แบคทีเรียที่มีแฟลกเจลลาอาศัยอยู่ที่ไหน Cilia และ flagella: คำอธิบายสั้น ๆ โครงสร้างและบทบาทในเซลล์ แฟลกเจลลาทำมาจากอะไร

ทั้งโปรคาริโอตและยูคาริโอตสามารถมีโครงสร้างที่เรียกว่า cilia และ flagella ผลพลอยได้เหล่านี้บนพื้นผิวของเซลล์ช่วยในการ

คุณสมบัติและฟังก์ชัน

Cilia และ flagella เป็นผลพลอยได้จากเซลล์บางชนิดที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของเซลล์ (การเคลื่อนไหว) นอกจากนี้ยังช่วยเคลื่อนย้ายสารรอบ ๆ เซลล์และนำทางไปยังที่ที่เหมาะสม

Cilia และ flagella เกิดจากกลุ่ม microtubules เฉพาะที่เรียกว่า basal body

หากผลพลอยได้สั้นและจำนวนมากจะเรียกว่าตา หากมีความยาวและมีจำนวนน้อยกว่า (โดยปกติมีเพียงหนึ่งหรือสอง) พวกเขาจะเรียกว่าแฟลเจลลา

โครงสร้าง

โดยปกติ cilia และ flagella จะมีแกนที่ประกอบด้วย microtubules ที่เชื่อมต่อกับ จัดเรียงในรูปแบบ 9 + 2 วงแหวนของไมโครทูบูลทั้งเก้ามีไมโครทูบูลพิเศษสองอันอยู่ตรงกลางซึ่งงอซีเลียหรือแฟลเจลลา องค์กรประเภทนี้พบได้ในโครงสร้างของ cilia และ flagella ส่วนใหญ่

พวกเขาพบกันที่ไหน

ทั้ง cilia และ flagella พบได้ในเซลล์หลายประเภท ตัวอย่างเช่น สเปิร์มของสัตว์หลายชนิด สาหร่าย และแม้แต่เฟิร์นก็มีแฟลกเจลลา Cilia สามารถพบได้ในเซลล์ในเนื้อเยื่อต่างๆ เช่น ทางเดินหายใจและระบบสืบพันธุ์เพศหญิง

สำหรับการเคลื่อนไหวในสภาพแวดล้อมทางน้ำ จุลินทรีย์บางชนิดใช้อวัยวะแฟลเจลเลต - "แฟลเจลลัม" อวัยวะนี้สร้างขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ช่วยให้จุลินทรีย์เคลื่อนที่ได้ตามต้องการในทิศทางที่เลือกด้วยความเร็วที่แน่นอน

เซลล์เพศชายยังใช้แฟลเจลลัมในการเคลื่อนที่

นักวิทยาศาสตร์รู้เรื่องแฟลกเจลลาเป็นระยะเวลาหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ความรู้เกี่ยวกับลักษณะโครงสร้างซึ่งเพิ่งปรากฏในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา สร้างความประหลาดใจให้กับพวกเขาอย่างมาก พบว่าแฟลเจลลัมเคลื่อนที่ผ่าน "มอเตอร์อินทรีย์" ที่ซับซ้อนมาก และไม่ใช่กลไกการสั่นแบบธรรมดาอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้

มอเตอร์นี้ถูกสร้างขึ้นตามหลักการทางกลเดียวกันกับมอเตอร์ไฟฟ้า มันมีสองส่วนหลัก: ส่วนที่เคลื่อนไหว ("โรเตอร์") และส่วนที่อยู่กับที่ ("สเตเตอร์")

แฟลเจลลัมของแบคทีเรียแตกต่างจากระบบอินทรีย์ทั้งหมดที่ทำการเคลื่อนไหวทางกล เซลล์ไม่ใช้พลังงานที่มีอยู่ซึ่งเก็บไว้ในโมเลกุล ATP แต่มีแหล่งพลังงานพิเศษแทน: จุลินทรีย์ใช้พลังงานของการไหลของไอออนผ่านเยื่อหุ้มชั้นนอกของพวกมัน โครงสร้างภายในของเครื่องยนต์นั้นซับซ้อนมาก โปรตีนประมาณ 240 ชนิดมีส่วนร่วมในการสร้างแฟลเจลลัม แต่ละคนมีสถานที่แห่งหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์พบว่าโปรตีนเหล่านี้นำสัญญาณในการเปิดและปิดเครื่องยนต์ สร้างการเชื่อมต่อที่เอื้อต่อการเคลื่อนไหวในระดับอะตอม และกระตุ้นโปรตีนอื่นๆ ที่ติดแฟลเจลลัมกับเยื่อหุ้มเซลล์ แบบจำลองที่พัฒนาขึ้นเพื่อสรุปการทำงานของระบบนั้นเพียงพอที่จะอธิบายโครงสร้างที่ซับซ้อนของระบบ (หนึ่ง)

โครงสร้างที่ซับซ้อนของแฟลเจลลัมแบคทีเรียโดยตัวมันเองนั้นเพียงพอที่จะหักล้างทฤษฎีวิวัฒนาการแล้ว เนื่องจากแฟลเจลลัมมีโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งลดทอนไม่ได้ แม้ว่าโมเลกุลเดียวของโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อนี้จะหายไปหรือได้รับความเสียหาย แฟลเจลลัมก็ไม่สามารถทำงานได้และไม่เป็นประโยชน์ต่อจุลินทรีย์ แฟลเจลลัมต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์ตั้งแต่ช่วงแรก ๆ ของการดำรงอยู่ ข้อเท็จจริงนี้เน้นย้ำถึงความไร้สาระของทฤษฎีวิวัฒนาการที่ยืนยัน "การพัฒนาทีละน้อย" อีกครั้ง

แม้แต่สิ่งมีชีวิตที่นักวิวัฒนาการถือว่า "ง่ายที่สุด" ก็มีโครงสร้างที่น่าทึ่ง แฟลเจลลัมของแบคทีเรียเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่นับไม่ถ้วน จุลินทรีย์นี้เคลื่อนตัวในน้ำ เคลื่อนอวัยวะนี้บนเปลือกของมัน เมื่อศึกษาระบบภายในของอวัยวะที่มีชื่อเสียงนี้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต่างประหลาดใจที่พบว่าจุลินทรีย์มีมอเตอร์ไฟฟ้าที่ซับซ้อนมาก มอเตอร์ไฟฟ้านี้ ซึ่งมีหน่วยย่อยของโมเลกุลต่างกันประมาณ 50 หน่วย มีโครงสร้างที่ค่อนข้างซับซ้อน ดังที่แสดงด้านล่าง

แบคทีเรียแฟลเจลลัมเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าแม้แต่สิ่งมีชีวิต "ดึกดำบรรพ์" ที่คาดคะเนก็มีโครงสร้างที่ผิดปกติ เมื่อมนุษยชาติเริ่มตระหนักถึงรายละเอียดมากขึ้นเรื่อยๆ เป็นที่แน่ชัดว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 19 รวมทั้งดาร์วิน ซึ่งถือว่าเรียบง่ายที่สุด ในความเป็นจริงก็ซับซ้อนพอๆ กับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อมีความเข้าใจเกี่ยวกับความสมบูรณ์แบบของการสร้างสรรค์มาถึงแล้ว ความไร้ประโยชน์ของการพยายามหาคำอธิบายทางเลือกสำหรับการสร้างสรรค์ก็ปรากฏชัด

จุลินทรีย์ลอยอยู่ในตัวกลางของเหลวหนืด ใบพัดเกลียวหมุนเรียกว่า แฟลกเจลลา.

แฟลเจลลัมจากแบคทีเรียเป็นนาโนแมชชีนที่ประกอบด้วยโปรตีน 25 ชนิด ตั้งแต่สองสามถึงหมื่น ประกอบด้วยคอลเลกชั่นของโปรตีนจำนวนมาก ซึ่งแต่ละโปรตีนทำหน้าที่เฉพาะในส่วนต่างๆ เช่น การหมุนของเครื่องยนต์ ฉนวน เพลาขับ ลำดับการสลับของผู้ว่าการ มัดสากล ใบพัดเฮลิคอล และแอมพลิฟายเออร์โรตารีสำหรับการประกอบตัวเอง .

โปรตีนแฟลเจลลาร์ถูกสังเคราะห์ขึ้นภายในร่างกายของเซลล์และขนส่งไปตามช่องทางกลางที่ยาวและแคบในแฟลเจลลัมไปยังส่วนปลาย (ด้านนอก) ของแฟลเจลลัม ซึ่งพวกมันใช้ปลายแฟลเจลลาร์เป็นมอเตอร์ตั้งค่า สามารถสร้างโครงสร้างระดับนาโนที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นอิสระ มอเตอร์แบบโรตารี่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 30 ถึง 40 นาโนเมตร จะหมุนแฟลเจลลัมที่ความถี่ประมาณ 300 เฮิรตซ์ และกำลัง 10-16 วัตต์ โดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานใกล้เคียงกับ 100%

การออกแบบโครงสร้างและกลไกการทำงานที่พบในกลไกที่ซับซ้อนของแฟลเจลลัมของแบคทีเรียสามารถให้มนุษยชาติได้ใช้เทคโนโลยีที่ก้าวล้ำหลายอย่างซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำหรับนาโนเทคโนโลยีในอนาคต ซึ่งเราอาจพบว่ามีประโยชน์หลายอย่าง (2)

การพัฒนาทางจุลชีววิทยาทำให้เกิดการค้นพบมากมายในทศวรรษที่ผ่านมา และหนึ่งในนั้นคือลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียที่ติดธง การออกแบบเครื่องยนต์ของสิ่งมีชีวิตโบราณเหล่านี้กลายเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากและตามหลักการทำงานของพวกมันนั้นแตกต่างจากแฟลกเจลลาของญาติของยูคาริโอตที่ใกล้เคียงที่สุดของโปรโตซัว เครื่องยนต์ของแบคทีเรียแฟลเจลเลตเป็นข้อโต้แย้งที่ร้อนแรงที่สุดระหว่างผู้ทรงสร้างและนักวิวัฒนาการ เกี่ยวกับแบคทีเรีย แฟลกเจลลาร์มอเตอร์ และอีกมากมาย - บทความนี้

ชีววิทยาทั่วไป

ในการเริ่มต้น ให้เราระลึกว่าพวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทใดและพวกมันอาศัยอยู่ที่ใดในระบบของโลกอินทรีย์บนโลกของเรา โดเมนแบคทีเรียรวมสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตที่มีเซลล์เดียวจำนวนมาก (โดยไม่มีนิวเคลียสที่ก่อตัวขึ้น) เข้าด้วยกัน

เซลล์ที่มีชีวิตเหล่านี้ปรากฏขึ้นในที่เกิดเหตุเมื่อเกือบ 4 พันล้านปีก่อน และเป็นผู้ตั้งถิ่นฐานกลุ่มแรกในโลก พวกมันสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันมาก (cocci, rods, vibrios, spirochetes) แต่ส่วนใหญ่จะถูกแฟลกเจลลา

แบคทีเรียอาศัยอยู่ที่ไหน? ทุกที่. มากกว่า 5 × 10 30 อาศัยอยู่บนโลก มีประมาณ 40 ล้านตัวในดิน 1 กรัม มากถึง 39 ล้านล้านอาศัยอยู่ในร่างกายของเรา พวกมันสามารถพบได้ที่ก้นร่องลึกบาดาลมาเรียนา ใน "กลุ่มควันดำ" ที่ร้อนระอุที่ก้นมหาสมุทร ในน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกา และขณะนี้คุณมีแบคทีเรียมากถึง 10 ล้านตัวในมือของคุณ

คุณค่าที่ปฏิเสธไม่ได้

แม้จะมีขนาดจิ๋ว (0.5-5 ไมครอน) ชีวมวลรวมของพวกมันบนโลกนั้นยิ่งใหญ่กว่าชีวมวลของสัตว์และพืชรวมกัน บทบาทของพวกเขาในการไหลเวียนของสารไม่สามารถถูกแทนที่ได้และคุณสมบัติของผู้บริโภค (ผู้ทำลายสารอินทรีย์) ไม่อนุญาตให้โลกถูกปกคลุมด้วยซากศพ

อย่าลืมเกี่ยวกับเชื้อโรค: สาเหตุของกาฬโรค, ไข้ทรพิษ, ซิฟิลิส, วัณโรคและโรคติดเชื้ออื่น ๆ อีกมากมายก็เป็นแบคทีเรียเช่นกัน

แบคทีเรียได้พบการประยุกต์ใช้ในกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ เริ่มต้นจากอุตสาหกรรมอาหาร (ผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยว ชีส ผักดอง เครื่องดื่มแอลกอฮอล์) เศรษฐกิจสีเขียว (เชื้อเพลิงชีวภาพและก๊าซชีวภาพ) ไปจนถึงวิธีวิศวกรรมเซลล์และการผลิตยา (วัคซีน ซีรั่ม ฮอร์โมน วิตามิน)

สัณฐานวิทยาทั่วไป

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วตัวแทนของสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวเหล่านี้ไม่มีนิวเคลียสวัสดุทางพันธุกรรม (โมเลกุล DNA ในรูปของวงแหวน) ตั้งอยู่ในพื้นที่หนึ่งของไซโตพลาสซึม (นิวคลีออยด์) เซลล์ของพวกมันมีพลาสมาเมมเบรนและแคปซูลหนาแน่นที่เกิดจาก peptidoglycan murein ในออร์แกเนลล์ของเซลล์ แบคทีเรียมีไมโตคอนเดรีย อาจมีคลอโรพลาสต์และโครงสร้างอื่นๆ ที่มีหน้าที่ต่างกัน

แบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นแฟลกเจลลา แคปซูลที่แน่นบนพื้นผิวของเซลล์ป้องกันไม่ให้พวกมันเคลื่อนที่ไปรอบๆ โดยการเปลี่ยนตัวเซลล์เอง เช่นเดียวกับอะมีบา แฟลกเจลลาของพวกมันคือการก่อตัวของโปรตีนหนาแน่นที่มีความยาวต่างกันและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 นาโนเมตร แบคทีเรียบางชนิดมีแฟลเจลลัมเพียงตัวเดียว (monotrichous) ในขณะที่บางชนิดมีแฟลเจลลัมสองตัว (amphitrichous) บางครั้งแฟลเจลลาจะจัดเรียงเป็นมัด (lophorichous) หรือครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของเซลล์ (peritrichous)

หลายชนิดอาศัยอยู่เป็นเซลล์เดียว แต่มีบางรูปแบบเป็นกระจุก (คู่ สายโซ่ เส้นใย และเส้นใย)

คุณสมบัติการเคลื่อนไหว

แบคทีเรียที่ติดธงสามารถเคลื่อนที่ได้หลายวิธี บางคนก้าวไปข้างหน้าเท่านั้น และเปลี่ยนทิศทางด้วยการล้มลง บางตัวสามารถกระตุกได้ บางตัวสามารถขยับได้โดยการเลื่อน

แฟลกเจลลาของแบคทีเรียทำหน้าที่ไม่เพียง แต่ "พาย" ในระดับเซลล์เท่านั้น แต่ยังสามารถเป็นเครื่องมือ "ขึ้นเครื่อง" ได้อีกด้วย

จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ เชื่อกันว่าแฟลเจลลัมของแบคทีเรียจะกระดิกหางเหมือนงู การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าแฟลเจลลัมของแบคทีเรียนั้นซับซ้อนกว่ามาก มันทำงานเหมือนกังหัน ติดกับไดรฟ์จะหมุนไปในทิศทางเดียว ตัวกระตุ้นหรือมอเตอร์แฟลเจลลาร์ของแบคทีเรียเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งทำงานเหมือนกล้ามเนื้อ ด้วยความแตกต่างที่กล้ามเนื้อต้องคลายตัวหลังจากการหดตัวและแบคทีเรียก็ทำงานอย่างต่อเนื่อง

กลไกนาโนของแฟลเจลลัม

โดยไม่ต้องเจาะลึกถึงชีวเคมีของการเคลื่อนไหว เราสังเกตว่ามีโปรตีนถึง 240 ตัวที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแฟลเจลลัมไดรฟ์ ซึ่งแบ่งออกเป็นส่วนประกอบโมเลกุล 50 อย่างที่มีฟังก์ชันเฉพาะในระบบ

ในระบบขับเคลื่อนของแบคทีเรียนี้มีโรเตอร์ที่เคลื่อนที่และสเตเตอร์ที่ให้การเคลื่อนไหวนี้ มีเพลาขับ บุชชิ่ง คลัตช์ เบรค และคันเร่ง

เครื่องยนต์จิ๋วนี้ช่วยให้แบคทีเรียเดินทางได้ 35 เท่าของขนาดตัวของมันเองในเวลาเพียง 1 วินาที ในเวลาเดียวกันการทำงานของแฟลเจลลัมเองซึ่งทำ 60,000 รอบต่อนาทีร่างกายใช้พลังงานเพียง 0.1% ของพลังงานทั้งหมดที่เซลล์ใช้ไป

ยังเป็นที่น่าประหลาดใจอีกด้วยที่แบคทีเรียสามารถเปลี่ยนและซ่อมแซมชิ้นส่วนอะไหล่ทั้งหมดของกลไกมอเตอร์ของมันได้ "ในระหว่างเดินทาง" แค่คิดว่าคุณอยู่บนเครื่องบิน และช่างเปลี่ยนใบพัดของมอเตอร์ที่กำลังทำงานอยู่

แบคทีเรียแฟลกเจลเลตกับดาร์วิน

เครื่องยนต์ที่สามารถทำงานได้ด้วยความเร็วสูงถึง 60,000 รอบต่อนาที สตาร์ทด้วยตนเองและใช้คาร์โบไฮเดรต (น้ำตาล) เป็นเชื้อเพลิงเท่านั้น มีอุปกรณ์ที่คล้ายกับมอเตอร์ไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ในกระบวนการวิวัฒนาการหรือไม่?

นี่คือคำถามที่ Michael Behe, Ph.D. ในสาขาชีววิทยา ถามตัวเองในปี 1988 เขาแนะนำแนวคิดของระบบที่ไม่ลดทอนสู่ชีววิทยา - ระบบที่ทุกส่วนจำเป็นพร้อม ๆ กันเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของมันและการกำจัดอย่างน้อยหนึ่งส่วนทำให้เกิดการหยุดชะงักของการทำงานของมันอย่างสมบูรณ์

จากมุมมองของวิวัฒนาการของดาร์วิน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทั้งหมดในร่างกายจะเกิดขึ้นทีละน้อย และเฉพาะการเปลี่ยนแปลงที่ประสบความสำเร็จเท่านั้นที่ถูกคัดเลือกโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

บทสรุปของ M. Behe ​​ระบุไว้ในหนังสือ "Darwin's Black Box" (1996): เครื่องยนต์ของแบคทีเรียที่ติดธงคือระบบที่แบ่งแยกไม่ได้มากกว่า 40 ส่วน และการไม่มีอย่างน้อยหนึ่งส่วนจะทำให้เกิดความผิดปกติอย่างสมบูรณ์ของ ระบบซึ่งหมายความว่าระบบนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้โดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

บาล์มสำหรับนักสร้างสรรค์

ทฤษฎีการสร้างสรรค์ที่นำเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์และศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาคณบดีคณะวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่ Lehigh University of Bethlehem (USA) M. Behe ​​​​ดึงดูดความสนใจของรัฐมนตรีคริสตจักรและผู้สนับสนุนทฤษฎีของพระเจ้าในทันที ต้นกำเนิดของชีวิต

ในปี 2548 มีการพิจารณาคดีในสหรัฐอเมริกาโดยที่ Behe ​​​​เป็นพยานจากผู้สนับสนุนทฤษฎี "การออกแบบที่ชาญฉลาด" ซึ่งถือเป็นการแนะนำการศึกษาเกี่ยวกับเนรมิตในโรงเรียนของโดเวอร์ในหลักสูตร " เกี่ยวกับแพนด้าและผู้คน” กระบวนการนี้สูญหายไปการสอนเรื่องดังกล่าวได้รับการยอมรับว่าขัดต่อรัฐธรรมนูญฉบับปัจจุบัน

แต่การโต้เถียงระหว่างผู้สร้างโลกและนักวิวัฒนาการยังคงดำเนินต่อไปในทุกวันนี้

สารบัญของเรื่อง "กายวิภาคของเซลล์แบคทีเรีย สรีรวิทยาของแบคทีเรีย":
1. กายวิภาคของเซลล์แบคทีเรีย โครงสร้างพื้นผิวของแบคทีเรีย แบคทีเรียชนิดแคปซูล องค์กรของแคปซูล การย้อมสีแคปซูลแบคทีเรีย องค์ประกอบของแคปซูล คุณสมบัติแอนติเจนของแคปซูล

3.ไมโครวิลลีของแบคทีเรีย fimbriae ของแบคทีเรีย F-drank (เซ็กส์-ดื่ม) แบคทีเรีย ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ไกลโคคาลิกซ์.
4. ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย หน้าที่ของผนังเซลล์ โครงสร้างผนังเซลล์แบคทีเรีย เปปติโดไกลแคน กระเป๋ามูรีน. โครงสร้างของเพปติโดไกลแคน (มูริน)
5. แบคทีเรียแกรมลบ ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ โครงสร้างผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบ
6. แบคทีเรียแกรมบวก ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวก โครงสร้างผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวก แบคทีเรียออโตไลซิน สเฟียโรพลาสต์ โปรโตพลาสต์
7. เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม (CPM) ของแบคทีเรีย องค์ประกอบของเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมของแบคทีเรีย ระบบขนส่ง. มีโซโซม พื้นที่ปริพลาสซึม
8. ไซโตพลาสซึมของแบคทีเรีย จีโนมของแบคทีเรีย แบคทีเรียไรโบโซม เม็ดสำรองของแบคทีเรีย
9. สรีรวิทยาของแบคทีเรีย โภชนาการของแบคทีเรีย ชนิดให้อาหารแบคทีเรีย โฮโลโซอิก โฮโลไฟต์ น้ำ. ความสำคัญของน้ำต่อแบคทีเรีย
10. สารประกอบที่ย่อยได้โดยเซลล์แบคทีเรีย เส้นทางของสารเข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย การถ่ายโอนแบบพาสซีฟ การแพร่กระจาย

ตามลักษณะการเคลื่อนไหว แบคทีเรียเคลื่อนที่แบ่งออกเป็น ลอยตัวและ เลื่อน(คลาน). อวัยวะของการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียลอยน้ำ - แฟลกเจลลา; การเคลื่อนไหวของแบคทีเรียที่เลื่อนได้นั้นเกิดจากการหดตัวของร่างกายเหมือนคลื่น

ที่ตั้งของแฟลเจลลา- คุณลักษณะเฉพาะที่มีนัยสำคัญทางอนุกรมวิธาน ตัวเลือกสำหรับตำแหน่งของแฟลกเจลลาแสดงในรูปที่ 4-1. แบคทีเรียบางชนิดมีแฟลกเจลลาทั่วผิวผนังเซลล์ (เช่น แบคทีเรียในสกุล Proteus) แบคทีเรียดังกล่าวเรียกว่า peririchous[จากภาษากรีก. peri-, รอบ ๆ, + trichos, ผม]. แบคทีเรียบางชนิดมีแฟลเจลลัมหนาเพียงตัวเดียว (เช่น ตัวแทนของสกุล Vibrio) พวกมันเรียกว่า monotrichous. Politrichs- แบคทีเรียที่มีลักษณะแฟลเจลลัมเดี่ยว ประกอบเป็นมัดของแฟลเจลลา 2-50 โพลาร์แฟลกเจลลาติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของแบคทีเรีย การจัดเรียงแบบโมโนโพลาร์-โพลิทริเชียลของแฟลกเจลลามี lophorichous[จากภาษากรีก. lophos, พวง, + trichos, ผม] ตัวอย่างเช่นพวกเขารวมถึงตัวแทนของสกุล Pseudomonas ไบโพลาร์-โพลิทริเชียลแฟลกเจลลามี สะเทินน้ำสะเทินบก[จากภาษากรีก. amphi-, ทวิภาคี, + trichos, ผม] (เช่น แบคทีเรียในสกุล Spirillum)

ข้าว. 4-1. ตัวเลือกสำหรับตำแหน่งของแฟลกเจลลา (บน) และการเคลื่อนไหวของแบคทีเรีย (ล่าง).

เฆี่ยน- ไส้หลอดกลวงโค้งมนที่เกิดจากหน่วยย่อยแฟลเจลลิน ในแบคทีเรียหลายชนิด ความหนาของแฟลกเจลลาแตกต่างกันไปตั้งแต่ 12 ถึง 18 นาโนเมตร ซึ่งไม่เกิน 1/10 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของแฟลกเจลลาของสาหร่ายและโปรโตซัว แฟลกเจลลายังโดดเด่นด้วยความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวด สถานที่ติดแฟลเจลลัมกับเซลล์แบคทีเรียมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและประกอบด้วยโครงสร้างฐานและสิ่งที่เรียกว่า "เบ็ด" (รูปที่ 4-2) ในแบคทีเรียแกรมบวก โครงสร้างฐานประกอบด้วยหนึ่งคู่ และในแบคทีเรียแกรมลบ จะมีวงแหวนสองคู่ วงแหวนมีบทบาทเป็น "ดิสก์ไดรฟ์" และ "แบริ่ง" โครงสร้างทั้งหมดทำหน้าที่ของตัวแปลงเคมี (แฟลเจลลินมอเตอร์) ในสไปโรเชต ออร์แกเนลล์พิเศษมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหว - ด้ายตามแนวแกน ซึ่งประกอบด้วยแฟลกเจลลาแบคทีเรียสองแถวที่อยู่ตามยาวภายในเซลล์

แบคทีเรียแฟลกเจลลาทำการเคลื่อนไหวแบบแปลนและหมุนรอบ ผลักแบคทีเรียผ่านตัวกลางเหมือนใบพัดของเรือ พวกเขายังสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนและดึงกรงเหมือนใบพัด ความเร็วของการเคลื่อนที่ย้อนกลับน้อยกว่าความเร็วของการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าสี่เท่า เชื้อจุลินทรีย์บางชนิดสามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวของวุ้นได้ กล่าวคือ แบคทีเรียที่ลอยอยู่สามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวของตัวกลางที่เป็นของแข็งได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Proteus vulgaris จะแพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวของวุ้น ทำให้เกิดการเคลือบบาง ๆ (คล้ายกับการหายใจออกบนกระจกเย็น) และสายพันธุ์ Proteus ที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ขาดความสามารถนี้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า " ปรากฏการณ์ฝูง” และการสังเกตมันเป็นพื้นฐานของแนวคิดบางอย่างของแบคทีเรีย serodiagnosis ดังนั้น flagellated Ag จึงเรียกว่า H-Ag [จากมัน Hauch, หายใจออก, บุก] และ Ag ของผิวเซลล์ - O-Ag [จากมัน FPE Hauch ไม่มีการจู่โจม1.

ข้าว. 4-2. แผนผังโครงสร้างของแฟลเจลลัมแบคทีเรีย. BS - โครงสร้างฐาน, VM - เมมเบรนด้านนอก, CPM - เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม, P - โรเตอร์, แกน O, KO - แหวนมอเตอร์แฟลเจลลาร์, CR - ตะขอ, C - ขั้วต่อกระบอก, H - ด้ายแฟลเจลลัม, W - หมวก

ความสามารถของแบคทีเรียในการกำหนดเป้าหมาย ความเคลื่อนไหวกำหนดทางพันธุกรรม ตัวอย่างเช่น ใน Escherichia coli 3% ของจีโนม (ประมาณ 50 ยีน) มีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมกระบวนการนี้ ยีนเหล่านี้เข้ารหัสโปรตีนที่สร้างอุปกรณ์เคลื่อนที่ เช่นเดียวกับโปรตีนและเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงสัญญาณ สำหรับอุปกรณ์แฟลเจลลาร์โดดเด่นด้วยความแปรปรวนเป็นระยะ ในหลาย ๆ ด้าน กระบวนการนี้สามารถปรับตัวได้ในธรรมชาติและพบได้บ่อยที่สุดในจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบคทีเรียบางชนิดได้พัฒนาระบบความแปรปรวนในลักษณะแอนติเจนของแฟลกเจลลา ซึ่งช่วยให้พวกเขาหลีกเลี่ยงผลกระทบโดยตรงของกลไกการป้องกันภูมิคุ้มกันในบางครั้ง

การวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการของการเคลื่อนไหวของแบคทีเรีย

การเคลื่อนที่ของแบคทีเรียกำหนดโดยกล้องจุลทรรศน์ของการเตรียมการใน " บดขยี้" หรือ " ห้อย" หยด. ความสามารถในการเคลื่อนที่ยังสามารถกำหนดได้หลังจากการเพาะเชื้อแบคทีเรียโดยการฉีดเข้าไปในคอลัมน์ของวุ้นกึ่งของเหลว (สายพันธุ์เคลื่อนที่เติบโตตลอดความหนาของตัวกลางไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ - โดยการฉีด) หรือโดยการฉีดวัคซีนแบคทีเรียในน้ำ คอนเดนเสทของเสาวุ้นเอียง (ชนิดเคลื่อนที่จากคอนเดนเสทไปยังพื้นผิวของตัวกลางและตั้งอาณานิคม) หรือกำหนดความสามารถของแบคทีเรียที่จะให้ " ปรากฏการณ์ฝูง».

เซลล์สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความช่วยเหลือของออร์แกเนลล์พิเศษ ซึ่งรวมถึง cilia และ flagella เซลล์ cilia มักมีจำนวนมากมาย (ในโปรโตซัวมีจำนวนเป็นแสน) และความยาวคือ 10-15 ไมครอน แฟลกเจลลาส่วนใหญ่มักเป็น 1-8 ความยาวของพวกมันคือ 20-50 ไมครอน

โครงสร้างและหน้าที่ของออร์แกเนลล์ของการเคลื่อนไหว

โครงสร้างของ cilia และ flagella ทั้งในเซลล์พืชและสัตว์มีความคล้ายคลึงกัน ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พบว่า cilia และ flagella เป็นออร์แกเนลล์ที่ไม่ใช่เมมเบรนซึ่งประกอบด้วยไมโครทูบูล สองในนั้นตั้งอยู่ตรงกลางและรอบ ๆ พวกเขานั้นมีไมโครทูบูลอีก 9 คู่อยู่รอบ ๆ โครงสร้างทั้งหมดนี้ถูกปกคลุมด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเป็นความต่อเนื่องของเยื่อหุ้มเซลล์

แฟลกเจลลาและซีเลียไม่เพียงแต่ให้การเคลื่อนที่ของเซลล์ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังให้การเคลื่อนที่ของสารต่างๆ บนผิวเซลล์ รวมถึงการป้อนอนุภาคอาหารเข้าไปในเซลล์ด้วย ที่ฐานของ cilia และ flagella เป็นฐานซึ่งประกอบด้วย microtubules

เป็นที่เชื่อกันว่าฐานรากเป็นศูนย์กลางของการก่อตัวของไมโครทูบูลของแฟลเจลลาและซีเลีย ในทางกลับกัน ร่างกายพื้นฐาน มักจะมาจากศูนย์เซลล์

สิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวจำนวนมากและเซลล์หลายเซลล์บางเซลล์ไม่มีออร์แกเนลล์พิเศษในการเคลื่อนไหวและเคลื่อนไหวด้วยความช่วยเหลือของ pseudopodia (pseudopodia) ซึ่งเรียกว่าอะมีบา มันขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของโปรตีนพิเศษที่เรียกว่าโปรตีนหดตัว

คุณสมบัติของการเคลื่อนที่ของโปรโตซัว

สิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวก็สามารถเคลื่อนไหวได้เช่นกัน (รองเท้าแตะ ciliates, ยูกลีนาสีเขียว, อะมีบา) ในการเคลื่อนตัวในแนวน้ำ แต่ละคนจะได้รับออร์แกเนลล์เฉพาะ ในโปรโตซัวออร์แกเนลล์ดังกล่าว ได้แก่ cilia, flagella, pseudopods

ยูกลีนา กรีน

ยูกลีนากรีนเป็นตัวแทนของโปรโตซัวในกลุ่มแฟลเจลเลต ลำตัวของยูกลีนามีรูปร่างเป็นแกนหมุนยาวและมีปลายแหลม ออร์แกเนลล์ของการเคลื่อนที่ของยูกลีนากรีนนั้นแสดงด้วยแฟลเจลลัมซึ่งตั้งอยู่ที่ปลายทู่ แฟลกเจลลาเป็นผลพลอยได้บางของร่างกาย ซึ่งจำนวนแตกต่างกันไปตั้งแต่หนึ่งถึงหลายสิบ

กลไกการเคลื่อนที่โดยใช้แฟลเจลลัมนั้นแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ โดยพื้นฐานแล้วนี่คือการหมุนในรูปกรวยซึ่งส่วนบนหันเข้าหาลำตัว การเคลื่อนไหวจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อมุมยอดกรวยถึง 45° ช่วงความเร็วตั้งแต่ 10 ถึง 40 รอบต่อวินาที มักสังเกตได้นอกเหนือจากการเคลื่อนที่แบบหมุนของแฟลเจลลัมแล้ว การแกว่งของแฟลเจลลัมก็เช่นกัน

การเคลื่อนไหวประเภทนี้เป็นลักษณะเฉพาะของสปีชีส์ยูนิแฟลเจลเลต ในโพลีแฟลเจลเลต แฟลกเจลลามักจะอยู่ในระนาบเดียวกันและไม่ก่อให้เกิดการหมุนเป็นกรวย

โครงสร้างจุลภาคของแฟลกเจลลาค่อนข้างซับซ้อน พวกเขาถูกล้อมรอบด้วยเปลือกบางซึ่งเป็นความต่อเนื่องของชั้นนอกของ ectoplasm - pellicle พื้นที่ภายในของแฟลเจลลัมนั้นเต็มไปด้วยไซโตพลาสซึมและเส้นใยที่จัดเรียงตามยาว - ไฟบริล

เส้นใยที่อยู่รอบข้างมีหน้าที่รับผิดชอบในการดำเนินการของการเคลื่อนไหวและเส้นใยส่วนกลางทำหน้าที่สนับสนุน

รองเท้าแตะ Infusoria

รองเท้า ciliate เคลื่อนที่เนื่องจาก cilia ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวเหมือนคลื่น มันถูกชี้ไปข้างหน้าด้วยปลายทู่

ตาเคลื่อนที่ในระนาบเดียวกันและเป่าโดยตรงหลังจากยืดออกจนสุด และตีกลับในตำแหน่งโค้ง การพัดไปตามลำดับทีละครั้งโดยมีความล่าช้าเล็กน้อย ในระหว่างการว่ายน้ำ Infusoria จะทำการหมุนรอบแกนตามยาว

รองเท้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึง 2.5 มม. / วินาที ทิศทางเปลี่ยนไปเนื่องจากการโค้งงอของร่างกาย หากมีสิ่งกีดขวางระหว่างทาง หลังจากการชน ciliate เริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

cilias of ciliates ทั้งหมดมีโครงสร้างคล้ายกับ flagella ของ Euglena green ซีลีเนียมที่ฐานสร้างเม็ดฐานซึ่งมีบทบาทสำคัญในกลไกการเคลื่อนไหวของร่างกาย

ในบาง ciliates ตาจะเชื่อมต่อกันและช่วยให้มีความเร็วมากขึ้น

Ciliates เป็นโปรโตซัวที่มีการจัดระเบียบสูงและพวกมันดำเนินกิจกรรมยนต์ด้วยการหดตัว รูปร่างของร่างกายที่ง่ายที่สุดสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากนั้นกลับสู่สถานะก่อนหน้า การเคลื่อนไหวที่หดตัวอย่างรวดเร็วเป็นไปได้เนื่องจากมีเส้นใยพิเศษ - myonemes

อะมีบาหยาบคาย

อะมีบามีขนาดค่อนข้างใหญ่ที่ง่ายที่สุด (ไม่เกิน 0.5 มม.) รูปร่างของร่างกายเป็นแบบ polypodial เนื่องจากการมีอยู่ของ pseudopodia หลายตัว - เป็นผลพลอยได้จากการไหลเวียนภายในของไซโตพลาสซึม

ในอะมีบา pseudopodia ทั่วไปเรียกอีกอย่างว่า pseudopodia อะมีบาจะพัฒนาความเร็ว 0.2 มม. / นาทีเพื่อควบคุม pseudopods ไปในทิศทางที่ต่างกัน

ออร์แกเนลล์ของการเคลื่อนไหวของโปรโตซัวไม่รวมไซโตพลาสซึม นิวเคลียส แวคิวโอล ไรโบโซม ไลโซโซม EPR เครื่องมือกอลจิ