Κατάλογος Μονοκυτταρικών Οργανισμών

Το κύτταρο είναι ο μικρότερος ζωντανός οργανισμός που περιέχει όλα τα χαρακτηριστικά της ζωής, και το μεγαλύτερο μέρος της ζωής στον πλανήτη ξεκινά ως ένας μονοκύτταρος οργανισμός. Υπάρχουν επί του παρόντος δύο τύποι μονοκύτταρων οργανισμών:προκαρυώτες και ευκαρυώτες , εκείνα χωρίς ξεχωριστά καθορισμένο πυρήνα και εκείνα με πυρήνα που προστατεύεται από κυτταρική μεμβράνη. Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι οι προκαρυώτες είναι η αρχαιότερη μορφή ζωής, καθώς εμφανίστηκαν για πρώτη φορά περίπου 3,8 εκατομμύρια χρόνια, ενώ οι ευκαρυώτες εμφανίστηκαν πριν από περίπου 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ταξινόμηση των μονοκύτταρων οργανισμών εμπίπτει σε έναν από τους τρεις κύριους τομείς ζωής:ευκαρυώτες, βακτήρια και αρχαία.

TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)

Οι βιολόγοι ταξινομούν όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στους τρεις τομείς της ζωής ξεκινώντας από τους μονοκύτταρους έως τους πολυκύτταρους οργανισμούς:αρχαία, βακτήρια και ευκαρυώτες.

Χαρακτηριστικά όλων των κυττάρων

Όλοι οι μονοκύτταροι και πολυκύτταροι οργανισμοί μοιράζονται αυτά τα βασικά:

1. Μια πλασματική μεμβράνη που προστατεύει και διαχωρίζει το ζωντανό κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον, ενώ εξακολουθεί να επιτρέπει τη ροή μορίων στην επιφάνειά του, επιπλέον των συγκεκριμένων υποδοχέων εντός του κυττάρου που μπορούν να επηρεάσουν τα κυτταρικά συμβάντα.
2. Μια εσωτερική περιοχή που φιλοξενεί το DNA.
3. Εκτός από τα βακτήρια, όλα τα ζωντανά κύτταρα περιέχουν διαμερίσματα διαχωρισμένα με μεμβράνη, σωματίδια και κλώνους που λούζονται σε μια ουσία σχεδόν σαν υγρή.
   

The First Classification:The Three Domains of Life

Πριν από το 1969, οι βιολόγοι ταξινόμησαν την κυτταρική ζωή σε δύο βασίλεια:τα φυτά και τα ζώα. Μετά το 1969 έως το 1990, οι επιστήμονες συμφώνησαν σε ένα σύστημα ταξινόμησης πέντε βασιλείων που περιελάμβανε μονερά (βακτήρια), πρωτίστες, φυτά, μύκητες και ζώα. Όμως ο Δρ Carl Woese (1928-2012), πρώην καθηγητής στο Τμήμα Μικροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, πρότεινε μια νέα δομή για την ταξινόμηση των μονοκύτταρων οργανισμών και των πολυκύτταρων οντοτήτων το 1990 που αποτελείται από τρεις τομείς, αρχαία, βακτήρια και ευκαρυώτες, υποταξινομημένοι σε έξι βασίλεια. Οι περισσότεροι επιστήμονες χρησιμοποιούν τώρα αυτήν την ταξινόμηση ή σύστημα ταξινόμησης.

Archaea:Μονοκύτταροι οργανισμοί που ευδοκιμούν σε ακραία περιβάλλοντα

Οι Αρχαίες ευδοκιμούν σε ακραία περιβάλλοντα, που μέχρι πρότινος θεωρούνταν μη βιώσιμα για τη ζωή:υδροθερμικές οπές βαθέων υδάτων, θερμές πηγές, Νεκρά Θάλασσα, λίμνες εξάτμισης αλατιού και όξινες λίμνες. Πριν από την πρόταση του Δρ. Woese, οι επιστήμονες αναγνώρισαν για πρώτη φορά τα αρχαία ως αρχαιβακτήρια –αρχαία μονοκύτταρα βακτήρια– επειδή έμοιαζαν με προκαρυωτικά βακτήρια, μονοκύτταρους οργανισμούς που δεν έχουν ξεχωριστό πυρήνα ή οργανίδια που συνδέονται με τη μεμβράνη. Περαιτέρω μελέτες από τον Δρ. Woese, τους συναδέλφους του και άλλους επιστήμονες τους οδήγησαν να συνειδητοποιήσουν ότι αυτά τα αρχαία βακτήρια ήταν πιο στενά συνδεδεμένα με τους ευκαρυώτες λόγω των βιοχημικών χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν. Επιστήμονες και ερευνητές ανακάλυψαν επίσης αρχαία που ζουν στον ανθρώπινο πεπτικό σωλήνα και στο δέρμα.

The Domain and Kingdom of Archaea

Τα αρχαία μοιράζονται χαρακτηριστικά τόσο των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών, γι' αυτό υπάρχουν σε ξεχωριστό κλάδο μεταξύ βακτηρίων και ευκαρυωτών στο φυλογενετικό δέντρο της ζωής. Όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα αρχαιοβακτήρια δεν ήταν στην πραγματικότητα αρχαία βακτήρια, τα μετονόμασαν σε αρχαία. Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά καθορίζουν τους μονοκύτταρους οργανισμούς των αρχαίων:

• Είναι προκαρυωτικά κύτταρα, αλλά γενετικά μοιάζουν περισσότερο με ευκαρυώτες.
• Οι κυτταρικές μεμβράνες αποτελούνται από διακλαδισμένες αλυσίδες υδρογονάνθρακα, σε αντίθεση με τα βακτήρια και την ευκαρία, που συνδέονται με τη γλυκερίνη μέσω αιθερικών δεσμών.
• Τα κυτταρικά τοιχώματα των αρχαίων δεν έχουν πεπτιδογλυκάνες, πολυμερή που αποτελούνται από σάκχαρα και αμινοξέα που σχηματίζουν ένα στρώμα πλέγματος έξω από τα κυτταρικά τοιχώματα των περισσότερων βακτηρίων.
• Ενώ τα αρχαία δεν ανταποκρίνονται σε ορισμένα αντιβιοτικά στα οποία αντιδρούν τα βακτήρια, αντιδρούν σε ορισμένα αντιβιοτικά που ενοχλούν τους ευκαρυώτες.
• Τα αρχαία περιέχουν ριβοσωμικό ριβονουκλεϊκό οξύ (rRNA) ειδικό για τα αρχαία, απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών, το οποίο προσδιορίζεται από μοριακές περιοχές, αισθητά σε αντίθεση με αυτό του rRNA που βρίσκεται στα βακτήρια και την ευκαρία.
  

Οι κύριες ταξινομήσεις των αρχαίων περιλαμβάνουν τα crenarchaeota , euryarchaeota και κοραρχαιώτα , καθώς και τις προτεινόμενες υποδιαιρέσειςνανοαρχαιωτών και την προτεινόμενη θαυμαρχαία. Οι επιμέρους ταξινομήσεις υποδεικνύουν τους τύπους περιβαλλόντων στα οποία ερευνητές και επιστήμονες βρίσκουν αυτούς τους μονοκύτταρους οργανισμούς. Τα Crenarchaeota ζουν σε περιβάλλοντα ακραίας οξύτητας και θερμοκρασίας και οξειδώνουν την αμμωνία. Τα euryarchaeota περιλαμβάνουν οργανισμούς που οξειδώνουν το μεθάνιο και αγαπούν το αλάτι σε περιβάλλοντα βαθέων υδάτων, άλλα ευρυαρχαιώτατα που παράγουν μεθάνιο ως απόβλητο και τα korarchaeota, μια κατηγορία αρχαιοειδών που ζουν επίσης σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.

Τα νανοαρχαιώτα διαφέρουν από τα άλλα αρχαία στο ότι ζουν πάνω από έναν άλλο αρχαϊκό οργανισμό που ονομάζεται Ignicoccus . Οι υποτύποι κοραρχαίων και νανοαρχαιωτών περιλαμβάνουν μεθανογόνα , οργανισμοί που παράγουν αέριο μεθάνιο ως υποπροϊόν των διαδικασιών πέψης ή παραγωγής ενέργειας. αλόφιλοι ή αλατόφιλες αρχαίες? θερμόφιλα, οργανισμοί που ευδοκιμούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. και ψυχρόφιλοι, αρχαίοι οργανισμοί που ζουν σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Βακτήρια:Μονοκύτταροι οργανισμοί που ευδοκιμούν σε πολλαπλά περιβάλλοντα

Τα βακτήρια ζουν και ευδοκιμούν παντού στον πλανήτη:στην κορυφή των βουνών, στον πυθμένα των βαθύτερων ωκεανών του κόσμου, στο πεπτικό σύστημα τόσο των ανθρώπων όσο και των ζώων, ακόμη και στους παγωμένους βράχους και τους πάγους του Βόρειου και του Νότιου πόλου. Τα βακτήρια μπορούν να εξαπλωθούν σε μεγάλο βαθμό με την πάροδο των ετών, επειδή μπορούν να μείνουν αδρανείς για παρατεταμένες περιόδους.

Τα βακτήρια δεν περιέχουν ξεχωριστό πυρήνα

Τα βακτήρια υπάρχουν ως τα κορυφαία ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη, καθώς βρίσκονται εδώ για τουλάχιστον τα τρία τέταρτα της εξελισσόμενης ιστορίας του πλανήτη. Είναι γνωστοί για την ικανότητά τους να προσαρμόζονται στα περισσότερα ενδιαιτήματα του πλανήτη. Ενώ ορισμένα βακτήρια προκαλούν μολυσματικές ασθένειες σε ζώα, φυτά και ανθρώπους, τα περισσότερα βακτήρια λειτουργούν ως «ευεργετικοί» παράγοντες του περιβάλλοντος με μεταβολικές διεργασίες που διατηρούν υψηλότερες μορφές ζωής.

Άλλες μορφές βακτηρίων λειτουργούν σε συνδυασμό με φυτά και ασπόνδυλα (πλάσματα χωρίς ραχοκοκαλιά) σε συμβιωτικές σχέσεις επιτελώντας σημαντικές λειτουργίες. Χωρίς αυτούς τους μονοκύτταρους οργανισμούς, τα νεκρά φυτά και ζώα θα έπαιρναν περισσότερο χρόνο για να αποσυντεθούν και το έδαφος θα έπαυε να είναι γόνιμο. Ερευνητές και επιστήμονες χρησιμοποιούν ορισμένα βακτήρια σε χημικές ουσίες, φάρμακα, αντιβιοτικά, ακόμη και στην παρασκευή τροφών όπως το ξινολάχανο, το γιαούρτι και το κεφίρ και τα τουρσιά. Ως απλοί μονοκύτταροι οργανισμοί, τα βακτηριακά κύτταρα έχουν διακριτικά χαρακτηριστικά:

• Όπως τα αρχαία, οι επιστήμονες ορίζουν τα βακτήρια ως προκαρυωτικά κύτταρα, χωρίς καθορισμένο ή ξεχωριστό πυρήνα.
• Οι μεμβράνες αποτελούνται από μη διακλαδισμένες αλυσίδες λιπαρών οξέων που συνδέονται με τη γλυκερίνη με εστερικούς δεσμούς όπως η ευκαρία.
• Τα κυτταρικά τοιχώματα των βακτηρίων περιέχουν πεπτιδογλυκάνη.
• Τα παραδοσιακά αντιβακτηριακά αντιβιοτικά επηρεάζουν τα βακτήρια, αλλά αντιστέκονται στα αντιβιοτικά που επηρεάζουν την ευκαρία.
• Έχουν rRNA ειδικό για τα βακτήρια λόγω της παρουσίας μοριακών περιοχών διαφορετικών από το rRNA που βρίσκεται στα αρχαία και στην ευκάρυα.
  

The Domain and Kingdom of Bacteria

Οι επιστήμονες ταξινομούν τα περισσότερα βακτήρια σε τρεις ομάδες, με βάση τον τρόπο με τον οποίο ανταποκρίνονται στο οξυγόνο σε μορφή αερίου. Αερόμπικ Τα βακτήρια ευδοκιμούν σε περιβάλλοντα οξυγόνου και απαιτούν οξυγόνο για να ζήσουν. Αναερόβια Τα βακτήρια δεν αγαπούν το αέριο οξυγόνο. Ένα παράδειγμα αυτών των βακτηρίων θα ήταν εκείνα που ζουν σε ιζήματα βαθιά κάτω από το νερό ή εκείνα που προκαλούν τροφική δηλητηρίαση με βάση τα βακτήρια. Τέλος, προαιρετικά αναερόβια είναι βακτήρια που προτιμούν την παρουσία οξυγόνου στο περιβάλλον ανάπτυξής τους αλλά μπορούν να ζήσουν χωρίς αυτό.

Αλλά οι ερευνητές ταξινομούν επίσης τα βακτήρια με τον τρόπο που λαμβάνουν ενέργεια:ως ετερότροφα και αυτότροφα . Τα αυτότροφα, όπως τα φυτά που τροφοδοτούνται από φωτεινή ενέργεια (που ονομάζονται φωτοαυτοτροφικά), φτιάχνουν τη δική τους πηγή τροφής σταθεροποιώντας το διοξείδιο του άνθρακα ή με χημειοαυτοτροφικά μέσα, χρησιμοποιώντας διαδικασίες οξείδωσης αζώτου, θείου ή άλλων στοιχείων. Τα ετερότροφα παίρνουν την ενέργειά τους από το περιβάλλον διασπώντας οργανικές ενώσεις, όπως τα σαπρόβια βακτήρια που ζουν σε αποσυντιθέμενη ύλη, καθώς και τα βακτήρια που βασίζονται στη ζύμωση ή την αναπνοή για ενέργεια.

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες ομαδοποιούν τα βακτήρια είναι από το σχήμα τους:σφαιρικό, σε σχήμα ράβδου και σπιράλ . Άλλα σχήματα βακτηρίων περιλαμβάνουν νηματοειδές, με μανδύα, τετράγωνο, με μίσχο, σχήμα αστεριού, ατρακτοειδή, λοβωτό, τρίχωμα (τριχόμορφο) και πλειόμορφο βακτήρια με την ικανότητα να αλλάζουν το σχήμα ή το μέγεθός τους ανάλογα με το περιβάλλον.

Περαιτέρω ταξινομήσεις περιλαμβάνουν μυκοπλάσματα, βακτήρια που προκαλούν ασθένειες επηρεάζονται από τα αντιβιοτικά επειδή δεν έχουν κυτταρικό τοίχωμα. κυανοβακτήρια , φωτοαυτοτροφικά βακτήρια όπως τα μπλε-πράσινα φύκια. θετικά κατά gram βακτήρια , που εκπέμπουν μωβ στη δοκιμή χρώσης gram επειδή η δοκιμή χρωματίζει τα παχιά κυτταρικά τους τοιχώματα. και γραμ-αρνητικά βακτήρια που γίνονται ροζ στη δοκιμή λεκέδων γραμμαρίων λόγω των λεπτών, αλλά ισχυρών εξωτερικών τοιχωμάτων τους. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια ανταποκρίνονται καλύτερα στα αντιβιοτικά από τα gram-αρνητικά βακτήρια, διότι ενώ το τοίχωμα του πρώτου είναι παχύ, είναι διαπερατό, ενώ στα gram-αρνητικά βακτήρια, τα κυτταρικά τους τοιχώματα είναι λεπτά, αλλά λειτουργούν περισσότερο σαν αλεξίσφαιρο γιλέκο.

Οι Ευκαρυώτες ευδοκιμούν παντού

Ενώ οι ευκαρυώτες περιλαμβάνουν πολλούς πολυκύτταρους οργανισμούς στο βασίλειο των μυκήτων, των φυτών και των ζώων, αυτός ο κύριος τομέας ζωής περιλαμβάνει επίσης μονοκύτταρους οργανισμούς. Οι μονοκύτταροι ευκαρυώτες έχουν κυτταρικά τοιχώματα που μπορούν να αλλάξουν το σχήμα τους σε σύγκριση με τα προκαρυωτικά που έχουν άκαμπτα κυτταρικά τοιχώματα. Οι περισσότεροι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι οι ευκαρυώτες εξελίχθηκαν από προκαρυώτες επειδή και οι δύο χρησιμοποιούν RNA και DNA ως γενετικό υλικό. Και οι δύο εκμεταλλεύονται 20 αμινοξέα. και τα δύο έχουν λιπιδική (διαλυτή σε οργανικούς διαλύτες) κυτταρική μεμβράνη διπλής στιβάδας και χρησιμοποιούν σάκχαρα D και L-αμινοξέα. Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των ευκαρυωτών περιλαμβάνουν:

• Οι ευκαρυώτες έχουν έναν ξεχωριστό, ξεχωριστό πυρήνα που προστατεύεται από μια μεμβράνη.
• Οι μεμβράνες, όπως και αυτή των βακτηρίων, αποτελούνται από μη διακλαδισμένες αλυσίδες λιπαρών οξέων που συνδέονται με τη γλυκερίνη μέσω εστερικών δεσμών (πράγμα που κάνει τα κυτταρικά τοιχώματα πιο ευαίσθητα στο εξωτερικό περιβάλλον σε σύγκριση με τα αρχαία).
• Τα κυτταρικά τοιχώματα – στους ευκαρυώτες που τα έχουν – δεν περιέχουν πεπτιδογλυκάνη.
• Τα αντιβακτηριακά αντιβιοτικά γενικά δεν επηρεάζουν τα ευκαρυωτικά κύτταρα, αλλά αντιδρούν ή ανταποκρίνονται σε αντιβιοτικά που συνήθως επηρεάζουν τα ευκαρυωτικά κύτταρα.
• Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν μια μοριακή περιοχή με rRNA διαφορετική από το rRNA που υπάρχει στα αρχαία και τα βακτήρια.

Τα Βασίλεια Κάτω από Ευκαρυώτες

Ο ευκαρυωτικός τομέας περιέχει τέσσερα βασίλεια ή υποκατηγορίες:πρωτιστές , μύκητες , φυτά και ζώα . Από αυτούς, οι πρωτιστές περιέχουν μόνο μονοκύτταρους οργανισμούς ενώ το βασίλειο των μυκήτων περιέχει και τα δύο. Το βασίλειο Protista περιλαμβάνει ζωντανούς οργανισμούς όπως φύκια, ευγενοειδή , πρωτόζωα και καλούπια λάσπης . Το βασίλειο των μυκήτων περιλαμβάνει τόσο μονοκύτταρους όσο και πολυκύτταρους οργανισμούς. Οι μονοκύτταροι οργανισμοί στο βασίλειο των μυκήτων περιλαμβάνουν ζυμομύκητες και χυτρίδες , ή απολιθωμένους μύκητες. Οι περισσότεροι οργανισμοί στο φυτικό και ζωικό βασίλειο είναι πολυκύτταροι.

Ο μεγαλύτερος μονοκύτταρος οργανισμός

Αν και οι περισσότερες μονοκυτταρικές οντότητες στον πλανήτη συνήθως απαιτούν μικροσκόπιο, μπορείτε να παρατηρήσετε υδρόβια φύκια, Caulerpa taxifolia , με γυμνό μάτι. Ορίζεται ως ένας τύπος φυκιών ιθαγενών στον Ινδικό Ωκεανό και τη Χαβάη, αυτό το φονικό φύκι είναι ένα χωροκατακτητικό είδος αλλού. Αυτός ο ζωντανός οργανισμός στο φυτικό βασίλειο μπορεί να έχει μήκος από 6 έως 12 ίντσες και έχει πεπλατυσμένα κλαδιά που μοιάζουν με φτερά, τα οποία προκύπτουν από έναν δρομέα, σε σκούρες έως ανοιχτές πράσινες αποχρώσεις.

The Smallest Single Celled Organism

Σκαρφαλωμένο στους λόφους πάνω από την πανεπιστημιούπολη του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ βρίσκεται το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, το οποίο διαχειρίζονται από κοινού το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και το σύστημα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια. Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τους ερευνητές του Berkeley Lab, ανακάλυψε το 2015 ποιος θα μπορούσε να είναι ο μικρότερος μονοκύτταρος οργανισμός που καταγράφηκε σε μια εικόνα που ελήφθη από ένα μικροσκόπιο υψηλής ισχύος.

Αυτός ο μονοκύτταρος οργανισμός, ένα προκαρυωτικό βακτήριο, είναι τόσο μικρό που 150.000 από αυτά τα μονοκύτταρα βακτήρια θα μπορούσαν να καθίσουν στην άκρη μιας τρίχας από το κεφάλι σας. Οι ερευνητές συνεχίζουν να μελετούν αυτούς τους θεωρούμενους κοινούς οργανισμούς, καθώς δεν έχουν πολλά από τα χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα για να λειτουργούν με άλλους οργανισμούς. Τα κύτταρα φαίνεται να έχουν DNA, μικρό αριθμό ριβοσωμάτων και εξαρτήματα που μοιάζουν με νήματα, αλλά περισσότερο από πιθανότατα βασίζονται σε άλλα βακτήρια για να ζήσουν.

Ένας Ευκαρυώτης ενός Κυττάρου που Παραβιάζει τους Κανόνες

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Καρόλου στην Πράγα ανακάλυψαν τον μόνο γνωστό ευκαρυωτικό οργανισμό που δεν περιέχει συγκεκριμένο είδος μιτοχονδρίων και τον βρήκαν στο έντερο ενός τσιντσιλά κατοικίδιου. Ως η δύναμη του κυττάρου, τα μιτοχόνδρια κάνουν πολλά πράγματα. Παρουσία οξυγόνου, τα μιτοχόνδρια μπορούν να φορτίσουν μόρια και να παράγουν κρίσιμες πρωτεΐνες. Αλλά αυτός ο οργανισμός, συγγενής των βακτηρίων giardia, χρησιμοποιεί ένα σύστημα όπως αυτά που συνήθως απαντώνται στα βακτήρια - πλευρική μεταφορά γονιδίων - για να συνθέσει πρωτεΐνες. Καθώς τα βακτήρια υπάρχουν κυρίως ως προκαρυωτικά κύτταρα, η εύρεση ενός ευκαρυωτικού κυττάρου που σχετίζεται με βακτήρια αποτελεί εξαίρεση στον κανόνα.