خانه / مقالات / اخترزیست / زمین اولیه، سلول اولیه

زمین اولیه، سلول اولیه

زمین اولیه، سلول اولیه

 

نخستین سلول ها برای کسب کربن و انرژی ، احتمالا از مواد شیمیایی استفاده می کردند . در حال حاضر ما تغذیه را در نظر داریم اما به بحث درباره ی منشا حیات برمی گردیم و راجع به مطلب قبلی که فهمیدیم موجودات زنده که پروکاریوت ها بودند از مجموعه های مولکولی همکار محصور در غشا مشتق شدند . نخستین پروکاریوت متابولیسمی بسیار ساده داشته و فقط به تعداد کمی آنزیم نیاز داشته است . در محیط آن هیچ اکسیژنی وجود نداشته پس متابولیسم آن بی هوازی بوده است بعید است که ابتدایی ترین ، جانداران بتوانند از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده کنند . چون انجام چنین عملی به تعدادی آنزیم های پیچیده نیاز دارد . به احتمال زیاد شکل های اولیه ی حیات به آسانی کربن و انرژی خود را از یک سوپ مقوی از مولکول ها و یون هایی که در آن تکامل یافتند به دست آوردند .

شکل را در نظر میگیریم که در آن دو فرضیه درباره ی ابتدایی ترین انواع متابولیسم انرژی را به تصویر می کشد . این دو فرضیه این واقعیت را به ما نشان می دهند که همه ی شکل های جدید  جانداران از ATP به عنوان انرژی اصلی رایج استفاده می کنند فرضیه ی A که یک منبع توجه ATP در سوپ اولیه مولکول های آلی وجود داشته است . که ابتدایی ترین شکل حیات یک شیمیوهتروتروف بوده که از طریق جذب مولکول های آلی از جمله ATP  از محیط خود ، همه ی نیاز کربن و انرژی خود را برطرف کرده است . چنین شکلی از حیات ، برای تبدیل مولکول های آلی جذب شده به سایر ترکیبات و برای تجزیه ی ATP و استفاده از انرژی آزاد شده آنزیم هایی داشته است . بعدها آنزیم هایی پیدار شده که با استفاده از انرژی آزاد شده از تجزیه ی سایر مواد آلی ، می توانسته با استفاده از ADP , ATP را بازسازی کند .

فرضیه ی B که احتمال بیشتری دارد ، فرض می کند که محیط اولیه مولکول های آلی کم تری داشته ، و اابتدایی ترین شکل حیات یک شیمیو اتوتروفی بوده است که ATP را خود می ساخت سلول ابتدایی ممکن است انرژی خود را از واکنش های شیمیایی مشتمل بر گوگرد و ترکیبات آهن دار غیر آلی که فراوان بودند به دست آورده باشد .

پژوهشگران ایده ی فرضیه ی B را از فعالیت های متابولیکی برخی از آرکی باکتری ها که امروزه روی زمین زندگی می کنند  گرفتند .

آرکی باکتری ها در محیط های افراطی به خوبی رشد می کنند . آرکی باکتری ها در خیلی  جاهایی که تعداد کمی از جانداران می توانند زنده بمانند فراوان هستند آرکی باکتری ها ساکن محیط های افراطی ، دارای پروتئین هایی غیر معمول و سایر سازگاری های مولکولی هستند که آن ها را قادر می سازد تا به طور موثر متابولیسم و تولید مثل کنند . یک گروه از آرکی باکتری ها که هالوفیل های افراطی ( نمک دوست ) نام دارند ، در مکان های خیلی شور مثل دریاچه ی بزرگ نمک و حوضچه های تبخیر آب دریا که برای تولید نمک استفاده می شوند ، به خوبی رشد می کنند . گروه دیگری از آرکی باکتری ها ، هیپرترموفیل ها ( حرارت دوست ) در آب خیلی داغ به خوبی رشد می کنند ، برخی حتی نزدیک منافذ عمق اقیانوس جایی که دما بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد ، یعنی بالاتر از نقطه ی جوش آب در سطح دریاست ، زندگی می کنند ! سایر هیپرترموفیل ها در اسید به خوبی رشد می کنند .

گروه سوم آرکی باکتری ها ، متانوژن ها هستند که در محیط های بی هوازی زندگی می کنند و متان را به عنوان یک ماده زاید پس می دهند . بسیاری در گل ، ته دریاچه و باتلاق ها در شرایط بی هوازی به خوبی رشد می کنند . تعداد زیادی از متانوژن ها نیز ساکن لوله ی گوارشی جانوران هستند . در انسان ، گاز روده ای به میزان زیادی در نتیجه ی متابولیسم آن ها می باشد . این خیلی مهم است . که متانوژن ها به گوارش در گاو ها ، گوزن و سایر جانورانی که برای تغذیه به سلولز وابسته هستند ، کمک می کنند .

این جانوران به طور طبیعی باد نمی کنند ، چون این جانوران به طور منظم ، حجم های زیادی از گاز تولید شده توسط متانوژن ها و سایر میکروارگانیسم هایی که آن ها را قادر می سازد تا از سلولز استفاده کنند ، را آروغ می زنند . تنوع خصوصیات ساختاری به پروکاریوت ها کمک می کنند تا تقریبا در همه جا به خوبی رشد کنند .

در اینجا به این مورد اشاره می کنیم که در پروکاریوت ها ، یعنی باکتری ها و آرکی باکتری ها مشاهده می شود . خیلی از باکتری ها ، مجهز به تاژک هایی هستند که به آن ها توانایی حرکت در اطراف را می دهد . پروکاریوت هایی دارای تاژک می توانند به سمت مکان هایی مطلوب تر بروند و یا از مکان هایی که کم تر مطلوب هستند دور شوند . تاژک ها امکان دارد روی سطح سلول پخش یا در یک یا دو انتهایی سلول متمرکز شدن باشند . تاژک پروکاریوتی یک ساختار پروتئینی برهنه است که فاقد میکروتوبول هاست . تاژک از طریق یک سیستم حلقه هایی چرخان که در غشایی پلاسمایی و دیواره ی سلولی جای گرفته است به سطح سلولی متصل است .

 

پیلی ضمایمی کوتاه تر از تاژک هستند . که آن به باکتری ها کمک می کند که به یکدیگر و به سطوحی مثل صخره ها در نهرهای جاری یا به پوشش روده انسان متصل شوند . هرچند تعداد اندکی از باکتری ها می توانند در محیط های افراطی که برای بسیاری از آرکی باکتری ها مناسب است به خوبی رشد کنند ، باکتری های چند سرده با تشکیل سلول های خفته ی ویژه می توانند برای دوره های طولانی ، در شرایط بسیار سخت زنده بمانند . باسیلوس آتتراسیس ، باکتری است که موجب بروز بیماری مهلک سیاه زخم در گله های گاو ، گوسفندان و انسان می شود . در واقع این جا دو سلول وجود دارد ، یکی درون دیگری ، سلول خارجی ، سلول ویژه ی درونی را که آندوسپور نام دارد ، تولید کرده است . اندوسپور یک پوشش ضخیم محافظ دارد ، سیتوپلاسم آن آب خود را از دست داده و واکنش های متابولیکی را انجام نمی دهد در شرایط سخت ، سلول خارجی ممکن است تجزیه شود ، اما اندوسپور در حضور هر نوع شرایط سخت از جمله نبود آب و مواد غذایی ، سرما یا گرما بیش از حد و بیش تر مواد سمی زنده می ماند . وقتی که محیط مساعدتر می شود ، اندوسپور آب جذب می کند و رشد را از سر می گیرد و گاهی حتی آب جوش هم نمی تواند آن را از بین ببرد و برخی اندوسپور ها می توانند قرن ها خفته بمانند گاهی اوقات ، سیانوباکتری ها در محیط های ابی شکوفا می شوند . اغلب در دریاچه ها سیانوباکتری ها شکوفا می شوند .

 

سیانوباکتری ها ، یک گروه از باکتری های فتوسنتز کننده را تشکیل می دهند . آن ها در دریاچه ها ، آبگیرها و اقیانوس های مناطق گرمسیری معمول هستند . شکوفایی های سیانوباکتری ها در یک دریاچه ، معمولا وضعیت آلوده ی آب را نشان می دهد . مثلا در یک دریاچه مقدار زیادی زباله های آلی حاصل از شست و شوی زمین کشاورزی وارد آب شده است . فسفات ها و نیترات های حاصل از زباله ها به عنوان کود عمل کرده و تکثیر انفجاری سیانوباکتری ها را باعث شده است . این وضعیت دریاچه ممکن است ما را به یاد عصر سیانوباکتری ها یعنی زمانی باشد که پروکاریوت ها در زمین غالب بودند . سیانوباکتری های قدیمی ، نخستین ، پوشش مایل به سبز خود را به زمین داده ، استروماتولیت ها را تولید کردند . بعضی از ماشین های مولکولی که برای فتوسنتز در سیانوباکتری های امروزی وجود دارد ، ممکن است بسیار شبیه آن موردی باشد که نخستین بار اکسیژن را به جو زمین افزوده است .  چرخه های مواد شیمیایی در محیط ما به پروکاریوت ها وابسته هستند . بسیاری از باکتری ها به طور مستقیم یا غیر مستقیم برای آسایش ما ضروری هستند . حیات به چرخه ی عناصر شیمیایی بین جانداران و اجزای غیر زنده ی محیط ما بستگی دارد . شما می دانید اجزای ضروری چرخه های شیمیایی ما چیست ؟ پروکاریوت ها هستند .مثلا سیانوباکتری ها نه تنها اکسیژن را به جو بر می گردانند ،بلکه برخی از آن ها نیتروژن گازی N2 موجود در جو را نیز به ترکیبات نیتروژنی در خاک و آب تبدیل می کنند . در واقع همه ی نیتروژنی که گیاهان برای ساختن پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک استفاده می کنند از متابولیسم پروکاریوتی در خاک می باشد . جانوران به نوبه ی خود ، ترکیبات نیتروژنی را از گیاهان به دست می آورند .

کار ضروری دیگر پروکاریوت ها ، تجزیه ی مواد زاید آلی و جانداران مرده است . آنها ماده ی آلی را تجزیه می کنند . و در این فرآیند عناصر را به اشکال غیر آلی که به وسیله ی جانداران می توانند مورد استفاده قرار گیرند را به محیط بر می گردانند .

اگر این تجزیه کنندگان نبودند ، مواد زاید آلی و جانداران مرده روی هم انباشته می شدند و اتم های تشکیل دهنده ی آن ها از قبیل کربن ، نیتروژن و اکسیژن نمی توانستند برای استفاده ی دوباره در دسترس نسل های بعدی جانداران قرار گیرند . تجزیه کنندگان پروکاریوتی ، ما را در تیمار فاضلاب نیز کمک می کنند . فاضلاب نام نخست از یک سری غربال ها و ذرات می گذرند و سپس به ماده ی جامد اجازه داده می شود تا خارج از زباله ی مایع ته نشین شود . سپس این ماده ی جامد که لجن نامیده می شود ، به تدریج به یک محیط کشت پروکاریوت های بی هوازی که شامل باکتری ها و آرکی باکتری ها هستند اضافه می شود . میکروب ها ماده ی آلی موجود در لجن را تجزیه می کنند و آن را به موادی تبدیل می کنند که پس از سترون کردن مواد شیمیایی می توانند به عنوان کود مورد استفاده قرار گیرند .

پروکاریوت ها ممکن است در حل برخی مشکلات محیطی به ما کمک کنند .

ما به تازگی استفاده از توانایی بالای پروکاریوت ها ها را در حل مشکلات محیطی به تازگی آغاز کرده ایم . بعضی باکتری ها که به طور طبیعی در سواحل اقیانوس پیدا می شوند ، می توانند نفت را تجزیه کنند و در پاک سازی نفت نشت یافته مفید هستند . مواد شیمیایی به عنوان کود عمل می کنند و موجب تکثیر باکتری های نفت خوار که به طور طبیعی در خاک وجود دارند ، می شوند باکتری ها انرژی و کربن را از مولکول های نفت به دست می اورند و مولکول های نفت را به ترکیبات کوچکتر با سمیت کمتر تجزیه می کنند . هرچند به دلیل استفاده از کودها ، خطر آلودگی آب وجود دارد ، اما این تکنیک سریع ترین و ارزان ترین روشی است که برای سواحل آلوده به نفت پیشنهاد میشود . باکتری ها ممکن است در پاک سازی مکان معادن قدیمی به ما کمک کنند . آن آبی که از معادن خارج می شود ، به شدت اسیدی است و شامل سمومی است که اغلب ترکیبات آرسنیک ، مس ، روی و فلزات سنگین سرب ، جیوه و کادمیم می باشند .

آلودگی آب های سطحی و خاک ها به وسیله ی این مواد سمی تهدید گسترده ای را بیان می کنند و پاک سازی این مواد درهم و برهم ، فوق العاده پر هزینه است . برای مشکلات محیطی راه حل های ساده ای وجود ندارد .اما این امکان وجود دارد که پروکاریوت ها بتوانند کمک کنند . باکتری هایی به نام تیوباسیلوس در آب های اسیدی که در اثر زهکشی معادن به دست می آید به خوبی رشد می کنند. بعضی شرکت های حفر معادن ، از این میکروب ها برای استخراج مس و سایر فلزات با ارزش از سنگ معدن های با عیار پایین استفاده می کنند . وقتی که باکتری ها از طریق اکسایش گوگرد با ترکیبات دارای گوگرد ، انرژی کسب می کنند ، این باکتری ها از آب های معدن ، فلزات را نیز جمع می کنند . متاسفانه ، استفاده از آن ها در پاک سازی زباله های معدن محدود شده است ،چون متابولیسم آن ها با اسید سولفوریک را نیز به آب می افزاید.

 

خلاصه

پروکاریوت ها پایه ی حیات روی زمین هستند .نقش حیاتی پروکاریوت ها روی زمین بسیار مهم است . اگر نقش های حیاتی آنها را روی زمین خلاصه کنیم به این نتیجه می رسیم که همه ی حیات به آن ها وابسته است ! امروزه به این امر حقیقت دارد و همیشه نیز این گونه بوده است یک مطلب دیگر این است که تغییر محیطی و تکامل بیولوژی به شدت با هم ارتباط دارند . تغییر شرایط محیط باعث تکامل جانداران جدید شده و هم چنین جانداران بر روی شرایط محیطی تاثیر گذار بوده اند . پروکاریوت ها بیش تر از مجموع همه ی شکل های دیگر حیات ، بر محیط و تکامل تاثیر داشته اند . یک تغییر محیطی قابل توجه و اساسی که پروکاریوت ها در تکامل حیات ایجاد کردند ، ایجاد هوازی بود . پروکاریوت های قدیمی نه فقط تحولات اکسیژنی را به وجود آوردند بلکه نخستین جاندارانی بودند که اثرات خورندگی اکسیژن را تحمل کردند . از نظر استفاده از اکسیژن برای متابولیزه کردن مولکول های آلی نیز نخستین جانداران بودند . اگر این تحولات اتفاق نمی افتاد احتمالا فقط پروکاریوت های بی هوازی هنوز هم در زمین ساکن بودند . سیانوباکتری ها در انجام نقش اساسی در نگهداری ذخیره ی اکسیژن جوی و برداشت دی اکسید کربن از جو ادامه می دهند . نقش مهم سیانوباکتری ها و پروکاریوت های دیگر در تغییر نیتروژن جوی به شکل هایی از مواد شیمیایی که گیاهان بتوانند از آن استفاده کنند برای همه ی جانداران ضروری است . در واقع بدون وجود این پروکاریوت ها ، چرخه ی نیتروژن بین وجود موجودات زنده توقف پیدا می کرد پس نتیجه می گیریم ، پروکاریوت ها از نقطه تکامل و محیط ، اساس حیات می باشند .

گرآورنده:نیلوفر ترکزاده، دانشجوی کارشناسی ارشد بیوشیمی

منابع :

جلد دوم بیولوژی کمپبل بازبینی نهایی از دکتر سامان حسینخانی و دکتر خسرو خواجه

Life Space Book

WWW.Astrobiology.com

همچنین ببینید

تور رصدی تفریحی بارش شهابی به همراه آموزش عکاسی شب

 ‌ ☄️بارش شهابی یکی از پدیده های معروف آسمان است که همواره مورد توجه عموم …

دیدگاهتان را بنویسید

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