الحدين العلوي والسفلي لحجم البكتيريا
تشير الكائنات الدقيقة إلى الكائنات الدقيقة غير المرئية أو غير المرئية بالعين المجردة. لذا ، ما مدى حجم الكائنات الحية الدقيقة وصغرها؟ عند قراءة هذا المقال ، يمكنك الرجوع إلى منشور سابق في المدونة: ما هي أكبر بكتيريا تم العثور عليها حتى الآن؟
خلايا بدائية النواة كبيرة
للبكتيريا والأركيا أحجام خلايا مختلفة ، يتراوح قطرها من 0.2 ميكرومتر إلى أكثر من 700 ميكرومتر في القطر. يبلغ عرض معظم البكتيريا المستزرعة على شكل قضيب 0.5-4 ميكرومتر وطول أقل من 15 ميكرومتر. بالطبع ، هناك أيضًا بعض البكتيريا الكبيرة جدًا ، مثل Epulopiscium fishelsoni (Sticulus fischeri) بطول خلية يزيد عن 600 ميكرومتر. C. fischeri يرتبط من الناحية التطورية بالمطثية. يوجد في أمعاء الجراحين ويحتوي على نسخ متعددة من الجينوم. والسبب هو أن نسخة واحدة من الجينوم لم تعد قادرة على تلبية احتياجات مثل هذه البكتيريا الكبيرة للنسخ والترجمة.
أكبر بكتيريا معروفة هي Thiomargarita (بكتيريا محبة للكبريت في ناميبيا) ، يبلغ قطرها حوالي 750 ميكرومتر ، والتي يمكن رؤيتها بالعين المجردة مباشرة. حتى الآن ، لا يفهم الناس سبب ضخامة هذه الخلايا. لم تعثر الأركيا على سلالة مماثلة لما ورد أعلاه ، ولكن ربما لم يتم اكتشافها.
نعتقد عمومًا أن حجم الخلايا بدائية النواة محدود بقدرة الخلايا على نقل العناصر الغذائية. معدل التمثيل الغذائي للخلايا يتناسب عكسيا مع مربع حجم الخلية. بالنسبة للخلايا الكبيرة جدًا ، سيحد امتصاص المغذيات في النهاية من عملية التمثيل الغذائي ويجعلها تنافس الخلايا الأصغر. في وضع غير مؤات.
بالمقارنة مع Thiomargarita أو Epulopiscium ، يبلغ متوسط حجم البكتيريا النموذجية على شكل قضيب (مثل E. coli) حوالي 1-2 ميكرومتر ؛ في المقابل ، يمكن أن تكون الخلايا حقيقية النواة صغيرة مثل 2 ميكرومتر والعديد منها أكبر من 600 ميكرومتر. لكن بشكل عام ، الخلايا حقيقية النواة الصغيرة ليست شائعة.
خلايا بدائية النواة صغيرة الحجم
نظرًا لأنه كلما كانت الخلية أصغر ، زادت الميزة في الطبيعة ، وكان الانتقاء الطبيعي تنافسيًا ، لذلك من الناحية النظرية ، يجب أن تكون الطبيعة كلها بكتيريا صغيرة جدًا. ومع ذلك ، فهي ليست كذلك.
إذا قمنا بحساب المكونات الأساسية (مثل البروتين ، والحمض النووي ، والريبوسومات ، وما إلى ذلك) التي تحتاجها الخلية الحرة النمو ، فإن الحد الأدنى لقطر الخلية هو حوالي 0.15-0.2 ميكرومتر. في الوقت الحاضر ، لقد نجحنا أيضًا في الحصول على بعض الخلايا بدائية النواة الصغيرة. على سبيل المثال ، هناك حوالي 105-106 خلية بدائية النواة لكل مليلتر من مياه البحر. غالبًا ما تكون هذه الخلايا صغيرة جدًا ، يبلغ قطرها 0.2-0.4 ميكرومتر ؛ توجد في الطبقات العميقة من الأرض بقطر يبلغ حوالي 0.2 ميكرومتر من البكتيريا والنباتات البدائية ، ويشار إلى هذه الخلايا مجتمعة باسم"البكتيريا فوق الميكروبات".
ومن المثير للاهتمام ، عندما اكتشفنا جينوم البكتيريا فائقة الميكروبات ، وجدنا أن جينومها يفتقر إلى العديد من الجينات. يجب توفير منتجات أو وظائف هذه الجينات بواسطة خلايا ميكروبية أخرى أو كائنات مضيفة. لذلك ، يعتمد تطورها الناجح على الحد الأدنى من متطلبات الكيمياء الحيوية والشركاء الآخرين المرتبطين ارتباطًا وثيقًا.
مساحة السطح المحددة والنمو والتطور
بالنسبة للخلايا ، فإن الحجم الصغير له فوائد عديدة. الخلايا الصغيرة لها مساحة كبيرة محددة. يمكن أن تفترض القيم المحددة أن الكوتشي والعصيات هي كروية وأسطوانية قياسية ، ثم تحسب مساحتها / حجمها (S / V). تتحكم نسبة S / V للخلية في العديد من خصائص الخلية ، بما في ذلك معدل النمو والتطور. نظرًا لأن معدل نمو الخلية يعتمد جزئيًا على المعدل الذي تتبادل به المغذيات والنفايات مع البيئة ، فكلما زادت نسبة S / V لخلية صغيرة ، زاد معدل تبادل العناصر الغذائية والنفايات لكل وحدة حجم خلية. لذلك ، تميل الخلايا الصغيرة التي تنمو بحرية إلى النمو بشكل أسرع من الخلايا الكبيرة. مع نفس الكمية من العناصر الغذائية ، هناك خلايا صغيرة أكثر من الخلايا الكبيرة ، والتي بدورها ستؤثر على تطور الخلية.
يصاحب انقسام الخلية ازدواجية الكروموسومات ، وتصاحب عملية الازدواج طفرات. لأنه كلما زاد عدد المضاعفات ، زاد العدد الإجمالي للطفرات في مجتمع الخلايا ، وزادت إمكانية التطور. نظرًا لأن الخلايا بدائية النواة صغيرة جدًا وأحادية العدد ، فإنها تنمو وتتطور بشكل أسرع من الخلايا الكبيرة. استنادًا إلى الاختلافات في الحجم والكروموسومات بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة ، يمكننا أن نفهم لماذا البكتيريا والعتائق أكثر قابلية للتكيف مع البيئة من الخلايا حقيقية النواة.
