تطور الكائنات الدقيقة والمجالات الثلاثة

أعادت مقارنة التسلسلات الجزيئية المحفوظة تنظيم شجرة الحياة إلى ثلاثة مجالات ووضعت الكائنات الدقيقة في أساسها، كاشفةً أن العتائق (Archaea) سلالة متميزة عن البكتيريا (Bacteria) بقدر تميزها عن حقيقيات النوى (Eukaryotes).

Definition

التطور الميكروبي هو إعادة بناء العلاقات التطورية بين الكائنات الدقيقة من البيانات الجزيئية، ونظام المجالات الثلاثة هو التصنيف الناتج للحياة الخلوية إلى البكتيريا، والعتائق، وحقيقيات النوى.

Scope

يغطي هذا الموضوع استخدام الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (ribosomal RNA) والجزيئات المحفوظة الأخرى كساعات جزيئية؛ بناء وتفسير الأشجار التطورية؛ التعرف على المجالات الثلاثة: البكتيريا، والعتائق، وحقيقيات النوى؛ والآثار المترتبة على هذا الإطار لتصنيف التنوع الميكروبي واستنتاج العلاقات التطورية العميقة.

Core questions

• كيف يمكن للتسلسلات الجزيئية أن تكشف عن العلاقات التطورية؟
• لماذا يُستخدم الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي كساعة جزيئية؟
• ما الدليل الذي يدعم وجود ثلاثة مجالات بدلاً من اثنين؟
• كيف يساهم علم الوراثة العرقي في تصنيف الكائنات الدقيقة؟

Key concepts

• الساعات الجزيئية
• علم الوراثة العرقي للحمض النووي الريبوزي الريبوسومي
• الأشجار التطورية
• البكتيريا، العتائق، وحقيقيات النوى
• شجرة الحياة العالمية

Key theories

فرضية المجالات الثلاثة

أظهرت مقارنات تسلسل الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي التي أجراها ووز وفوكس أن العتائق تشكل مجالًا متميزًا عن البكتيريا وحقيقيات النوى، مما أرسى ثلاثة سلالات رئيسية للحياة الخلوية.

Mechanisms

نظرًا لأن الجينات مثل تلك التي تشفر الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي موجودة في جميع أشكال الحياة الخلوية، وتتغير ببطء، وثابتة وظيفيًا، فإن الاختلافات في تسلسلاتها تعكس الوقت منذ تباعد السلالات. يؤدي محاذاة هذه التسلسلات وتحليل أنماط الاختلاف إلى إنتاج أشجار تطورية، والتي وضعت العتائق على فرع منفصل عن كل من البكتيريا وحقيقيات النوى، وأسفرت عن شجرة المجالات الثلاثة العالمية.

Clinical relevance

يشكل الإطار التطوري الجزيئي أساس التصنيف والتحديد الميكروبي الحديث، ويسمح بوضع الميكروبات في سياق تطوري من بيانات التسلسل وحدها، ويوفر الأساس لتفسير التنوع الذي يكشف عنه التسلسل البيئي.

History

في عام 1977، أبلغ كارل ووز وجورج فوكس أن مقارنات تسلسلات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ميزت مجموعة أطلقا عليها اسم البكتيريا العتيقة (archaebacteria) عن البكتيريا الأخرى، مما أدى إلى نظام المجالات الثلاثة الذي حل محل الانقسام الثنائي البسيط بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

لماذا يُستخدم الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي لدراسة تطور الكائنات الدقيقة؟

توجد جينات الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي في جميع الكائنات الخلوية، وتؤدي نفس الوظيفة الأساسية، وتتغير ببطء بمرور الوقت. هذه الخصائص تجعل تسلسلاتها سجلات موثوقة للتاريخ التطوري يمكن مقارنتها عبر سلالات متباعدة جدًا.