الحيوانات التي تأخذ النصائح من البكتيريا

أشفق على الدودة الأنبوبية الفقيرة ، التي تتعرض حياتها للخطر. مثل العديد من اللافقاريات البحرية ، تقضي الدودة أيامها الأولى كيرقة صغيرة تنجرف في العوالق – ولكن عاجلاً أم آجلاً ، يجب أن تختار مكانًا لتستقر فيه. بمجرد أن يتم تثبيته على سطح صلب ، يبدأ التغيير الهائل في الشكل المسمى التحول ، والذي يظهر منه في شكله البالغ الرائع.

لا توجد فرص ثانية: فالدودة التي تختار مكانًا سيئًا لا يمكنها المحاولة مرة أخرى. في مواجهة مثل هذا القرار الخطير – الأهم في حياتها – تحتاج اليرقة إلى كل المساعدة التي يمكن أن تحصل عليها. غالبًا ما تأتي هذه المساعدة من مملكة أخرى للحياة تمامًا.

لقد عرف العلماء منذ عدة عقود أن بعض يرقات الحيوانات ، بما في ذلك الديدان الأنبوبية ، تختار مواقع للتحول من خلال مراقبة الإشارات الكيميائية الصادرة عن البكتيريا. لكنهم بدأوا للتو في إدراك مدى انتشار العلاقة ، ومدى تعقيدها – تتضمن أحيانًا آلات بكتيرية متخصصة لإيصال إشارات إلى اليرقات. هذا يعني أن التواصل بين الحيوانات والبكتيريا في المحيطات يمكن أن يكون أكثر ثراءً وتعاونًا مما كان يُعتقد سابقًا.

وقد تكون هناك تطبيقات عملية: قد يجد الخبراء يومًا ما طرقًا لإدارة هذا الاتصال لتشجيع الحيوانات على الاستقرار في بعض الأماكن ، مثل مزارع المحار ، وتثبيطها في أماكن أخرى ، مثل أجسام السفن.

ليس من المستغرب أن تعتمد الديدان الأنبوبية وغيرها من يرقات العوالق على إشارات بكتيرية للمساعدة في اختيار مكان مناسب للتحول. بعد كل شيء ، طبقة رقيقة من الأنواع البكتيرية المختلطة – تسمى الأغشية الحيوية – تغطي كل سطح محيط متاح. الجديد هو اتساع نطاق هذه الظاهرة. يقول نيكولاس شيكوما ، عالم الأحياء الدقيقة في جامعة ولاية سان دييغو ، والذي شارك في تأليف نظرة على كيف تؤثر البكتيريا على تحول الحيوانات في عام 2021 المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة.

ينتشر التحريض البكتيري للتحول في المملكة الحيوانية ، ويحدث تقريبًا في كل مجموعة رئيسية من الحيوانات.

في بعض الحالات ، يبدو أن اليرقات تقوم فقط بالتنصت على الإشارات الكيميائية التي تتسرب عندما تتنافس البكتيريا مع بعضها البعض أو تقوم بعملها الخاص. في حالات أخرى ، على الرغم من ذلك ، يشك الباحثون في أن اليرقات هي الجمهور الأساسي “المقصود” للإشارة. في إحدى الحالات الرائعة ، وجد فريق شيكوما ، بكتيريا بيوفيلم تسمى Pseudoalteromonas luteoviolacea تنتج المحاقن الجزيئية التي تحقن بنشاط بروتين يحفز التحول في يرقات الدودة الأنبوبية ايليجانس Hydroides.

تمتلك العديد من البكتيريا آلات حقن تشبه المحاقن ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي تبين أنها تلعب دورًا في تحول الحيوانات. بشكل أكثر شيوعًا ، يتم استخدامه لتوصيل حمولة من السموم. تستخدم بعض البكتيريا ، مثل تلك التي تسبب الكوليرا ، السموم لتدمير خلايا مضيفها. يستخدمها آخرون في الحرب بين الميكروبات.

ترتبط الحقن تطوريًا بالبروتينات الموجودة في ذيول الفيروسات ، والمعروفة باسم العاثيات ، التي تغزو البكتيريا. تستخدم الفيروسات الآلية لحقن مادتها الجينية في البكتيريا المضيفة – وفي وقت ما في الماضي البعيد ، لا بد أن البكتيريا قد اكتسبت الجينات ووضعتها في استخداماتها الخاصة.

تنشر معظم البكتيريا محاقنها منفردة ، تمامًا كما تفعل العاثيات. لكن الزائفة الزائفة يختلف بشكل لافت للنظر. بدلا من حقنة واحدة ، فإنه ينتج هيكلًا مليئًا بعدة مئات. تبني الخلية البكتيرية الهيكل في تكوين مضغوط مطوي مثل قطعة أثاث مسطحة. ثم تنفجر الخلية وتتكشف الحزمة الأنيقة ، وتتفتح في كتلة نصف كروية – “نجم الموت” ، كما يحب شيكوما أن يطلق عليه. (فقط حوالي 2.4 في المائة من الزائفة الزائفة الخلايا في الأغشية الحيوية تنتج نجم الموت ، ويفترض أن يكون ذلك من أجل المنفعة الجماعية للمستعمرة).

(الائتمان: بريان نيدفيد / جامعة هاواي)

يحتوي كل أنبوب حقنة داخل نجمة الموت على بروتين يسمى Mif1 يستحث التحول في هيدروايدات يرقات. على الأرجح ، يرتبط البروتين بهدف داخل الخلية اليرقية ، لأن Mif1 خارج الخلية ليس له أي تأثير. يتطلع مختبر شيكوما لمعرفة ما إذا كان Mif1 يؤدي وظائف أخرى ، مثل مهاجمة البكتيريا الأخرى ، لكنهم لم يعثروا على أي منها بعد ، كما يقول – وهذا الفشل ، بالإضافة إلى الطبيعة المعقدة لنظام التوصيل ، يجعله يعتقد ذلك هيدروايدات قد يكون الهدف المقصود لنجم الموت.

إذا كانت البكتيريا ستواجه مثل هذه المتاعب للمساعدة هيدروايدات تسوية ، هذا من شأنه أن يوحي بأنه سيحصل على شيء في المقابل ، كما يقول شيكوما. لا يزال عليه أن يحدد ماهية هذه المنفعة ، لكنه يتكهن بذلك من خلال الإغراء هيدروايدات لتسوية ، الزائفة الزائفة يساعد على ضمان أن يكون الغشاء الحيوي الخاص به هو الأول في خط استعمار الأسطح الجديدة – الموطن الجديد – التي سيوفرها الجسم المتنامي للدودة الأنبوبية.

إذا كان على حق ، أو إذا اكتسبت البكتيريا بعض الفوائد الأخرى من الديدان ، فقد يغير ذلك الأفكار حول توازن القوى في استقرار اليرقات. يقول شيكوما: “يعتقد الناس أن الحيوان هو المسؤول وأن البكتيريا تعمل فقط كمؤشرات سلبية من البيئة”. “لكن البكتيريا يمكن أن تستفيد من التفاعل أكثر مما ندرك الآن.”

نموذج لـ “نجم الموت” الذي تنتجه بكتيريا Pseudoalteromonas luteoviolacea. الهيكل عبارة عن مجموعة نصف كروية تحتوي على عشرات المحاقن الجزيئية التي تحقن بروتينًا في يرقات الدودة الأنبوبية Hydroides elegans ، مما يؤدي إلى التحول. تستخدم العديد من البكتيريا المحاقن الجزيئية المفردة ، غالبًا للدفاع ، ولكن هذا النظام الأكثر تعقيدًا هو الوحيد المعروف أنه يؤثر على تحول الحيوانات. (الائتمان: NJ Shikuma ET AL / Science 2014)

بعض الباحثين الآخرين ليسوا مستعدين لشراء الفكرة. يقول بريان نيدفيد ، عالم أحياء اليرقات بجامعة هاواي والذي يعمل أيضًا على هيدروايدات. بدلاً من ذلك ، يعتقد نيدفيد أنه من المرجح أن يكون لنجم الموت دور لم يتم اكتشافه بعد في الدفاع الزائفة الزائفة من البكتيريا المنافسة. كما أن Mif1 ليس العامل الوحيد المعني. يمكن أن تؤدي الجزيئات الأخرى أيضًا هيدروايدات يقول نيدفيد: التحول من خلال آليات مختلفة.

شيكوما ، في غضون ذلك ، لديها وجدت نفس الجينات المشاركة في بناء نجمة الموت في أنواع غير مرتبطة تمامًا من البكتيريا – تلك التي تشكل جزءًا من النباتات الميكروبية الطبيعية في الأمعاء البشرية. يقول: “من الغريب جدًا وجودهم هناك ، ونحن مفتونون لمعرفة ماهية الفائدة”.

البحرية الأمريكية مهتمة بما يكفي لتمويل عمله ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى معرفة سبب إعجاب يرقات المخلوقات هيدروايدات قد يؤدي الاستقرار حيث يفعلون إلى طرق أفضل لإبقائهم بعيدًا عن أجسام السفن. يقول شيكوما إن البحرية مهتمة أيضًا بإمكانيات أخرى أكثر مستقبلية ، مثل اكتشاف كيفية تحميل نجم الموت بالعقاقير العلاجية – على سبيل المثال ، الأدوية المضادة للميكروبات التي يمكن للجنود تناولها يومًا ما لمنع إسهال المسافرين.

وهناك فكرة أكبر في اللعبة أيضًا ، كما تقول سويلين إيغان ، عالمة الأحياء الدقيقة البيئية بجامعة نيو ساوث ويلز بأستراليا ، والتي تدرس التفاعلات بين الطحالب البحرية والبكتيريا. إذا كان شيكوما محقًا – أن اليرقات البحرية لا تقتصر على التنصت على البكتيريا ولكنها تشارك في محادثة نشطة – فقد يكون الأمر نفسه صحيحًا بالنسبة للعديد من الأنظمة البيئية الأخرى. وهذا قد يعني أن المجتمعات الميكروبية تتكامل بشكل أكثر إحكامًا مع الكائنات الحية الأعلى التي تعيش عليها وبين الكائنات الحية أكثر مما اعترف علماء البيئة سابقًا.

يلاحظ إيغان أن هذه التفاعلات لا يجب أن تكون حميمية ، محادثات فردية. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يكونوا أشبه بحفل كوكتيل ، حيث يتفاعل عدد كبير من المشاركين مع مجموعة متنوعة من الشركاء في جمعيات فضفاضة ومتغيرة. لا أحد يعرف حتى الآن ، لكن العلاقة الغريبة بين الدودة الأنبوبية القاتلة للبدن وبكتيريا نجمة الموت توفر مكانًا جيدًا لبدء التعلم.

10.1146 / معروف-092121-1

بوب هولمز هو كاتب علمي مقيم في إدمونتون ، كندا.

ظهر هذا المقال في الأصل بتنسيق مجلة معروفة، مسعى صحفي مستقل من المراجعات السنوية.

التعليقات

اترك تعليقاً

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