موجودات اتوتروف

موجودات اتوتروف، مواد غذایی مورد نیاز خود را تولید می نمایند، ولی موجودات هتروتروف باید مواد غذایی مورد نیاز خود را از منابع خارجی کسب نمایند.

سلول هایی که نیازهای انرژی خود را با مصرف ترکیبات آلی تولید شده توسط منابع خارجی تأمین می کنند، موسوم به موجودات هتروتروف (Heterotrophs) هستند (از کلمات یونانی Heteros به معنای "دیگری" و Trophos به معنای "تغذیه کننده").

یک موجود هتروتروف برای تأمین انرژی مورد نیاز خود به منبع خارجی از ترکیبات آلی وابسته است. جانوران، قارچها  و بسیاری از موجودات تک سلولی، همچون برخی باکتری ها و آغازیان، جزو هتروتروف ها به شمار می آیند.

با افزایش تعداد موجودات هتروتروف باستانی، میزان استفاده از مولکول های پیچیده جهت تأمین انرژی نیز افزایش یافت، مولکول هایی که طی میلیونها سال در زمین انباشته شده بودند. با کاهش پیوسته مولکولهای آلی موجود در محلول آزاد (یعنی در داخل سلول نیست)، رقابت نیز آغاز شد.

با اعمال فشار ناشی از رقابت، سلول های دارای توانایی بیشتر جهت استفاده از منابع محدود انرژی، شانس بیشتری برای بقا داشتند.

طی یک دوره زمانی و به واسطه فرآیند طولانی و آهسته حذف سلول های دارای کمترین سازگاری، سلولهایی تکامل پیدا کردند که قادر به تولید انرژی از طریق مواد غیر آلی ساده بودند. چنین موجوداتی موسوم به موجودات اتوتروف خود تغذیه کنندگان هستند. بدون تکامل این گروه از موجودات، حیات در روی زمین به زودی به اتمام می رسید.

موفق ترین گروه موجودات اتوتروف، موجوداتی بودند که سیستمی جهت بهره برداری مستقیم از انرژی خورشید تعبیه کرده و فرآیند فتوسنتز را انجام میدادند (شکل ۱-۵).

موجودات فتوسنتز کننده اولیه، گرچه در مقایسه با گیاهان، دارای ساختاری ساده بودند، ولی در مقایسه با هتروتروف های اولیه ساختاری به مراتب پیچیده تر داشتند. استفاده از انرژی خورشید، نیازمند سیستم رنگیزه ای پیچیده ای جهت به دام انداختن انرژی نورانی و همچنین وجود راهکاری برای ذخیره انرژی در یک مولکول آلی بود.

شواهدی دال بر فعالیتهای موجودات فتوسنتز کننده در صخره های مربوط به 3.4 میلیارد سال پیش، یعنی در حدود ۱۰۰ میلیون سال پس از اولین شواهد فسیلی حاکی از وجود حیات در روی کره زمین به دست آمده است.

البته ما تقریبا مطمئن هستیم که هم حیات و هم موجودات فتوسنتز کننده در زمانهای قدیمی تری از آنچه شواهد پیشنهاد می کنند، ایجاد شده اند. به علاوه، به نظر می رسد که هیچ شکی وجود ندارد که هتروتروفها قبل از اتوتروفها تکامل پیدا کرده اند. با ظهور موجودات اتوتروف،جریان انرژی در بیوسفرBiosphere) ) یعنی جهان زنده و محیط پیرامونی آن به شکل امروزی آن تبدیل شد: انرژی نورانی خورشید از کانال موجودات اتوتروف فتوسنتز کننده به تمامی اشکال حیات منتقل شد.

در سال ۲۰۱۱، ماهواره Mars Reconnaissance Orbiter سازمان ناسا شواهدی را مبنی بر وجود آب مایع در حال جریان ان شیبها و دیواره حفرات طی ماه گرم در کره مریخ یافت. چنین تصور می شود که این مایع، شدیدا محتوی املاح بوده و به واسطه استقرار در زیر لایه سطحی، از انجماد ناشی از دمای پایین حاکم بر مریخ و همچنین تبخیر ناشی از حضور فشار هوای پایین موجود در این کره در امان مانده است. این یافته ها احتمال کشف حیات در کره مریخ را افزایش میدهد.

به احتمال خیلی زیاد، سلول های اولیه، در نتیجه تجمعات ساده مولکولی ایجاد شده اند

تکامل گیاهان حیات در مراحل اولیه تاریخ زمین شناسی زمین آغاز شده است

گیاهان مشابه سایر موجودات زنده، طی مدت زمان طولانی دستخوش تکامل شده Evolved) ) و تغییرات متعددی را متحمل شده اند.

سیاره زمین (توده ای از غبار و گاز که در روی محوری به حول ستاره خورشید می چرخید)، عمری در حدود 6.4 میلیارد سال دارد.

اعتقاد بر این است که زمین متحمل بمباران های شهاب سنگی مرگباری شده که تا حدود 3.9 تا 3.8 میلیارد سال پیش ادامه داشته است. برخورد این قطعات بزرگ به سیاره زمین، به حفظ گرمای آن کمک می کرد.

با آغاز خنک شدن زمین مذاب، طوفانهایی سهمگین به همراه صاعقه و آزادسازی انرژی الکتریکی رخ داده و همچنین آتشفشان های گسترده منجر به فوران مواد مذاب به درون آب و جوشیدن آب میشد. قدیمی ترین فسیل های شناخته شده مربوط به حدود 3.5 میلیارد سال پیش است که در صخره های مناطق غربی استرالیا یافت شده است (شکل ۱-۲).

این ریز فسیل ها متشکل از انواع مختلفی از میکروارگانیسم های رشته ای نسبتا ساده شبیه به باکتری ها هستند. استروماتولیت های (Stromatolites) باستانی نیز عمری تقریبا برابر با این ریزفسیل ها دارند.

این توده های میکروبی فسیل شده متشکل از لایه های حاوی میکروارگانیسم های رشته ای و سایر میکروارگانیسم ها به همراه رسوبات به دام افتاده در بین آنها هستند.

استروماتولیت های امروزی نیز در برخی نواحی شکل ۱-۱ حیات بر روی کره زمین. بر اساس اطلاعات موجود، از بین ۹ سیاره موجود در منظومه شمسی، تنها بر روی زمین، حیات وجود دارد.

این سیاره، به طور مشخصی با سایر سیارات تفاوت دارد. از فاصله دور، زمین به صورت آبی و سبز مشاهده شده و به مقدار کمی درخشان است.

مقدمات گیاه شناسی

"آنچه موجب حیات در روی کره زمین می شود، وقوع جریان کوچکی است که به واسطه تابش آفتاب انجام میشود. این بخشی از نوشته Albert Szent – Gyorgyi برنده جایزه نوبل است.

با بیان این جمله ساده، وی یکی از بزرگترین شگفتی های تکامل، یعنی فتوسنتز را معرفی نموده است.

طی فرآیند فتوسنتز، انرژی نورانی خورشید به دام افتاده و منجر به تولید قندها می شود که تمامی اشکال حیات بر روی کره زمین که شامل انسان نیز می شود، به این ترکیبات وابسته هستند.

همچنین طی این فرآیند، اکسیژن به عنوان ترکیب ضروری جهت بقای حیات، به عنوان یکی از فرآورده های جانبی تولید می شود.

"جریان کوچک" هنگامی آغاز می گردد که نور با برخورد به یک مولکول کلروفیل منجر به انتقال یکی از الکترونهای موجود در کلروفیل به تراز بالاتری از انرژی می شود. این الکترون "برانگیخته"، به نوبه خود، با آغاز جریانی از الکترونها نهایتا منجر به تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی شیمیایی موجود در مولکولهای قندی می شود.

به عنوان مثال، برخورد نور به برگهای نیلوفر آبی که در تصویر بالا نمایش داده شده است، اولین مرحله در تولید مولکولهایی است که منجر به تشکیل گل، دانه های گرده، همچنین برگها و ساقه و تمامی اجزای مولکولی دخیل در رشد و تکوین می شوند.

انواع محدودی از موجودات زنده (گیاهان، جلبکها و آرکی باتری ها دارای کلروفیل هستند که جهت انجام فتوسنتز، ضروری است. با به دام افتادن انرژی نورانی به شکل شیمیایی، این نوع انرژی به صورت منبع انرژی قابل بهره برداری توسط تمامی انواع موجودات زنده مورد استفاده قرار می گیرد.

انسان وابستگی کاملی به فتوسنتز دارد، فرآیندی که گیاهان سازگاری ظریفی جهت انجام آن کسب نموده اند.

واژه گیاه شناسی یا "Botany" از کلمه یونانی botane به معنای "گیاه" و فعل boskein به معنای تغذیه کردن" گرفته شده است.

گیاهان تنها به عنوان منبع غذایی مطرح نبوده و بسیاری از نیازهای انسان را تأمین می نمایند.

به عنوان مثال، گیاهان در تأمین الیاف مورد نیاز جهت تولید پوشاک؛ چوب مورد نیاز در تولید مبلمان، پناهگاه یاسوخت؛ کاغذ (مثل صفحات کاغذی که در حال مطالعه این مطالب هستید)؛

تأمین ادویه جات، دارو و همچنین اکسیژن مورد نیاز جهت تنقس دخیل هستند.

انسان وابستگی کاملی به گیاهان دارد. همچنین گیاهان نقش بسزایی در احساسات انسان داشته و باغها، پارکها و پوششهای طبیعی تأثیر بسزایی در روحیات انسانها ایفاء می نمایند.

مطالعه گیاهان منجر به افزایش قابل توجهی در علم مانسبت به تمام اشکال حیات شده و یقینا در آینده نیز نتایج بیشتری به دست خواهد آمد.

همچنین با پیشرفت تکنیکهای مهندسی ژنتیک و سایر ابزارهای تکنولوژیکی جدید، وارد مهیج ترین دوره در تاریخ گیاه شناسی شده ایم، به طوری که با بهره گیری از این ابزارهای می توان گیاهان را طوری تغییر شکل داد که به عنوان مثال، در برابر بیماری پایدار شده، آفات گیاهی را از بین برده، تولید واکسن نموده، مواد پلاستیکی زیستی قابل تجزیه تولید کرده، مقاوم به خاک های با شوری بالا بوده، مقاومت بالایی در برابر یخ زدگی داشته و منجر به تولید مقادیر بالایی از ویتامین ها و مواد معدنی در گیاهانی همچون ذرت و برنج شوند.

انتظار می رود که با مطالعه این سلسله مطالب بتوانید به این پرسش ها پاسخ دهید:

1. چرا زیست شناسان بر این باورند که تمامی جانداران موجود در کره زمین دارای جدی مشترک هستند؟

 ۲- تفاوت اصلی بین موجودات هتروتروف و اتوتروف چیست؟ هر یک از این موجودات چه نقشی در مراحل اولیه کره زمین ایفا نموده اند؟

فتوسنتز چه اهمیتی طی تکامل داشته است؟

۴- برخی چالش های پیش روی گیاهان طی انتقال از محیط آبی به محیط خشکی چیست؟ برخی ساختارهای ایجاد شده در گیاهان جهت رفع این مشکلات را نام ببرید.

۵- بیوم چیست؟ گیاهان در یک اکوسیستم، چه وظایف اصلی بر عهده دارند؟

محرک ها از نظر انواع

1) الکتریکی

2) شیمیایی

3) مکانیکی

 4) فیزیکی

همه محرک ها می تواندد به نوعی سلول را به آستانه برسانند و سیستم های مختلف حسی بدن ما هر کدام این توانایی را دارند که محرک مربوط به خودشان را تبدیل به پتانسیل عمل نمایند.

 

پتانسیل عمل

Òما سلولهای دیگری داریم تحت عنوان سلولهای تحریک پذیر این سلولها علاوه برآنچه که گفته شده دارای امکانات زیر نیز می باشند:

Òکانالهای سدیمی وابسته به ولتاژ

Òکانالهای پتاسیمی وابسته به ولتاژ

Òکانالهای کلسیمی وابسته به ولتاژ

Òکانالهای کلری وابسته به ولتاژ

Òکه هر نوع سلول تحریک پذیر ( که شامل سلولهای عصبی و عضلانی می باشند) حداقل 2 تا 3 مورد از کانالهای فوق را دارند.

Òاین کانالها در زمان پتانسیل استراحت بسته هستند .

معادله نرنست (Nernst Equilibrium)

Òسئوال : آیا می توان با داشتن میزان غلظت یونها به پتانسیل آنها دست یافت؟  بلی رابطه نرنست با داشتن غلظت یونهاؤ پتانسیل غشاء را برحسب میلی ولت به شما می دهد.غلظت یون داخل سلول / غلظت یون خارج سلول 61-تا 94+

Òرابطه نرست : می توان پتانسیل تعادلی برای یون سدیم و پتاسیم و کلر بدست آورد 

Ò

Òپتانسیل تعادلی یون سدیم :

Òپتانسیل تعادلی پتاسیم :

Òخوب رابطه نرنست محدوده حداکثر و حداقل پتانسیل را بین 94- تا ....... بیان می کند اما پتانسیل غشائ اندازه گیری نشده است .

Òبه این پتانسیل که همیشه هست پتانسیل استراحت غشاء گفته می شود.

Òرابطه نرنست پاسخگوی تعیین پتانسیل موجود نبود .

Ò

Òهندرسون و هاچکین رابطه را گسترش دارند.رابطه ای که در آن علاوه برغلظت نفوذپذیری  راهم اضافه کردند همچنین همه یونها را اضافه کردند که پتانسیل تعادلی استراحت است .

Òاین پتانسیل در همه سلولهای زنده بدن وجود دارد و به علت نوع غشاء تعداد کانالها و فعالیت پمپ و نوع پمپ مقدار آن متغیر است اما وجود دارد ما شاهد پتانسیل ها استراحت متعددی در سلولهای مختلف می باشیم که عضلات اسکلتی 85 – عضلات احشایی 55- دستگاه ضربان قلب را قلبی 55- گلبولهای قرمز 20- میلیمتر است .

Ò

پتانسیل غشاء

Òسوال اول:

Òآیا توزیع مواد موجود در داخل سلول و خارج سلول (دو طرف غشا)یکیسانست یا فرق می کند؟

Ò

Òسوال دوم :

Òآیا بار الکتریکی موجود در داخل و خارج سلول یکیسان است یا فرق می کند؟

انتقال آب (Water Transport )

Òجریان حجمی (Bulk Flow):

-انتقال آب در اثر یک فشارمکانیکی خارجی (نیروی رانشی) مانند اعمال فشار رو به جلو (Pushing) یا  نیروی جاذبه

-مثال: جذب مجدد آب از فضای میان بافتی کلیه به داخل مویرگهای دور توبولی در اثر فشار فضای میان بافتی

Òپمپ ملکولی آب (Molecular Pumping)

-انتقال 210 ملکول آب توسط حامل SGLT1

- غیر وابسته به گرادیان اسمزی

-   جذب بیش از نیمی از آب در روز توسط  روده باریک با این مکانیسم

اعمال پروتئین های غشاء

Ò1-شرکت در ساختمان غشاء

Ò2-به عنوان کانالهای نشتی

Ò3-به عنوان کانالهای دریچه دار (الکتریکی – شیمیایی – مکانیکی – کششی)

Ò4-به عنوان کانالهای حامل

Ò5-به عنوان آنزیم –

Ò6-به عنوان عوامل ایمنی

Ò7-به عنوان پمپ

Ò8-به عنوان رسپتور

Ò

Òکانالهای نشتی (Leak Channel):

   -  فاقد دریچه بوده ودارای مجرای همواره باز است

      - برای هر یونی اختصاصی است و فقط اجازه عبور آن یون را می دهد

      

Ò

Òکانالهای دریچه دار:

ü وابسته به ولتاژ (الکتریکی):

     - وضعیت باز یا بسته بودن کانال به اختلاف پتانسیل دو سوی غشاء بستگی دارد

       - دریچه، حساس به تغییر ولتاژبوده وبر این اساس در دو وضعیت باز یا بسته قرار می گیرد

       - برای هر یونی اختصاصی است و فقط اجازه عبور آن یون را می دهد

 

Òغشاء دارای 10% قند نیز می باشد.

Òبه نظر بیوشیمیست ها غشاء دارای 40% چربی 50% پروتیین 10% قند می باشد.به نظر فیزیولوزیست ها چربی 45% پروتیین 55% و قند بصورت ترکیب با پروتیین و چربی بصوزت گلیکولیپید و گلیکو پروتیین است.

Òاعمال ترکیبات گلیکویی : شرکت در کلیکوکالیس  وسیستمهای ایمنی

Ò

 کربوهیدراتهای غشاء:

ü گلیکولیپید

ü گلیکوپروتئین

v گلیکوکالیکس:

     پوشش کربوهیدراتی سطح

    خارج سلولی

 نقش کربوهیدرات غشایی:

ü اتصال دو سلول به یکدیگر

üگیرنده برخی هورمونها مانند انسولین

üدخالت در واکنشهای ایمنی

üبخشیدن بار منفی به سطح خارج سلول و دفع اشیای منفی از سلول

ü

Òاینتگرینها: اتصال  غشای سلول به  فیبرونکتین و لامینین موجود در ماتریکس خارج سلولی

Òکادهرین ها: اتصال سلول به سلول و وابسته به یون کلسیم.

       گلیکوپروتئین بوده ودر سیناپسهای نورون-نورون فراوان است

Ò N-CAM: مشابه کادهرینها بوده ولی نیازی به کلسیم ندارند. اغلب در نورونها وجود دارد

Òسلکتین: گلیگوپروتئین غشای سلولهای اندوتلیالی اند (به خصوص در مویرگها) که سبب شناسایی قندهای سطح WBC و اتصال اولیه WBC به اندوتلیال می شوند.