ინფორმაცია

10.1: მიკრობული საზოგადოებები - ბიოლოგია

10.1: მიკრობული საზოგადოებები - ბიოლოგია


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.

კონკრეტული საზოგადოების ორგანიზმები ხშირად კრიტიკულად არიან დამოკიდებულნი ერთმანეთზე. ზოგიერთი ორგანიზმი გამოყოფს საკვებ ნივთიერებებს, რომლებიც სხვებს სჭირდებათ მათი გადარჩენისთვის. ჩვენივე მოთხოვნილება ვიტამინებზე, ჩვენი რაციონიდან მიღებული მოლეკულების მიმართ, ასახავს ამ ურთიერთდამოკიდებულებას. ზოგიერთი ორგანიზმი გამოყოფს ტოქსინებს სხვების ზრდის გასაკონტროლებლად. მიმდინარეობს რთული მოლეკულური დონის საუბარი ორგანიზმებს შორის ეკოსისტემაში და უჯრედებს შორის ორგანიზმში. ორგანიზმები არ არიან დამოუკიდებლები, მათი ქცევები იცვლება გარემოს მიერ და ისინი, თავის მხრივ, ცვლის გარემოს.

მაგალითი იმისა, თუ როგორ ითანამშრომლებენ თუნდაც უმარტივესი ორგანიზმები, არის ეფექტი, რომელიც ცნობილია როგორც ქვორუმის შეგრძნება (რაც ზემოთ უკვე აღვნიშნეთ.) კონკრეტული სახეობის ბაქტერიას შეუძლია გამოყოს ფაქტორები, რომლებიც სასარგებლოა, მაგალითად, საკვების მონელებაში ხსნადი საკვები ნივთიერებების მოლეკულაში. რომ მას შეუძლია შთანთქა. იშვიათ შემთხვევებში (რამდენიმე ორგანიზმი ერთეულ მოცულობაზე ან ფართობზე) იზრდება, ასეთი სტრატეგია არ არის ეფექტური. თუ დაბალი სიმკვრივის მქონე ორგანიზმები წყლის გარემოში, ძვირადღირებული სეკრეციული მოლეკულების გამომუშავება, უფრო დიდი ალბათობით გავრცელდება და, შესაბამისად, ისინი ეფექტურად გამოუსადეგარი იქნება მათი წარმოქმნის ორგანიზმისთვის. თუმცა, თუ ორგანიზმები იმყოფებიან ადგილობრივ მაღალი სიმკვრივის დროს, მაშინ პროცესი უფრო ეფექტური გახდება, სეკრეტირებული მოლეკულების კონცენტრაცია იზრდება სასარგებლო დონემდე. მეზობლებთან თანამშრომლობით ორმხრივად მომგებიანი ქცევის შესაქმნელად, თითოეული ინდივიდი სარგებლობს.

როგორ შეიძლება იმუშაოს ამ ტიპის თანამშრომლობამ? ბაქტერიებში საერთო სტრატეგიაა, რომ ინდივიდებმა გამოიმუშაონ და გამოყოფენ მცირე (შედარებით ენერგიულად იაფი) მოლეკულებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ავტო-ინდუქტორები. ისინი ასევე აწარმოებენ უჯრედულ რეცეპტორებს, რომლებიც სპეციფიკურია ამ ავტოინდუქტორისთვის. ავტოინდუქტორ-რეცეპტორების სისტემა ერთი და იმავე ტიპის ორგანიზმებს საშუალებას აძლევს აღიარონ ერთმანეთის არსებობა. სისტემა მუშაობს, რადგან ერთი ბაქტერიის მიერ წარმოებული ავტოინდუქტორის დონე არ არის საკმარისი მისი რეცეპტორების გასააქტიურებლად; მხოლოდ მაშინ, როდესაც ავტოინდუქტორების გამომყოფი ბაქტერიების სიმკვრივე ზღურბლის ზღვარს აღწევს, ავტომატური ინდუქტორის კონცენტრაცია იზრდება იმ დონეზე, რაც საკმარისად მაღალია რეცეპტორების გასააქტიურებლად. ავტოინდუქტორ-რეცეპტორის გააქტიურება წარმოშობს სიგნალს, რომელიც თავის მხრივ გავლენას ახდენს ბაქტერიის ქცევაზე (გენის გამოხატვის ჩათვლით)303რა ერთი აშკარა ქცევა შეიძლება იყოს საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების სეკრეცია, მაგრამ არსებობს სხვა მრავალი. მაგალითად, ზოგიერთი სახის ბაქტერია (მათ შორის E. coli) გამოიყენეთ კვორუმის ზონდირება უჯრედების მიგრაციის გასაკონტროლებლად. დროთა განმავლობაში ცალკეული უჯრედები მიგრირებენ თავიანთი საცურაო სისტემის გამოყენებით. ერთი ასეთი სისტემა ეყრდნობა ფლაგელურ (მბრუნავ) ძრავებს, რომლებიც ამოძრავებს ელექტროქიმიურ გრადიენტებს უჯრედის წინსვლისთვის. ასეთი გრადიენტის არარსებობის შემთხვევაში, ძრავა უკუღმა მოძრაობს, რაც იწვევს უჯრედის დაძაბვას და მიმართულების შეცვლას. მიზიდულობის გრადიენტზე ზევით გადაადგილებისას ან მომგებიანის გრადიენტზე ქვევით, დაძაბვა ითრგუნება; საბოლოო შედეგი არის მიმართული მოძრაობა.

ამ ტიპის ქცევა მკვეთრად არის ასახული მისი გამოყენებით E. coli რომელიც შეიცავს პლაზმიდს, რომელიც აკოდირებს მწვანე ფლუორესცენტულ პროტეინს (GFP), ცილას, რომელიც ლურჯი შუქით განათებული მწვანედ ანათებს.304! როდესაც GFP- გამოხატვის E. coli კულტივირებულია ლაბირინთის მსგავს გარემოში, ცენტრალური „კამერით“ ერთი გახსნით, გამოყოფილი მიმზიდველი გროვდება ამ სივრცეში მაღალ კონცენტრაციამდე. სამი საათის განმავლობაში ბაქტერიები ბანაობენ მიმართული გზით მიმზიდველი კონცენტრაციის გრადიენტით პალატაში305რა ამ დროს კვორუმის ზონდირების მიერ კონტროლირებადი ქცევები გააქტიურებულია. მაგალითად, სიტუაციებში, როდესაც საკვები ნივთიერებები მწირი ხდება, კვორუმის აღქმის კონტროლირებადმა ქცევამ შეიძლება გამოიწვიოს პოპულაციის ზოგიერთი უჯრედის სიკვდილი, პროცესი, რომელიც ცნობილია როგორც დაპროგრამებული უჯრედის სიკვდილი, გამოყოფს მათ საკვებ ნივთიერებებს მეზობლებისთვის გამოსაყენებლად. ეს შეიძლება ჩაითვალოს ალტრუიზმის სახეობად, რადგან ის ეხმარება მეზობლებს, რომლებიც, სავარაუდოდ, მსხვერპლშეწირული უჯრედის ნათესავები არიან.306რა სხვა სახის ქცევა, რომელიც შეიძლება მოხდეს სტრესის პირობებში, არის ის, რომ უჯრედების სუბპოპულაცია, რომელიც ცნობილია როგორც წყნარი ან „მდგრადი“ უჯრედები, ნელა ან საერთოდ არ იზრდება, ხოლო დანარჩენი მოსახლეობა განაგრძობს ზრდას307რა თუ გარემო სერიოზულად მტრულად იქცევა, მდგრადებს გადარჩენის გაცილებით მაღალი ალბათობა აქვთ, ვიდრე აქტიურად მზარდი უჯრედები. თუ პირობები გაუმჯობესდება, მდგრადებს შეუძლიათ შეცვალონ თავიანთი ქცევა და აღადგინონ აქტიურად მზარდი მოსახლეობა. მეორეს მხრივ, თუ პირობები არასოდეს გახდება მტრული, მზარდ უჯრედებს აქვთ ევოლუციური უპირატესობა უჯრედებთან შედარებით, რომლებიც ჩუმდებიან. ეს გულისხმობს სისტემის არსებობას, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას გამძლეობა, როდესაც ის შეიძლება სასარგებლო იყოს და გააძლიეროს მათი ფორმირება, როდესაც არა. ორგანიზმის უნარი წარმოქმნას მშვიდი მუდმივი მდგომარეობა ეხმარება უზრუნველყოს მოსახლეობის გადარჩენა უფრო ფართო სპექტრში, ვიდრე მოსალოდნელი იყო იმ მოსახლეობისთვის, რომელსაც არ შეუძლია გააძლიეროს გამძლეობა. ეს არის ჯგუფის შერჩევის მაგალითი. მსგავსი ქცევა აღმოჩენილია კიბოს უჯრედების პოპულაციაში308რა პერსისტულ უჯრედებს შეუძლიათ გაუძლონ თერაპიულ მკურნალობას და ხელახლა გაჩნდნენ მოგვიანებით. ჩვენ უკვე ვნახეთ, კონტექსტში ლაქი ოპერონი, როგორ შეუძლია ორგანიზმების თავდაპირველად ერთგვაროვან პოპულაციას სტოქასტური პროცესების საშუალებით განსხვავებული ფენოტიპების წარმოება; მსგავსი შემთხვევითი მოვლენები მნიშვნელოვან როლს თამაშობს უჯრედების ბედის განსაზღვრაში ბევრ სოციალურ სიტუაციაში.

უჯრედებს შორის სოციალურმა თანამშრომლობამ შეიძლება უზრუნველყოს სარგებელი, მაგრამ ასევე გახსნას სისტემა ეგოისტური ქცევებისადმი, არსებითად მოტყუების309რა ეს ბადებს ევოლუციურ კითხვას, რა შეიძლება გაკეთდეს სოციალური თაღლითების გაჩენის დასაძლევად? პირველი, კონკრეტულად რას ვგულისხმობთ სოციალურ მოტყუებაში? კვორუმის შეგრძნების კონტექსტში, დავუშვათ, რომ ინდივიდი არ ქმნის ავტოინდუქტორს, არამედ აგრძელებს მისი რეცეპტორის შექმნას. თაღლითი იძენს სხვა ბაქტერიებთან კომუნიკაციის სარგებელს, მაგრამ ამცირებს მის წვლილს ამ პროცესში (ის არ იყენებს ენერგიას ავტოინდუქტორის სინთეზისთვის). მან შეიძლება მოიპოვოს უპირატესობა იმით, რომ ენერგია, რომელიც გამოიყენება ავტომატური გამომწვევის შესაქმნელად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზრდისა და რეპროდუქციისთვის. თუმცა, ღალატის თანდაყოლილი შეზღუდვები არსებობს. თუ ჯგუფის (მოსახლეობის) საკმარისი წევრები გახდებიან თაღლითები, კვორუმის შეგრძნების სისტემა ჩავარდება, რადგან საზოგადოების არასაკმარისი წევრები წარმოქმნიან ავტოინდუქტორს. თუ ვივარაუდებთ, რომ სოციალური ქცევა გადამწყვეტია მოსახლეობის გადარჩენისთვის, ძალიან ბევრი მოტყუებული ჯგუფი შეიძლება დაიღუპოს (გადაშენდეს).

არსებობს სხვა უფრო აქტიური სტრატეგიები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას თაღლითების აღსაკვეთად. შესაძლებელია, რომ ავტოინდუქტორის წარმოება არსებითი რეაქციის ქვეპროდუქტია. ამ შემთხვევაში, ავტოინდუქტორის წარმოების უნარის დაკარგვამ შეიძლება თავად გამოიწვიოს სიკვდილი (ორგანიზმები დამოკიდებულნი იქნებიან ავტოინდუქტორზე). ბევრი ბაქტერიული სახეობა ასინთეზირებს ტოქსინებს, რომელთა მიმართ ისინი თავად არიან იმუნური, მაგრამ რომლებიც კლავს მონათესავე სახეობის უჯრედებს. შეიძლება ტოქსინის იმუნიტეტი შერწყმულია ავტომატური გამომწვევის გამოხატულებასთან. მაღალ ორგანიზმებში შეიძლება განვითარდეს მოტყუების ამოცნობის უნარი გარკვეულ სიტუაციებში მათი ქცევით. ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ კიბო (სიმსივნის ფორმირება), როგორც მრავალუჯრედული ორგანიზმის სოციალური მოტყუების ფორმა და ეს არის მექანიზმები, რომლებიც მის აღსაკვეთად (თუმცა ჩვენ არ დაგვჭირდება დრო მათი შესამოწმებლად).


Უყურე ვიდეოს: გულ-სისხლძარღვთა სისტემა. I ნაწილი (დეკემბერი 2022).