر ، لا يمكن عمومًا استخدام المتضادات من نوع واحد أو صنعها بواسطة إنزيمات تتكيف مع النوع الآخر. بُنيت الفسفوليبيدات الأثرية على العمود الفقري لـ sn- الجلسرين - 1 - الفوسفات ، وهو متماثل لل sn- الجلسرين -3 الفوسفات ، العمود الفقري للفوسفوليبيد الموجود في البكتيريا وحقيقيات النوى. يشير هذا إلى أن العتائق تستخدم إنزيمات مختلفة تمامًا لتخليق الدهون الفوسفورية مقارنة بالبكتيريا وحقيقيات النوى. تطورت مثل هذه الإنزيمات في وقت مبكر جدًا من تاريخ الحياة ، مما يشير إلى انقسام مبكر عن المجالين الآخرين. [118]
            • تختلف ذيول الدهون البدائية عن تلك الموجودة في الكائنات الحية الأخرى من حيث أنها تستند إلى سلاسل طويلة من الأيزوبرينويد ذات فروع جانبية متعددة ، وأحيانًا مع حلقات سيكلوبروبان أو حلقي هكسان. [122] على النقيض من ذلك ، فإن الأحماض الدهنية في أغشية الكائنات الحية الأخرى لها سلاسل مستقيمة بدون فروع أو حلقات جانبية. على الرغم من أن الأيزوبرينويدات تلعب دورًا مهمًا في الكيمياء الحيوية للعديد من الكائنات الحية ، إلا أن الأركيا هي التي تستخدمها لصنع الدهون الفوسفورية. قد تساعد هذه السلاسل المتفرعة في منع تسرب الأغشية البدائية في درجات حرارة عالية. [123]
            • في بعض العتائق ، يتم استبدال طبقة ثنائية الدهون بطبقة أحادية. في الواقع ، تدمج العتائق ذيل جزيئين من الفوسفوليبيد في جزيء واحد برأسين قطبين (bolaamphiphile) ، وقد يجعل هذا الاندماج أغشيتها أكثر صلابة وأكثر قدرة على مقاومة البيئات القاسية. [124] على سبيل المثال ، الدهون في الفيروبلازما من هذا النوع ، الذي يُعتقد أنه يساعد في بقاء هذا الكائن الحي في بيئته شديدة الحموضة. [125]

            تُظهر الأركيا مجموعة كبيرة ومتنوعة من التفاعلات الكيميائية في عملية التمثيل الغذائي وتستخدم العديد من مصادر الطاقة. يتم تصنيف هذه التفاعلات إلى مجموعات غذائية ، اعتمادًا على مصادر الطاقة والكربون. تحصل بعض الأركيا على الطاقة من المركبات غير العضوية مثل الكبريت أو الأمونيا (وهي مواد كيميائية تغذوية). وتشمل هذه المواد الآزوتية والميثانوجينات ومؤكسدات الميثان اللاهوائية. [126] في هذه التفاعلات يمرر مركب إلكترونات إلى آخر (في تفاعل الأكسدة والاختزال) ، ويطلق الطاقة لتغذية أنشطة الخلية. مركب واحد يعمل كمانح للإلكترون والآخر كمستقبل للإلكترون. تُستخدم الطاقة المنبعثة لتوليد ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) من خلال التناضح الكيميائي ، وهي نفس العملية الأساسية التي تحدث في الميتوكوندريا للخلايا حقيقية النواة. [127]

            تستخدم مجموعات أخرى من الأركيا ضوء الشمس كمصدر للطاقة (فهي ضوئية التغذية) ، لكن عملية التمثيل الضوئي المولدة للأكسجين لا تحدث في أي من هذه الكائنات. [127] يتم تقاسم العديد من مسارات التمثيل الغذائي الأساسية بين جميع أشكال الحياة على سبيل المثال ، تستخدم العتائق شكلاً معدلًا من تحلل السكر (مسار Entner-Doudoroff) وإما دورة حمض الستريك الكاملة أو الجزئية. [128] ربما تعكس أوجه التشابه هذه مع الكائنات الحية الأخرى الأصول المبكرة في تاريخ الحياة ومستوى كفاءتها العالية. [129]

            الأنواع الغذائية في الأيض البدائي
            النوع الغذائي مصدر للطاقة مصدر الكربون أمثلة
            فوتوتروفس ضوء الشمس مركبات العضوية هالوباكتيريوم
            ليثوتروفس مركبات غير عضوية المركبات العضوية أو تثبيت الكربون فيروجلوبوس, الميثانوبكتيريا أو بيرولوبوس
            التغذية العضوية مركبات العضوية المركبات العضوية أو تثبيت الكربون بيروكوكس, سلفولوبس أو ميثانوسارسيناليس

            بعض Euryarchaeota عبارة عن ميثانوجينات (عتائق تنتج الميثان نتيجة لعملية التمثيل الغذائي) تعيش في بيئات لا هوائية ، مثل المستنقعات. تطور هذا الشكل من التمثيل الغذائي مبكرًا ، ومن الممكن أن يكون أول كائن حي حر هو الميثانوجين. [130] من التفاعلات الشائعة استخدام ثاني أكسيد الكربون كمتقبل للإلكترون لأكسدة الهيدروجين. يتضمن تكوين الميثان مجموعة من الإنزيمات المساعدة التي تنفرد بها هذه العتائق ، مثل الإنزيم المساعد M والميثانوفيوران. [131] يتم استخدام المركبات العضوية الأخرى مثل الكحول أو حمض الأسيتيك أو حمض الفورميك كمستقبلات بديلة للإلكترون بواسطة الميثانوجينات. ردود الفعل هذه شائعة في العتائق التي تعيش في القناة الهضمية. يتم تكسير حمض الخليك أيضًا إلى الميثان وثاني أكسيد الكربون مباشرة ، عن طريق خلات التغذية العتيقة. هذه الأسيتوتروف هي عتائق في ترتيب الميثانوسارسيناليس ، وهي جزء رئيسي من مجتمعات الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج الغاز الحيوي. [132]

            عتائق أخرى استخدام ثاني أكسيد الكربون
            2 في الغلاف الجوي كمصدر للكربون ، في عملية تسمى تثبيت الكربون (وهي ذاتية التغذية). تتضمن هذه العملية إما شكل معدل للغاية من دورة كالفين [134] أو مسار أيضي آخر يسمى دورة 3-هيدروكسي بروبيونات / 4-هيدروكسي بوتيرات. [135] كما تستخدم منطقة Crenarchaeota دورة كريبس العكسية بينما تستخدم منطقة Euryarchaeota أيضًا مسار الأسيتيل- CoA الاختزالي. [١٣٦] يتم تشغيل تثبيت الكربون بواسطة مصادر طاقة غير عضوية. لا توجد عتائق معروفة تقوم بإجراء عملية التمثيل الضوئي [137] (هالوباكتيريوم هو الأركيون الضوئي الوحيد المعروف ولكنه يستخدم عملية بديلة لعملية التمثيل الضوئي). تتنوع مصادر الطاقة القديمة للغاية ، وتتراوح من أكسدة الأمونيا بواسطة Nitrosopumilales [138] [139] إلى أكسدة كبريتيد الهيدروجين أو عنصر الكبريت بواسطة أنواع سلفولوبس، باستخدام أيونات الأكسجين أو المعادن كمستقبلات للإلكترون. [127]

            تستخدم عتائق التغذية الضوئية الضوء لإنتاج طاقة كيميائية على شكل ATP. في الهالوباكتيريا ، تولد مضخات الأيونات المنشطة بالضوء مثل بكتيريورودوبسين وهالورودوبسين تدرجات أيونية عن طريق ضخ الأيونات من وإلى الخلية عبر غشاء البلازما. يتم بعد ذلك تحويل الطاقة المخزنة في هذه التدرجات الكهروكيميائية إلى ATP بواسطة سينسيز ATP. [96] هذه العملية هي شكل من أشكال الفسفرة الضوئية. تعتمد قدرة هذه المضخات التي تعمل بالضوء على تحريك الأيونات عبر الأغشية على التغيرات التي يحركها الضوء في بنية العامل المساعد الريتينول المدفون في وسط البروتين. [140]

            تحتوي العتائق عادة على كروموسوم دائري واحد ، [141] مع ما يصل إلى 5،751،492 زوجًا قاعديًا في Methanosarcina acetivorans، [142] أكبر جينوم أثري معروف. الجينوم الصغير البالغ 490885 زوج أساسي لـ Nanoarchaeum equitans هو عُشر هذا الحجم ، وأصغر جينوم أثري معروف يُقدر أنه يحتوي فقط على 537 جينًا لترميز البروتين. [143] تسمى قطع أصغر مستقلة من الحمض النووي البلازميدات، توجد أيضًا في العتائق. يمكن نقل البلازميدات بين الخلايا عن طريق الاتصال الجسدي ، في عملية قد تكون مشابهة للاقتران البكتيري. [144] [145]

            تختلف العتائق وراثيًا عن البكتيريا وحقيقيات النوى ، مع وجود ما يصل إلى 15٪ من البروتينات المشفرة بواسطة أي جينوم بدائي واحد فريد من نوعه في المجال ، على الرغم من أن معظم هذه الجينات الفريدة ليس لها وظيفة معروفة. [147] من بقية البروتينات الفريدة التي لها وظيفة محددة ، ينتمي معظمها إلى Euryarchaeota وتشارك في تكوين الميثان. تشكل البروتينات التي تشترك فيها العتائق والبكتيريا وحقيقيات النوى نواة مشتركة لوظيفة الخلية ، تتعلق في الغالب بالنسخ والترجمة واستقلاب النوكليوتيدات. [148] السمات الأثرية الأخرى المميزة هي تنظيم الجينات ذات الوظيفة ذات الصلة - مثل الإنزيمات التي تحفز الخطوات في نفس المسار الأيضي إلى أوبراز جديدة ، والاختلافات الكبيرة في جينات الحمض الريبي النووي النقال وتركيز aminoacyl tRNA. [148]

            يشبه النسخ في العتائق حقيقيات النوى أكثر من النسخ البكتيري ، مع كون بوليميراز الحمض النووي الريبي البدائي قريبًا جدًا من مكافئته في حقيقيات النوى ، [141] بينما تُظهر الترجمة الأثرية علامات على كلٍّ من البكتيرية وحقيقية النواة. [149] على الرغم من أن العتائق تحتوي على نوع واحد فقط من بوليميريز الحمض النووي الريبي ، إلا أن تركيبتها ووظيفتها في النسخ تبدو قريبة من تلك الموجودة في بوليميريز الحمض النووي الريبي حقيقية النواة II ، مع وجود تجمعات بروتينية مماثلة (عوامل النسخ العامة) التي توجه ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي إلى محفز الجين ، [150] لكن عوامل النسخ البدائية الأخرى أقرب لتلك الموجودة في البكتيريا. [151] يعد التعديل اللاحق للنسخ أبسط مما هو عليه في حقيقيات النوى ، نظرًا لأن معظم الجينات البدائية تفتقر إلى الإنترونات ، على الرغم من وجود العديد من الإنترونات في جينات RNA المنقولة و RNA الريبوزومي ، [152] وقد تحدث الإنترونات في عدد قليل من جينات ترميز البروتين. [153] [154]

            تعديل نقل الجينات والتبادل الجيني

            هالوفيراكس فولكاني، آركون شديد الملوحة ، يشكل جسورًا هيوليًا بين الخلايا التي يبدو أنها تستخدم لنقل الحمض النووي من خلية إلى أخرى في أي من الاتجاهين. [155]

            عندما عتائق الحرارة Sulfolobus solfataricus [156] و سلفولوبوس أسيدوكالداريوس [157] تتعرض للإشعاع فوق البنفسجي المدمر للحمض النووي أو لعوامل البليومايسين أو الميتوميسين C ، يتم تحفيز التراكم الخلوي الخاص بالأنواع. التجميع في S. solfataricus لا يمكن أن يكون سببها ضغوط جسدية أخرى ، مثل درجة الحموضة أو تغير درجة الحرارة ، [156] مما يشير إلى أن التجميع ناتج بشكل خاص عن تلف الحمض النووي. أجون وآخرون. [157] أظهر أن التجميع الخلوي المستحث بالأشعة فوق البنفسجية يتوسط في تبادل الواسمات الصبغية بتردد عالٍ في S. acidocaldarius. تجاوزت معدلات إعادة التركيب معدلات الثقافات غير المستحثة بما يصل إلى ثلاثة أوامر من حيث الحجم. فرولس وآخرون. [156] [158] وأجون وآخرون.[157] افترض أن التجميع الخلوي يعزز نقل الحمض النووي الخاص بالأنواع فيما بينها سلفولوبس من أجل توفير إصلاح متزايد للحمض النووي التالف عن طريق إعادة التركيب المتماثل. قد تكون هذه الاستجابة شكلاً بدائيًا من التفاعل الجنسي مشابهًا لأنظمة التحول البكتيرية المدروسة جيدًا والتي ترتبط أيضًا بنقل الحمض النووي الخاص بالأنواع بين الخلايا مما يؤدي إلى إصلاح تأشيب متماثل لتلف الحمض النووي. [159]

            تحرير الفيروسات البدائية

            تعد العتائق هدفًا لعدد من الفيروسات في محيط متنوع مختلف عن الفيروسات البكتيرية وحقيقية النواة. تم تنظيمها في 15-18 عائلة قائمة على الحمض النووي حتى الآن ، لكن الأنواع المتعددة لا تزال غير معزولة وتنتظر التصنيف. [160] [161] [162] يمكن تقسيم هذه العائلات بشكل غير رسمي إلى مجموعتين: عتيقة محددة وعالمية. تستهدف الفيروسات الخاصة بالآثار القديمة الأنواع القديمة فقط وتشمل حاليًا 12 عائلة. تم ملاحظة العديد من الهياكل الفيروسية الفريدة التي لم يتم تحديدها سابقًا في هذه المجموعة ، بما في ذلك: فيروسات على شكل زجاجة ، وشكل مغزل ، وشكل ملف ، وشكل قطيرات. [161] في حين أن الدورات التناسلية والآليات الجينومية للأنواع الخاصة بالعتيقات قد تكون مشابهة لفيروسات أخرى ، إلا أنها تحمل خصائص فريدة تم تطويرها على وجه التحديد بسبب شكل الخلايا المضيفة التي تصيبها. [160] تختلف آليات إطلاق الفيروس الخاصة بهم عن تلك الخاصة بالعاقمات الأخرى. تخضع العاثيات عمومًا إما للمسارات التحليلية ، أو المسارات اللايسوجينية ، أو (نادرًا) لمزيج من الاثنين. [163] تحافظ معظم السلالات الفيروسية الخاصة بالعتائق على علاقة مستقرة وليستوجينية إلى حد ما مع مضيفيها - وتبدو كعدوى مزمنة. يتضمن هذا الإنتاج والإفراج التدريجي والمستمر للفيريونات دون قتل الخلية المضيفة. [164] أشار Prangishyili (2013) إلى أنه تم الافتراض بأن العاثيات البدائية الذيل نشأت من العاثيات القادرة على إصابة الأنواع الهلورية. إذا كانت الفرضية صحيحة ، فيمكن استنتاج أن فيروسات الدنا مزدوجة الشريطة الأخرى التي تشكل بقية المجموعة الخاصة بالعتائق هي مجموعتها الفريدة في المجتمع الفيروسي العالمي. كروبوفيتش وآخرون (2018) تنص على أن المستويات العالية من نقل الجينات الأفقي ، ومعدلات الطفرات السريعة في الجينوم الفيروسي ، ونقص التسلسل الجيني العالمي ، قد دفعت الباحثين إلى إدراك المسار التطوري للفيروسات البدائية كشبكة. قد يشير عدم وجود أوجه تشابه بين علامات النشوء والتطور في هذه الشبكة والفيروسفير العالمي ، فضلاً عن الروابط الخارجية بالعناصر غير الفيروسية ، إلى أن بعض أنواع فيروسات الأركيا المحددة تطورت من عناصر وراثية متحركة غير فيروسية (MGE). [161]

            تمت دراسة هذه الفيروسات بأكبر قدر من التفصيل في المحبة الحرارية ، ولا سيما أوامر Sulfolobales و Thermoproteales. [165] تم مؤخرًا عزل مجموعتين من فيروسات الدنا أحادية السلسلة التي تصيب العتائق. يتم تمثيل مجموعة واحدة من قبل فيروس Halorubrum متعدد الأشكال 1 (Pleolipoviridae) إصابة العتائق المحبة للملح ، [166] والآخر من قبل فيروس Aeropyrum على شكل ملف (Spiraviridae) إصابة مضيف شديد الحرارة (النمو الأمثل عند 90-95 درجة مئوية). [167] والجدير بالذكر أن الفيروس الأخير لديه أكبر جينوم ssDNA تم الإبلاغ عنه حاليًا. قد تشتمل الدفاعات ضد هذه الفيروسات على تدخل الحمض النووي الريبي من تسلسلات الحمض النووي المتكررة المرتبطة بجينات الفيروسات. [168] [169]

            تتكاثر العتائق لاجنسيًا عن طريق الانشطار الثنائي أو المتعدد ، أو التفتت ، أو الانقسام الفتيلي الناشئ ، ولا يحدث الانقسام الاختزالي ، لذلك إذا كان نوع من العتائق موجودًا في أكثر من شكل واحد ، فكلها لها نفس المادة الجينية. [96] يتم التحكم في انقسام الخلية في دورة الخلية بعد تكرار كروموسوم الخلية وفصل الكروموسومات الابنة ، وتنقسم الخلية. [170] في الجنس سلفولوبس، الدورة لها خصائص مشابهة لكل من الأنظمة البكتيرية وحقيقية النواة. تتكاثر الكروموسومات من نقاط بداية متعددة (أصول النسخ المتماثل) باستخدام بوليميرات الحمض النووي التي تشبه الإنزيمات حقيقية النواة. [171]

            في Euryarchaeota ، يشبه بروتين الانقسام الخلوي FtsZ ، والذي يشكل حلقة متقلصة حول الخلية ، ومكونات الحاجز الذي يتم إنشاؤه عبر مركز الخلية ، معادلاتها البكتيرية. [170] في كرين- [172] [173] وتومارشيا ، [174] تؤدي آلية انقسام الخلايا Cdv دورًا مشابهًا. ترتبط هذه الآلية بآلية ESCRT-III حقيقية النواة والتي ، على الرغم من أنها اشتهرت بدورها في فرز الخلايا ، فقد لوحظ أيضًا أنها تؤدي دورًا في الفصل بين الخلايا المقسمة ، مما يشير إلى دور سلف في انقسام الخلايا. [175]

            كل من البكتيريا وحقيقيات النوى ، ولكن ليس العتائق ، تصنع الأبواغ. [176] تخضع بعض أنواع هالواركيا للتبديل الظاهري وتنمو في عدة أنواع مختلفة من الخلايا ، بما في ذلك الهياكل ذات الجدران السميكة المقاومة للصدمات التناضحية وتسمح للعتائق بالبقاء على قيد الحياة في الماء بتركيزات منخفضة من الملح ، ولكنها ليست هياكل تكاثرية وقد بدلاً من ذلك ، ساعدهم في الوصول إلى موائل جديدة. [177]

            تحرير الاتصالات

            كان يُعتقد في الأصل أن استشعار النصاب غير موجود في الأركيا ، لكن الدراسات الحديثة أظهرت أدلة على أن بعض الأنواع قادرة على إجراء الحديث المتبادل من خلال استشعار النصاب. أظهرت دراسات أخرى تفاعلات تركيبية بين العتائق والبكتيريا أثناء نمو الأغشية الحيوية. على الرغم من أن البحث محدود في استشعار النصاب البدائي ، فقد كشفت بعض الدراسات عن بروتينات LuxR في الأنواع البدائية ، وأظهرت أوجه تشابه مع البكتيريا LuxR ، وفي النهاية سمحت باكتشاف الجزيئات الصغيرة المستخدمة في الاتصالات عالية الكثافة. على غرار البكتيريا ، أظهرت المعزوفات المنفردة Archaea LuxR أنها ترتبط بـ AHLs (lactones) و ligans غير AHL ، وهو جزء كبير في إجراء الاتصالات بين الأنواع ، بين الأنواع ، والتواصل بين الأنواع من خلال استشعار النصاب. [178]

            الموائل تحرير

            توجد العتائق في مجموعة واسعة من الموائل ، ويتم التعرف عليها الآن كجزء رئيسي من النظم البيئية العالمية ، [17] وقد تمثل حوالي 20٪ من الخلايا الميكروبية في المحيطات. [179] ومع ذلك ، فإن الكائنات البدائية المكتشفة لأول مرة كانت متطرفة. [126] في الواقع ، بعض العتائق تعيش في درجات حرارة عالية ، غالبًا ما تكون أعلى من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، كما هو موجود في السخانات ، والمدخنين السود ، وآبار النفط. تشمل الموائل الشائعة الأخرى الموائل شديدة البرودة والمياه شديدة الملوحة أو الحمضية أو القلوية ، لكن العتائق تشمل mesophiles التي تنمو في ظروف معتدلة ، في المستنقعات والمستنقعات ، ومياه الصرف الصحي ، والمحيطات ، والمسالك المعوية للحيوانات ، والتربة. [17]

            العتائق المتطرفة هي أعضاء في أربع مجموعات فسيولوجية رئيسية. هذه هي الهالوفيلات ، المحبة للحرارة ، القلويات ، والحمضيات. [180] هذه المجموعات ليست شاملة أو خاصة باللجوء ، كما أنها ليست متعارضة ، لأن بعض الأركيا تنتمي إلى عدة مجموعات. ومع ذلك ، فهي نقطة انطلاق مفيدة للتصنيف. [181]

            الهالوفيل ، بما في ذلك الجنس هالوباكتيريوم، تعيش في بيئات شديدة الملوحة مثل البحيرات المالحة وتفوق عدد نظيراتها البكتيرية عند ملوحة أكبر من 20-25٪. [126] ينمو عشاق الحرارة بشكل أفضل في درجات حرارة أعلى من 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت) ، في أماكن مثل الينابيع الساخنة مفرط الحرارة تنمو العتائق على النحو الأمثل عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت). [182] الأثرية Methanopyrus kandleri يمكن أن تتكاثر السلالة 116 عند 122 درجة مئوية (252 درجة فهرنهايت) ، وهي أعلى درجة حرارة مسجلة لأي كائن حي. [183]

            توجد عتائق أخرى في ظروف حمضية أو قلوية للغاية. [١٨٠] على سبيل المثال ، أحد أكثر أنواع الحموضة البدائية تطرفًا هو Picrophilus torridus، والذي ينمو عند درجة حموضة 0 ، وهو ما يعادل الازدهار في 1.2 مولار حامض الكبريتيك. [184]

            هذه المقاومة للبيئات القاسية جعلت من العتائق محط تركيز التكهنات حول الخصائص المحتملة للحياة خارج كوكب الأرض. [185] لا تختلف بعض الموائل المتطرفة عن تلك الموجودة على المريخ ، [186] مما أدى إلى اقتراح أن الميكروبات القابلة للحياة يمكن أن تنتقل بين الكواكب في النيازك. [187]

            في الآونة الأخيرة ، أظهرت العديد من الدراسات أن الأركيا لا توجد فقط في البيئات المحبة للحرارة والوسطى ولكنها موجودة أيضًا ، وأحيانًا بأعداد كبيرة ، في درجات حرارة منخفضة أيضًا. على سبيل المثال ، تعتبر العتائق شائعة في البيئات المحيطية الباردة مثل البحار القطبية. [188] والأهم من ذلك هو الأعداد الكبيرة من العتائق الموجودة في جميع أنحاء محيطات العالم في موائل غير متطرفة بين مجتمع العوالق (كجزء من العوالق البيكوبلانكتون). [189] على الرغم من أن هذه الأركيا يمكن أن توجد بأعداد كبيرة للغاية (تصل إلى 40٪ من الكتلة الحيوية الميكروبية) ، إلا أنه لم يتم عزل أي من هذه الأنواع تقريبًا ودراستها في الثقافة النقية. [190] وبالتالي ، فإن فهمنا لدور العتائق في بيئة المحيطات بدائي ، لذا فإن تأثيرها الكامل على الدورات البيوجيوكيميائية العالمية لا يزال غير مستكشف إلى حد كبير. [191] بعض Crenarchaeota البحرية قادرة على النترجة ، مما يشير إلى أن هذه الكائنات الحية قد تؤثر على دورة النيتروجين المحيطية ، [138] على الرغم من أن هذه الكائنات المحيطية Crenarchaeota قد تستخدم أيضًا مصادر أخرى للطاقة. [192]

            توجد أيضًا أعداد هائلة من الأركيا في الرواسب التي تغطي قاع البحر ، وتشكل هذه الكائنات الحية غالبية الخلايا الحية على أعماق تزيد عن متر واحد تحت قاع المحيط. [193] [194] لقد ثبت أنه في جميع الرواسب السطحية للمحيطات (من 1000 إلى 10000 متر من عمق المياه) ، يكون تأثير العدوى الفيروسية أعلى على العتائق منه على البكتيريا وتحلل العتائق الناجم عن الفيروسات. قتل ما يصل إلى ثلث إجمالي الكتلة الحيوية الميكروبية ، مما أدى إلى إطلاق

            0.3 إلى 0.5 جيجا طن من الكربون سنويًا على مستوى العالم. [195]

            دور في تدوير المواد الكيميائية تحرير

            تقوم الأركيا بإعادة تدوير العناصر مثل الكربون والنيتروجين والكبريت من خلال موائلها المختلفة. [196] تقوم الأركيا بالعديد من الخطوات في دورة النيتروجين. يتضمن ذلك كلاً من التفاعلات التي تزيل النيتروجين من النظم البيئية (مثل التنفس القائم على النترات ونزع النتروجين) وكذلك العمليات التي تدخل النيتروجين (مثل استيعاب النترات وتثبيت النيتروجين). [197] [198] اكتشف الباحثون مؤخرًا تورط العتائق في تفاعلات أكسدة الأمونيا. ردود الفعل هذه مهمة بشكل خاص في المحيطات. [139] [199] كما يبدو أن العتائق ضرورية لأكسدة الأمونيا في التربة. إنها تنتج النتريت ، والتي تتأكسد بعد ذلك الميكروبات الأخرى لتصبح نترات. تستهلك النباتات والكائنات الأخرى هذا الأخير. [200]

            في دورة الكبريت ، تطلق العتائق التي تنمو عن طريق أكسدة مركبات الكبريت هذا العنصر من الصخور ، مما يجعلها متاحة للكائنات الحية الأخرى ، ولكن العتائق التي تقوم بذلك ، مثل سلفولوبس، ينتج حمض الكبريتيك كمنتج نفايات ، ويمكن أن يساهم نمو هذه الكائنات الحية في المناجم المهجورة في تصريف المناجم الحمضي والأضرار البيئية الأخرى. [201]

            في دورة الكربون ، تزيل عتائق الميثانوجين الهيدروجين وتلعب دورًا مهمًا في تحلل المواد العضوية من قبل مجموعات الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل كمحللات في النظم البيئية اللاهوائية ، مثل الرواسب والمستنقعات وأعمال معالجة مياه الصرف الصحي. [202]

            التفاعلات مع الكائنات الحية الأخرى تحرير

            التفاعلات جيدة التوصيف بين العتائق والكائنات الأخرى إما متبادلة أو متكافئة. لا توجد أمثلة واضحة على مسببات الأمراض أو الطفيليات البدائية المعروفة ، [203] [204] ولكن تم اقتراح بعض أنواع الميثانوجينات لتكون متورطة في العدوى في الفم ، [205] [206] و Nanoarchaeum equitans قد يكون طفيليًا من نوع آخر من العتائق ، لأنه يعيش فقط ويتكاثر داخل خلايا Crenarchaeon Ignicoccus hospitalis، [143] ويبدو أنه لا يقدم أي فائدة لمضيفه. [207]

            تحرير التبادلية

            أحد الأمثلة المفهومة جيدًا على التبادلية هو التفاعل بين الكائنات الأولية والعتيقة المولدة للميثان في المسالك الهضمية للحيوانات التي تهضم السليلوز ، مثل المجترات والنمل الأبيض. [208] في هذه البيئات اللاهوائية ، يحطم البروتوزوا السليلوز النباتي للحصول على الطاقة. تطلق هذه العملية الهيدروجين كمنتج نفايات ، لكن المستويات العالية من الهيدروجين تقلل من إنتاج الطاقة. عندما تحول الميثانوجينات الهيدروجين إلى ميثان ، تستفيد الكائنات الأولية من المزيد من الطاقة. [209]

            في الأوليات اللاهوائية ، مثل بلاجيوبيلا فرونتاتا، العتائق موجودة داخل البروتوزوا وتستهلك الهيدروجين المنتج في الهيدروجين. [210] [211] كما ترتبط الأركيا بكائنات أكبر. على سبيل المثال ، العتيقة البحرية تعايش Cenarchaeum يعيش داخل (تعايش داخلي من) الإسفنج أكسينيلا ميكسيكانا. [212]

            Commensalism تحرير

            يمكن أن تكون الأركيا أيضًا مكافآت ، وتستفيد من ارتباط دون مساعدة الكائن الحي الآخر أو إلحاق الضرر به. على سبيل المثال ، الميثانوجين ميثانوبريفيباكتر سميثي هي إلى حد بعيد أكثر الكائنات القديمة شيوعًا في النباتات البشرية ، حيث تشكل حوالي واحد من كل عشرة من جميع بدائيات النوى في الأمعاء البشرية. [213] في النمل الأبيض والبشر ، قد تكون هذه الميثانوجينات في الواقع متبادلة ، وتتفاعل مع الميكروبات الأخرى في الأمعاء للمساعدة على الهضم. [214] كما ترتبط المجتمعات الأثرية بمجموعة من الكائنات الحية الأخرى ، مثل تلك الموجودة على سطح الشعاب المرجانية ، [215] وفي منطقة التربة التي تحيط بجذور النباتات (الجذور). [216] [217]

            تعتبر العتائق المتطرفة ، خاصة تلك المقاومة للحرارة أو درجات الحموضة والقلوية الشديدة ، مصدرًا للإنزيمات التي تعمل في ظل هذه الظروف القاسية. [218] [219] وجدت هذه الإنزيمات استخدامات عديدة. على سبيل المثال ، بوليميراز الحمض النووي القابل للحرارة ، مثل بوليميراز الحمض النووي Pfu من Pyrococcus furiosus، أحدثت ثورة في البيولوجيا الجزيئية من خلال السماح باستخدام تفاعل البلمرة المتسلسل في البحث كأسلوب بسيط وسريع لاستنساخ الحمض النووي. في الصناعة ، amylases ، galactosidases و pullulanases في الأنواع الأخرى من بيروكوكس التي تعمل عند أكثر من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) تسمح بمعالجة الطعام في درجات حرارة عالية ، مثل إنتاج الحليب ومصل اللبن منخفض اللاكتوز. [220] تميل الإنزيمات من هذه العتائق المحبة للحرارة أيضًا إلى أن تكون مستقرة جدًا في المذيبات العضوية ، مما يسمح باستخدامها في عمليات صديقة للبيئة في الكيمياء الخضراء التي تصنع المركبات العضوية. [219] هذا الاستقرار يجعل استخدامها أسهل في علم الأحياء البنيوي. وبالتالي ، غالبًا ما تُستخدم نظائر الإنزيمات البكتيرية أو حقيقية النواة من العتائق المتطرفة في الدراسات الهيكلية. [221]

            على النقيض من مجموعة تطبيقات الإنزيمات القديمة ، فإن استخدام الكائنات الحية نفسها في التكنولوجيا الحيوية أقل تطوراً. تعتبر العتائق الميثانوجينية جزءًا حيويًا من معالجة مياه الصرف الصحي ، لأنها جزء من مجتمع الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية الهضم اللاهوائي وتنتج الغاز الحيوي. [222] في معالجة المعادن ، تبشر العتائق المحبة للحمض باستخراج المعادن من الخامات ، بما في ذلك الذهب والكوبالت والنحاس. [223]

            تستضيف الأركيا فئة جديدة من المضادات الحيوية التي يحتمل أن تكون مفيدة. تم تمييز عدد قليل من هذه الأركيوسين ، ولكن يعتقد بوجود مئات أخرى ، خاصة في الداخل هالوارشا و سلفولوبس. تختلف هذه المركبات في التركيب عن المضادات الحيوية البكتيرية ، لذلك قد يكون لها طرق عمل جديدة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تسمح بإنشاء علامات اختيار جديدة للاستخدام في البيولوجيا الجزيئية الأثرية. [224]


            إصلاح عدم التوافق

            مسار MutL-MutS الكنسي

            MMR هي العملية التي يتم من خلالها الكشف عن القواعد التي تم دمجها في الخطأ بواسطة آلية تكرار الحمض النووي وتصحيحها. تم تمييز مسار MutL-MutS MMR لأول مرة في الإشريكية القولونية موجود في معظم البكتيريا (باستثناء البكتيريا الشعاعية) وفي حقيقيات النوى ، ولكنه يمثل الاستثناء وليس القاعدة في العتائق (Kelman and White 2005). تفتقر معظم الأركيا إلى متماثلات MutS و MutL المعقولة ، وأولئك الذين يمتلكونها يميلون إلى أن يكونوا من عشاق درجة الحرارة مثل halophiles وميثانوجينات methanogens التي من المرجح أن تلتقط هذه الجينات عن طريق النقل الجانبي للجينات من البكتيريا (الشكل 2). إن طريقة وراثة مسار MMR البكتيري من البكتيريا إلى حقيقيات النوى هي مسألة تخمين. أحد الاحتمالات هو أن حدث التعايش الداخلي الذي أدى إلى تطور الميتوكوندريا من بكتيريا ألفا البروتينية سمح للجينات البكتيرية لـ MMR بالتأسيس في جينوم حقيقيات النوى المبكر. الاحتمال البديل هو أن حقيقيات النوى ورثت آلية MMR البكتيرية عبر سلالتها البدائية. من الجدير بالذكر أن عتائق ASGARD بما في ذلك Lokiarchaeum و Thorarchaeum ، والتي تم اقتراحها على أنها أكثر العتائق الموجودة صلةً بأسلاف حقيقيات النوى (Eme). وآخرون. 2017) ، تمتلك متماثلات واضحة لـ MutS و MutL.

            الدور الناشئ لأندوم

            لا ينعكس عدم وجود MMR الكنسي في معظم الأثريات في معدلات الطفرات العالية (Grogan 2004) ، وحذف MutS-MutL في هالوباكتيريوم ساليناروم لم يؤد إلى ظهور النمط الظاهري للطفرات المفرطة (Busch and DiRuggiero 2010). تشير هذه الملاحظات إلى وجود مسارات بديلة لاكتشاف وإزالة حالات عدم التطابق بعد تكرار الحمض النووي.

            للبحث عن هذا المسار ، إيشينو وآخرون. (2016) شاشة وظيفية للإنزيمات القادرة على شق عدم تطابق الحمض النووي في Pyrococcus furiosus. نتج عن ذلك تحديد إنزيم ، والذي تم تسميته EndoMS بسبب عدم تطابق نووي داخلي محدد ، قادر على شق مجموعة من الحمض النووي غير المتطابق عن طريق إدخال انشقاقات متداخلة في كلا خيوط الحمض النووي ، تاركًا 5 nt 5-overhangs (Ishino وآخرون. 2016). تم التعرف على EndoMS في الأصل في مختبر Myllykallio وتم تسميته NucS ، بناءً على نشاطه ضد الحمض النووي أحادي السلسلة (Ren). وآخرون. 2009). كشفت بنية NucS عن تنظيم ثنائي المجال ثنائي المجال ، وقد ظهر أن الإنزيم يشكل تفاعلًا فيزيائيًا مع المشبك المنزلق PCNA (مستضد الخلية النووي المتكاثر) (Ren وآخرون. 2009). نظرًا لأن الإنزيم يتمتع بخصوصية أعلى بكثير في حالات عدم التطابق مقارنةً بالأنزيم المتفرعة أو ssDNA ، فسيتم استخدام التسمية "EndoMS" من الآن فصاعدًا. يكشف الحمض النووي الحديث: التركيب البلوري المشترك للبروتين أن EndoMS يلتف حول ركائز الحمض النووي غير المتطابقة ، ويقلب قاعدتين ويقطع العمود الفقري للحمض النووي بطريقة تذكرنا بأنزيمات التقييد من النوع الثاني (Nakae) وآخرون. 2016) (الشكل 3). يكون الإنزيم نشطًا ضد عدم تطابق G-T و G-G و T-T و T-C و A-G ، ولكن ليس ضد عدم تطابق C-C أو A-C أو A-A في المختبر (إيشينو وآخرون. 2016) ، وهو ما يتوافق مع ارتباطات ارتباط أعلى للركائز ذات G أو T غير متطابق (Nakae وآخرون. 2016).

            هيكل ثنائى EndoMS المرتبط بالحمض النووي (Nakae وآخرون. 2016). تظهر وحدات EndoMS الفرعية باللونين السماوي والأخضر ، مع وجود مجال dimerisation N-terminal في الأعلى ومجالات nuclease C-terminal في الأسفل. تتم الإشارة إلى موقعي التحفيز بواسطة المجالات الخضراء التي تشير إلى أيونات المغنيسيوم النشطة في الموقع. يتم تشويه الحمض النووي المزدوج (الأزرق) عن طريق ربط EndoMS ويتم قلب قاعدتين.

            هيكل ثنائى EndoMS المرتبط بالحمض النووي (Nakae وآخرون. 2016). تظهر وحدات EndoMS الفرعية باللونين السماوي والأخضر ، مع وجود مجال dimerisation N-terminal في الجزء العلوي ومجالات nuclease C- الطرفية في الأسفل. تتم الإشارة إلى موقعي التحفيز بواسطة المجالات الخضراء التي تشير إلى أيونات المغنيسيوم النشطة في الموقع.يتم تشويه الحمض النووي المزدوج (الأزرق) عن طريق ربط EndoMS ويتم قلب قاعدتين.

            يمتلك EndoMS توزيعًا معقدًا في الأركيا (الشكل 2) ، مع أمثلة في الملاحات ، ومختلف أنواع الحرارة من الشعبة crenarchaeal و euryarchaeal ، و Thorarchaeum من شعبة ASGARD. يوجد EndoMS أيضًا في بعض الجينومات البكتيرية ، وخاصة البكتيريا الشعاعية الشعبة حيث تغيب MutS-MutL بشكل عام. أظهرت شاشة لجينات تجنب الطفرات أن حذف الجين الذي يشفر EndoMS في المتفطرة اللطخة نتج عن النمط الظاهري للطفرات المفرطة ، زيادة معدل الطفرة الخلفية بحوالي 100 ضعف (كاستانيدا-غارسيا وآخرون. 2017). ترجع معدلات الطفرات المرتفعة إلى المستويات المرتفعة من التحولات (A: T إلى G: C أو G: C إلى A: T) ، وهي سمة مميزة لخلل في MMR ، ولوحظت تأثيرات مماثلة عندما تم حذف EndoMS في Streptomyces coelicolor. لا يوجد نشاط نوكلياز للبكتيريا الفطرية EndoMS عند تقديمه مع ركائز DNA غير متطابقة في المختبر، مما يشير إلى أنه لا يزال يتعين تحديد المكونات الإضافية في مسار MMR غير المتعارف عليه (Castaneda-Garcia وآخرون. 2017).

            مجتمعة ، تقدم الدراسات التي أجريت على العتائق والبكتيريا حالة مقنعة أن EndoMS تشارك في مسار MMR. ومع ذلك ، لا يزال يتعين توضيح العديد من الجوانب الهامة لهذا المسار. توليد فواصل مزدوجة الجدائل (DSB) من قبل P. furiosus يشير EndoMS إلى عملية MMR التي تعمل عبر HR / DSBR (Ishino وآخرون. 2016). هذا له ميزة أنه ليست هناك حاجة لتحديد خيوط الحمض النووي الوليدة لتحديد القاعدة غير المتطابقة ، حيث سيتم استئصال كليهما خلال DSBR. إن الملاحظة القائلة بأن EndoMS موجود أحيانًا في أوبرا مع recombinase RadA تقدم مزيدًا من الدعم لهذه الفرضية (Ren وآخرون. 2009). ومع ذلك ، فإن إنشاء DSB في كل مرة يتم فيها اكتشاف عدم تطابق يبدو استراتيجية محفوفة بالمخاطر ، ما لم تكن الموارد البشرية فعالة للغاية. ربما يكون هذا هو الحال في العديد من Euryarchaea ، وهي متعددة الصيغ الصبغية بشكل كبير. إنه أقل وضوحًا بالنسبة لـ Crenarchaea ، التي لديها دورة خلية تشبه حقيقيات النوى مع مراحل أحادية الصبغية ومزدوجة الصبغيات (Lundgren and Bernander 2007). من الواضح أن تشريح المسار وإعادة تشكيله باستخدام التقنيات الجينية والكيميائية الحيوية يمثل أولوية ملحة. قد يوفر تفاعل EndoMS الأثري مع المشبك المنزلق PCNA وسيلة لتحديد موقع EndoMS في شوكة النسخ لاستجواب الحمض النووي المركب حديثًا ، ويمكن أن يمنح الفرصة للمشاركة في الموقع لمجموعة متنوعة من إنزيمات معالجة الحمض النووي على حزام أدوات PCNA (Beattie and بيل 2011). في هذا الصدد ، سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كان بروتين EndoMS البكتيري يتطلب تفاعلًا مع المشبك الانزلاقي البكتيري للنشاط.


            خصائص البكتيريا القديمة

            تمتلك البكتيريا العتيقة عددًا من الخصائص التي لم تظهر في أنواع الخلايا "الحديثة". وتشمل هذه:

            تحتوي البكتيريا العتيقة على أغشية خلوية مصنوعة من الدهون الفسفورية المرتبطة بالإيثر ، بينما تصنع البكتيريا وحقيقيات النوى أغشية الخلايا من الفوسفوليبيدات المرتبطة بالإيستر

            تستخدم بكتيريا Archaebacteria سكرًا مشابهًا ، ولكن ليس مثل ، سكر الببتيدوغليكان المستخدم في أغشية الخلايا البكتيرية.

            تحتوي البكتيريا العتيقة على كروموسوم واحد مستدير يشبه البكتيريا ، لكن نسخها الجيني مشابه لما يحدث في نوى الخلايا حقيقية النواة.

            يؤدي هذا إلى الموقف الغريب المتمثل في أن معظم الجينات التي تنطوي على معظم وظائف الحياة ، مثل إنتاج غشاء الخلية ، تشترك فيها بكتيريا Eukarya والبكتيريا بشكل وثيق - لكن الجينات المشاركة في عملية النسخ الجيني تكون مشتركة بشكل وثيق بين Eukarya و Archaea.

            قاد هذا بعض العلماء إلى اقتراح أن الخلايا حقيقية النواة نشأت من اندماج البكتيريا البدائية مع البكتيريا ، ربما عندما بدأت البكتيريا البدائية في العيش بشكل تعايش داخلي داخل خلية بكتيرية.

            يعتقد علماء آخرون أن حقيقيات النوى تنحدر مباشرة من البكتيريا البدائية ، بناءً على اكتشافات أنواع البكتيريا القديمة ، Lokiarcheota، والتي تحتوي على بعضها موجود فقط في حقيقيات النوى ، والتي في حقيقيات النوى ترمز للجينات ذات القدرات الفريدة في حقيقيات النوى.

            ويعتقد أن Lokiarcheota قد يكون شكلاً انتقاليًا بين Archaea و Eukaryota.

            3. فقط البكتيريا القديمة هي القادرة على تكوين الميثان - وهو شكل من أشكال التنفس اللاهوائي الذي ينتج الميثان.

            توجد أيضًا البكتيريا العتيقة التي تستخدم أشكالًا أخرى من التنفس الخلوي ، لكن الخلايا المنتجة للميثان غير موجودة في البكتيريا أو حقيقيات النوى.

            4. الاختلافات في الحمض النووي الريبي الريباسي التي تشير إلى أنها تباعدت عن كل من البكتيريا وحقيقيات النوى في نقطة ما في الماضي البعيد


            العتائق: النظاميات

            تشكل الأركيا أحد المجالات الثلاثة التي يمكن تقسيم كل أشكال الحياة المعروفة إليها. هناك مجالان آخران للحياة. واحدة من هذه هي Eukaryota ، والتي تضم النباتات والحيوانات والفطريات والطلائعيات. باستثناء الطلائعيات ، عُرفت هذه الكائنات ودُرست منذ زمن أرسطو ، وهي الكائنات الحية التي تعرفها على الأرجح. المجال الثاني الذي تم اكتشافه هو البكتيريا ، التي لوحظت لأول مرة في القرن السابع عشر تحت المجهر من قبل أشخاص مثل عالم الطبيعة الهولندي أنتوني فان ليفينهوك.

            جعل الحجم الصغير للبكتيريا من الصعب دراستها. اعتمدت التصنيفات المبكرة على شكل الأفراد وظهور المستعمرات في ثقافات المختبر وخصائص فيزيائية أخرى. عندما ازدهرت الكيمياء الحيوية كعلم حديث ، تم استخدام الخصائص الكيميائية أيضًا لتصنيف الأنواع البكتيرية ، ولكن حتى هذه المعلومات لم تكن كافية لتحديد وتصنيف الميكروبات الصغيرة بشكل موثوق. لم يكن التصنيف الموثوق والقابل للتكرار للبكتيريا ممكنًا حتى أواخر القرن العشرين عندما سمحت البيولوجيا الجزيئية بتسلسل الحمض النووي الخاص بها.

            توجد جزيئات الحمض النووي في خلايا جميع الكائنات الحية ، وتخزن المعلومات التي تحتاجها الخلايا لبناء البروتينات ومكونات الخلايا الأخرى. أحد أهم مكونات الخلايا هو الريبوسوم، وهو جزيء كبير ومعقد يحول رسالة الحمض النووي إلى منتج كيميائي. معظم التركيب الكيميائي للريبوسوم هو RNA، وهو جزيء مشابه جدًا للحمض النووي ، وله تسلسل خاص به من اللبنات الأساسية. باستخدام تقنيات التسلسل ، يمكن لعالم الأحياء الجزيئي تفكيك لبنة بناء الحمض النووي الريبي واحدة تلو الأخرى وتحديد كل منها. والنتيجة هي تسلسل من تلك اللبنات.

            لأن الريبوسومات مهمة للغاية بالنسبة لعمل الكائنات الحية ، فهي ليست عرضة للتطور السريع. يمكن لتغيير كبير في تسلسل الريبوسوم أن يجعل الريبوسوم غير قادر على أداء واجباته المتمثلة في بناء بروتينات جديدة للخلية. لهذا السبب ، نقول أن التسلسل في الريبوسومات هو محفوظ - أنه لا يتغير كثيرًا بمرور الوقت. هذا المعدل البطيء للتطور الجزيئي جعل تسلسل الريبوسوم خيارًا جيدًا لكشف أسرار التطور البكتيري. من خلال مقارنة الاختلافات الطفيفة في تسلسل الريبوسوم بين مجموعة متنوعة من البكتيريا ، يمكن العثور على مجموعات من التسلسلات المتشابهة والتعرف عليها كمجموعة ذات صلة.

            في سبعينيات القرن الماضي ، بدأ كارل ووز وزملاؤه في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين التحقيق في تسلسل البكتيريا بهدف تطوير صورة أفضل للعلاقات البكتيرية. نُشرت النتائج التي توصلوا إليها في عام 1977 ، وتضمنت مفاجأة كبيرة. لم تكن كل الميكروبات الصغيرة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا. بالإضافة إلى البكتيريا ومجموعات حقيقيات النوى في التحليل ، كانت هناك مجموعة ثالثة من الميكروبات المنتجة للميثان. هؤلاء الميثانوجينات كانت معروفة بالفعل بأنها شذوذ كيميائي في عالم الميكروبات ، حيث تم قتلهم بواسطة الأكسجين ، وأنتجوا إنزيمات غير عادية ، وكان لديهم جدران خلوية مختلفة عن جميع البكتيريا المعروفة.

            تكمن أهمية عمل ووز في أنه أظهر أن هذه الميكروبات الغريبة كانت مختلفة على المستوى الأساسي في بيولوجيتها. لم تكن تسلسلات الحمض النووي الريبي الخاصة بهم تشبه تلك الخاصة بالبكتيريا أكثر من كونها تشبه الأسماك أو الزهور. للتعرف على هذا الاختلاف الهائل ، أطلق على المجموعة اسم "Archaebacteria" لتمييزها عن "Eubacteria" (البكتيريا الحقيقية). عندما أصبح المستوى الحقيقي للفصل بين هذه الكائنات واضحًا ، اختصر Woese اسمه الأصلي إلى العتيقة لمنع أي شخص من التفكير في أن الكائنات القديمة كانت مجرد مجموعة بكتيرية.

            منذ اكتشاف ذلك الميثانوجينات تنتمي إلى الأركيا وليس البكتيريا ، تم اكتشاف عدد من المجموعات الأثرية الأخرى. وتشمل هذه بعض الميكروبات الغريبة حقًا التي تعيش في المياه شديدة الملوحة ، وكذلك الميكروبات التي تعيش في درجات حرارة قريبة من الغليان. في الآونة الأخيرة ، بدأ العلماء في العثور على الأركيا في مجموعة متزايدة من الموائل ، مثل سطح المحيط ، وطين المحيط العميق ، والمستنقعات المالحة ، وأحشاء الحيوانات ، وحتى في احتياطيات النفط في أعماق سطح الأرض. لقد انتقلت العتائق من الغموض إلى الوجود في كل مكان تقريبًا في 25 عامًا فقط!

            لقد أصبح الأركيان على نحو متزايد دراسة الاستقصاء العلمي. من نواحٍ عديدة ، تشبه الخلايا البدائية خلايا البكتيريا ، لكنها في عدد من النواحي المهمة تشبه خلايا حقيقيات النوى. السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كانت العتائق أقرب إلى البكتيريا أم مجموعتنا ، حقيقيات النوى. هذا سؤال يصعب الإجابة عليه ، لأننا نتحدث عن أعمق فروع شجرة الحياة نفسها ، وليس لدينا أي أسلاف مبكرة للحياة اليوم للمقارنة. أحد الأساليب الجديدة المستخدمة في معالجة السؤال هو النظر في تسلسل الجينات المكررة. تحدث بعض تسلسلات الحمض النووي في أكثر من نسخة واحدة داخل كل خلية ، ويفترض أنه تم عمل نسخة إضافية في وقت ما في الماضي. هناك عدد قليل جدًا من الجينات المعروفة بوجود نسخ مكررة في جميع الخلايا الحية ، مما يشير إلى حدوث الازدواجية قبل فصل مجالات الحياة الثلاثة. عند مقارنة مجموعتي التسلسل ، وجد العلماء أن الأركيا قد تكون في الواقع أكثر ارتباطًا بنا (وبقية حقيقيات النوى) منها بالبكتيريا.


            أبحث عن LUCA ، آخر سلف مشترك عالمي

            قبل حوالي 4 مليارات سنة عاش هناك ميكروب يسمى LUCA - آخر سلف مشترك عالمي. هناك أدلة على أنه كان من الممكن أن يعيش أسلوب حياة "غريب & # 8217 إلى حد ما ، مختبئًا بعيدًا عن أعماق الأرض في فتحات حرارية مائية غنية بالحديد والكبريت. لاهوائية وذاتية التغذية ، لم تتنفس الهواء وصنعت طعامها من البيئة المظلمة الغنية بالمعادن من حولها. اعتمد التمثيل الغذائي له على الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ، وتحويلها إلى مركبات عضوية مثل الأمونيا. والأهم من ذلك كله ، أن هذا الميكروب الصغير كان بداية سلالة طويلة تلخص كل أشكال الحياة على الأرض.

            إذا تتبعنا شجرة الحياة بعيدًا بما يكفي في الزمن ، فسنجد أننا جميعًا مرتبطون بـ LUCA. إذا كانت صرخة الحرب لاستكشافنا للمريخ هي "اتبع الماء" ، فعند البحث عن LUCA يكون "اتبع الجينات". تسمى دراسة الشجرة الجينية للحياة ، التي تكشف العلاقات الجينية والتاريخ التطوري للكائنات الحية ، علم الوراثة. على مدار العشرين عامًا الماضية ، مكنت قدرتنا التكنولوجية على تسلسل الجينوم بالكامل وبناء مكتبات وراثية شاسعة علم الوراثة الوراثي من بلوغ سن الرشد وعلمتنا بعض الدروس العميقة حول تاريخ الحياة المبكر.

            لفترة طويلة كان يعتقد أن شجرة الحياة شكلت ثلاثة فروع أو مجالات رئيسية ، مع LUCA في القاعدة - النواة والبكتيريا والعتائق. تتشابه الأخيرتان - بدائيات النوى - في كونهما أحادي الخلية ويفتقران إلى النواة ، ويتم تمييزهما عن بعضهما البعض من خلال الاختلافات الكيميائية الدقيقة والاختلافات الأيضية. من ناحية أخرى ، فإن حقيقيات النوى هي أشكال الحياة المعقدة متعددة الخلايا التي تتكون من خلايا مغلفة بغشاء ، كل منها يشتمل على نواة تحتوي على الكود الجيني بالإضافة إلى "عضيات" الميتوكوندريا التي تعمل على تشغيل الخلية واستقلابها. تعتبر حقيقيات النوى مختلفة تمامًا عن الفرعين الآخرين بحيث تحتل بالضرورة مجالها الخاص.

            ومع ذلك ، فقد ظهرت صورة جديدة تضع حقيقيات النوى كفرع من البكتيريا والعتائق. تم افتراض هذه "الشجرة ذات المجالين" لأول مرة من قبل عالم الأحياء التطوري جيم ليك في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في عام 1984 ، ولكنها حصلت فقط على موطئ قدم في العقد الماضي ، على وجه الخصوص بسبب عمل عالم الأحياء الجزيئي التطوري مارتن إمبلي ومختبره في جامعة نيوكاسل ، المملكة المتحدة ، وكذلك عالم الأحياء التطوري ويليام مارتن في جامعة هاينريش هاينه في دوسلدورف ، ألمانيا.

            نشر بيل مارتن وستة من زملائه في دوسلدورف (مادلين فايس ، وفيليبا سوزا ، وناتاليا مرينجافاك ، وسيني نيوكيرشن ، ومايو رويتجر ، وشيجولال نيلسون ساثي) ورقة بحثية في عام 2016 في مجلة Nature Microbiology تصف هذا المنظور الجديد حول LUCA والشجرة ذات المجالين. مع علم الوراثة.

            الجينات القديمة

            بحثت الدراسات السابقة لـ LUCA عن الجينات العامة الشائعة الموجودة في جميع الجينومات ، بناءً على افتراض أنه إذا كانت كل الحياة تحتوي على هذه الجينات ، فيجب أن تكون هذه الجينات قد أتت من LUCA. حدد هذا النهج حوالي 30 جينًا تنتمي إلى LUCA ، لكنها & # 8217re ليست كافية لتخبرنا كيف أو أين تعيش. يتضمن تكتيك آخر البحث عن الجينات الموجودة في عضو واحد على الأقل من كل من نطاقي بدائيات النوى ، العتائق والبكتيريا. حددت هذه الطريقة 11000 جينًا شائعًا كان من المحتمل أن تنتمي إلى LUCA ، ولكن يبدو أنه بعيد المنال أن جميعهم فعلوا ذلك: مع وجود العديد من الجينات ، كان من الممكن أن تفعل LUCA أكثر مما تستطيع أي خلية حديثة.

            أدرك بيل مارتن وفريقه أن ظاهرة تُعرف باسم نقل الجينات الجانبي (LGT) كانت تعكر المياه من خلال كونها مسؤولة عن وجود معظم هذه الجينات البالغ عددها 11000. يتضمن LGT نقل الجينات بين الأنواع وحتى عبر المجالات عبر مجموعة متنوعة من العمليات مثل انتشار الفيروسات أو إعادة التركيب المتماثل التي يمكن أن تحدث عندما توضع الخلية تحت نوع من الإجهاد.

            يمكن للبكتيريا أو العتائق النامية أن تأخذ جينات من البيئة المحيطة بها عن طريق "إعادة اتحاد" جينات جديدة في خيوط الحمض النووي الخاصة بها. غالبًا ما يرتبط هذا الحمض النووي المعتمد حديثًا ارتباطًا وثيقًا بالحمض النووي الموجود بالفعل ، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن ينشأ الحمض النووي الجديد من علاقة أبعد. على مدار 4 مليارات سنة ، يمكن للجينات أن تتحرك قليلاً جدًا ، لتحل محل الكثير من الإشارات الجينية الأصلية لـ LUCA. كان من الممكن مشاركة الجينات الموجودة في كل من العتائق والبكتيريا من خلال LGT ، وبالتالي لن تكون بالضرورة قد نشأت في LUCA.

            بمعرفة ذلك ، بحث فريق مارتن عن الجينات "القديمة" التي لها سلالات طويلة بشكل استثنائي ولكن لا يبدو أنها قد تمت مشاركتها من قبل LGT ، على افتراض أن هذه الجينات القديمة يجب أن تأتي من LUCA. لقد وضعوا شروطًا لاعتبار الجين على أنه منشأ في LUCA. لإجراء القطع ، لم يكن من الممكن تحريك الجين القديم بواسطة LGT وكان يجب أن يكون موجودًا في مجموعتين على الأقل من العتائق ومجموعتين من البكتيريا.

            يقول مارتن: "بينما كنا نتصفح البيانات ، شعرنا بالقشعريرة لأن كل ذلك كان يشير إلى اتجاه واحد محدد للغاية".

            بمجرد الانتهاء من تحليلهم ، ترك فريق بيل مارتن مع 355 جينًا فقط من أصل 11000 جينًا ، وهم يجادلون بأن هذه الجينات الـ 355 تنتمي بالتأكيد إلى LUCA ويمكن أن تخبرنا شيئًا عن كيفية عيش LUCA.

            بالطبع ، لن يدعم مثل هذا العدد الصغير من الجينات الحياة كما نعرفها ، ولجأ النقاد على الفور إلى هذا النقص الواضح في الجينات ، مشيرين إلى أن المكونات الأساسية القادرة على التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية ، على سبيل المثال ، كانت مفقودة. "لم يكن لدينا حتى ريبوسوم كامل ،" يعترف مارتن.

            ومع ذلك ، فإن منهجهم يتطلب حذف جميع الجينات التي خضعت لـ LTG ، لذلك إذا خضع بروتين ريبوزومي لـ LGT ، فلن يتم تضمينه في قائمة جينات LUCA. وتكهنوا أيضًا بأن LUCA يمكن أن تكون قد حصلت على استخدام الجزيئات في البيئة لملء الوظائف التي تفتقر إلى الجينات ، على سبيل المثال الجزيئات التي يمكنها تصنيع الأحماض الأمينية. بعد كل شيء ، كما يقول مارتن ، كانت الكيمياء الحيوية في هذه المرحلة المبكرة من تطور الحياة لا تزال بدائية وجميع النظريات حول أصل الحياة والخلايا الأولى تتضمن التوليف الكيميائي من بيئتها.

            ما تخبرنا به تلك الجينات البالغ عددها 355 هو أن LUCA عاش في فتحات حرارية مائية. يشير تحليل فريق دوسلدورف إلى أن LUCA استخدمت الهيدروجين الجزيئي كمصدر للطاقة. يمكن أن ينتج الثعبان داخل الفتحات الحرارية المائية كميات وفيرة من الهيدروجين الجزيئي. بالإضافة إلى ذلك ، احتوى LUCA على جين لصنع إنزيم يسمى "عكس الجيراز" ، والذي يوجد اليوم في الكائنات الحية المتطرفة الموجودة في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة بما في ذلك الفتحات الحرارية المائية.

            شجرة ذات مجالين

            يقول مارتن إمبلي ، المتخصص في دراسة تطور حقيقيات النوى ، إن تحقيق الشجرة ثنائية النطاق على مدار العقد الماضي ، بما في ذلك عمل William Martin & # 8217 لتطوير النظرية ، كان "اختراقًا" وله آثار بعيدة المدى على كيفية نشاهد تطور الحياة المبكرة. يقول: "إن شجرة الحياة ذات المجالين ، حيث يكون الانقسام الأساسي بين الأركيا والبكتيريا ، هي الآن أفضل فرضية مدعومة".

            من المقبول على نطاق واسع أن العتائق والبكتيريا الأولى كانت على الأرجح المطثيات (اللاهوائية التي لا تتحمل الأكسجين) والميثانوجينات ، لأن الإصدارات الحديثة اليوم تشترك في العديد من نفس خصائص LUCA. تشتمل هذه الخصائص على فسيولوجيا أساسية مماثلة والاعتماد على الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والمعادن الانتقالية (توفر المعادن تحفيزًا عن طريق تهجين غلافها الإلكتروني غير المملوء بالكربون والنيتروجين). ومع ذلك ، يبقى سؤال رئيسي: كيف كانت أول حقيقيات النوى مثل وأين تتلاءم مع شجرة الحياة؟

            يقترح علم الوراثة الوراثي أن حقيقيات النوى تطورت من خلال عملية التعايش الداخلي ، حيث اندمج مضيف بدائي مع متعايش ، في هذه الحالة بكتيريا تنتمي إلى مجموعة البكتريا ألفا. في التعايش الخاص الذي ولّد تطور حقيقيات النوى ، ظهرت البكتيريا بطريقة ما لتزدهر داخل مضيفها البدائي بدلاً من تدميرها. ومن ثم ، لم تتواجد البكتيريا داخل الأركيا فحسب ، بل مكنت مضيفيها من النمو بشكل أكبر واحتواء كميات كبيرة بشكل متزايد من الحمض النووي. بعد دهور من التطور ، تطورت البكتيريا المتعايشة إلى ما نعرفه اليوم باسم الميتوكوندريا ، وهي عضيات صغيرة تشبه البطارية توفر الطاقة للخلايا حقيقية النواة الأكثر تعقيدًا. وبالتالي ، فإن حقيقيات النوى ليست أحد الفروع الرئيسية لشجرة الحياة ، ولكنها مجرد فرع كبير.

            ألقت ورقة بحثية ظهرت مؤخرًا في مجلة Nature ، كتبها فريق بقيادة Thijs Ettema في جامعة أوبسالا في السويد ، مزيدًا من الضوء على تطور حقيقيات النوى. في الفتحات المائية الحرارية الواقعة في شمال المحيط الأطلسي - المتمركزة بين جرينلاند وأيسلندا والنرويج ، والمعروفة مجتمعة باسم قلعة لوكي - وجدوا شعبة جديدة من العتائق أطلقوا عليها اسم "Asgard" الفائق شعبة بعد مملكة الآلهة الإسكندنافية.ثم تم تسمية الأنواع الميكروبية الفردية داخل الأسرة الفائقة بعد الآلهة الإسكندنافية: Lokiarchaeota و Thorarchaeota و Odinarchaeota و Heimdallarchaeota. تمثل هذه الشعبة الفائقة أقرب الأقارب الأحياء لحقيقيات النوى ، وفرضية إتيما هي أن حقيقيات النوى تطورت من إحدى هذه العتائق ، أو أخ غير مكتشف لها حاليًا ، منذ حوالي ملياري سنة.

            إغلاق في LUCA

            إذا كان من الممكن تحديد تاريخ ظهور حقيقيات النوى ، وحتى تحديد أنواع العتائق والبكتيريا التي تطورت منها ، فهل يمكن لعلم الوراثة أيضًا تأريخ بداية LUCA وانقسامها إلى المجالين؟

            وتجدر الإشارة إلى أن LUCA ليس أصل الحياة. يعود أقدم دليل على الحياة إلى 3.7 مليار سنة مضت على شكل ستروماتوليت ، وهي طبقات من الرواسب وضعتها الميكروبات. من المفترض أن الحياة كانت موجودة حتى قبل ذلك. ومع ذلك ، فإن وصول LUCA & # 8217 وتطورها إلى عتائق وبكتيريا يمكن أن يحدث في أي وقت ما بين 2 إلى 4 مليارات سنة مضت.

            تساعد علم الوراثة العرقي في تضييق نطاق هذا الأمر ، لكن مارتن إمبلي ليس متأكدًا من أن أدواتنا التحليلية قادرة حتى الآن على إنجاز مثل هذا العمل الفذ. "المشكلة مع علم الوراثة هي أن الأدوات المستخدمة بشكل شائع لإجراء تحليل النشوء والتطور ليست متطورة حقًا بما يكفي للتعامل مع تعقيدات التطور الجزيئي على مدى مثل هذه الفترات الشاسعة من الزمن التطوري" ، كما يقول. يعتقد إمبلي أن هذا هو سبب استمرار فرضية الشجرة ثلاثية النطاقات لفترة طويلة - لم تكن لدينا الأدوات اللازمة لدحضها. ومع ذلك ، فإن تحقيق شجرة المجالين يشير إلى أنه يتم الآن تطوير تقنيات أفضل للتعامل مع هذه التحديات.

            تتضمن هذه التقنيات فحص الطرق التي يمكن أن تتطابق بها الكيمياء الحيوية ، كما تم إجراؤها في تجارب أصل الحياة في المختبر ، مع حقائق ما يحدث بالفعل في علم الأحياء. هذا مصدر قلق لنيك لين ، عالم الكيمياء الحيوية التطورية في كلية لندن الجامعية ، المملكة المتحدة. يقول: "ما أعتقد أنه مفقود من المعادلة هو وجهة نظر بيولوجية". "يبدو أنه من السهل جدًا صنع [مركبات] عضوية ولكن من الأصعب بكثير حملها على التنظيم الذاتي تلقائيًا ، لذلك هناك أسئلة تتعلق بالبنية كانت مفقودة إلى حد كبير من منظور الكيميائي."

            على سبيل المثال ، يسلط لين الضوء على كيفية قيام التجارب المعملية بشكل روتيني ببناء اللبنات الأساسية للحياة من مواد كيميائية مثل السيانيد ، أو كيفية استخدام الضوء فوق البنفسجي كمصدر مؤقت للطاقة ، ومع ذلك لا توجد حياة معروفة تستخدم هذه الأشياء. على الرغم من أن لين يرى هذا على أنه فصل بين الكيمياء الحيوية في المختبر وحقائق علم الأحياء ، إلا أنه يشير إلى أن عمل ويليام (بيل) مارتن يساعد في ملء الفراغ من خلال التطابق مع بيولوجيا العالم الحقيقي والظروف الموجودة في المنافذ الحرارية المائية الواقعية. يقول لين: "هذا هو السبب في أن إعادة بناء بيل لـ LUCA أمر مثير للغاية ، لأنه ينتج هذا الارتباط الجميل والمستقل مع بيولوجيا العالم الحقيقي".

            ينتج جزء من الكيمياء الحيوية من الجيولوجيا والمواد المتوفرة فيها لبناء الحياة ، كما يقول مارتن إمبلي. وهو يرى علم الوراثة باعتباره الأداة الصحيحة للعثور على الإجابة ، مستشهداً بمسار Wood – Ljungdahl المثبت للكربون كدليل على ذلك.

            يتضمن تثبيت الكربون أخذ الكربون غير العضوي وتحويله إلى مركبات كربون عضوية يمكن أن تستخدمها الحياة. هناك ستة مسارات معروفة لتثبيت الكربون ، وقد أظهر العمل الذي أجراه عالم الأحياء المجهرية جورج فوكس في جامعة فرايبورغ أن مسار Wood – Ljungdahl هو الأقدم بين جميع المسارات ، وبالتالي فهو الأكثر احتمالًا تستخدم من قبل LUCA. في الواقع ، هذا ما تؤكده النتائج التي توصل إليها فريق بيل مارتن.

            بعبارات بسيطة ، يبدأ مسار Wood-Ljundahl ، الذي تتبناه البكتيريا والعتائق ، بالهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ويرى أن الأخير يتحول إلى أول أكسيد الكربون وحمض الفورميك الذي يمكن استخدامه في الحياة. يقول مارتن: "يشير مسار Wood – Ljungdahl إلى بيئة حرارية مائية قلوية ، توفر كل الأشياء الضرورية لها - البنية ، وتدرجات البروتونات الطبيعية ، والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون". "إنها تزاوج بين سياق جيولوجي وسيناريو بيولوجي ، ولم يتمكن علم الوراثة إلا مؤخرًا من دعم هذا".

            الآثار الفلكية البيولوجية

            يعد فهم أصل الحياة وهوية LUCA أمرًا حيويًا ليس فقط لشرح وجود الحياة على الأرض ، ولكن ربما ذلك في عوالم أخرى أيضًا. تبين أن الفتحات الحرارية المائية التي كانت موطنًا لـ LUCA شائعة بشكل ملحوظ داخل نظامنا الشمسي. كل ما نحتاجه هو الصخور والمياه والحرارة الجيوكيميائية. يقول مارتن: "أعتقد أنه إذا وجدنا الحياة في مكان آخر ، فإنها ستبدو ، على الأقل كيميائيًا ، شبيهة جدًا بالحياة الحديثة".

            الأقمار ذات النواة الصخرية المحاطة بمحيطات عالمية شاسعة من المياه ، تعلوها قشرة سميكة من الجليد المائي ، تسكن النظام الشمسي الخارجي. ربما يكون قمر المشتري Europa و Enceladus التابع لكوكب المشتري هو الأكثر شهرة ، ولكن هناك أدلة على وجود تلميحات حول المحيطات الجوفية على أقمار زحل تيتان وريا ، بالإضافة إلى الكوكب القزم بلوتو والعديد من أجسام النظام الشمسي الأخرى. ليس من الصعب تخيل وجود فتحات حرارية مائية على أرضيات بعض هذه البحار الجوفية ، حيث تأتي الطاقة من تفاعلات المد الجاذبي مع الكواكب الأم. لا يهم حقيقة أن الشمس لا تخترق السقف الجليدي - نوع LUCA الذي وصفه مارتن لا يحتاج إلى ضوء الشمس أيضًا.

            يقول مارتن: "من بين الآثار البيولوجية الفلكية لورقة LUCA هي حقيقة أنك لا تحتاج إلى ضوء". "إنها الطاقة الكيميائية التي أدت إلى نشوء الحياة ، والطاقة الكيميائية التي شغلت الخلايا الأولى والطاقة الكيميائية الموجودة اليوم في أجسام مثل إنسيلادوس."

            على هذا النحو ، فإن الاكتشافات التي تعمل على تطوير صورتنا عن أصل الحياة ووجود LUCA تثير الآمال في أن الحياة يمكن أن توجد بنفس السهولة في بيئة متطابقة تقريبًا في مكان بعيد مثل Europa أو Enceladus. الآن بعد أن عرفنا كيف تعيش LUCA ، نعرف علامات الحياة التي يجب البحث عنها خلال المهمات المستقبلية لهذه الأقمار الجليدية.

            اشترك للحصول على آخر الأخبار والأحداث والفرص من برنامج NASA Astrobiology Program.



تعليقات:

  1. Nebei

    أهنئ الفكرة الرائعة

  2. Zioniah

    بالتأكيد إجابة سريعة :)

  3. Shoemowetochawcawe

    والدي لديه الكثير من الفرح! )))

  4. Lindael

    انت لست على حق. أنا متأكد. يمكنني إثبات ذلك. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  5. Roldan

    هذا الموضوع ببساطة لا يضاهى :) ، إنه أمر مثير للاهتمام بالنسبة لي.

  6. Urs

    ليست هذه هي القضية))))



اكتب رسالة