الكائنات الحية الدقيقة تنجو من كل شيء!

ايهاب زايديكتب عن الكائنات الحية

معلومة تهمك

الكائنات الحية الدقيقة تنجو من كل شيء!
ايهاب محمد زايد-مصر

معلومات عن الكائنات الحية الدقيقة
هل تعلم أن الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تعيش بعيدًا في السحب وفي أعماق قشرة الأرض؟ تكيفت هذه الكائنات الدقيقة مع جميع الموائل الخاصة على الأرض. لدراسة الموائل الخاصة ، يمكن للعلماء التركيز على الكائنات الحية الدقيقة وتفاعلاتها البيولوجية ، أو على المكونات غير الحية ، مثل المعادن والتفاعلات الكيميائية.
ومع ذلك ، قد يكون من الصعب الفصل بين الاثنين! نظرًا لعدم معرفة الكثير عن أفضل طريقة لإزالة الكائنات الحية الدقيقة من العينات البيئية دون تغيير الخصائص غير الحية للعينة ، فقد قررنا إجراء تجربة لمعرفة ذلك. قمنا بتعريض الرواسب البحرية لثلاث طرق مختلفة للتعقيم ، لمعرفة الطريقة الأفضل للتخلص من الكائنات الحية الدقيقة. درسنا أيضًا ما إذا كانت الطرق الثلاث تؤثر على الخصائص الكيميائية لعيناتنا. وجدنا أنه من الصعب خلق ظروف معقمة لأن بعض الكائنات الحية الدقيقة يمكنها تحمل الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية والإشعاع والمواد الكيميائية السامة!
الكائنات الدقيقة يمكن أن تعيش في كل مكان!
كانت الكائنات الحية الدقيقة هي أقدم أشكال الحياة على كوكبنا. هم أيضا الأصغر! يصف مصطلح “الكائنات الحية الدقيقة” مجموعة متنوعة من الكائنات وحيدة الخلية بما في ذلك البكتيريا والعتائق وبعض الفطريات والطحالب والبروتوزوا والفيروسات.

ملاحظة الكائنات الحية الدقيقة
لا يمكن ملاحظة هذه الكائنات إلا باستخدام المجاهر نظرًا لحجمها الصغير. تعيش الكائنات الحية الدقيقة في بطوننا وجلدنا ، لكنها تعيش أيضًا في كل مكان آخر – من أعمق أجزاء قشرة الأرض إلى أعالي الغيوم. حتى أن البعض يعيش تحت جليد القطب الجنوبي ، أو في صخور بركانية عمرها 3.5 مليار سنة ، أو في ينابيع حارة يمكن العثور عليها في درجات الحرارة القصوى ، الساخنة والباردة على حد سواء ، في أقصى ملوحة البحر الميت ، في الإشعاع الشديد للمفاعلات النووية ، وتحت الضغط العالي لأعماق البحار ، وفي الجفاف الكامل للحلويات ، وفي الحمضية و بحيرات أساسية.
على الرغم من أن العديد من هذه الظروف القاسية سامة لمعظم أشكال الحياة الأخرى ، فقد طورت البكتيريا طرقًا لمقاومة الظروف القاسية والبقاء على قيد الحياة.
(أ) يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تعيش في كل مكان على كوكبنا ، حتى في الأماكن ذات الظروف القاسية مثل قشرة الأرض العميقة مع عدم وجود ماء تقريبًا والكثير من الضغط وفي بيئات كان يُعتقد سابقًا أنها عقيمة تمامًا مثل غرفة ناسا النظيفة التي هي أنظف غرفة على كوكبنا ولكنها تحتوي أيضًا على آثار للميكروبات.

معلومة تهمك

تطور الكائنات الحية الدقيقة
(ب) لقد طورت الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في بيئات قاسية العديد من استراتيجيات البقاء الرائعة.
أسرار بقاء الكائنات الدقيقة التي تعيش في ظل ظروف شديدة. لقد طورت الكائنات الحية الدقيقة العديد من الاستراتيجيات الرائعة لمساعدتها على البقاء في الموائل المتطرفة .هنا ، نشرح القليل منهم.
المرونة الأيضية
طورت العديد من الميكروبات القدرة على تغيير الأطعمة التي تتناولها ، اعتمادًا على ما هو متاح. يمكن للبعض أيضًا تكييف عملية التمثيل الغذائي مع الظروف المتغيرة ، مثل الحرارة أو البرودة.
سبات
عندما تكون الظروف غير مواتية ، يمكن أن تدخل بعض الكائنات الحية الدقيقة في حالة السكون ، والتي تشبه “وضع السكون”. إنهم يبطئون عملية التمثيل الغذائي لديهم بحيث يأكلون وينموون بشكل أقل حتى تصبح الظروف مواتية مرة أخرى.
جراثيم
عندما تكون الظروف غير مواتية ، يمكن لبعض الكائنات الحية الدقيقة أن تشكل بطانية خاصة حول نفسها ، مصنوعة من بروتينات غير عادية. تسمى هذه الأشكال المحمية بالجراثيم. يمكن أن تساعد الجراثيم الكائنات الحية الدقيقة على البقاء على قيد الحياة لآلاف السنين في ظروف قاسية!
آليات الإصلاح
يمكن أن تؤدي الظروف القاسية إلى إتلاف المادة الوراثية للكائنات الحية الدقيقة. تشمل المادة الوراثية DNA و RNA ، والتي تسمى الأحماض النووية. طورت بعض الكائنات الحية الدقيقة آليات إصلاح خاصة لإصلاح تلف الحمض النووي.
مقاوم للحرارة
تحتوي بعض الكائنات الحية الدقيقة على بروتينات ودهون خاصة يمكنها حمايتها من درجات الحرارة العالية جدًا. تخبرنا البادئات اليونانية الحرارية والحرارية أن هذه الكائنات الحية الدقيقة الحرارية والحرارية يمكن أن تعيش بالقرب من الحرارة والنار.
مقاومة الراديو
أشعة جاما هي نوع من الإشعاع ينتج عن تحلل المواد المشعة. نظرًا لأن أشعة جاما يمكن أن تخترق الأنسجة والخلايا ، فهي شديدة الخطورة بالنسبة لمعظم الكائنات الحية. تنتج بعض الكائنات الحية الدقيقة أصباغ غير عادية تعمل كدرع وقائي ضد أشعة جاما. تحتوي هذه الكائنات الدقيقة المقاومة للإشعاع أيضًا على نسخ متعددة من معلوماتها الجينية ، مما يساعدها على البقاء على قيد الحياة في حالة تلف نسخة واحدة من الإشعاع.
ما هي أفضل طريقة لقتل الكائنات الدقيقة؟
الكائنات الدقيقة لها تأثير كبير على بيئتنا – فهي تجعل الحياة على الأرض ممكنة. لم تتم دراسة معظم الموائل الميكروبية جيدًا حتى الآن. على سبيل المثال ، لا يزال 95٪ من المحيطات غير جيدة التوصيف. هذا يعني أن الباحثين الذين يستكشفون الموائل البحرية لا يزال لديهم الكثير من العمل للقيام به! عندما يدرس الباحثون عينات من البيئة ، فإنهم غالبًا ما يريدون معرفة ما إذا كانت العمليات التي تحدث في تلك العينات هي عمليات بيولوجية ، مما يعني أنها مدفوعة بالنشاط البيولوجي للكائنات الحية الدقيقة ، أو ما إذا كانت عمليات جيوكيميائية ، بمعنى أنها مدفوعة بواسطة اللاأحيائية ، التفاعلات الكيميائية ، دون نشاط الكائنات الحية.
تتمثل إحدى طرق معرفة أنواع العمليات التي تحدث في إزالة جميع الكائنات الحية الدقيقة من العينات البيئية بحيث يمكن دراسة العمليات الجيوكيميائية بمفردها. إزالة جميع الكائنات الحية الدقيقة من العينة يسمى التعقيم .
(أ) في الرواسب البيئية هي عمليات بيولوجية بوساطة ، على سبيل المثال ، الكائنات الحية الدقيقة والعمليات الجيوكيميائية بواسطة المواد الكيميائية. (ب) يقوم العلماء بتعقيم العينات البيئية لدراسة الخواص الكيميائية للعينة دون تدخل من التفاعلات البيولوجية للكائنات الدقيقة. تشمل طرق التعقيم التعقيم بالبخار أو الإشعاع بأشعة جاما أو المعالجة بالمواد الكيميائية السامة. (ج) يمكن تقييم فعالية طرق التعقيم عن طريق قياس العوامل البيولوجية ، مثل نمو الكائنات الحية الدقيقة على ألواح الآجار ، والإنتاجية (استهلاك الطعام مثل الأحماض الأمينية ، والهضم ، وتشكيل الكتلة الحيوية) ، ووجود الأحماض النووية. يمكن أن يؤثر التعقيم أيضًا على الخصائص الجيوكيميائية للعينة ، مما يتسبب في تغيير المعادن الموجودة في العينة أو التسبب في إطلاق مواد معينة.
للتحقيق الفعال في العمليات الجيوكيميائية ، يجب ألا تؤثر طرق التعقيم المستخدمة على العينات على العمليات الجيوكيميائية. قبل تجربتنا ، لم يكن معروفًا كثيرًا عما إذا كانت طرق التعقيم تغير الخصائص الجيوكيميائية للعينات البيئية. لذلك ، قررنا دراسة آثار تقنيات التعقيم الشائعة الاستخدام على الرواسب البحرية. سرعان ما اكتشفنا أن هذا السؤال لم يكن مباشرًا كما يبدو!
كيف يمكننا إثبات أن العينة البيئية معقمة؟
ماذا تعني كلمة “عقيم” بالضبط؟ بحكم التعريف ، فهذا يعني أن شيئًا ما نظيف تمامًا وخالٍ من الكائنات الحية الدقيقة. عندما نريد إزالة الكائنات الحية الدقيقة من عيناتنا التجريبية ، يجب أن نفكر في كيفية اختبار وجود الكائنات الحية الدقيقة. كيف نعرف ما إذا كانت الكائنات الحية الدقيقة حية؟ تشمل الخصائص المعروفة للخلايا الحية بنية خلوية منظمة ، وغشاء خلوي سليم ، والقدرة على الاستجابة للمنبهات مثل المواد الكيميائية أو الضوء ، والقدرة على النمو والتكاثر. يمكننا بسهولة قياس بعض هذه الخصائص في المختبر .
يمكننا فحص تكاثر الكائنات الحية الدقيقة عن طريق حساب عدد الخلايا الحية تحت المجهر أو عن طريق زراعتها في أطباق تسمى أطباق أجار ، والتي تحتوي على طعام غني بالمغذيات. يمكننا فحص الإنتاجية الميكروبية ، مما يعني متابعة النشاط الميكروبي في المختبر ، من خلال تحديد كمية الكائنات الحية الدقيقة التي تأكل ، وهضم ، وتنتج. على سبيل المثال ، يمكننا قياس عدد الأحماض الأمينية التي تأكلها الكائنات الحية الدقيقة أثناء إنتاج الكتلة الحيوية لتنمو. هناك أيضًا تقنيات معملية لقياس كميات الأحماض النووية (RNA و DNA) في عينة توفر معلومات حول المجتمع الميكروبي الحالي والكائنات الحية الدقيقة النشطة.
دراستنا مع الرواسب البحرية
لتحديد الطريقة الأكثر فعالية لتعقيم عينات الرواسب البحرية ، درسنا تأثيرات طرق التعقيم المختلفة على الرواسب البحرية. قام فريق البحث لدينا ، المجهز بأحذية مطاطية ومجارف وقفازات ودلاء ، بجمع الرواسب البحرية في الدنمارك على ساحل بحر البلطيق. قمنا بتعقيم هذه العينات باستخدام ثلاث طرق: التعقيم ، حيث تم تعريض العينات للحرارة العالية (121 درجة مئوية) والضغط العالي ؛ جرعة عالية من أشعة جاما. أو تركيز عالٍ من مادة كيميائية سامة تسمى أزيد الصوديوم.].
بعد علاجات التعقيم ، بحثنا عن وجود كائنات دقيقة في العينات عن طريق عدها مباشرة على ألواح أجار ، واكتشاف مقدار نموها ، وقياس كميات الأحماض النووية الموجودة. أخذنا هذه القياسات مباشرة بعد التعقيم ومرة ​​أخرى بعد أسبوعين. في نفس الوقت ، قمنا بتقييم الخصائص الجيوكيميائية للعينات ، لمعرفة ما إذا تم إطلاق المواد من العينات أو إذا حدثت تغييرات في المعادن بسبب عمليات التعقيم .
الأحماض النووية لا تزال موجودة في عينات معقمة!
والمثير للدهشة أننا ما زلنا نعثر على الأحماض النووية مباشرة بعد جميع إجراءات التعقيم .
حتى الآن ، من المعروف أن الحمض النووي من الكائنات الحية الدقيقة الميتة يمكن أن يستمر في رواسب المحيطات لأسابيع إلى سنوات .
عادةً ما يوجد الحمض النووي الريبي بشكل أساسي في المجتمعات الميكروبية الحية ، ولكن هناك تلميحات إلى أن الحمض النووي الريبي يستمر أيضًا لفترة طويلة بعد موت الكائنات الحية ، وأن الحمض النووي الريبي قد يكون أكثر استقرارًا في رواسب المحيطات مما كان يُفترض سابقًا . يمكن تفكيك الأحماض النووية بواسطة بروتينات خاصة تسمى الإنزيمات ، والتي تعمل مثل المقص الجزيئي. بعد التعقيم بالبخار ، علمنا أن إنزيمات تقطيع الحمض النووي لا تزال تعمل لأن كمية الحمض النووي انخفضت بعد أسبوعين. لا تؤثر المواد الكيميائية مثل أزيد الصوديوم على معظم إنزيمات قطع الحمض النووي ، وهو ما يتضح من تحلل الحمض النووي والحمض النووي الريبي في نقطة زمنية مدتها أسبوعين في تلك العينات. ومع ذلك ، في العينات المشعة بأشعة جاما ، كانت المستويات المنخفضة من الحمض النووي الريبي لا تزال موجودة بعد أسبوعين. من الممكن أن تكون إنزيمات قطع الحمض النووي الريبي قد تضررت من الإشعاع ولم تعد قادرة على تحلل الحمض النووي الريبي. هل وجود الأحماض النووية يعني أن العينات معقمة أم لا؟
.التعقيم
كان التعقيم بالبخار هو الأفضل في إزالة جميع آثار الكائنات الدقيقة ، وكان أزيد الصوديوم أسوأ. ومع ذلك ، تسبب التعقيم في معظم التغييرات في العينة البيئية ، خاصة بعد أسبوعين من التعقيم. (ب) الكائنات الحية الدقيقة لها “درع فارس” خاص يساعدها على البقاء على قيد الحياة ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة ، والجرعات العالية من أشعة جاما ، وتركيزات عالية من المواد الكيميائية. من دراسات أخرى ، نعلم أن الكائنات الحية الدقيقة يمكنها أيضًا البقاء على قيد الحياة عند درجة الحموضة المنخفضة والعالية ، وتحت الضغط ، وفي الفراغ ، وتحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وفي الملوحة العالية ، وفي العديد من الظروف القاسية الأخرى.
الكائنات الحية الدقيقة على قيد الحياة ، وتغيرت المعادن ، وتم إطلاق المواد
يستخدم التعقيم بالبخار على نطاق واسع للتعقيم لأنه يثبط نشاط معظم الفطريات والأوليات. لكن الكثير من البكتيريا والعتائق نجا من التعقيم في تجربتن. بالإضافة إلى ذلك ، غيّر التعقيم المعادن في عينات الرواسب وتسبب في إطلاق أنواع مختلفة من المواد من العينات. أدى التعقيم بأشعة جاما إلى القضاء على معظم الكائنات الحية الدقيقة ، ولكنه تسبب أيضًا في إطلاق مواد من عينات الرواسب وتغيير المعادن.
لذلك ، قد لا يكون التعقيم بالبخار المضغوط والإشعاع أفضل طرق التعقيم لاستخدامها في العينات البيئية ، نظرًا لأنها غيّرت الخصائص الجيوكيميائية للعينة. قتل تعقيم أزيد الصوديوم أقلية فقط من الكائنات الحية الدقيقة ولكنه منع نمو الميكروبات بنقطة زمنية مدتها أسبوعين. لم يغير أزيد الصوديوم من إطلاق المواد من عيناتنا أو المعادن في تلك العينات.
رسالة منزلية: الميكروبس ينجو من كل شيء!
للتمييز الواضح بين العمليات البيولوجية والعمليات الجيوكيميائية في العينات البيئية ، يجب اختيار طريقة تعقيم مثالية. ومع ذلك ، يبدو أن جميع الأساليب لها عيوب ، لذلك يحتاج الباحثون إلى حل وسط اعتمادًا على أسئلة البحث التي يجب الإجابة عليها. يجب استخدام التعقيم بالبخار للدراسات التي تركز على الخصائص البيولوجية ، بينما قد تكون المواد الكيميائية وأشعة جاما أفضل لتعقيم العينات التي سيتم تحليلها من أجل الخصائص الجيوكيميائية.

التجارب
توضح تجاربنا أن الكائنات الحية الدقيقة هي أبطال غير مرئيين ، أقوى بكثير مما نعتقد .في حين أن مهارات البقاء على قيد الحياة مذهلة حقًا ، فإن هذه المهارات تجعل من الصعب على العلماء دراسة الخصائص الجيوكيميائية للرواسب البحرية أو الموائل الأخرى.
نظرًا لأن الكائنات الحية الدقيقة يمكنها البقاء على قيد الحياة تقريبًا في جميع الظروف الصعبة التي تواجهها ، بما في ذلك ارتفاع درجة الحرارة والضغط الشديد والإشعاع القوي والمواد الكيميائية السامة ، فقد يكون من الصعب حقًا إزالة جميع آثارها من العينات البيئية. من الصعب أيضًا اختيار طرق التعقيم المناسبة لأن بعض الطرق يمكن أن تؤثر أيضًا على الخصائص الجيوكيميائية للعينات. تظهر نتائجنا أن الكائنات الحية ، وخاصة الكائنات الحية الدقيقة ، مرتبطة ارتباطًا وثيقًا ببيئاتها. تؤثر الكائنات الدقيقة وبيئاتها باستمرار على بعضها البعض بطرق معقدة تجعل من الممكن وجود الحياة على الأرض!
قائمة المصطلحات
التمثيل الغذائي: ↑ جميع العمليات البيوكيميائية التي تحافظ على حياة الكائن الحي. بكلمات بسيطة ، التمثيل الغذائي هو مجموع الأكل والشرب والهضم والنمو.
السكون: ↑ عندما توقف الكائنات الحية الدقيقة عملية التمثيل الغذائي ، مما يعني أنها عندما تأخذ نومًا عميقًا ويتوقف نموها وتطورها ونشاطها البدني مؤقتًا.
الأبواغ: حالة يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تعيش فيها لفترات طويلة في ظل ظروف قاسية. تخلق الكائنات الحية الدقيقة حولها بطانية خاصة تشبه بذرة النبات.
الأحماض النووية: جزيئات معقدة تخزن المعلومات الوراثية. نوعان من الأحماض النووية هما DNA و RNA. يُظهر الحمض النووي وجود الكائنات الحية الدقيقة ويمكن أن يُظهر الحمض النووي الريبي ما إذا كانت نشطة.
العمليات البيولوجية: جميع العمليات التي تقوم بها الكائنات الحية.
العمليات الجيوكيميائية: ↑ جميع العمليات التي تحدث في البيئة مدفوعة بحتة بتفاعلات كيميائية.
التعقيم: عملية تقتل أو تزيل أو تعطل الكائنات الحية الدقيقة.
الأوتوكلاف: أداة تستخدم الحرارة والضغط وتستخدم لقتل الكائنات الحية الدقيقة.

تنبيه هام، المنشور يعبر عن رأي الكاتب ويتحمل مسؤوليته، دون ادنى مسؤولية علي الجريدة

تنبيه

احصل على تحديثات في الوقت الفعلي مباشرة على جهازك ، اشترك الآن.

معلومة تهمك

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

%d مدونون معجبون بهذه: