חיידקים קדומים
 |
|
|---|---|
 |
|
| מיון מדעי | |
| על-ממלכה: | חיידקים קדומים |
| שם מדעי | |
 Archaea |
|
חיידקים קדומים או ארכאונים (שם מדעי: Archaea) הם יצורים המהווים את אחת משלוש העל-ממלכות הטקסונומיות בביולוגיה (לצד איקריוטים וחיידקים אמיתיים).
החיידקים הקדומים הם מיקרואורגניזמים פרוקריוטיים (חסרי גרעין ואברונים). הם מהווים תגלית חדשה יחסית בביולוגיה; הרכבם ותנאי חייהם הייחודיים מעוררים עניין רב במחקר הביולוגי. החיידקים הקדומים אלמוניים יחסית לחיידקים האמיתיים, וזאת משלוש סיבות:
- מספר המינים המוכרים של הקדומים מצומצם בהרבה מזה של האמיתיים;
- לא נתגלו עדיין חיידקים קדומים הגורמים למחלות; חיידקים אמיתיים, לעומת זאת, גורמים לחלק נכבד מהמחלות;
- רוב החיידקים הקדומים חיים בסביבות קיצוניות הנמצאות הרחק מסביבת האדם.
בין החיידקים הקדומים והאמיתיים קיימים הבדלים ניכרים ומהותיים בהרכב התא (ובמיוחד בהרכב הממברנה) ובחומר התורשתי. בעבר ראו בארכאונים קבוצה של חיידקים והם נקראו archaebacteria, אולם הבדלים אלו הביאו לפיצול החיידקים לשתי ממלכות, וכן להסקת מסקנה מרחיקת לכת (שיש כאלה החולקים עליה): החיידקים הקדומים קרובים יותר מבחינה אבולוציונית אל האיקריוטים (ובכללם האדם) מאשר לחיידקים האמיתיים. הפרדת החיידקים לשתי ממלכות הביאה למערכות של שלוש על-ממלכות שאותה הציע קרל ווז שכללה: חיידקים קדומים, איקריוטיים וחיידקים אמיתיים.
תוכן עניינים |
[עריכה] מיון
קיימות ארבע מערכות של חיידקים קדומים:
ניתן לחלק את החיידקים גם על פי סוג סביבת המחיה שאימצו להם. רוב החיידקים הקדומים חיים בסביבות קיצוניות. חלקם תרמופיליים וחיים במעיינות מים רותחים במעמקי האוקיינוסים. אחרים הם הלופיליים (אוהבי מלח) וחיים בימות מלוחות. ויש כאלו השורדים בסביבה חומצית. מעטים היצורים שאינם חיידקים קדומים המסוגלים לחיות בסביבות אלו.
[עריכה] מורפולוגיה
חיידקים קדומים שונים בגודלם וקוטרם נע מ-0.1 מיקרומטר (μm) ועד 15 מיקרומטר. הם מופיעים במגוון צורות שהנפוצות שבהן הן נקדים (ספרות), מתגים וספירלות, אולם ייתכנו גם צורות אחרות בהן ריבועים כבמין Haloquadra walsbyi, או מתגים מלבניים כבסוג Thermoproteus או Pyrobaculum. הצורות המיוחדות מוחזקות ככל הנראה על ידי דופן התא ושלד התא הפרוקריוטי. חלבונים הקשורים למרכיבי שלד התא באורגניזמים אחרים מופיעים גם בארכאונים, ובתוך התאים נוצרים סיבים, אך בשונה מאורגניזמים אחרים מבנים תאיים אלו לא מובנים היטב למדע בארכאונים.
מינים מסוימים של ארכאונים מתאגדים יחדיו לגושים או סיבים של תאים היכולים להגיע לאורך של 200μm, ואלו יכולים להיות חלק המרכיב ביופילם. דוגמה לכך הוא המין Thermococcus coalescens, שפרטים ממין זה יכולים להתמזג יחד בתרבית וליצור תאים ענקיים בודדים. דוגמה נוספת להתקבצות של ארכאונים היא בסוג Pyrodictium, שארכאונים השייכים אליו יכולים ליצור מעיין צינורות חלולים ארוכים ודקים הידועים כ-cannulae העשויים מתאים שנדבקו יחד. תפקידה של צורת ה-cannulae איננו ברור, אולם ייתכן שבצורה זו יכולים התאים לשתף חומרי מזון עם התאים השכנים. מושבות יכולים להתפתח גם ממינים שונים.
[עריכה] גנטיקה
 |
ערכים מורחבים – גנום, פלסמיד |
לארכאונים יש לרוב כרומוזום מעגלי יחיד. הכרומוזום עשוי להגיע בגודלו עד ל-5,751,492 זוגות בסיסים במין Methanosarcina acetivorans, שהגנום שלו הוא הארוך ביותר שרוצף בין החיידקים הקדומים. כעשירית מאורך זה הוא אורכו של הגנום של Nanoarchaeum equitans, שאורכו 490,885 זוגות בסיסים בלבד, והוא הגנום הארכאוני הקטן ביותר שרוצף; מוערך כי בגנום זה יש רק 537 גנים המקודדים לחלבונים. חתיכות קטנות יותר של דנ"א, הנקראות פלסמידים, מופיעות גם כן בארכאונים. פלסמידים יכולים לעבור בין תאים שונים במגע פיזי, בתהליך הדומה לקוניוגציה בחיידקים.
ארכאונים יכולים להידבק בנגיפי DNA דו גדילי, השונים משאר הנגיפים ויכולים להופיע במגוון צורות. עיקר המחקר של נגיפים אלו נעשה בנגיפים הפוגעים בארכאונים תרמופילים, ובפרט בסדרות Sulfolobales ו-Thermoproteales. לארכאונים מנגנוני הגנה נגד נגיפים אלו, בהם RNAi.
מבחינה גנטית שונים החיידקים הקדומים מן האיקריוטיים, ועד 15% מן החלבונים המקודדים בגנום של כל ארכאון ייחודיים לחיידקים הקדומים, אף על פי שלא ידוע תפקידם של חלבונים אלו. מבין הגנים הייחודים לארכאונים שתפקידם ידוע, רובם קשורים למתאנוגנזה (ייצור מתאן). הגנים המשותפים לארכאונים, חיידקים אמיתיים ואיקריוטיים אחראיים לעיקר התפקוד של התא, ובהם גנים הקשורים שעתוק ותרגום. מאפיינים נוספים של הגנום הארכאוני הם ארגון הגנים הקשורים לתפקיד מסוים באופרונים (כדוגמת אנזימים המזרזים שלבים שונים באותו מסלול מטבולי), ושינויים רבים בגנים של tRNA ובאנזימי האמינו-אציל tRNA סינתתאזות.
שעתוק ותרגום בארכאונים דומים יותר לתהליכים המקבילים באיקריוטיים מאשר בחיידקים, וה-RNA פולימראז והריבוזומים של הארכאונים קרובים מאוד לאלו של האיקריוטיים. אף על פי שלארכאונים סוג אחד בלבד של RNA פולימראז, מבנהו ותפקידו דומים לRNA פולימראז II האיקריוטי, עם הרכבים דומים של חלבונים (פקטורי שעתוק כללים; general transcription factors) המנחים את קשירת ה-RNA פולימראז לפרומוטור. פקטורי שעתוק אחרים של ארכאונים דומים יותר לאלו של חיידקים. מודפיקציה אחר שעתוק פשוטה יותר מזו של איקריוטיים, מאחר שמרבית הגנים חסרי אינטרונים, אולם בגנים של tRNA ושל rRNA יש אינטרונים רבים, ואינטרונים מופיעים גם במספר גנים אחרים המקודדים לחלבונים.
[עריכה] סינתוז מתאן
עוברים קדומים רבים מפיקים אנרגיה במסלולים ייחודיים; בדרך-כלל מדובר בנשימה תאית בה קולט האלקטרונים הסופי אינו חמצן (כפי שמתרחש ביצורים אווירניים). חיידקים קדומים ממינים שונים מסוגלים לנצל לשם כך גופרית ותרכובות פחמן שונות, כגון חומצה אצטית (חומץ), כוהל מתנול, חומצה פורמית ופחמן דו-חמצני. התוצר הסופי של פירוק תרכובות הפחמן הוא מתאן (CH4). זהו בעצם התוצר הסופי של פירוק חומר אורגני בטבע, והחיידקים הקדומים אחראיים לכך; המרבצים התת-קרקעיים של מתאן, אותם מנצל האדם להפקת גז טבעי, נוצרו כתוצאה מפירוק בן אלפי שנים של יצורים שמתו, וכל זאת על ידי החיידקים הקדומים. צורת נשימה זו היא אנארובית אובורית. החיידקים הקדומים המייצרים מתאן (נקראים מתאנוגניים; התהליך נקרא מתאנוגנזה) לא מסוגלים לחיות בנוכחות חמצן.
