باکتری چیست و چه نقشی در زندگی بشر دارد؟

همین حالا که این مقاله را می خوانید و نفس می کشید، میلیون ها باکتری در بدن شما مشغول به کار و فعالیت هستند. باکتری ها در هر فعالیتی که تصورش را بکنید نقشی موثر در بدن ما ایفا می کنند و باید از آن ها بابت بودن شان قدردانی کنیم.

از نفس کشیدن گرفته تا هضم غذا، انواع و اقسام باکتری ها درگیر شده اند، حتی جالب است بدانید که به ازای هر یک سلول جانوری که ما داریم، ده باکتری در بدن ما وجود دارد. در واقع اگر تعداد را ملاک قرار دهیم، عمده بدن ما را باکتری ها تشکیل داده اند و نه سلول های جانوری.

هزاران سال است که بشر متوجه اهمیت باکتری ها در زندگی خود بوده اما تنها چند دهه است که ما این یاران قدیمی را به طور دقیق شناخته ایم و در مورد ساز و کارشان تحقیق کرده ایم. پیشینیان ما طی صدها سال گذشته بسیاری از غذاهای خود نظیر نان، لبنیات و آبجو را با استفاده از باکتری ها تامین می کردند اما هیچ ایده ای نداشتند که باکتری چیست.

اولین بار در قرن 17 میلادی، آنتونی فیلیپس فان لیووَنهوک موفق به شناسایی موجودات ریزی در دهان خود شد. وی با بررسی پلاکی که میان دندان هایش قرار داده بود نمونه هایی را برداشت نمود و زیر میکروسکوپ قرار داد. حرکت این تک یاخته ها سبب حیرت وی شد. بعدها کشفیات وی سبب شد تا به عنوان پدر علم میکروب شناسی شهرت یابد.

باکتری ها در سرتاسر کره زمین نقش دارند و اگر نبودند، انسان ها نمی توانستند امروزه به این راحتی نفس بکشند یا حتی کشاورزی کنند. بنابراین حین مطالعه تکامل زیستی، باید به نقش اساسی باکتری ها در تبدیل کردن زمین به سیاره ای قابل سکونت توجه داشت.

در این مطلب قصد داریم تا نحوه کارکرد باکتری ها را به زبان ساده برای شما توضیح دهیم و بعد به سراغ نقش شان در زندگی بشر برویم. طی میلیون ها سال، باکتری ها همگام با موجودات زنده پیش آمده اند و حالا به یکی از ارکان اصلی زندگی بشر تبدیل شده اند و گاهی هم بالعکس، مزاحمی بیش نیستند.

اساس باکتری

ویروس ها در برابر سلول های بدن انسان ده ها برابر کوچک تر هستند و برای مشاهده آن ها قطعا نیاز به میکروسکوپ های قدرتمندی است که قدرت بزرگنمایی بالایی داشته باشند. معمولا اندازه آن ها از یک میکرون (یک میلیونیوم یک متر) آغاز شده و به چند میکرون می رسد.

همانطور که می دانید، سلول ها به عنوان واحدهای زنده و جداگانه عمل می کنند و هر بافت و سیستمی از بدن، مجتمعی است از این سلول ها که روی هم و در کنار هم قرار گرفته اند. حیوانات، انسان ها و گیاهان سلول هایی دارند که هسته ای مرکزی محتوی اطلاعات ژنتیکی آن را کنترل می کند. این هسته برای خود غشا دارد و از سلول جدا است. به چنین سلول های، سلول یوکاریوت گفته می شود که علاوه بر هسته مرکزی، اندامک هایی خاص برای انجام کارهای متنوع هم دارند. هدف تمامی این اندامک ها در کنار هم، صحیح و سالم نگه داشتن سلول است.

باکتری اما بدون هسته است و DNA یا ماده ژنتیکی در آن آزادانه می چرخد. این سلول های میکروسکوپی، اندامک ندارند و برای تقسیم سلولی و بازتولید ماده ژنتیکی خود شیوه دیگری در پیش می گیرند. به چنین سلول هایی، سلول پروکاریوت گفته می شود.

دانشمندان باکتری ها را براساس موارد مختلفی دسته بندی می کنند:

  • بقای باکتری در محیط های اکسیژن دار و بدون اکسیژن
  • اندازه: میله ای (باسیلوس)، حلقوی (کوکسی) یا مارپیچ (اسپیریلیوم)
  • گِرَم مثبت یا گرم منفی بودن باکتری (وابسته به نوع ماده به کار رفته در دیواره سلولی باکتری)
  • چگونگی حرکت باکتری ها در محیط (برخی باکتری ها دارای فلاژله هستند که در حرکت به آن ها کمک می کند و برخی دیگر خیر)

میکروبیولوژی، دانشی است که تمامی ابعاد میکروب ها را بررسی می کند. میکروب ها شامل باکتری، آرکی باکترها، قارچ ها، ویروس ها و تک سلولی ها می شوند.

تولید، مصرف و چرخه ای بی پایان

همانند انسان ها، حیوانات و گیاهان، باکتری ها هم برای زنده ماندن و تامین انرژی خود به غذا نیاز دارند. بعضی باکتری ها اتوتروف هستند و برخی دیگر هتروتروف. اما این دو واژه چه معنایی دارند؟ باکتری های اتوتروف، از آب، نور و دیگر مواد شیمیایی موجود در محیط بهره می گیرند تا تولید انرژی کنند (برای مثال، سیانوباکترها از 2.3 میلیون سال پیش تاکنون، نور خورشید را به اکسیژن تبدیل کرده اند). اما هتروتروف ها صرفا مصرف کننده انرژی از مواد آلی هستند (مثل باکتری های تجزیه کننده محیطی).

حقیقت این است که انسان و باکتری، ذائقه ای کاملا تضاد یکدیگر دارند. هر چه برای ما انسان ها غیر قابل خوردن باشد و یا از مواد دفعی بدن ما باشد، برای باکتری ها دوست داشتنی است. باکتری ها همه جا هستند، از مدفوع انسان و آشغال ها گرفته تا روی لکه های نفتی و پسمانده های هسته ای.

نان، لبنیات و بسیاری دیگر از موادی که ما در طول روز مصرف می کنیم، در نتیجه فعالیت های این باکتری ها است. البته یکی از دلایل بوی بد دهان، یا علت تخریب دندان ها هم باز باکتری ها هستند. بنابراین این رفقای دیرینه لزوما با بدن انسان مهربان نیستند و گاهی هم با ایجاد بیماری های مهلک، ما را از نفس می اندازند.

یک خانواده بزرگ

باکتری ها تقسیم می شوند و هر زمان که فرصت آن فراهم شوند کلنی می سازند. اگر غذا و شرایط محیطی مناسب باشد، زیست لایه را تشکیل می دهند تا روی هر سطحی که هستند دوام بیاورند، خواه صخره ای در جریان رودخانه باشد و خواه درون دهان ما.

زیست لایه، اجتماعی گسترده از باکتری ها در کنار هم است که توسط پلیمری خارج سلولی پوشیده شده اند. تشکیل زیست لایه ها در بدن انسان ممکن است خطرساز باشد چرا که تشکیل یک اجتماع بزرگ قطعا طبعاتی به همراه دارد.

بگذارید یک مثال ساده بزنیم. زمانی که انسان ها جدا از هم زندگی کنند، تولید زباله و آلودگی آن ها بسیار کاهش می یابد اما اگر آن ها را در یک شهر مجتمع کنید، محیط به شدت آلوده می شود. در مورد باکتری ها هم چنین است.

همانند مردم یک شهر، یا یک بافت سلولی کامل، باکتری هایی که زیست لایه را تشکیل می دهند با یکدیگر تعامل داشته و اطلاعات را جا به جا می کنند. یکدیگر را از خطرات باخبر می سازند و در مورد وجود غذا در یک ناحیه به هم اطلاع می دهند. اطلاعات دست به دست و از هر باکتری به باکتری کناری منتقل می شود تا در نهایت به مقصد برسد.

با این حال، باکتری ها همیشه در اجتماع نیستند و گاهی اوقات دیده می شود که یک میکروارگانیسم ترجیح داده یکه و تنها در شرایط سخت تاب بیاورد. وقتی باکتری غذا نداشته باشد یا در دمای شدید قرار بگیرد، لایه محافظ مستحکمی به نام اندوسپور تشکیل می دهد تا ماده ژنتیکی خود را هر طور که شده حفظ کند.

جالب است بدانید که دانشمندان باکتری هایی پیدا کرده اند که 250 میلیون سال در کپسول خود بوده اند و با این حال از بین نرفته اند. یکی از راه های تخمین قدمت نیز همین مسئله است.

تکثیر و تولیدمثل

با مفهوم زیست لایه و کلنی آشنا شدیم اما این باکتری ها چگونه تقسیم می شوند؟ باکتری ها، همانند دیگر اشکال حیات روی زمین، برای بقا نیاز به تکثیر دارند. در حالی که انسان ها و بسیاری دیگر از موجودات زنده این کار را از طریق تولیدمثل جنسی انجام می دهند، باکتری ها شیوه ای دیگر را برگزیده اند.

باکتری ها برای تکثیر نیاز به جفت ندارند، بلکه به سادگی با همانندسازی باکتری خود، به دو سلول مشابه تبدیل می شوند. به این عمل، شکافت یاخته گفته می شود و زمانی رخ می دهد باکتری به اندازه کافی بزرگ شده باشد و ماده ژنتیکی لازم برای باکتری دیگر را هم در اختیار داشته باشد.

از آنجایی که باکتری حاصل کاملا مشابه باکتری اول است و هیچ تغییری در ژنتیک آن صورت نپذیرفته، پس این شیوه تولید مثل راه مناسبی برای ایجاد تنوع زیستی نیست. پیش از این برای تان از اهمیت تنوع زیستی گفته ایم و در جامعه باکتری ها هم چنین الزامی وجود دارد.

بنابراین باکتری ها چگونه به ژن های جدید و متنوع مجهز می شوند؟ با حقه انتقال افقی ژن یا تعویض ماده ژنتیک بدون تکثیر کامل. چند راه برای انجام این عمل وجود دارد. یکی از آن ها برداشتن ماده ژنتیک از خارج سلول است، ماده ای از میکروب یا باکتری دیگر. راه دیگر هم مربوط به ویروس ها می شود. دقیقا همانگونه که ویروس ها از سلول های انسان به عنوان میزبان استفاده می کنند، وارد باکتری می شوند و ماده ژنتیک خود را القا می کنند.

جا به جایی ماده ژنتیکی به باکتری مقاومت بیشتر می بخشد تصور کنید همه باکتری ها به یک عامل حساسیت داشته باشند، در نتیجه جامعه شان به راحتی ریشه کن می شود اما اگر تنوع پدید آید، قدرت بالایی پیدا خواهند کرد.

باکتری ها، دشمن انسان ها

اگرچه تا به اینجای کار عمدتا از فواید باکتری ها صحبت کردیم اما این میکروارگانیسم ها یک روی شیطانی هم دارند. برخی باکتری ها این پتانسیل را دارند تا در رده پاتوژن ها دسته بندی شوند. پاتوژن ها به صورت خلاصه به هر ذره ای گفته می شود که باعث بیماری و آسیب شود. برای مثال، ویروسی که سبب سرماخوردگی در انسان می شود یک پاتوژن است و باکتری هایی که ایجاد طاعون می کنند هم پاتوژن محسوب می شوند.

شاید احمقانه باشد اما یک بیماری باکتریایی تاریخ بشر را دستخوش تغییرات بزرگی کرده. برای مثال، طاعون به تنهایی باعث کشته شده بیش از 100 میلیون انسان شد. در آن دوران هنوز آنتی بیوتیک ها به طور کامل شناخته نشده بودند و مقابله با باکتری ها بسیار دشوار بود.

حتی امروز هم با وجود داروهای متعدد، مقابله با باکتری های پاتوژنی دشوار است. سیاه زخم، ذات الریه، مننژیت، وبا، سالمونلا و برخی گلودردها منشا باکتریایی دارند. خوشبختانه با داشتن آنتی بیوتیک ها حالا می توان این بیماری ها را سریعا درمان نمود.

با این حال، مصرف بی رویه و سرخود آنتی بیوتیک ها عوارضی دارد و در آینده می تواند برای بشر خطرساز باشد که در مقاله ای مجزا به این مسئله خواهیم پرداخت. صرفا بدانید که مصرف آنتی بیوتیک بدون تجویز دکتر چندان عاقلانه نیست.

با توجه به خاصیت پاتوژنی، باکتری ها می توانند به عنوان سلاح بیولوژیکی هم مورد استفاده قرار بگیرند که با توجه به پیشرفت بشر در این حوزه، هیچ بعید نیست باکتری ها نقشی موثر در جنگ های آتی بشر داشته باشند.

باکتری ها، دوست انسان ها