آرکی باکتر (Archaebacteria) یا باکتری‌ باستانی نوعی ارگانیسم تک سلولی است که آنقدر با سایر اشکال ارگانیسم‌های مدرن تفاوت دارد که روش طبقه‌بندی موجودات زنده را برای دانشمندان این زمینه به چالش مهمی تبدیل کرده است.

با ظهور مطالعات بیولوژی ژنتیکی پیچیده و زیست شناسی مولکولی، دانشمندان توانستند تفاوت‌های بیوشیمیایی عمده بین باکتری‌ها و آرکی باکترها را مشاهده کنند، در حالیکه تا قبل از آن هر دو گروه آرکی‌ها و باکتری‌های طبیعی در یک سلسله (Kingdom) یا فرمانرو مشترک از ارگانیسم‌ها طبقه‌بندی می‌شدند. طبقه‌بندی در سلسله‌ها، روشی برای ساماندهی انواع ارگانیسم‌های زنده براساس ساختار سلولی آن‌ها است که این سلسله‌ها شامل موارد زیر هستند:

  • سلسله حیوانات (Animalia)
  • سلسله گیاهان (Planitia)
  • سلسله قارچ‌ها (Fungi)
  • سلسله پروتیست‌ها (Protista) (یوکاریوت‌های تک سلولی)
  • سلسله مونرا (Monera) (زمانی انواع اشکال پروکاریوت‌ها در این سلسله جای می‌گرفتند)

با این حال، مطالعات ژنتیکی و بیوشیمیایی باکتری‌ها به سرعت نشان داد که یک گروه از پروکاریوت‌ها وجود دارند که با باکتری‌های کنونی و در واقع با سایر ارگانیسم‌های زنده مدرن بسیار متفاوت هستند. سرانجام این سلول‌های منحصر به فرد آرکی باکتر‌ها نام گرفتند که از دو کلمه «Archae» به معنی باستانی و باکتری ساخته شده است. تصور ‌می‌شود که این سلول‌های منحصر به فرد از نوادگان یک خاندان بسیار باستانی از باکتری‌هایی هستند که در اطراف دریا‌های عمیق غنی از گوگرد تکامل یافته‌اند.

سلسله‌های جانداران
تصویر ۱: ۶ سلسله جانداران

تجزیه و تحلیل ژنتیکی و بیوشیمیایی پیشرفته منجر به ایجاد درخت زندگی فیلوژنتیک جدید شده است که از مفهوم حوزه‌ها یا دامین (Domains) برای توصیف تقسیمات موجودات زنده به صورت بزرگتر و اساسی‌تر از سلسله استفاده ‌می‌کند.

در جدیدترین نسخه این سیستم طبقه‌بندی، کلیه یوکاریوت‌ها به صورت حیوانات، گیا‌هان، قارچ‌ها و آغازیان مشخص می‌شوند که حوزه «یوکاریوتا» (Eukaryota) را تشکیل ‌می‌دهند، در حالی که شاخه‌های رایج‌تر و مدرن‌تر باکتری‌ها در حوزه «پروکاریوتا» (Prokarya) جای می‌گیرند و آرکی باکترها به طور کلی در حوزه اختصاصی خود به نام حوزه «آرکی‌ها» (آرکی باکترها) یا باستانیان قرار داده می‌شوند.

کشف آرکی باکترها و تفاوت‌های منحصر به فرد آن‌ها برای دانشمندان بسیار اهمیت داشت، زیرا این باور وجود دارد که بیوشیمی ‌بی‌نظیر آرکی باکتر‌ها ممکن است به ما در شناخت و درک عملکرد‌های حیاتی سایر موجودات باستانی کمک شایانی کند. برخی دانشمندان پیشنهاد ‌می‌کنند که آرکی باکترهای «ترموپلاسما» (Thermoplasma) ممکن است در واقع اجداد هسته سلول‌های یوکاریوتیک ارگانیسم‌های کنونی باشند که گمان ‌می‌رود از طریق فرآیند «اندوسیمبیوز» (Endosymbiosis) یا درون همزیستی توسعه یافته باشند.

چشمه آب گرم
تصویر ۲: چشمه آب گرم «یلو استون»، یکی از مکان‌های زندگی آرکی باکترهای گرما دوست است.

یکی دیگر از ویژگی‌های قابل توجه آرکی باکترها، توانایی آن‌ها برای زنده ماندن در محیط‌های با شرایط افراطی است، از جمله این محیط‌ها می‌توان به محیط‌های بسیار شور، بسیار اسیدی و بسیار گرم اشاره کرد. براساس تحقیقات صورت گرفته در این زمینه مشاهده شده که آرکی باکتر‌ها تا دمای ۱۹۰ درجه فارنهایت که فقط بیست و دو درجه از دمای جوش آب خنک‌تر است، می‌توانند زنده بمانند و اسیدیته‌هایی به اندازه pH 0٫9 برای آرکی باکترها قابل تحمل است.

آرکی باکتر‌ها حتی ایده‌های دانشمندان در مورد چگونگی تعریف یک گونه را به چالش کشیده‌اند، زیرا آن‌ها انتقال افقی ژن‌های زیادی را انجام ‌می‌دهند، انتقال افقی ژن‌ها، حالتی است که ژن‌ها در طول زندگی یک ارگانیسم از یک فرد به فرد دیگر منتقل ‌می‌شوند. این امر، تشخیص اینکه چقدر سلول‌های مختلف با هم ارتباط دارند را مشکل می‌سازد یا حتی اگر سلول‌های آرکی باکترها نوعی ترکیبات پایدار از صفاتی که دانشمندان به طور معمول برای تعریف یک گونه از آن‌ها استفاده ‌می‌کنند را نشان دهند، باز هم تعریف گونه با مشکل مواجه می‌شود.

حوزه آرکی باکترها شامل گونه‌های هوازی و بی‌هوازی است و آن‌ها ‌می‌توانند در محیط‌های عادی مانند خاک و همچنین در محیط‌های افراطی زندگی کنند.

ویژگی‌های آرکی باکتر

آرکی باکتر‌ها دارای تعدادی از ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که در انواع سلول‌های مدرن‌تر دیده نمی‌شود. این ویژگی‌ها شامل موارد زیر هستند.

شیمی‌ غشای سلولی اختصاصی

آرکی باکترها دارای غشای سلولی هستند که از فسفولیپید‌های اتصال یافته با اتر ساخته شده‌اند، در حالی که باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها هر دو، غشای سلولی خود را از فسفولیپید‌های اتصال یافته با استر می‌سازند. آرکی باکتر‌ها در غشای سلولی خود از قندی مشابه (اما نه کاملا یکسان) قند پپتیدوگلیکان به کار رفته در غشا‌های سلولی باکتری استفاده ‌می‌کنند.

غشای آرکی باکترها
تصویر ۳: مقایسه غشای فسفولیپیدی در آرکی باکترها و باکتری‌ها

رونویسی منحصر به فرد ژن

آرکی باکتر‌ها دارای یک کروموزوم حلقوی مانند باکتری‌ها هستند، اما روند رونویسی ژن در آن‌ها شبیه به آنچه است که در هسته سلول‌های یوکاریوتی رخ ‌می‌دهد.

این امر به وضعیت عجیبی منجر ‌می‌شود که بیشتر ژن‌های مربوط به اکثر کارکرد‌های حیاتی، مانند تولید غشای سلولی، در دو حوزه یوکاریا و باکتری‌ها مشترک هستند، اما ژن‌های درگیر در فرایندهای رونویسی از ژن بیشتر در حوزه یوکاریا و آرکی‌ها با هم اشتراک دارند.

این موضوع باعث شده است که برخی دانشمندان تصور کنند، سلول‌های یوکاریوتیک از آمیختگی آرکی باکترها و باکتری‌ها بوجود ‌می‌آیند، براساس این تفکر، در واقع زمانی که آرکی باکترها زندگی خود را درون سلول‌های باکتریایی شروع کردند، یوکاریوت‌ها تشکیل شدند.

دانشمندان دیگر بر این باورند که یوکاریوت‌ها براساس یافته‌های گونه‌هایی از آرکی باکترها به نام «لوکیاآرکتیا» (Lokiarcheota)، مستقیماً از آرکی باکترها به وجود آمده‌اند و حاوی برخی از ویژگی‌هایی هستند که فقط در یوکاریوت‌ها وجود دارند. گفتنی است در آرکی باکترها کدهای ژنتیکی یوکاریوتی مشاهده شده که ژن‌هایی با توانایی‌های یوکاریوتی منحصر به فرد را به وجود می‌آورند. تصور ‌می‌شود که لوکیاآرکتیا ممکن است یک شکل انتقالی بین آرکی باکترها و جانداران یوکاریا باشد.

متانوژنز

فقط آرکی باکترها قادر به متانوژنز هستند، متانوژنز نوعی تنفس بی‌هوازی است که طی آن متان تولید می‌شود. آرکی باکترهایی که از اشکال دیگر تنفس سلولی استفاده ‌می‌کنند نیز وجود دارند، اما سلول‌های تولید کننده متان در باکتری‌ها یا یوکاریا یافت نمی‌شوند.

آرکی باکترهای متانوژن
تصویر ۴: آرکی باکترهای متانوژن

RNA ریبوزو‌می‌

تفاوت در RNA ریبوزو‌می آرکی باکترها با سایر جانداران نشان ‌می‌دهد که اجداد آن‌ها از هر دو حوزه باکتری و یوکاریا در گذشته‌های بسیار دور جدا شده‌اند.

انواع آرکی باکتر‌

سه نوع اصلی آرکی باکترها وجود دارد. انواع آرکی باکترها براساس رابطه فیلوژنتیک آن‌ها (چقدر با یکدیگر ارتباط نزدیک دارند) طبقه‌بندی ‌می‌شوند و اعضای هر نوع از آرکی باکترها ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. در ادامه به انواع اصلی آن‌ها پرداخته شده است.

چشمه‌باستانیان

چشمه‌باستانیان (Crenarchaeota) گروهی از آرکی باکترها هستند که تحمل زیادی در دماهای بالا دارند و اغلب در چشمه‌های آب گرم زندگی می‌کنند.

آن‌ها پروتئین‌های ویژه و بیوشیمی منحصر به فردی دارند که ‌می‌توانند در دما‌هایی تا ۱۶۰درجه سانتی‌گراد (230 درجه فارنهایت) فعالیت کنند. بسیاری از چشمه ‌باستانیان همچنین ‌می‌توانند در محیط‌های بسیار اسیدی زنده بمانند.

چشمه باستانیان
تصویر ۵: سولفوبوس (Sulfolobus) از گونه‌های شاخص چشمه باستانیان

گونه‌های زیادی از آرکی باکترهای چشمه‌باستانیان که در چشمه‌های آب گرم و اطراف دریچه‌های عمیق دریا زندگی ‌می‌کنند، کشف شده‌اند. در این مکان‌ها آب توسط ماگما در زیر سطح زمین بیش از حد گرم می‌شود.

یک نظریه در مورد منشا حیات نشان ‌می‌دهد که زندگی در ابتدا ممکن است در اطراف دریچه‌های عمیق دریا آغاز شده باشد، جایی که درجه حرارت بالا و شرایط شیمیایی غیرمعمول ‌می‌تواند منجر به تشکیل سلول‌های اولیه شود.

پَهن‌باستانیان

پهن‌باستانیان (Euryarchaeota) نوع دیگری از آرکی باکترها هستند که می‌توانند در زیستگاه‌های بسیار شور زنده بمانند. آن‌ها همچنین قادر به تولید متان هستند که هیچ ارگانیسم زنده دیگری در کره زمین قادر به انجام آن نیست. در واقع این نوع از آرکی باکترها متانوژن‌ها نام دارند.

پهن‌باستانیان تنها شکل زنده شناخته شده هستند که قادرند تنفس سلولی را با استفاده از کربن به عنوان گیرنده الکترونی آن‌ها انجام دهند. این امر به آن‌ها یک کنام مهم زیست محیطی ‌می‌بخشد، زیرا تجزیه ترکیبات کربن پیچیده به مولکول ساده متان مرحله نهایی در تجزیه اکثر اشکال ارگانیسم‌های زنده است. بدون متانوژن‌ها، چرخه کربن زمین مختل ‌می‌شود. هر جا که گاز متان توسط ارگانیسم زنده تولید شود، پَهن‌باستانیان عهده دار این مسئولیت هستند.

پهن باستانیان
تصویر ۶: متانوکوکوس (Methanococcus) گونه‌ای از پهن باستانیان است که با مصرف دی اکسید کربن و هیدروژن گاز متان تولید می‌کند.

آرکی باکتر‌های متانوژن را ‌می‌توان در باتلاق‌ها و تالاب‌ها یافت، جایی که آن‌ها مسئولیت تولید «گاز باتلاق» (Swamp Gas) و بخشی از بوی منحصر به فرد باتلاق‌ها را عهده‌دار هستند. در معده نشخوارکنندگانی مانند گاو‌ها نیز این نوع از آرکی‌ها دیده می‌شوند. روده نشخوارکنندگان جایی است که پَهن‌باستانیان قند‌های موجود در مواد غذایی را تجزیه ‌می‌کنند که برای یوکاریوت‌ها غیر قابل هضم هستند. برخی متانوژن‌ها نیز در روده انسان زندگی ‌می‌کنند و به همین طریق به ما در هضم ترکیبات گیاهی کمک ‌می‌کنند. آن‌ها همچنین ‌می‌توانند در رسوبات دریایی عمیق یافت شوند، جایی که حفره‌هایی از متان در زیر سطح اقیانوس تولید ‌می‌کنند.

جوان باستانیان

جوان باستانیان (Korarchaeota) از انواع کمتر شناخته شده از حوزه آرکی باکترها هستند و از قدیمی‌ترین اعضای سلسله آرکی باکترها نیز به شمار می‌آیند. از این رو احتمالاً آن‌ها قدیمی‌ترین موجودات زنده در کره زمین محسوب می‌شوند.

جوان باستانیان را ‌می‌توان در محیط‌های گرمابی مانند چشمه باستانیان یافت. با این که جوان باستانیان ژن‌های زیادی دارند که در هر دو نوع چشمه باستانیان و پهن باستانیان مشاهده ‌می‌شوند، اما در عین حال ژن‌هایی را نیز دارا هستند که با هر دو گروه دیگر متفاوت هستند. این موضوع دانشمندان را به این نتیجه رساند که هر دو نوع آرکی چشمه و پهن باستانیان ممکن است از یک جد مشترک شبیه به جوان باستانیان به وجود آمده باشند.

جوان باستانیان
تصویر ۷: گونه‌ای از جوان باستانیان به نام (nanoarchaeota) به صورت انگل یا درون همزیست بر روی آرکی باکترهای‌ گروه چشمه باستانیان زندگی می‌کند.

جوان باستانیان در طبیعت به ندرت مشاهده می‌شوند، یکی از دلایل وجود کم این نوع از آرکی‌ها شاید این باشد که سایر اشکال ارگانیسم‌های مدرن برای زنده ماندن در محیط‌های جدید بهتر از جوان باستانیان سازگار هستند. با این وجود، این نوع از آرکی‌ها را ‌می‌توان در چشمه‌های آب گرم و اطراف دریچه‌های عمیق دریا یافت.

نمونه‌هایی از آرکی باکتر‌

در این بخش به معرفی دقیق‌تری نمونه‌هایی از آرکی‌ باکترها می‌پردازیم.

لوکیاآرکتیا

لوکیاآرکتیا یک آرکی باکتر بسیار گرما دوست است که در دریاهای عمیق و در محلی به نام قلعه لوکی (Loki’s Castle) کشف شده است. این آرکی باکتر به عقیده برخی دانشمندان اهمیت تکاملی منحصر به فردی نیز دارد.

محل زندگی لوکیاآرکتیا
تصویر ۸: قلعه‌های لوکی در محل چشمه‌های آب گرم در اعماق دریا‌ها محل زندگی لوکیاآرکتیا از خانواده چشمه باستانیان است.

لوکیاآرکتیا دارای یک ژنوم بسیار منحصر به فرد است و تقریباً 26٪ پروتئین تشکیل شده در این آرکی در سایر آرکی باکترها وجود دارن، 29٪ پروتئین‌های آن مشابه پروتئین‌های موجود در باکتری‌ها است و 32٪ از ژن‌هایی لوکیاآرکتیا با هیچ پروتئین شناخته شده‌ای مطابقت ندارد. ۳٫۳٪ ژن‌هایی که در این آرکی وجود دارد فقط با ژن‌هایی که در یوکاریوت‌ها یافت ‌می‌شوند، مطابقت دارند.

ژن‌های یوکاریوتی بسیار مورد توجه دانشمندان قرار دارند، زیرا آن‌ها ژن‌هایی هستند که به نظر ‌می‌رسد پروتئین‌هایی که یوکاریوت‌ها برای کنترل فعال شکل سلول خود به آن ها نیاز دارند را کد ‌می‌کنند، از جمله پروتئین‌های اسکلت سلولی می‌توان به پروتئین حرکتی اکتین و چندین پروتئین که در یوکاریوت‌ها درگیر تغییر شکل غشای سلولی هستند، اشاره کرد.

برخی از این ژن‌ها در فاگوسیتوز دخیل هستند که از این جهت بسیار اهمیت دارند، زیرا ممکن است فرآیند فاگوسیتوز توسط اجداد یوکاریوتیک برای بلع سلول‌های دیگر مورد استفاده قرار گرفته باشد. آن‌ها این عمل را برای انجام فرایند درون همزیستی انجام می‌دادند و منجر به روابط درون همزیستی بین سلول‌های یوکاریوتی و میتوکندری، کلروپلاست و هسته آن‌ها می‌شد.

ژنوم منحصر به فرد لوکیاآرکتیا باعث ‌می‌شود که این ایده مطرح شود که نزدیکترین ارتباطات یوکاریوت‌ها در بین پروکاریوت‌ها و احتمالاً یک شکل انتقالی یا پرش بسیار مهم از زندگی پروکاریوتی به یوکاریوتیک با حضور این گونه انجام شده باشد. این اتفاق ممکن است باعث تکامل حیوانات، گیا‌هان، قارچ‌ها و سلسله پروتیستا ‌شده باشد. دانشمندان فکر ‌می‌کنند که احتمالاً لوکیاآرکتیا و انسان‌ها حدود 2 میلیارد سال پیش یک جد مشترک داشتند.

با این حال هنوز معلوم نیست که آیا این بدان معنی است که یوکاریوت‌ها احتمالاً در دریچه‌های عمیق دریایی تکامل یافته‌اند یا اینکه آیا ممکن است اقوام لوکیاآرکتیا در سایر محیط‌ها پیش از تکامل به گونه‌های پیشرفته‌ترشان یعنی یوکاریوتی‌ها، زندگی کرده باشند.

متانوبروی ‌باکتر اسمیتی

متانوبروی ‌باکتر اسمیتی (Methanobrevibacter smithii) یک آرکی باکتر تولیدکننده متان است که در روده انسان زندگی ‌می‌کند. این عضو پَهن‌باستانیان به ما کمک ‌می‌کند تا قند‌های پیچیده گیاهی را تجزیه کنیم و انرژی اضافی را از غذایی که ‌می‌خوریم، استخراج کنیم.

متانوبروی‌باکتر اسمیتی
تصویر ۹: تصویر تهیه شده با میکروسکوپ SEM از متانوبروی ‌باکتر اسمیتی روده انسان

میکروارگانیسم‌های موجود در روده انسان، از جمله اعضای پَهن‌باستانیان همچنین با سلامت انسان رابطه پیچیده‌ای دارند. در حالی که برخی از مطالعات نشان ‌می‌دهد که بسیاری از افراد مبتلا به چاقی و سرطان روده بزرگ بیش از حد متوسط ​​ پَهن‌باستانیان را در روده خود دارند. این آرکی‌ها همچنین در افرادی که مواد غذایی کافی دریافت نمی‌کنند، برای تولید انرژی بیشتر نقش کمک کننده دارند و به نظر ‌می‌رسد برخی از انواع این آرکی باکترها برای محافظت در برابر ابتلا به سرطان روده بزرگ نقش داشته باشند.

اصطلاحات مرتبط با طبقه‌بندی ارگانیسم‌ها

  • حوزه: بالاترین سطح طبقه‌بندی که در حال حاضر توسط زیست شناسان به رسمیت شناخته شده است، حوزه یا دامین نام دارد. حوزه‌ها تعیین کننده تفاوت‌های گسترده بین سلول‌های یوکاریوت‌ها، باکتری‌ها و آرکی باکترها هستند.
  • سلسله یا فرمانرو: سطحی از طبقه بندی ارگانیسم‌ها که در زیر حوزه قرار دارد، سلسله نام می‌گیرد. سلسله‌هایی شامل موجوادت یوکاریوتی در بر دارنده گیا‌هان و حیوانات هستند که براساس روابط فیلوژنتیک، به سلسله‌های جدا ‌تقسیم می‌شوند.
  • فیلوژنتیک (Phylogenetics): بررسی روابط تکاملی بین اشکال مختلف ارگانیسم‌ها را فیلوژنتیک می‌گویند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده‌ است،‌ آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

شکوفه دلخواهی (+)

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 24 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “آرکی باکتر ها — هر آنچه باید بدانید

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *