اكتشف العلماء أنماطًا معقدة بشكل مخيف في مستعمرات البكتيريا “البسيطة”

توصلت دراسة جديدة إلى أن المستعمرات البكتيرية يمكن أن تنظم نفسها في أنماط معقدة شبيهة بالحلقات والتي لها “تشابه مثير للاهتمام” مع تطور الأجنة ويعتقد أنها فريدة من نوعها بالنسبة للنباتات والحيوانات.

تتجمع الخلايا البكتيرية معًا في كتل لتشكيل مستعمرات معبأة بإحكام تسمى الأغشية الحيوية التي تتمتع بسمعة متزايدة في التصرف بشكل غريب مثل الكائنات متعددة الخلايا. يمكن العثور على هذه الأغشية الحيوية في أي مكان تقريبًا ، من أجسام القوارب والمحاصيل والينابيع الساخنة إلى اللويحات اللزجة والعنيدة التي تتراكم على أسناننا.

ولكن كما تعلمنا ، لا ينبغي الخلط بين الأغشية الحيوية وكتل من الخلايا اللزجة – يمكن أن تشكل أنماطًا معقدة تشبه كيفية نمو النباتات والحيوانات أثناء نموها ، كما يظهر هذا البحث الجديد.

يقول عالم الأحياء الجزيئية ومؤلف الدراسة Gürol Süel من جامعة كاليفورنيا سان دييجو الذي اقترح بحثه السابق أن الأغشية الحيوية تشترك في ذاكرة جماعية مماثلة للخلايا العصبية في الدماغ: “نحن نرى أن الأغشية الحيوية أكثر تعقيدًا مما كنا نظن”. كانوا مقتنعين).

علاوة على ذلك ، يبدو أن الأغشية الحيوية قادرة أيضًا على تجنيد أنواع بكتيرية أخرى للانضمام إلى مجتمعاتها باستخدام إشارات كهربائية بعيدة المدى.

في هذه الدراسة الأخيرة ، لاحظ سويل وزملاؤه أن الأغشية الحيوية البكتيرية التي نمت في المختبر تشكل هياكل شبيهة بالحلقات تذكرنا بـ “الخطوط” التنموية التي شوهدت في النباتات والحيوانات.

في الكائنات متعددة الخلايا ، يؤدي هذا النمط الخلوي المعروف باسم التجزئة إلى ظهور أنواع مختلفة من الأنسجة وأشكال الجسم المعقدة ، في حين كان يُعتقد أن مجتمعات الأغشية الحيوية ، والتي هي أساسًا كتل من البكتيريا وحيدة الخلية ، تشكل فقط الهياكل الأكثر بدائية.

كتب الباحثون: “يوضح اكتشافنا أن الأغشية الحيوية البكتيرية تستخدم آلية نمذجة تطورية يُعتقد حتى الآن أنها تقتصر على الفقاريات وأنظمة النباتات”.

نما الفريق في المختبر العصوية الرقيقة، وهي بكتيريا على شكل قضيب توجد في التربة والبشر وتشكل أغشية حيوية متجعدة.

عند تجويع النيتروجين ، نظمت الأغشية الحيوية المتنامية نفسها في نطاقات دائرية واضحة ، تشبه حلقات الأشجار ونوع التقسيم الذي نلاحظه في تطور الأجنة. ألق نظرة على الفيديو أدناه ، والذي يصور مستعمرة واحدة تنمو على مدار يومين.

https://www.youtube.com/watch؟v=6lwQT8OGrJ8

يعتقد الباحثون أن هذا النمط الشبيه بالحلقة ينتج عن دائرة وراثية أساسية في الخلايا البكتيرية التي تستجيب للإجهاد الشديد عندما يكون هناك نقص في العناصر الغذائية مثل النيتروجين الحيوي.

كشفت النمذجة والتجارب الرياضية أنه مع نمو الأغشية الحيوية للخارج وتناول العناصر الغذائية ، انتقلت “موجة” من نضوب المغذيات عبر الخلايا البكتيرية ، حيث قامت بشكل أساسي بـ “تجميد” كل خلية في مكانها باستخدام جينات تخفيف التوتر التي كانوا يستخدمونها في ذلك الوقت.

خلقت استجابة الإجهاد النابضة ، المتقطعة مرة أخرى ، مقاطع متكررة من أنواع مختلفة من الخلايا في الأغشية الحيوية الدائرية ، كما وجد الباحثون وتتوافق مع آلية “الساعة والشكل الموجي” ، والتي لم تُشاهد إلا في الكائنات الحية المتطورة للغاية قبل ذلك.

كتب الباحثون: “في الأغشية الحيوية المتوسعة ، قد تحدث آلية” التجميد “بشكل طبيعي أثناء التطور: تنمو الخلايا المتكاثرة في الحافة الأمامية للغشاء الحيوي ، تاركًا وراءها الخلايا الوليدة التي تصبح جزءًا لا يتجزأ من الأغشية الحيوية وبالتالي يكون لديها وصول أقل للمغذيات. “

يستمر سويل وزملاؤه في التكهن بأن آلية التنميط هذه قد تكون طريقة أخرى تتعامل بها الأغشية الحيوية مع الظروف غير المتوقعة ، وتحوط رهاناتهم إذا جاز التعبير ، “حيث لا تتشكل جميع الأبواغ في نفس الوقت ونفس المنطقة من الأغشية الحيوية”.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يتجسس فيها العلماء مجتمعات بكتيرية تقلد الكائنات متعددة الخلايا ، ولا شك أن هناك اختلافات ملحوظة بين الاثنين ، كما لاحظ الباحثون.

في عام 2020 ، أظهر العلماء كيف يعكس نمو الأغشية الحيوية التطور الجنيني ، مع توسع المستعمرات في أعقاب تسلسل منظم بإحكام للتعبير الجيني على مدى عدة أشهر.

في الوقت الذي نُشرت فيه هذه الدراسة ، قال عالم الوراثة توميسلاف دومازيت لوسو من الجامعة الكاثوليكية في كرواتيا: “بالنظر إلى أن أقدم الأحافير المعروفة هي أغشية حيوية بكتيرية ، فمن المحتمل جدًا أن تكون الحياة الأولى أيضًا متعددة الخلايا ، وليست أحادية الخلية المخلوق كما تم اعتباره حتى الآن “.

يشير سويل وزملاؤه أيضًا إلى أن الأغشية الحيوية لا تُظهر حدودًا واضحة بين أنواع الخلايا بنفس الطريقة التي تطور بها الأجنة طبقات خلوية متميزة ، لذا فإن أي تشابه ظاهري يكون مجرد مفاهيم في هذه المرحلة.

ومع ذلك ، فإن هذه الملاحظات الحديثة تعيد إشعال بعض الأسئلة الكبيرة حول ما الذي يحدد كائنًا متعدد الخلايا عندما تبدو الكائنات أحادية الخلية “البسيطة” أكثر تقدمًا بكثير مما كنا نظن في البداية.

واضاف “ان هذا النقاش سيؤجج من جديد [latest] دراسة ، “قال تانماي بهارات ، عالم الأحياء الخلوية بجامعة أكسفورد عالم جديد. “من منظور بيولوجيا الخلية التطورية ، سيكون من المثير للاهتمام دراسة أين تكمن الاختلافات.”

تم نشر الدراسة في خلية.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *