شواهد میکروسکوپی از باکتری هایی با اندازه ی فوق العاده کوچک برای حیات
10 آبان 1394. نويسنده: nssri
شواهد میکروسکوپی از باکتری هایی با اندازه ی فوق العاده کوچک برای حیات
زهرا سلطانی
(كارشناس زيست شناسي، دانشگاه گيلان / منجم آماتور و عضو گروه پژوهشي اخترزيست شناسي موسسه)
عکس فوق از تصویر برداری سه بعدی یک باکتری فوق العاده کوچک بدست آمده، سلول دارای یک قسمت داخلی بسیار متراکم و یک دیواره ی سلولی پیچیده است.نقاط تیره تر در انتهای سلول به احتمال زیاد ریبوزم است. تصویر از بازسازی سه بعدی به دست آمده و نواز مقیاس 100 نانومتر است (تصوير متعلق به آزمایشگاه برکلی)
دانشمندان اولین تصاویر میکروسکوپی دقیق از باکتری های بسیار کوچک که تصور می شود به اندازه ای کوچک هستند که نمی توانند دارای حیات یا زنده باشند را بدست آورند. این تحقیق توسط دانشمندان آزمایشگاه ملی دپارتمان برکلی و دانشگاه کالیفرنیا صورت گرفت. وجود باکتری های بسیار کوچک به مدت دو دهه مورد بحث است، اما هیچ توضیح جامع DNA محوری از این میکروب ها وجود ندارد. این سلول ها دارای حجمی متوسط به اندازه ی 0.009 میکرون مکعب هستند (یک میکرون یک میلیونیوم یک متر) در حدود 150 عدد از این باکتری ها می توانند داخل یک سلول Escherichia coli را پر کنند و بیشتر از 150000 سلول می توانند بر روی نوک موی انسان قرار گیرند. دانشمندان این یافته ها را در ژورنال Nature Communications در روز 27 فووریه منتشر کردند.
باکتری های گوناگونی در آب های زیرزمینی یافت شده اند که این امر بسیار عادی است. این باکتری ها از برخی جهات بسیار نامتعارف و عجیب هستند زیرا از سویی به سلول ها نزدیک و از سوی دیگردر چندین برآورد کوچک تر از اندازه محدوده ی حیات هستند و به عنوان یک نمونه ی کوچک برای زنده بودن در نظر گرفته شدند. این سلول ها کوچک ترین سلول برای حمل مواد کافی برای زنده بودن و حفظ حیات هستند. این سلول های باکتریایی دارای توده های مارپیچی زیاد که احتمالاً DNA می باشند و مقدار اندکی ریبوزوم و زائد های مو مانند می باشند و احتمالاً این باکتری ها را برای ادامه ی زندگی و حیات وابسته به سایر باکتری ها می کند. همچنین احتمالاً تعاملات بین اندامی را که جبران کننده ي ظرفیت های زیست ساخت می باشد را قادر می سازد. این باکتری ها متعلق به گونه ای کمتر شناخته شده ای هستند. یادگیری بیشتر در مورد این نوع از گونه ها می تواند در درک نقش این میکروب ها درآب و هوای سیاره؛ مواد آبی و غذایی و دیگر فرایند های اصلی به ما کمک کند.
میکروسکوپ الکترونی برودتی- انتقالی، تصاویری از تعداد زیادی زائدهای منشعب از سطح این سلول باکتریایی بسیار کوچک گرفته است. ساختار پیلی مانند این سلول ها را قادر می سازد که به سایر میکروب ها متصل شوند و منابعی را بدست آورند. نوار مقیاس میکروب ها 100 نانومتر است
(تصوير از آزمایشگاه برکلی)
(تصوير از آزمایشگاه برکلی)
Jill Banfield دانشمند دانشکده ی بخش علوم زمین آزمایشگاه برکلی در گروه علوم زمین می گوید که این باکتری های کوچک تازه شناخته شده؛ نمونه ای از یک زیرمجموعه از حیات میکروبی بر روی زمین می باشند که ما تقریباً از آن ها چیزی نمی دانیم. Banfield بیان می کند که این باکتری ها بسیار مهم هستند و احتمالاً نقش مهمی را در جوامع میکروبی و اکوسیستمی بازی می کنند. اما تاکنون چگونگی عمل این باکتری ها را درک نکرده ایم. Birgit Luef و JillBanfield دو تن از نویسندگان این مقاله در روزنامه ی Nature Communications هستند. Luef می گوید:
یک توافق کلی بر سر اینکه یک ارگانیسم زنده تا چه مقدار می تواند کوچک باشد و چه استراتژی بهینه سازی برای سلول ها با اندازه ی محدود و بسیار کوچک وجود دارد موجود نیست: تحقیقات ما یک گام مهم در توصیف اندازه، شکل، ساختار داخلی سلولهای فوقالعاده کوچک است.
دانشمندان شروع به بررسی گونه ای از باکتری کردند که فاقد نمونه ی کشتی بود. بعضی از این باکتری ها دارای ژنوم بسیار کوچک هستند به طوری که دانشمندان حدس می زنند که خود باکتری باید بسیار کوچک باشد. برای جمع آوری سلول ها در یک نمونه اندازه ی این صافی کوچکتر از 0.2 میکرون بود. نتیجه ی نمونه؛ چیزی جز نمونه ی از صافی گذرانده نبود. آب هایی که غنی از میکروب شده بودند در دستگاه قابل حملی به نام پیستون انجمادی تا دمای 272- درجه، به صورت یخ زده در آمده بودند. با این کار اطمینان حاصل می شود که میکروب ها در طی مراحل آزمایشگاهی یا حمل دچار صدمه نشده باشند. نمونه ها به آزمایشگاه برکلی، انتقال داده شد جایی که Luef با کمک Luis Comolli با استفاده از میکروسکوپ الکترونی 2 بعدی و 3 بعدی انتقالی- برودتی به مشخص سازی اندازه ی سلول و ساختار درونی آن پرداختند. تصاویر تقسیم سلولی نشان داد که باکتری ها سالم بودند و بر اثر کمبود مواد غذایی تغییر اندازه ی غیر متعارفی نداشته اند. ژنوم این باکتری در موسسه ی ژن Joint، واقع در والناف کریک کالیفرنیا تحت سرپرستی Susannah Tringe توالی یابی شدند. این ژنوم ها دارای یک میلیون جفت باز در طول خود بودند. علاوه بر این متاژنومیکس و دیگر آنالیزهای DNA محور از نمونه ها که در دانشگاه برکلی انجام شد منجر به یافتن طیف وسیعی از باکتری ها از راسته ی WWE، OP11 وOD1 شد. نتیجه ترکیبی از کار میدانی خلاقانه و هنری میکروسکوپی و آنالیزهای ژنی منجر به شرح کامل داده های مربوط به کوچک ترین باکتری شد. در میان یافته ها، برخی از باکتری ها دارای زائده های نخ مانند بودند که پیلی نامیده می شوند و به عنوان یک پل ارتباطی حیاتی با سایر میکروب ها در نظر گرفته می شوند. داده های ژنومی نشان می دهد که باکتری ها فاقد بسیاری از عملکرد های اساسی هستند و بنابراین برای تأمین منابع مهم حیاتی متکی به جامعه ی میکروبی می باشند. همچنین دانشمندان پی برده اند که اطلاعات بسیاری در رابطه با زندگی و حیات فو ق العاده کوچک، وجود دارد که می توان آن را بدست آورد. Banfield می گوید: ما عملکرد نیمی از ژن ها را در این ارگانیسم که متعلق به سه گونه می باشد نمی دانیم.
دانشمندان از یک منیع نوری پیشرفته در آزمایشگاه دانشکده ی علوم برکلی جایی که به کمک Hoi-Ying Holman و بدون استفاده از باکتری Archaea بیشترین مقدار باکتری تشخیص داده شد، استفاده کردند. بخش قابل توجهی از این تحقیق مربوط به ارگانیسم های فوق العاده کوچک شناخته شده، می باشد. اخیراً دانشمندان حجم سلولی یک باکتری دریایی را در حدود 0.013 میکرومکعب برآورد کردند اما آنها از تکنیکی استفاده کردند که به طور مستقیم قطر سلولی را اندازه گیری نمی کند. همچنین عکس های اولیه از یک سری از باکتری های Archaea با حجم سلولی 0.009 میکرو مکعب شبیه به این باکتری در نتایج برخی محققان وجود دارد. در مجموع نتایج و یافته ها وجود باکتری هایی از دو گونه ی اصلی از سه گونه را با ظرفیت متابولیکی غیرمعمول و نسبتاً محدود مشخص کردند. این تحقیق از طرف دپارتمان علوم و انرژی و برنامه ی اخترزیست شناسی ناسا همچنين توسعه ی فناوری زیست شناسی برای بررسی سیاره ها، مورد حمایت قرار گرفت.
منبع:
http://astrobiology.com/2015/09/microscopic-evidence-of-bacteria-at-the-lower-size-limit-of-life.html
واژه نامه
دي.ان.ای DNA
سرواژه عبارت دئوکسی ریبونوکلئیک اسید نوعی اسیدنوکلئیک می‌باشد. که دارای دستورالعمل‌های ژنتیکی است که برای کارکرد و توسعه بیولوژیکی موجودات زنده مورد استفاده قرارمی‌گیرد.
اشریشیاکُلی Escherichia coli
یا به طور اختصار E.coli، نوعی باسیل گرم منفی از خانواده انترو باکتریاسه است که به طور شایع در روده جانوران خونگرم وجود دارد.
پیلی
بعضی از باکتری ها برآمدگی هایی بر سطح خود دارند. این برآمدگی های مو مانند را اگر کوتاه باشند پیلی می نامند. پیلی به چسبیدن باکتری به سطوح مختلف کمک می کند.
ریبوزوم
از اندامک‌های بدون غشای سیتوپلاسمی در همه ی سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی است.
متاژنومیکس
مطالعه ي مواد ژنتیکی بدست آمده مستقیماً از نمونه‌های محیطی.
محیط کشت
محیطی که دارای مایع یا ژل می باشد که به منظور رشد دادن میکروب‌ها ، یاخته‌ها و یا حتی گیاهان کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بازگشت