دانشمندان بزرگ‌ترین باکتری شناسایی‌شده تاکنون را با اندازه یک سانتی‌متر کشف کردند

به‌گزارش ScienceNews رکورد بزرگ‌ترین باکتری شناخته‌شده شکسته شد. گونه‌ی تازه‌کشف‌شده که تایومارگاریتا مگنیفیکا نامیده می‌شود، تقریباً یک سانتی‌متر طول دارد، بدون میکروسکوپ قابل مشاهده است و آن‌طور که پژوهشگران می‌گویند، سلول‌هایش به‌طرز تعجب‌آوری پیچیده هستند. باکتری کشف‌شده هزاران بار بزرگ‌تر از باکتری‌های معروفی مثل اشریشیا کلی است.

جین‌ماری والند، زیست‌شناس دریایی و عضو آزمایشگاه تحقیقات در ارگان‌های پیچیده در منلو پارک کالیفرنیا، در جریان برگزاری کنفرانسی خبری اعلام کرد این غول باکتریایی جدید تقریباً هم‌اندازه و هم‌شکل با مژه‌ی انسان است. تایومارگاریتا مگنیفیکا که در بزرگ‌ترین حالت خود به طول دو هم سانتی‌متر می‌رسد تقریباً ۵۰ برابر بزرگ‌تر از دیگر باکتری‌های غول‌پیکر و حدودا ۵۰۰۰ برابر بزرگ‌تر از اکثر باکتری‌های سایز متوسط است. دکتر والند می‌گوید شناسایی تایومارگاریتا مگنیفیکا مثل این است که انسان دیگری در ابعاد کوه اورست پیدا کنید.

حدودا ۳۵۰ سال از زمانی می‌گذرد که آنتونی فان لیوونهوک، دانشمند هلندی با تراشیدن دندان‌هایش توانست باکتری را کشف کند. وقتی فان لیوونهوک پلاک دندانش را زیر میکروسکوپ نه‌چندان پیشرفته‌ی خود قرار داد، از دیدن موجوداتی تک‌سلولی حیرت‌زده شد. در سه قرن آینده دانشمندان توانستند تعداد زیادی از باکتری‌ها را کشف کنند و همه‌ی این باکتری‌ها با چشم غیرمسلح قابل‌رؤیت نبودند. برای نمونه باکتری اشریشیا کلی حدودا دو میکرون یا کمتر از یک‌ده‌هزارم اینچ است.

هر سلول باکتری ارگانیسم خودش است؛ بدین معنی که می‌تواند رشد کند و به یک‌جفت باکتری جدید تقسیم شود. بااین‌حال سلول‌های باکتریایی در اغلب مواقع با هم زندگی می‌کنند. در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، برخی از سلول‌های باکتریایی به هم می‌چسبند تا آنچه را که فیلامنت (رشته) نامیده می‌شود تشکیل دهند.

ما انسان‌ها موجوداتی چند سلولی هستیم و طبق تخمین دانشمندان، بدنمان از تقریباً ۳۰ تریلیون سلول تشکیل شده؛ سلول‌های ما نیز برای چشم غیرمسلح غیرقابل‌رؤیت است، بااین‌حال سلول‌هایمان به‌طور معمول بسیار بزرگ‌تر از سلول‌های باکتریایی هستند. یک سلول تخمک انسانی می‌تواند به قطر حدودا ۱۲۰ میکرون یا پنج‌هزارم اینچ برسد. سلول‌های موجودات دیگر می‌توانند حتی از این هم بزرگ‌تر شوند: جلبک سبز کولرپا تکسیفولیا سلول‌هایی تیغه‌ای‌شکل می‌سازد که طول‌شان ممکن است به یک فوت (۳۰ سانتی‌متر) برسد.

فیلامنت‌های تایومارگاریتا مگنیفیکا.

نیویورک تایمز می‌نویسد با ظهور شکاف بین سلول‌های بزرگ و سلول‌های کوچک، دانشمندان به تکامل نگاه کردند تا چرایی این اتفاق را درک کنند. حیوانات، گیاهان و قارچ‌ها همگی متعلق‌به یک تبار فرگشتی هستند که با نام یوکاریوت شناخته می‌شود. یوکاریوت‌ها خودشان را با بسیاری از شرایط سازگار می‌کنند و همین ویژگی به آن‌ها برای ساخت سلول‌های بزرگ کمک می‌کند. دانشمندان در مطالعات قبلی پیش‌بینی کرده‌ بودند که عدم پیچیدگی سلول‌های باکتریایی و نبود سازگاری در حد یوکاریوت، باعث می‌شود میزان رشد باکتری‌ها محدود باشد.

یک سلول بزرگ برای زنده ماندن به حمایت فیزیکی نیاز دارد تا از هم نپاشد. سلول‌های یوکاریوتی حاوی نوعی سیم‌های مولکولی سفت هستند که عملکردی مثل میله‌های چادر دارند. باکتری‌ها برخلاف یوکاریوت‌ها این نوع اسکلت سلولی را ندارند.

سلول‌های بزرگ با نوعی چالش شیمیایی نیز مواجه هستند. مولکول‌ها در داخل سلول‌ها به طرفین حرکت می‌کنند تا شریکی مناسب برای انجام واکنش‌های دقیق شیمیایی پیدا کنند. با افزایش حجم سلول، حرکت سلول‌ها و کل این فرایند به زمان بیشتری نیاز دارد.

یوکاریوت‌ها برای حل این مسئله راهکاری خلق کرده‌اند: پر کردن سلول‌ها با محفظه‌هایی کوچک؛ محفظه‌هایی که در آن‌ها انواع مختلف بیوشیمی می‌تواند رخ دهد. یوکاریوت‌ها DNA خود را در محفظه‌ای کیسه‌مانند که اصطلاحا هسته نامیده می‌شوند نگه‌داری می‌کنند. یوکاریوت‌ها سلول‌هایی دارند که می‌توانند به منظور ساخت پروتئین، ژن‌ها را بخوانند و پروتئین‌ها به هنگام بازتولید سلول، نسخه‌های جدیدی از DNA می‌سازند. هر سلول در داخل کیسه‌هایی به نام میتوکندری سوخت موردنیازش را تولید می‌کند.

باکتری‌ها محفظه‌هایی را که در سلول‌های یوکاریوتی دیده می‌شوند ندارند. بدون وجود هسته، ماده‌ی ژنتیکی اکثر باکتری‌ها به‌صورت آزادانه در داخل سلول شناور است. باکتری‌ها میتوکندری نیز ندارند و به‌طور معمول سوخت موردنیاز را با مولکول‌هایی که در غشاء جاسازی شده تولید می‌کنند. این ساختار برای سلول‌های کوچک جواب می‌دهد، بااین‌حال وقتی سلول بزرگ شود نمی‌توان به این ساختار اتکا کرد.

بنیان‌گذار آزمایشگاه تحقیقات در ارگان‌های پیچیده در منلو پارک کالیفرنیا می‌گوید این نتیجه‌گیری با عجله انجام شده است. او می‌گوید دانشمندان تنها بخش کوچکی از دنیای باکتریایی را کشف کرده‌اند و یافته‌هایشان را به کل دنیای باکتریایی تعمیم داده‌اند: «ما تازه در اول کار بودیم و خیلی کوته‌فکرانه عمل کردیم.»

از آغاز دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی به بعد، کم‌کم جزئیات جدیدی درباره‌ی باکتری‌ها کشف شد. در آن زمان میکروبیولوژیست‌ها متوجه شدند برخی باکتری‌ها توانسته‌اند به‌طور مستقل محفظه‌هایی اختصاصی برای خود بسازند. آن‌ها همچنین گونه‌هایی از باکتری پیدا کردند که با چشم غیر مسلح قابل‌رؤیت بودند. برای مثال اپیولوپیسوم فیشلسونی در سال ۱۹۹۳ برای نخستین بار رؤیت شد. این باکتری که با جراح‌ماهی رابطه‌ی هم‌زیستی دارد طولش به حداکثر ۶۰۰ میکرون (بزرگ‌تر از یک دانه نمک) می‌رسد.

برخلاف آنچه تصور می‌شد، DNA تایومارگاریتا مگنیفیکا در عضوی کیسه‌مانند که توسط یک غشاء پوشانده شده است قرار دارد. این عضو کیسه‌مانند مشخصه‌ی اصلی سلول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر یوکاریوت‌ها است.

الیور گروس، زیست‌شناس دریایی و یکی از نویسندگان مقاله‌ی مرتبط به تایومارگاریتا مگنیفیکا می‌گوید این باکتری را نخستین بار به هنگام جمع‌آوری نمونه‌ی آب از جنگل‌های مانگروی استوایی در جزیره‌ی آنتیل کوچک در کارائیب مشاهده کرده است. الیور گروس در ابتدا تصور کرد فیلامنت‌های سفید و طویلی که در آب مشاهده می‌کند نوعی یوکاریوت است؛ بااین‌حال چند سال بعد، تجزیه‌و‌تحلیل ژنتیکی نشان داد این ارگانیسم‌ها در دسته‌ی باکتری‌ها قرار می‌گیرند و یوکاریوت نیستند. نگاه دقیق‌تر به این ارگانیسم در زیر میکروسکوپ، بهره‌مندی از کیسه‌های حاوی DNA را نیز نشان داد.

انجام تحقیق روی تایومارگاریتا مگنیفیکا به آرامی انجام شده، چون دکتر والند و اعضای تیمش هنوز نتوانسته‌اند راهی برای رشد این باکتری در داخل آزمایشگاه پیدا کنند. در حال حاضر هر بار که پژوهشگران به‌دنبال انجام تحقیقاتی جدید باشند، دکتر گروس باید نمونه‌ای تازه از باکتری را جمع‌آوری کند. او می‌گوید تایومارگاریتا مگنیفیکا چرخه‌ی زندگی غیرقابل‌ پیش‌بینی دارد.

به گفته‌ی دکتر گروس به‌طور معمول می‌توان تایومارگاریتا مگنیفیکا را روی برگ، پوسته‌ی صدف‌ و بطری‌های پلاستیکی که در جنگل‌های مانگروی جزیره‌ی آنتیل کوچک روی رسوبات غنی از گوگرد قرار گرفته‌اند پیدا کرد، اما او در دو ماه اخیر نتوانسته این باکتری را پیدا کند. دکتر گروس می‌گوید: «نمی‌دانم کجا هستند.»

پژوهشگران می‌گویند در داخل تایومارگاریتا مگنیفیکا ساختاری پیچیده و عجیب کشف کرده‌اند. ظاهراً در غشاء این باکتری انواع مختلفی از محفظه‌ها تعبیه شده است. این محفظه‌ها با محفظه‌هایی که در سلول‌های ما پیدا می‌شوند متفاوت‌اند، اما احتمالاً باعث شده‌اند که تایومارگاریتا مگنیفیکا بتواند تا این حد رشد کند.

به‌نظر می‌رسد شماری از محفظه‌های کشف‌شده مرکز تولید سوخت هستند. تایومارگاریتا مگنیفیکا محفظه‌های دیگری نیز دارد که به شکل قابل‌توجهی شبیه هسته‌ی سلول‌های انسانی‌اند. هر یک از این محفظه‌ها حلقه‌ای از DNA در خود دارند. یک سلول باکتریایی عادی تنها یک حلقه‌ی DNA دارد، اما تایومارگاریتا مگنیفیکا حاوی صدها هزار حلقه‌ی DNA است.

آن‌طور که فران گارسیا‌‌پیچل، میکروبیولوژیست دانشگاه ایالتی آریزونا در تمپی می‌گوید، کشف تایومارگاریتا مگنیفیکا «طرز فکر ما درباره‌ی باکتری‌ها را در هم می‌شکند.»

مردم در حالت عادی تصور می‌کنند همه‌ی باکتری‌ها کوچک و ساده‌اند و همین طرز فکر ممکن است باعث شود بسیاری از پژوهشگران امکان شناسایی دیگر انواع باکتری‌ها را از دست بدهند. فران گارسیا‌‌پیچل که در مطالعه‌ی مربوط به کشف تایومارگاریتا مگنیفیکا مشارکت نداشته می‌گوید این اتفاق مثل این است که تصور کنید قورباغه بزرگ‌ترین جانور شناخته‌شده در دنیا است و در همان حین دانشمندان موفق به کشف فیل شوند.

در حال حاضر به‌طور دقیق مشخص نیست که تایومارگاریتا مگنیفیکا چه نقشی در جنگل‌های مانگرو ایفا می‌کند. همچنین مشخص نیست که این باکتری غول‌پیکر چگونه توانسته است تا این حد بزرگ شود. جین‌ماری والند می‌گوید یک احتمال این است که داشتن طولِ سانتی‌متری به سلول‌های تایومارگاریتا مگنیفیکا کمک می‌کند به اکسیژن و سولفید دسترسی داشته باشند. باکتری برای زنده ماندن به اکسیژن و سولفید نیاز دارد.

پژوهشگران می‌گویند بخش عظیمی از دنیای باکتریایی هنوز کشف نشده، بنابراین بعید نیست که باکتری‌های بزرگ‌تر از تایومارگاریتا مگنیفیکا نیز وجود داشته باشند.