אורגניזמים חד-תאיים: מאפיינים, רבייה, תזונה - ביולוגיה - 2025

האורגניזמים החד - תאיים הם יצורים שהחומר הגנטי, המכונות האנזימטיות שלהם, חלבונים ומולקולות אחרות הנחוצות לחיים מוגבלים לתא בודד. בזכות זה הם ישויות ביולוגיות מורכבות ביותר, לעיתים קרובות בגודל קטן מאוד.

מבין שלושת תחומי החיים, שניים מהם - ארכאאה וחיידקים - מורכבים מאורגניזמים חד-תאיים. מלבד היותם חד-תאיים, אורגניזמים פרוקריוטיים אלה חסרים גרעין והם מגוונים ושופעים ביותר.

מקור pixabay.com

בתחום הנותר, האוקריוטות, אנו מוצאים אורגניזמים חד-תאיים וגם רב-תאיים. בתוך חד-תאיים יש לנו פרוטוזואה, כמה פטריות וחלקם אצות.

תכונות עיקריות

לפני כמאתיים שנה, ביולוגים באותה תקופה חשבו שאורגניזמים המורכבים מתא יחיד פשוטים יחסית. מסקנה זו נבעה ממעט המידע שקיבלו מהעדשות בהן השתמשו לצפייה.

כיום, בזכות ההתקדמות הטכנולוגית הקשורה למיקרוסקופיה, אנו יכולים לדמיין את רשת המבנים המורכבת שיש להם על יצורים חד-תאיים ואת המגוון הגדול שמציגים שושלות אלה. בשלב הבא נדון במבנים הרלוונטיים ביותר באורגניזמים חד-תאיים, הן באוקריוטות והן בפרוקריוטות.

מרכיבי תא פרוקריוטי

חומר גנטי

המאפיין הבולט ביותר של תא פרוקריוטי הוא היעדר קרום התוחם את החומר הגנטי. כלומר, היעדר גרעין אמיתי.

לעומת זאת ה- DNA ממוקם כמבנה בולט: הכרומוזום. ברוב החיידקים והארכיאאה, ה- DNA מסודר לכרומוזום עגול גדול הקשור לחלבון.

בחיידק מודל, כמו Escherichia coli (יותר על הביולוגיה שלו בקטעים הבאים), הכרומוזום מגיע לאורך ליניארי של עד 1 מ"מ, כמעט פי 500 מגודל התא.

על מנת לאחסן את כל החומר הזה, על ה- DNA לקבל קונפורמציה סופר מפותלת. ניתן להמחיש דוגמה זו לרוב חברי החיידקים. האזור הפיזי בו נמצא המבנה הקומפקטי הזה של חומר גנטי נקרא נוקלאואיד.

בנוסף לכרומוזום, אורגניזמים פרוקריוטיים יכולים להכיל מאות מולקולות DNA קטנות נוספות, הנקראות פלסמידות.

אלה, כמו הכרומוזום, קוד לגנים ספציפיים, אך מבודדים ממנו פיזית. מכיוון שהם מועילים בנסיבות מאוד ספציפיות, הם מהווים סוג של יסודות גנטיים עזר.

ריבוזומים

לייצור חלבונים, לתאים הפרוקריוטיים יש מכונות אנזימטיות מורכבות הנקראות ריבוזומים, המופצות בכל פנים התא. כל תא יכול להכיל כ -10,000 ריבוזומים.

מכונות פוטוסינתטיות

לחיידקים שמבצעים פוטוסינתזה יש מכונות נוספות המאפשרות להם לתפוס אור שמש ובהמשך להמיר אותה לאנרגיה כימית. בקרומים של חיידקים פוטוסינתטיים יש פלישות בהן מאוחסנים האנזימים והפיגמנטים הנחוצים לתגובות המורכבות שהם מבצעים.

שלפוחיות פוטוסינתטיות אלה יכולות להישאר מחוברות לקרום הפלזמה או שניתן לנתק אותן וממוקמות בתוך התא.

ציטוס שלד

כפי שמשתמע מהשם, הציטוס שלד הוא שלד התא. הבסיס למבנה זה מורכב מסיבים בעלי אופי חלבוני, החיוניים לתהליך חלוקת התא ולשמירה על צורת התא.

מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי שלד הציטוס בפרוקריוטים מורכב מרשת נימה מורכבת, ואינו פשוט כפי שחשבו בעבר.

אברונים בפרוקריוטות

מבחינה היסטורית, אחד המאפיינים הבולטים ביותר של אורגניזם פרוקריוטי היה חוסר בתאים פנימיים או באברונים.

כיום מקובל כי חיידקים מחזיקים בסוגים ספציפיים של אברונים (תאים מוקפים בקרומים) הקשורים לאחסון יוני סידן, גבישים מינרלים המשתתפים בכיוון התאים, ואנזימים.

מרכיבי תא אאוקריוטי חד-תאי

בתוך שושלת האוקריוטות יש לנו גם אורגניזמים חד תאיים. אלה מתאפיינים בכך שהחומר הגנטי מוגבל באברון מוקף בקרום דינאמי ומורכב.

המכונות לייצור חלבונים מורכבים גם מריבוזומים באורגניזמים אלה. עם זאת, באיקריוטים אלה גדולים יותר. למעשה, ההבדל בגודל בריבוזומים הוא אחד ההבדלים העיקריים בין שתי הקבוצות.

התאים האוקריוטים מורכבים יותר מהפרוקריוטות שתוארו בסעיף הקודם, מכיוון שיש להם תאי משנה המוקפים בקרום אחד או יותר המכונים אברונים. ביניהם ישנו המיטוכונדריה, רטריקול אנדופלמזי, מנגנון גולגי, ווקואולים וליזוזומים, בין היתר.

במקרה של אורגניזמים המסוגלים לפוטוסינתזה, יש להם את המכונות האנזימטיות והפיגמנטים המאוחסנים במבנים הנקראים פלסטים. הידועים ביותר הם כלורופלסטים, אם כי ישנם גם עמילופלסטים, כרומופלסטים, etioplasts, בין היתר.

בחלק מהאוקריוטים החד-תאיים יש קירות תאים, כמו אצות ופטריות (אם כי הם משתנים באופיים הכימי).

הבדלים בין חיידקים לארכיאאה

כפי שציינו, התחומים של ארכאאה וחיידקים מורכבים מאנשים בודדים תאים. עם זאת, עצם שיתוף המאפיין הזה לא אומר שהשושלות זהות.

אם נשווה ביסודיות את שתי הקבוצות נבין שהם נבדלים באותה דרך בה אנו - או כל יונק אחר - נבדלים מדג. ההבדלים המהותיים הם כדלקמן.

קרום תא

החל מגבולות התא, המולקולות המרכיבות את הקיר והממברנה של שתי השושלות שונות זו מזו. בחיידקים, פוספוליפידים מורכבים מחומצות שומן המחוברות לגליצרול. לעומת זאת, ארכאאה מציגה פוספוליפידים מסועפים מאוד (איזופרנואידים) המחוברים לגליצרול.

בנוסף, הקשרים היוצרים פוספוליפידים נבדלים זה מזה, וכתוצאה מכך ממברנה יציבה יותר בארכאה. מסיבה זו, ארכאאה יכולה לחיות בסביבות בהן הטמפרטורה, ה- pH ותנאים אחרים הם קיצוניים.

קיר סלולרי

דופן התא היא מבנה המגן על אורגניזם התא מפני הלחץ האוסמוטי הנוצר מההבדל בריכוזים בין פנים התא לסביבה, ויוצר מעין שלד-אקוס.

באופן כללי, התא מציג ריכוז גבוה של מומסים. על פי עקרונות האוסמוזה וההפצה, המים היו נכנסים לתא, מרחיבים את נפחו.

הקיר מגן על התא מפני קרע, בזכות המבנה המוצק והסיבי שלו. בחיידקים, המרכיב המבני העיקרי הוא פפטידוגליק, אם כי מולקולות מסוימות, כמו גליקוליפידים, עשויות להיות קיימות.

במקרה של ארכאאה, אופי דופן התא משתנה למדי ובמקרים מסוימים לא ידוע. עם זאת, פפטידוגליקאן נעדר במחקרים עד כה.

ארגון הגנום

מבחינת הארגון המבני של חומר גנטי, ארכאה דומים יותר לאורגניזמים אוקיארוטים, מכיוון שהגנים מופרעים על ידי אזורים שלא יתורגמו, המכונים אינטרונים - המונח המשמש לאזורים שיתורגמו הוא "exon ».

נהפוך הוא, ארגון הגנום החיידקי מתבצע בעיקר באופרטונים, בהם הגנים נמצאים ביחידות פונקציונליות שנמצאות זו אחר זו, ללא הפרעות.

הבדלים עם אורגניזמים רב-תאיים

ההבדל המכריע בין אורגניזם רב-תאי לאחד-תאי הוא מספר התאים המרכיבים את האורגניזם.

אורגניזמים רב-תאיים מורכבים ביותר מתא אחד, ובאופן כללי כל אחד מהם מתמחה במשימה מסוימת, כאשר חלוקת המשימות היא אחד המאפיינים הבולטים שלה.

במילים אחרות, מכיוון שהתא כבר לא צריך לבצע את כל הפעילויות הדרושות כדי לשמור על אורגניזם בחיים, מתעוררת חלוקת משימות.

לדוגמא, תאים עצביים מבצעים משימות שונות לחלוטין מתאי כליות או שרירים.

הבדל זה במשימות שבוצעו מתבטא בהבדלים מורפולוגיים. כלומר, לא כל התאים המרכיבים אורגניזם רב-תאי הם זהים בצורתם - תאי עצב הם בצורת עץ, תאי שריר מוארכים וכן הלאה.

התאים המתמחים של אורגניזמים רב-תאיים מקובצים ברקמות ואלה בתורם באיברים. איברים המבצעים פונקציות דומות או משלימות מקובצים למערכות. לפיכך, יש לנו ארגון היררכי מבני שאינו מופיע בישויות חד-תאיות.

שִׁעתוּק

רבייה א-מינית

אורגניזמים חד-תאיים מתרבים באופן מיני. שימו לב שבאורגניזמים אלה אין מבנים מיוחדים המעורבים בהתרבות, כמו שקורה במינים שונים של יצורים רב-תאיים.

בסוג זה של רבייה א-מינית, אב מוליד צאצאים ללא צורך בבן זוג מיני, או להתמזגות של גמטות.

רבייה א-מינית מסווגת באופנים שונים, בדרך כלל משתמשים בהפניה למישור או צורת החלוקה בה משתמש האורגניזם כדי לחלק.

סוג נפוץ הוא ביקוע בינארי, בו אדם מוליד שני אורגניזמים, זהים להורה. לחלקם היכולת לבצע ביקוע על ידי יצירת יותר משני צאצאים, המכונה ביקוע מרובה.

סוג אחר הוא ניצני, בו אורגניזם מוליד אחד קטן יותר. במקרים אלה, האורגניזם ההורי מנבט התארכות שממשיכה לצמוח לגודל מתאים ומנותקת לאחר מכן מהורה. אורגניזמים חד-תאיים אחרים יכולים להתרבות על ידי יצירת נבגים.

אף כי רבייה א-מינית אופיינית לאורגניזמים חד-תאיים, היא אינה ייחודית לשושלת זו. אורגניזמים רב-תאיים מסוימים, כמו אצות, ספוגים, קפיצונים, בין היתר, יכולים להתרבות באמצעות דרך זו.

העברת גנים אופקית

למרות שאין רבייה מינית באורגניזמים פרוקריוטים, הם יכולים להחליף חומר גנטי עם פרטים אחרים באמצעות אירוע שנקרא העברת גנים אופקית. החלפה זו אינה כרוכה בהעברת החומר מהורים לילדים, אלא מתרחשת בין אנשים מאותו דור.

זה מתרחש על ידי שלושה מנגנונים בסיסיים: צירוף, טרנספורמציה והתמרה. בסוג הראשון ניתן להחליף חתיכות ארוכות של DNA באמצעות קשרים פיזיים בין שני אנשים באמצעות פיילון מיני.

בשני המנגנונים גודל ה- DNA שהוחלף קטן יותר. טרנספורמציה היא נטילת DNA עירום על ידי חיידק והתמרה היא קבלת DNA זר כתוצאה מזיהום ויראלי.

שפע

ניתן לחלק את החיים לשלושה תחומים עיקריים: ארכאאה, חיידקים ואוקריוטים. השניים הראשונים הם פרוקריוטים, מכיוון שהגרעין שלהם אינו מוקף בקרום וכולם אורגניזמים חד-תאיים.

על פי ההערכות הנוכחיות, ישנם יותר מ -3.10 ³⁰ פרטים של חיידקים וארכיאה על פני כדור הארץ, רובם ללא שם וללא תיאור. למעשה, הגוף שלנו מורכב מאוכלוסיות דינמיות של אורגניזמים אלה, שמבססים אתנו קשרים סימביוטיים.

תְזוּנָה

תזונה באורגניזמים חד תאיים היא מגוונת ביותר. ישנם אורגניזמים הטרוטרופיים וגם אוטוטרופיים.

הראשונים צריכים לצרוך את מזונם מהסביבה, בדרך כלל לרתום חלקיקים תזונתיים. וריאנטים אוטוטרופיים כוללים את כל המכונות הדרושות להמרת אנרגיית האור לכימיה, המאוחסנות בסוכרים.

כמו כל אורגניזם חי, גם צמחים חד-תאיים זקוקים לחומרים מזינים מסוימים כמו מים, מקור לפחמן, יוני מינרלים, בין היתר, לצורך גידולם ורבייתם האופטימלית. עם זאת, חלקם דורשים גם חומרים תזונתיים ספציפיים.

דוגמאות לאורגניזמים חד תאיים

בשל המגוון הגדול של אורגניזמים חד-תאיים, קשה לפרט דוגמאות. עם זאת, נציין אורגניזמים מודליים בביולוגיה ואורגניזמים בעלי רלוונטיות רפואית ותעשייתית:

אי קולי

האורגניזם הנחקר ביותר הוא, ללא ספק, חיידק הקולי של Escherichia. למרות שלזנים מסוימים יכולות להיות השלכות בריאותיות שליליות, E. coli הוא מרכיב תקין ושופע במיקרוביוטה האנושית.

זה מועיל מנקודות מבט שונות. בדרכי העיכול שלנו החיידקים מסייעים בייצור של ויטמינים מסוימים ומוציאים מכל תחרות את המיקרואורגניזמים הפתוגניים העלולים לחדור לגופנו.

בנוסף, במעבדות הביולוגיה זהו אחד מהאורגניזמים המודליים המשמשים ביותר, והוא מועיל מאוד לתגליות במדע.

Trypanosoma cruzi

זהו טפיל פרוטוזואני שחי בתוך תאים וגורם למחלת צ'אגאס. זה נחשב לבעיה חשובה לבריאות הציבור ביותר מ- 17 מדינות שנמצאות באזורים הטרופיים.

אחד המאפיינים הבולטים ביותר של טפיל זה הוא נוכחותו של סמל לתנועה ולמיטוכונדריון יחיד. הם מועברים למארח היונקים שלהם על ידי חרקים השייכים למשפחת המימפטרה, הנקראים טריאטומינים.

דוגמאות נוספות למיקרואורגניזמים הם Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae, בין היתר.

הפניות

1. אלכסנדר, מ '(1961). מבוא למיקרוביולוגיה קרקעית. ג'ון וויילי ובניו, אינק ..
2. בייקר, GC, Smith, JJ, & Cowan, DA (2003). סקור וניתוח מחדש של פריימרים 16S ספציפיים לתחום. כתב העת לשיטות מיקרוביולוגיות, 55 (3), 541-555.
3. פורבס, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). מיקרוביולוגיה אבחנתית. מוסבי.
4. Freeman, S. (2017). מדע ביולוגי. פירסון חינוך.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). מיקרוביולוגיה רפואית. מדעי הבריאות Elsevier.
6. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, and Jackson, RB (2014). ביולוגיה של קמפבל. חינוך פירסון.