موجودات تک سلولی چه هستند و جهان تک سلولی ها چگونه است؟

اگرچه گاهی شیفتگی ما به اَشکال پیچیده حیات محدود می‌شود، اما ارگانیسم‌های تک ‌سلولی نیز اهمیت فوق‌العاده‌ای در میهمانی بزرگ حیات روی زمین دارند. موجودات تک سلولی، احتمالا همانطور که از اسمشان پیداست؛ تنها از یک سلول تشکیل شده‌اند و همه‌ی اعمال حیاتی آن‌ها نیز در همان یک سلول انجام می‌شود؛ بنابراین بیایید در این جهان مینیاتوری پر از تنوع شیرجه بزنیم و شگفتی‌هایی را که در آن وجود دارد کشف کنیم. به دنیای مینیاتوری موجودات تک ‌سلولی خوش آمدید! در این مقاله از مجله‌ی بیوزوم، ما سفری هیجان‌انگیز را برای کشف قلمرو فریبنده‌ی این شگفتی‌های کوچک تک ‌سلولی آغاز خواهیم کرد. با مجله‌ی بیوزوم همراه باشید.

موجود تک‌ سلولی چیست؟

ارگانیسم تک‌ سلولی موجودی است که از یک سلول تشکیل شده است به این معنی که تمام فرایندهای زندگی مانند تولیدمثل، تغذیه، هضم و دفع تنها در یک سلول اتفاق می‌افتد. آمیب‌ها، باکتری‌ها و پلانکتون‌ها تنها برخی از انواع موجودات تک‌ سلولی هستند. تک‌ سلولی ‌ها معمولاً میکروسکوپی هستند و با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند.

انواع تک ‌سلولی‌‌ها

همان‌طور که می‌دانید، دانشمندان برای مطالعه بهتر موجودات زنده، آن‌ها را بر اساس ویژگی‌های خاص به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌کنند که به این روش طبقه‌بندی گفته می‌شود. دامنه بالاترین مرتبه‌ی طبقه‌بندی است که می‌تواند به فرمانروهای خاص‌تر تقسیم شود. در مجموع شش فرمانرو وجود دارد و چهار مورد از آن‌ها فقط بر موجودات تک‌ سلولی تمرکز دارند و آن چهار نوع را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد: موجودات یوکاریوتی یا پروکاریوتی.

یوکاریوت‌ها از این جنبه که می‌توانند تک‌ سلولی یا چند سلولی باشند، منحصربه‌فرد هستند. بااین‌حال، یک سلول باید دارای هسته مشخص و اندامک‌های متصل به غشا باشد تا در این دسته قرار گیرد. این سلول‌ها دارای هسته‌ای هستند که DNA در آن ذخیره می‌شود همچنین دارای میتوکندری برای تولید انرژی و سایر اندامک‌ها برای انجام دیگر عملکردهای سلولی می‌باشند برعکس، پروکاریوت‌ها از یک سلول منفرد تشکیل‌شده‌اند و اندامک‌های متصل به غشا ندارند. در این موجودات DNA آزادانه در سیتوپلاسم شناور است؛ زیرا هسته‌ای وجود ندارد. ارگانیسم همچنین باید خود را با سایر روش‌های تولیدمثل، تغذیه و دفع مواد زائد تطبیق دهد، زیرا هیچ اندامک تخصص‌یافته‌ای ندارد. در ادامه با موجودات تک سلولی یوکاریوتی و پروکاریوتی بیشتر آشنا خواهیم شد.

مطلب مرتبط: اندامک های سلولی

پروکاریوت‌ها

پروکاریوت‌ها موجودات تک‌ سلولی هستند که هسته یا اندامک‌های متصل به غشا در داخل خود ندارند. با کمی توجه در کلمه‌ی پروکاریوت می‌توان به ویژگی این گروه از موجودات تک سلولی پی برد؛ زیرا «پرو» به معنای «قبل» است و «کاریو» به «هسته» اشاره دارد. پس از کلمه‌ی پروکاریوت می‌توان این‌طور برداشت کرد که این گروه از موجودات تک سلولی احتمالاً فاقد هسته یا اندامک‌های سلولی هستند.

آرکی باکترها

این فرمانرو در ابتدا به‌عنوان باکتری طبقه‌بندی می‌شد، اما دانشمندان بعداً متوجه شدند که این موجودات واقعاً میکروب‌های تک ‌سلولی هستند. چیزی که آرکی‌باکتری‌ها را منحصربه‌فرد می‌کند این است که این موجودات در شرایطی مانند بیابان‌ها و تندرا، رشد می‌کنند که تعداد کمی از دیگر موجودات می‌توانند دوام بیاورند. به همین دلیل، آرکی باکترها به‌عنوان اکستریموفیل در نظر گرفته می‌شوند. با این‌حال، آن‌ها می‌توانند در محیط‌های معمولی از جمله خاک، اقیانوس‌ها و روده بزرگ انسان نیز زنده بمانند.

Pyrococcus، گونه‌ای که می‌تواند در دمای بیش از 100 درجه سانتی‌گراد عمل کند، امکان فرآوری مواد غذایی را در دماهای بسیار بالا، مانند آب‌پنیر و سایر محصولات لبنی، فراهم می‌کند. آرکی‌باکتر‌های دیگر به‌طور بالقوه کلید دستیابی به سویه‌های جدیدی از آنتی‌بیوتیک‌ها را دارند. آن‌ها ازنظر ساختار با آنتی‌بیوتیک‌های باکتریایی متفاوت هستند، بنابراین می‌توانند بیماران را به شیوه‌ی متفاوتی نسبت به آنتی‌بیوتیک‌هایی که در حال حاضر تجویز می‌شوند، درمان کنند.

یوباکترها

بیشتر موجودات این فرمانرو، باکتری‌های تک ‌سلولی هستند. اگرچه آن‌ها معمولاً اکستریموفیل در نظر گرفته نمی‌شوند، باکتری‌ها تقریباً در همه جای زمین یافت می‌شوند. مردم اغلب زمانی که به باکتری‌ها فکر می‌کنند به بیماری‌ها یا میکروب‌ها فکر می‌کنند، اما بیشتر یوباکترها (باکتری‌های حقیقی) مفید هستند. به‌طور مثال آن‌ها را می‌توان در ماست، پنیر و سایر مواد خوراکی یافت که به هضم غذا کمک می‌کنند.

امروزه باکتری‌ها اساس بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌های موجود هستند. اگر این آنتی‌بیوتیک‌ها وجود نداشتند، میزان مرگ‌ومیر حتی برای کوچک‌ترین بیماری نیز افزایش می‌یافت. برای مثال اریترومایسین، دارویی ساخته شده از باکتری‌های خوب و مفید است که اغلب برای مبارزه با باکتری‌های بد و مضر از طریق توقف تولید و تکثیر پروتئین تجویز می‌شود.

فراتر از مصارف دارویی، باکتری‌ها مواد مرده و پوسیده را برای تغذیه، تجزیه می‌کنند. هر موجودی روی زمین از این امر سود می‌برد، به‌ویژه زمانی که پیشرفت‌های صنعتی و بلایا رخ می‌دهد. به‌عنوان‌مثال، سودوموناها باکتری‌هایی هستند که میزان نشت نفت در اقیانوس و خاک را کاهش می‌دهد. سایر باکتری‌ها آلودگی فلزات سنگین را تجزیه کرده و مواد مضر را در فرایند تصفیه فاضلاب تصفیه می‌کنند.

بعد از شناخت پروکاریوت‌های تک سلولی و مثال‌هایی از آن‌ها، به بررسی موجودات تک سلولی یوکاریوتی می‌پردازیم. با مجله‌ی بیوزوم همراه باشید.

یوکاریوت‌ها

یوکاریوت به هرکدام از موجودات تک‌ سلولی و یا چند سلولی گفته می‌شود که دارای یک هسته مجزا و متصل به غشا می‌باشند. وجود هسته مجزا که درون غشای سلولی قرارگرفته است، یوکاریوت‌ها را از پروکاریوت‌ها متمایز می‌کند. یوکاریوت به هر ارگانیسمی گفته می‌شود که عمدتاً توسط سلولی با یک یا چند هسته در طول زندگی خود مشخص می‌شود، برخلاف موجود تک سلولی پروکاریوتی که فاقد هسته مشخص است. در این مقاله منظور از یوکاریوت، موجودات تک سلولی یوکاریوتی است و به بررسی موجودات چند سلولی نمی‌پردازیم.

پروتوزوآ ها

این فرمانرو فقط از موجودات تک‌ سلولی تشکیل‌شده است. آن‌ها اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند، در محیط‌های مختلف زندگی می‌کنند و چهره‌های مختلفی و گاه متناقضی دارند. برخی کاملاً بی‌ضرر هستند، اما برخی دیگر می‌توانند انگلی باشند و باعث بیماری شوند.

یکی از انواع تک‌ سلولی ‌های بی‌ضرر آمیب است. آمیب یک شکارچی تک‌ سلولی است که در محیط‌های مرطوب از جمله پوشش گیاهی در حال پوسیدگی، خاک مرطوب یا در بدن انسان زندگی می‌کند. اگرچه این موجودات تک ‌سلولی هستند، اما می‌توانند گوشت‌خوار، گیاهخوار یا همه‌چیزخوار باشند. آن‌ها غذا را با شکار موجودات کوچک‌تر، مانند باکتری‌هایی که روی گیاهان پوسیده زندگی می‌کنند، به دست می‌آورند. آمیب‌ها به دلیل داشتن شاخک‌هایی شبیه چتر دریایی به نام شبه‌پودیا، مهارت‌های شکار فوق‌العاده‌ای دارند. آن‌ها از این شاخک‌ها برای حرکت کردن، لمس کردن و گرفتن طعمه خود استفاده می‌کنند. هنگامی‌که طعمه بلعیده می‌شود، آنزیم‌های داخل آمیب، آن را هضم می‌کنند و سپس با عقب راندن آن از طریق غشا، ضایعات و مواد دفعی را از بین می‌برند.

اسپوروزوئرها انواعی از تک‌ سلولی ‌های بیماری‌زا می‌باشند. این تک سلولی ‌ها بسیار انگلی هستند و باعث ایجاد مالاریا در پرندگان و پستانداران می‌شوند. پشه‌های میزبان که قبلاً به مالاریا آلوده شده‌اند، مسئول تزریق اسپوروزوئرها به جریان خون هستند که باعث عفونت مالاریا می‌شوند. امروزه طیف وسیعی از افراد از مالاریا رنج می‌برند، به‌ویژه در آفریقا که شرایط طبیعی گرم برای رشد و سرایت ایده‌آل است.

پروتیستا

فرمانرو Protista اخیراً به پنج سوپرگروه تقسیم‌شده است که پروتیست‌ها را بر اساس نحوه حرکت و نحوه تغذیه آن‌ها طبقه‌بندی می‌کنند. برخی از آن‌ها بر اساس ویژگی‌هایی که از خود نشان می‌دهند شبیه حیوانات، گیاه مانند یا قارچ هستند. این فرمانرو دارای برخی از مهم‌ترین موجودات تک‌سلولی روی این سیاره است، مانند فیتوپلانکتون و اوگلنا.

فیتوپلانکتون‌ها، پروتیستاهای تک‌ سلولی هستند که در محیط‌های آبی چه شور و چه شیرین زندگی می‌کنند. برخی از آن‌ها باکتری هستند، اما بیشتر آن‌ها موجودات تک‌ سلولی و گیاهی هستند. دیاتوم‌ها و جلبک‌های سبز دو نمونه عالی از فیتوپلانکتون‌ها هستند. آن‌ها شبیه گیاهان زمینی هستند؛ زیرا از فتوسنتز برای تولید انرژی شیمیایی استفاده می‌کنند. فتوسنتز فرایندی است در آن با مصرف دی‌اکسید کربن، اکسیژن تولید می‌شود. هنگامی‌که شرایط ایده آل باشد، جمعیت فیتوپلانکتون‌ها به شکلی منفجر می‌شوند که به آن رشد انفجاری فیلتوپلانکتون می‌گویند. این شکوفه‌ها به‌قدری بزرگ هستند و آن‌قدر عمر می‌کنند که درواقع بیشتر اکسیژن موجود در زمین را تأمین می‌کنند.

اوگلناها منحصربه‌فرد هستند زیرا مانند یک هیبرید گیاهی – حیوانی تک‌سلولی‌اند. آن‌ها می‌توانند مواد غذای موردنیاز خود را مانند یک گیاه تأمین کنند همچنین می‌توانند مانند یک حیوان غذا بخورند. بیشتر اوگلناها سبز هستند؛ زیرا وقتی نور کافی برای فتوسنتز وجود ندارد جلبک سبز را می‌خورند. هنگامی‌که فتوسنتز رخ می‌دهد، انتشار اکسیژن حاصل از آن‌ها با فیتوپلانکتون‌ها برابر است.

 بعد از آشنایی با انواع تک سلولی ها، وقت آن است که ویژگی‌های مشترک در همه‌ی آن‌ها را نیز بررسی کنیم. در ادامه‌ی این مقاله از مجله‌ی بیوزوم، ویژگی‌های عمومی موجودات تک سلولی را با جزئیات بیشتری خواهیم شناخت.

ویژگی‌های موجودات تک ‌سلولی

ویژگی‌های موجودات تک ‌سلولی به شرح زیر است:

• ارگانیسم‌های تک ‌سلولی معمولاً با روش‌های غیرجنسی تولیدمثل می‌کنند.
• آن‌ها می‌توانند یوکاریوت یا پروکاریوت باشند.
• آن‌ها تقریباً در همه زیستگاه‌ها، از چشمه‌های آب گرم گرفته تا تندراهای یخ‌زده، یافت می‌شوند.
• آن‌ها دارای ساختارهای شلاق مانند برای حرکت هستند.
• مواد مغذی با فرایند انتشار به سلول وارد یا از آن خارج می‌شوند.

عملکرد زیستی موجودات تک ‌سلولی

سلول‌ها را بلوک‌های سازنده حیات می‌نامند، به این خاطر که اغلب با یکدیگر ترکیب می‌شوند و موجودات چند سلولی مانند گیاهان یا حیوانات را تشکیل می‌دهند. بااین‌حال، برخی از موجودات تنها از یک سلول تشکیل‌شده‌اند. به این موجودات تک‌ سلولی می‌گویند. اگرچه موجودات تک ‌سلولی بسیار کوچک‌تر هستند، اما می‌توانند برخی از فعالیت‌های پیچیده مشابه موجودات چند سلولی را انجام دهند.

بسیاری از موجودات تک ‌سلولی در محیط‌هایی مانند چشمه‌های آب گرم، دریچه‌های اقیانوسی حرارتی، یخ‌های قطبی و تاندرای یخ‌زده زندگی می‌کنند. این موجودات تک‌ سلولی اکستریموفیل نامیده می‌شوند. اکستریموفیل‌ها در برابر درجه حرارت شدید یا pH مقاوم هستند و به‌ویژه برای زندگی در مکان‌هایی که موجودات چند سلولی نمی‌توانند زنده بمانند سازگار هستند. هنگامی‌که Thermus aquaticus در آب جوش یک چشمه آب گرم پارک یلوستون کشف شد، دانشمندان از آنزیم ویژه آن TAQ پلیمراز، برای تکثیر میلیاردها بار DNA در مدت‌زمان تنها چند ساعت استفاده کردند. بدون این کشف، علم پزشکی قانونی و آزمایش ژنتیکی که ما می‌شناسیم وجود نداشت. سایر اکستریموفیل‌ها برای درمان آرتریت و بیماری‌های خود ایمنی، ساخت کاغذ، تصفیه زباله و مقاومت در برابر تشعشع استفاده‌شده‌اند.

بااین‌حال، همه موجودات تک ‌سلولی اکستریموفیل نیستند. به‌عنوان‌مثال، فیتوپلانکتون نوعی ارگانیسم تک‌سلولی است که در اقیانوس زندگی می‌کند. آن‌ها نه‌تنها اساس زنجیره غذایی اقیانوس‌ها هستند، بلکه بیشتر اکسیژن جو زمین را نیز تأمین می‌کنند. بدون آن‌ها، انسان‌ها نمی‌توانستند نفس بکشند، گیاهان نمی‌توانستند رشد کنند و زندگی به شکلی که می‌شناسیم، وجود داشت.

تغذیه موجودات تک سلولی

موجودات تک ‌سلولی از موجودات دیگر یا مواد مایع تغذیه می‌کنند. هضم داخل سلولی است و ذرات بزرگ‌تر توسط فاگوسیتوز یا پینوسیتوز بلعیده می‌شوند و در مقابل، ذرات کوچک‌تر نیز از طریق اسمز و انتشار وارد سلول می‌شوند.

اندوسیتوز

آیا تابه‌حال حباب‌های شناور بالای آب را تماشا کرده‌اید؟ هنگامی‌که آن‌ها به یکدیگر برخورد می‌کنند، حباب‌های کوچک‌تر اغلب ناپدید می‌شوند یا حباب‌های بزرگ‌تر، حباب‌های کوچک‌تر را می‌بلعند. در مقیاس کوچک‌تر، در سطح سلولی، سلول‌های بدن ما می‌توانند کار مشابهی را انجام دهند – گرفتن مولکول‌ها از مایع خارج سلولی. این فرایند اندوسیتوز نامیده می‌شود و در همین لحظه در میلیون‌ها سلول شما در حال اتفاق افتادن است!

روند واقعی اندوسیتوز ساده و سرراست است، اگرچه اشکال مختلفی از آن وجود دارد. اساساً، هنگامی‌که سلول با یک مولکول یا ماده دیگر مواجه می‌شود، غشای پلاسمایی سلول به سمت داخل تا می‌شود و مواد را احاطه می‌کند و یک حباب را تشکیل می‌دهد. درنهایت، آن حباب جدا شده از غشا بسته می‌شود و یک وزیکول تشکیل می‌دهد که می‌تواند از غشای داخل سلول جدا شود و سپس به سمت اندامک‌های سلولی حرکت کند.

دو نوع اصلی اندوسیتوز وجود دارد: فاگوسیتوز و پینوسیتوز که بر اساس انواع موادی که توسط سلول جذب می‌شود، تعریف می‌شوند.

فاگوسیتوز

هنگامی‌که انواع خاصی از سلول‌ها (فاگوسیت‌ها) یک سلول یا ماکرومولکول دیگر را می‌بلعند، این فرایند فاگوسیتوز نامیده می‌شود و می‌تواند در سلول‌های مختلف ازجمله آمیب‌ها و گلبول‌های سفید رخ دهد. به‌عنوان‌مثال، هنگامی‌که یک گلبول سفید خون به محل التهاب یا عفونت فرستاده می‌شود، می‌تواند باکتری‌ها، ویروس‌ها، ذرات خارجی یا حتی تکه‌های گردوغبار ناخواسته را مصرف کند. در آن مرحله، مواد ناخواسته را می‌توان به مولکول‌های ساده و قابل‌استفاده تجزیه کرد یا به‌عنوان مواد دفعی از بدن دور انداخت. مهم است که به یاد داشته باشید که فقط سلول‌های خاص خاصی قادر به فاگوسیتوز هستند، درحالی‌که پینوسیتوز که در زیر توضیح داده‌شده است، فرایندی است که همه‌ی سلول‌ها انجام می‌دهند.

مراحل فاگوسیتوز

پینوسیتوز

دومین شکل اصلی اندوسیتوز، پینوسیتوز است که در آن سلول به طور تصادفی یک حباب مایع خارج سلولی و ریز مولکول‌ها را می‌گیرد. این فرایند به طور غیررسمی «نوشیدن سلولی» نیز نامیده می‌شود که توصیف دقیقی از جذب مایع است. مشابه فاگوسیتوز، غشای پلاسمایی سلول گسترش می‌یابد تا یک حباب یا جوانه ایجاد کند و سپس آن حباب را می‌بندد. درنهایت وزیکول را در داخل سلول تشکیل می‌دهد که می‌تواند به مناطق دیگر سلول در سیتوزول منتقل شود. این شکل از اندوسیتوز نیز بسیار مهم است زیرا می‌تواند مایع خارج سلولی را از طریق سلول، بدون تعامل یا تأثیر بر سیتوپلاسم منتقل کند. همان‌طور که گفته شد، این فرایند در هر نوع سلولی اتفاق می‌افتد.

مراحل پینوسیتوز

با موجودات تک سلولی پروکاریوتی و یوکاریوتی، ویژگی‌های آن‌ها و روش‌های تغذیه‌ای در آن‌ها آشنا شدیم. حال نوبت به شناخت روش‌های تولیدمثل در موجودات تک سلولی رسیده است. با مجله‌ی بیوزوم همراه باشید.

تولیدمثل موجودات تک‌ سلولی

موجودات تک ‌سلولی به روش‌های زیر تولیدمثل می‌کنند:

• موجودات تک ‌سلولی با تقسیم دوتایی تولیدمثل می‌کنند. در این شکل از تقسیم، یک سلول منفرد به نام سلول مادری تقسیم می‌شود و دو سلول دختر ایجاد می‌کند. این نوع از تولیدمثل را می‌توان در باکتری‌ها و آمیب‌ها مشاهده کرد.
• سلول‌های مخمر با فرایندی به نام جوانه‌زدن تکثیر می‌شوند.
• گاهی اوقات آمیب‌ها با فرایندی به نام کیست شدن تولیدمثل می‌کنند. در شرایط نامساعد، یک پوشش محافظ در اطراف خود به نام کیست تشکیل می‌دهند. این کیست حاوی کیتین است که به تولیدمثل آن‌ها کمک می‌کند.

تنفس موجودات تک ‌سلولی

موجودات تک‌سلولی به‌صورت هوازی یا بی‌هوازی تنفس می‌کنند. آن‌ها هیچ ساختاری برای تنفس ندارند و با فرایند انتشار در سطح پوست تنفس می‌کنند.

مثال‌هایی از موجودات تک ‌سلولی

دیاتوم‌ها

دیاتوم‌ها رایج‌ترین نوع فیتوپلانکتون هستند. دانشمندان بر این باورند که آن‌ها مهم‌ترین گروه از موجودات در کل سیاره زمین هستند به این خاطر که یک‌چهارم از کل اکسیژن موجود را تولید می‌کنند. آن‌ها یک پوسته شفاف شیشه مانند می‌سازند که بسته به گونه دیاتوم‌ها ازنظر شکل، اندازه و طرح متفاوت است. اگرچه آن‌ها تک ‌سلولی هستند، اما می‌توانند با پیوستن به یکدیگر کلنی تشکیل دهند و حتی باهم اکسیژن بیشتری تولید کنند. کلنی‌ها می‌توانند به شکل روبان، زیگزاگ یا حتی ستاره باشند.

مخمرها

مخمر یکی از معدود موجودات تک‌ سلولی است که در فرمانرو قارچ‌ها قرار می‌گیرد. این موجودات بیشتر در مناطق قندی، مثلاً روی شهد گل‌ها و میوه‌ها یافت می‌شوند. انواع مختلفی از مخمر وجود دارد و بسیاری از آن‌ها برای تهیه نان، آبجو و شراب استفاده می‌شوند. مخمر که یکی از انواع موجودات تک سلولی است، اخیراً برای تولید اتانول نیز دست‌کاری شده است که منجر به ایده‌های جدید و بهبود در منابع سوخت محیطی می‌شود.

کپک لجن

کپک‌های لجن یکی از منحصربه‌فردترین موجودات تک ‌سلولی هستند. آن‌ها سال‌ها قارچ محسوب می‌شدند، اما دانشمندان اخیراً متوجه شدند که این‌گونه نیست. اگرچه تک ‌سلولی هستند، اما باهم تجمع می‌کنند و یک ساختار غول‌پیکر سلول مانند با چندین هسته را تشکیل می‌دهند. ازآنجایی‌که این «سلول» بسیار بزرگ است، دانشمندان را قادر می‌سازد تا تعاملات سلولی را راحت‌تر درک کنند.

جمع‌بندی

در این مقاله از مجله‌ی بیوزوم با جهان تک‌سلولی‌ها و انواع آن‌ها آشنا شدیم. روش‌های تغذیه، تنفس و تولیدمثل آن‌ها را شناختیم و دانستیم که این گروه از موجودات زنده عملکردها و ویژگی‌های منحصربه‌فردی در جهان خلقت دارند. تک‌سلولی‌ها موجودات دورویی هستند! در عین اینکه می‌توانند بسیار مفید باشند و در صنایع مختلف کارایی داشته باشند، می‌توانند بسیار مضر و کشنده نیز باشند.