صفحة ٦٩
انظر إلى أعلى الصفحة، فأنت أمام عنوان الدرس الثالث من الفصل الثالث: البكتيريا. هدفنا هنا التمييز بين البدائيات والبكتيريا، ومعرفة كيف تبقى البكتيريا في الظروف القاسية، وتأثيرها في الإنسان. ابدأ معي من الفكرة الرئيسة: البكتيريا مخلوقات حية بدائية النوى تعيش في كل البيئات. في ربط مع الحياة، اسأل نفسك: ما الذي يجمع بين اللبن والجبن والتهاب الحنجرة؟ كلها تشترك في كونها ناتجة عن مخلوقات مجهرية تسمى بكتيريا. اقرأ تنوع بدائيات النوى؛ تجد أن كلمة Prokaryote مشتقة من اليونانية وتني ما قبل النواة. كانت تصنف قديما في مملكة واحدة تسمى Monera، لكن الفحوصات الحديثة أثبتت وجود اختلافات جوهرية، فصنفت في فوق مملكتين هما فوق مملكة البكتيريا، وفوق مملكة البدائيات التي تضم مخلوقات تعيش في البيئات القاسية، وتتشابه في بعض الخصائص مع الخلايا الحقيقية مثل بروتينات السيتوبلازم والهستونات. تأمل الشكل 3-5، فهو يوضح مخلوقات حية وحيدة الخلية تمثل أنواع البكتيريا، وفيها تظهر البكتيريا الخضراء المزرقة التي تقوم بعملية البناء الضوئي.
صفحة ٧٠
انظر إلى البدائيات في أعلى الصفحة المسمى Archaea، فهي تعيش في البيئات القاسية التي لا تقوى عليها المخلوقات الأخرى. خذ مثلاً البدائيات المحبة للحموحة والحرارة Thermoacidophiles، التي تعيش في مياه الينابيع الكبريتية الساخنة والفوهات عند درجة حرارة فوق 80 درجة مئوية ورقم هيدروجيني بين 1 و2، وبعضها لا يتحمل حرارة أقل من 55 درجة، وبعضها الآخر لاهوائية تماماً تموت في وجود الأكسجين. أما البدائيات المحبة للملوحة Halophiles فتعيش في أوساط عالية الملوحة مثل البحيرات العظمى والبحر الميت بأكثر من 15 بالمئة، ولديها تكيفات للعيش في وسط مالك، وبعضها يقوم بالبناء الضوئي بصبغة فريدة بدل الكلوروفيل. وهناك مجموعة البدائيات المولدة لغاز الميثان Methanogens، وهي لاهوائية لا تستطيع العيش بوجود الأكسجين، بل تستخدم ثاني أكسيد الكربون وتخرج غاز الميثان، وتوجد في مياه المجاري والسبخات وقناة الهضم للإنسان والحيوان لتكون مسؤولة عن الغازات في الجزء السفلي من القناة الهضمية. أما البكتيريا Bacteria فتوجد في كل مكان تقريباً جدرانها الخلوية تحتوي على بيبتيدوجلايكان، وبعضها يمتلك جداراً ثانياً لتمييزها، ومنها البكتيريا الخضراء المزرقة. تذكر الفروق الجوهرية: البكتيريا تحتوي جدرانها على البيبتيدوجلايكان بينما البدائيات لا تحتوي عليه، كما أن الدهون في الأغشية والبلازميدات والبروتينات الرايبوسومية وحمض RNA تختلف بينهما.
صفحة ٧١
انظر إلى الشكل 3-7 الذي يوضح تراكيب الخلية البدائية النوى اللازمة لعملياتها الحيوية. ابدأ بالكروموسومات المتمثلة في كروموسوم حلقي كبير في منطقة نظير النواة nucleoid، بالإضافة إلى قطع صغيرة من DNA تسمى البلازميد plasmid ولها ترتيب حلقي أيضاً. انتقل إلى المحفظة capsule، وهي طبقة من السكريات المتعددة تفرزها بعض الخلايا البدائية حول الجدار الخلوي، ووظيفتها حماية الخلية من الجفاف، ومساعدتها على الالتصاق بالسطوح، وحمايتها من ابتلاع خلايا الدم البيضاء، وتحميها أيضاً من أثر المضادات الحيوية. أما الهديبات pili فهي تراكيب دقيقة تشبه الشعيرات تتكون من البروتين، وتعمل بمثابة جسر يربط بين الخلايا، إذ ترسل البكتيريا عبره نسخة من البلازميد إلى خلايا أخرى لتزودها بخصائص وراثية جديدة، وتعد هذه إحدى طرائق نقل المقاومة ضد المضادات الحيوية.
صفحة ٧٢
انظر إلى الجدار الخلوي Cell wall في أعلى الصفحة؛ فهو يصنف البكتيريا تبعا لمكونات جدارها الخلوي المكون من سكريات ثنائية وقطع بتييدية. ولتعرف البدائيات النوى، يستخدم العلماء التقنيات الجزيئية ومقارنة DNA لإيجاد علاقات سلالية، أو استخدام صفات الشكل والحركة واستجابة الجدار الخلوي لصبغة جرام. تأمل الشكل 3-8 الذي يوضح أشكال خلايا البدائيات النوى الثلاثة: الكرية أو المستديرة، والعصوية، والحلزونية أو اللولبية. وفي جانب الحركة، تلاحظ أن بعضها يستخدم الأسواط التي تختلف عن أسواط الخلايا الحقيقية كونها مكونة من أنابيب دقيقة، لتساعدها على الحركة نحو الضوء أو المواد الكيميائية، بينما يتحرك بعضها فوق طبقة مخاطية تفرزها. أما صبغة جرام Gram stain فتستخدم لتحديد نوعين: بكتيريا موجبة جرام لها طبقة خارجية سميكة من البيبتيدوجلايكان فيكون لونها بنفسجياً داكناً، وبكتيريا سالبة جرام لها طبقة خارجية من الدهون وكمية أقل من البيبتيدوجلايكان فيكون لونها وردياً. وفي جانب الحجم، لاحظ الشكل 3-9 الذي يقارن حجم البكتيريا بحجم خلية بطانة الخد البشرية، إذ تتراوح أبعاد البكتيريا بين 1 إلى 10 ميغومتر طولاً، وبين 0.7 إلى 1.5 ميغومتر عرضاً، وكلما صغر حجم المخلوق زادت مساحة سطحه بالنسبة لحجمه لتنتشر أجزاؤها بسهولة.
صفحة ٧٣
انظر إلى تكاثر البدائيات النوى Reproduction of prokaryotes في منتصف الصفحة. تتكاثر معظم هذه المخلوقات لا جنسياً بطريقة تسمى الانقسام الثنائي Binary fission، وتأمل تفاصيلها في الشكل 3-10: هو انقسام الخلية إلى خليتين متماثلتين وراثياً، حيث يتضاعف الكروموسوم أولاً ثم ينفصل الكروموسوم الأصلي عن نسخه الجديدة، وتستطيل الخلية وتكبر حجماً وتتكون قطعة جديدة من غشاء الخلية ومن جدارها الخلوي لتنفصل الخلية إلى خليتين متماثلتين. يتم هذا بسرعة كبيرة قد تصل إلى مرة كل 20 دقيقة تحت ظروف بيئية مثالية، فعندما تكون الظروف ملائمة قد تتكاثر خلية بكتيرية واحدة عن طريق الانقسام الثنائي لتصل إلى بليون خلية في 10 ساعات تقريبا. وهناك شكل آخر للتكاثر اللاججنسي يسمى الاقتران Conjugation، حيث تلتصق خليتان معاً وتتبادلان المواد الوراثية، ويبين الشكل 3-11 دور الهديبات Pili في التصاق الخليتين حتى يتم انتقال المادة الوراثية من خلية إلى أخرى، وبهذه الطريقة تنتج مادة وراثية جديدة ويزداد تنوع البدائيات النوى.
صفحة ٧٤
انظر إلى الشكل 3-11 في أعلى الصفحة لتشاهد الاقتران وكيف يتم تبادل المادة الوراثية من خلال الهديبات. انتقل معنا إلى عمليات الأيض في البدائيات النوى Metabolism of prokaryotes؛ فهي تتباين في قدرتها على النمو تبعاً لوجود الأكسجين، فالبدائيات التي تحتاج إلى الأكسجين لإنتاج الطاقة اللازمة لنموها تسمى هوائية إجبارية، أما التي لا تستخدم الأكسجين لإنتاج الطاقة فتسمى لاهوائية إجبارية، وهذه تحصل على الطاقة من عملية التخمّر. وهناك مجموعة أخرى تسمى الهوائية الاختيارية وهي تنمو في وجود الأكسجين أو عدم وجوده وتستخدمه لإنتاج الطاقة، وتستخددم هذه النوعية عملية التخمّر للحصول على الطاقة عند غياب الأكسجين كما في الشكل 3-12. أما غير ذاتيات التغذية Heterotrophs فهي لا تستطيع بناء غذائها بنفسها بل تحصل عليه من غيرها، وبعض البكتيريا تكون متكافلة في تغذيتها مثل بكتيريا رايزوبيوم Rhizobium وبعضها متطفلة مثل بكتيريا الكلاميديا Chlamydias. تأمل مخطط الشكل 3-12 الذي يوضح تصنيف البدائيات النوى في مجموعات تبعاً لكيفية حصولها على غذائها بين ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية.
صفحة ٧٥
انظر إلى الذاتيات التغذية الضوئية Photoautotrophs في أعلى الصفحة؛ فهي تقوم بعملية البناء الضوئي بطريقة تشبه النباتات، وتعيش في بيئات يتوافر فيها الضوء كالبرك الضحلة والجداول لبناء المادة العضوية واستخدامها غذاء. اعتقد العلماء سابقاً أن الطحالب الخضراء المزرقة مخلوقات حية تنتمي إلى المخلوقات الحقيقية النوى، لكنهم اكتشفوا بعد ذلك أنها من بدائيات النوى وأعادوا تسميتها بالبكتيريا الخضراء المزرقة، وهي مهمة في البيئة لوجودها في بداية السلاسل الغذائية وإطلاق الأكسجين إلى البيئة المحيطة، حيث يعتقد أنها كانت أول مجموعة من المخلوقات الحية التي أطلقت الأكسجين إلى الغلاف الجوي البدائي للأرض قبل ثلاثة مليارات سنة تقريباً. أما الذاتيات التغذية الكيميائية Chemoautotrophs فهي لا تحتاج إلى الضوء مصدراً للطاقة، بل تحلل المركبات العضوية وتطلق مركبات غير عضوية تحتوي على النتروجين أو الكبريت ومنها الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين من خلال عملية تسمى التمثيل الكيميائي، لتؤدي دوراً مهمّاً في المحافظة على استمرار تدوير المركبات النتروجينية والمركبات غير العضوية الأخرى. وفي جانب بقاء البكتيريا Survival of Bacteria، كيف تحافظ البكتيريا على بقائها إذا أصبحت البيئة غير ملائمة؟ يوضح النص أن بعض أنواع البكتيريا تنتج في الظروف البيئية القاسية تركيباً يسمى البوغ الداخلي Endospore، ومن أمثلتها البكتيريا المسببة للجمرة الخبيثة أو التيتانوس أو التسمم الوشيقي، ويمكن أن ينظر إلى البوغ الداخلي على أنه خلية كامنة تقاوم البيئات القاسية، وتقاوم الحرارة العالية والبرودة الشديدة والجفاف والتعرض لكميات كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية.
صفحة ٧٦
انظر إلى الشكل 3-13 لترى مراحل تكوين الأبواغ الداخلية عندما تتعرض البكتيريا لبيئة قاسية؛ إذ يحيط غلاف البوغ بنسخة من كروموسوم الخلية وقليل من السيتوبلازم، ويموت ما تبقى من الخلية ويبقى البوغ فقط، وعندما تتحسن الظروف ثانية ينمو البوغ ليصبح خلية جديدة. ولأن الخلية البكتيرية الواحدة لا تنتج إلا بوغاً داخلياً واحداً فهذه عملية للابقاء وليس للتكاثر. أما الطفرات Mutations فتحدث إذا تغيرت البيئة وكانت البكتيريا غير قادرة على التكيف مع الظروف الجديدة، فتتجاوز الطفرات الوراثية لتساعدها على البقاء في بيئة دائمة التغير بطريقة عشوائية مفاجئة في تسلسل DNA تقود إلى أشكال جديدة من الجينات وصفات جديدة، مما يتيح لبعض البكتيريا البقاء ضمن المجموعة المناسبة. وفي عنوان بيئة البكتيريا Ecology of Bacteria، ليس كل البكتيريا ممرضة، بل إن العديد منها مفيد، إذ يساهم في تسميد الحقول وتدوير المواد الغذائية وحماية الجسم وإنتاج الغذاء والدواء. وفي تدوير المواد الغذائية وتثبيت النتروجين، تسمى المخلوقات التي تحصل على الطاقة من المخلوقات الميّة المحللات أو ملتهمة المادة العضوية، وهي تعمل على إعادة مواد غذائية مهمة للبيئة دون إعادة تدويرها فسوف تستهلك المواد الخام الضرورية، ويلزم استخدام المزيد من الأسمدة للنباتات إن لم يثبت النتروجين لازم لنموها.
صفحة ٧٧
انظر إلى أعلى الصفحة في فقرة الربط مع النتروجين الضروري لاستمرار الحياة للأرض، فهو مكون أساسي للأحماض الأمينية التي تشكل الوحدات البنائية للبروتينات، كما أنه يدخل في تركيب RNA وDNA. يوجد معظم النتروجين على الأرض في الغلاف الجوي على هيئة غاز النتروجين N2، وتستخدمه بعض أنواع البكتيريا مباشرة كما في العقد النتروجينية الموجودة على جذور النباتات البقولية، ولديه إنزيمات تحوله إلى مركبات نتروجينية في عملية تسمى تثبيت النتروجين. تعيش بعض هذه البكتيريا في التربة وتكون علاقة تبادل منفعة مع العقد الجذرية للنباتات مثل فول الصويا والبرسيم، حيث تستخدم النتروجين الجوي وتحوله إلى أشكال يستطيع النبات استخدامها، فتكون النباتات قادرة على امتصاص الأمونيا NH3 وغيرها من المركبات النتروجينية من التربة وتعد الأساس في السلسلة الغذائية. تأمل الشكل 3-14 الذي يوضح البكتيريا المثبتة للنتروجين التي تعيش على عُقد جذور النباتات قادرة على أخذ نتروجين الهواء وتحويله إلى شكل يستقيده النبات.
صفحة ٧٨
انظر إلى الشكل 3-15 في أعلى الصفحة الذي يوضح بكتيريا الأمعاء أثيرشيا كولاي Escherichia coli التي تعيش في أمعائنا ولها أهمية كبيرة في بقائنا أحياء. يطلق على هذه البكتيريا اسم الفلورا الطبيعية Normal flora، وهي تعيش داخل جسمك وخارجه ومعظمها غير ضار، بل مهم جداً للجسم لأنها تنمو وتتككاثر على الجسم وتتنافس مع البكتيريا المسببة للمرض وتمنعها من إحداث المرض. بعض سلالات هذا النوع يسبب تسمماً غذائياً، لكن النوع الذي يعيش في أمعاء الإنسان والثدييات الأخرى غير ضار وبل مهم للبقاء؛ فتلك التي تعيش في الإنسان تكون فيتامين K الذي يمتصه الأمعاء ويستخدم في تخثر الدم في علاقة تكافل حيث تجد البكتيريا مكاناً دافئاً فيه غذاء وهي تزود الإنسان بمادة غذائية أساسية. وفي جانب الغذاء والدواء Foods and medicines، تتدخل البكتيريا في صناعة الأغذية كالأجبان واللبن والشيكولاتة عبر مساعدة بكتيريا الكاكاو في إنتاجها، وهي مسؤولة عن الإنتاج التجاري لفيتامين B12 والرايبوفلافين، ولها أهمية في الأدوية والبحث العلمي؛ إذ ينتج بعضها مضادات حيوية مثل الستربتومايسين والتتراسلايكين والفانكومايسين.
