تستطيع البكتيريا اكتشاف التغيير الوشيك والاستعداد لوصوله. هذا ما أظهرته دراسة جديدة أجراها علماء من معهد وايزمان للعلوم وجامعة تل أبيب. يتم نشر هذه النتائج اليوم في المجلة العلمية Nature.
البروفيسور يتسحاق بابيل، الباحث المشارك الدكتورة أورنا دهان، الطالب البحثي أمير ميتشل وأعضاء آخرون في مجموعة بحث البروفيسور بابيل، من قسم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، بالإضافة إلى البروفيسور مارتن كوبيك وطالب البحث جال قام رومانو من جامعة تل أبيب باختبار الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في بيئات تتغير بطرق يمكن التنبؤ بها. وتظهر النتائج التي توصلوا إليها أن الشبكات الجينية لهذه الكائنات الحية الدقيقة مبنية بطريقة تجعلها قادرة على "التنبؤ" بالخطوة التالية في تسلسل الأحداث، وأن البكتيريا تبدأ في الاستجابة للوضع الجديد حتى قبل وصوله.
تم إجراء البحث على بكتيريا الإشريكية القولونية، وهي كائنات دقيقة تتجول عادة على طول الجهاز الهضمي دون التسبب في أي ضرر. الجهاز الهضمي هو بيئة متغيرة، وبعض التغيرات تكون مفهومة وتأتي الواحدة تلو الأخرى بانتظام معين. على سبيل المثال، يظهر سكر المالتوز في كثير من الحالات بعد ظهور سكر آخر - اللاكتوز. اختبر العلماء الاستجابة الجينية للبكتيريا تجاه اللاكتوز، ووجدوا أنه بالإضافة إلى الجينات التي تسمح لها بهضم اللاكتوز، تم أيضًا تنشيط (جزئيًا) شبكة الجينات التي تنتج البروتينات الضرورية لهضم المالتوز. وعندما عكسوا ترتيب السكريات وأعطوا البكتيريا المالتوز في البداية، لم يتم تنشيط الجينات التي تنتج البروتينات اللازمة لهضم اللاكتوز. تظهر هذه النتيجة أن البكتيريا "تعلمت" بشكل طبيعي أنه بعد "جرعة افتتاحية" من اللاكتوز، ستظهر جرعة من سكر المالتوز.
الكائنات الحية الدقيقة الأخرى التي "تعلمت" التعرف على التغيير المتوقع هي خميرة النبيذ. أثناء عملية التخمير، تتغير مستويات السكر والحموضة، ويرتفع مستوى الكحول - وتسخن بيئة التخمير. وعلى الرغم من أن البيئة في هذه الحالة أكثر تعقيدًا من بيئة بكتيريا الإشريكية القولونية، إلا أن العلماء وجدوا أنه عندما تبدأ الحرارة في بيئة خميرة النبيذ في الارتفاع، تبدأ الأنظمة الوراثية للخميرة بالفعل في إعداد "الأدوات" اللازمة "للتعامل بفعالية مع التغيير الذي يحدث. وأظهر التحليل الإضافي للبيانات أن القدرة على توقع المستقبل (الخطوة التالية في العملية)، والتحضير المسبق للتغيير، هما في الواقع تكيفات تطورية تزيد من فرص الكائنات الحية في البقاء.
أظهر العالم الروسي إيفان بتروفيتش بافلوف لأول مرة هذا التوقع المكتسب، والذي يسمى "الاستجابة المشروطة"، في الكلاب. وقام بتدريب الكلاب على إفراز اللعاب استجابة لمحفز - رنين الجرس - قبل تقديم الطعام لهم. وقد أكسبه هذا العمل جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1904.
يقول البروفيسور بيبر من معهد وايزمان للعلوم: "في الكائنات الحية الدقيقة، يمكن للتطور الذي يستمر لعدة أجيال أن يحل محل التعلم القائم على التدريب". يقول الباحث أمير ميتشل من معهد وايزمان للعلوم: "إن تطور خلية واحدة تدوم آلاف الأجيال يشبه إلى حد ما التعلم. في كل من هاتين العمليتين، تقوم الكائنات بتكييف استجاباتها للمحفزات البيئية، وبالتالي تحسين فرصها
بقائهم". طالب البحث جال رومانو من جامعة تل أبيب: "هذه ليست استجابة عامة للمواقف العصيبة، ولكنها عملية دقيقة وهادفة. تستعد الخميرة بطريقة فريدة للظروف المحددة التي ستأتي بعد العلامة التي تلقتها."
ولاختبار ما إذا كانت الكائنات الحية الدقيقة قد اكتسبت بالفعل نوعًا من الاستجابة المشروطة، اقترح أمير ميتشل إجراء اختبار آخر، والذي كان يعتمد على تجربة المتابعة التي أجراها بافلوف. وعندما توقف بافلوف عن إعطاء الكلاب الطعام بعد قرع الجرس، تلاشت الاستجابة الشرطية حتى لم يستجيبوا للحلقة على الإطلاق. أجرى العلماء تجربة مماثلة على البكتيريا. ولتحقيق هذه الغاية، استخدموا البكتيريا التي زرعها الدكتور إيرز ديكال في مختبر البروفيسور أوري ألون في قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية في معهد وايزمان للعلوم. لقد قام بتربيتهم في بيئة تحتوي على السكر الأول، اللاكتوز، لكنه لم يعطوهم المالتوز، السكر الثاني. وبعد عدة أشهر تغيرت فيها عشرات الأجيال بين البكتيريا، أدى التطور إلى توقفها عن تنشيط الجينات اللازمة لهضم المالتوز، عندما تلقت طعم اللاكتوز، ولم تنشطها إلا بعد تلقيها المالتوز فعليا.
يقول البروفيسور بيبر: "لقد أظهرت لنا هذه النتائج أن التحضير المسبق ليس مفيدًا للبكتيريا تحت أي ظرف من الظروف". "يكلفهم قدرا معينا من الطاقة، فلا ينشطونها -ويدفعون ثمنها- إلا عندما يكون هناك مبرر لها، والسكر الثاني يأتي بعد السكر الأول". متى يجب على البكتيريا الاستعداد مسبقًا للخطوة التالية؟ للإجابة على هذا السؤال، والتنبؤ مقدمًا بالوقت الذي سيكون فيه من المفيد للبكتيريا الاستعداد لما هو قادم، طور العلماء نموذجًا للتكاليف والفوائد. تم اختبار هذا النموذج في التجارب ونجح بالفعل في التنبؤ بتنشيط شبكات الجينات المختلفة.
ويرى البروفيسور بيبر وأعضاء المجموعة البحثية التي يرأسها أن الاستجابة الجينية الشرطية قد تكون آلية شائعة للتكيف التطوري تعمل على تحسين البقاء في العديد من الكائنات الحية، ومن الممكن أن تعمل أيضًا في خلايا الكائنات الحية المختلفة، بما في ذلك البشر. . قد تساعد هذه النتائج في تحسين كفاءة استخدام البكتيريا المعدلة وراثيا في عمليات إنتاج الوقود من المواد النباتية.
وفي نفس الموضوع على موقع العلوم
تعليقات 20
تومر:
وهذه هي نفس الجائزة:
http://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Physiology_or_Medicine
"لقد أكسبه هذا العمل جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 1904."
هل جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أم الطب؟
وسط الحماس..
أولا الرابط: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature08112.pdf
ثانيًا، من الممكن التفكير في آلية يؤدي فيها التعرض لحالة أولية إلى تنشيط تغيير جيني - وهو نوع من التبديل.
إنه جميل جدًا، لكني لا أسميه "تعلم"
والحقيقة أن المقال في هآرتس أدق من المقال هنا أيضاً في الفروق بين التعلم عند كلاب بافلوف والتطور في البكتيريا هنا. لن تنشأ أسئلة كثيرة.
احصل على إحالة مايكل باهاريز مرة أخرى
http://www.haaretz.co.il/hasite/spages/1094170.html
من الأفضل أن تقرأ هناك
شاب شالوم
سابدارمش يهودا
يهودا:
ومن حسن الحظ أن من جاء بفكرة التجربة استطاع أن يرى التشابه.
لا أرى سوى تشابه بسيط بين تجربة بافلوف مع الكلاب وتجربة الجراثيم. هناك تم تعليم الكلاب كيف تتصرف، ولم يكن هناك تطور، بينما هنا مرت البكتيريا بعملية تطورية لم ينجو فيها سوى الكلاب الملائمة.
شاب شالوم
سابدارمش يهودا
بافلوف:
إنها بالفعل دراسة مشابهة جدًا تستخدم نفس الفكرة وأنا متأكد تمامًا من أن الفكرة المقدمة هنا كفكرة لأمير ميتشل هي ببساطة مسروقة.
هناك بالطبع اختلاف بسيط في الميزات التي تم اختبارها، لذا فإن هذا المنشور لا يزال يستحق العناء.
وفي التقارير الخاصة بالبحث الأصلي لتابازوي من برينستون (المنشور في مجلة Science كما كتبت من قبل) تم استخدام بافلوف كمثال على قدرة البكتيريا على توصيل إشارة واحدة بإشارة متوقعة. ما هو غير واضح بالنسبة لي هو كيف يمكن لدراسة تكرر وتعزز النتائج التي تم نشرها بالفعل قبل عام أن تنشر في مجلة Nature؟
http://telem.openu.ac.il/courses/c20237/Pavlovbact-g.htm
المقال من موقع العلوم:
http://genomics.princeton.edu/tavazoie/web/media/Publications/Tagkopoulos_etal.pdf
ييجال:
لن أقول إن الشيء الذي ينتج عنه أبقار بشكل واضح (في شكل أفكار بحثية) أمر سيء.
مايكل،
حتى على سبيل الاستعارة، فإن الاستخدام سيء للغاية لأنه لا توجد عملية تعلم هنا، ولكن فقط اختيار المؤهلين - أولئك الذين اختبروا شيئًا واحدًا واستعدوا للشيء التالي. إن التعلم البافلوفي مختلف تمامًا: على عكس التعلم، حيث يجب على كل فرد أن يمر بجميع مراحله منذ البداية، ففي هذه الحالة يكون كل فرد قد ولد بالفعل (أو خلق منذ البداية) بكل الصفات الضرورية - دون أن يتعلم.
يجال وران:
أعتقد في الواقع أن استعارة التعلم من خلال التطور مفيدة.
وطالما أنه من الواضح أنها مجرد استعارة (وهنا يتضح الأمر) فإنها تسمح للناس بالتعبير عن أنفسهم بشكل أكثر إيجازًا وربط الاستنتاجات من المجالين.
والحقيقة التاريخية التي تظهر في المقال هي أن هذا التوازي هو مصدر فكرة التجربة، حتى في هذا المقال هناك دليل على جدواها.
طازج (2)
יתכן שאין בכך חידוש, או שדברים דומים פורסמו כבר בעבר, אולם אין ספק שאין דמיון לידיים שלך, למרות שברור ששתי התכונות (יכולת ה"ניבוי" והידיים) התפתחו בדרך של ברירה טבעית: הידיים אינן תהליך שמגיב לארוע חיצוני ומכין עצמו לארוע/ים צפוי /بحر. الأيدي هناك في كل وقت. الابتكار في المعرفة (في رأيي) هو أنه من بين الميزات التي تطورت أثناء التطور هناك أيضًا القدرة على التفاعل بشكل غير مباشر. ليست استجابة مباشرة للظروف الحالية ولكن الاستجابة بناء على الظروف الحالية للظروف المتوقعة.
وأنت على حق، لا يوجد تعلم هنا بل نوع من التكيف ولا يوجد مكان لمقارنته بالتعلم البافلوفي.
وفي "هآرتس" وجدوا عنواناً أنسب:
http://www.haaretz.co.il/hasite/spages/1094170.html
العنوان مضلل. يبدو الأمر كما لو أن الإنسان يستطيع التنبؤ بالمستقبل، في حين أن الحقيقة هي أن الإنسان لا يمكنه استخدام سوى البيانات السابقة. لا علاقة له بالمستقبل.
طازج:
لا ينبغي لكل خبر أن يبشر بالابتكار على المستوى الفلسفي.
كما أن تأكيد نظريات النشوء وببساطة تراكم المعرفة الدقيقة حول الكائنات الحية المختلفة يستحق البحث.
صحيح أن تطوري جعلني أتوقع شيئًا أكثر طنانة بعد هذا العنوان، ولكن هذا مجرد مسألة عنوان، وبعد مزيد من التفكير، لست واضحًا إلى أي مدى من الممكن صياغة عنوان ينقل ما حدث وخفض التوقعات إلى المستوى الصحيح.
وهو متاح أيضًا على موقع Ynet
http://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-3732936,00.html
لقد نشروا بالفعل شيئًا مشابهًا قبل عام في مجلة Science.
أخبار من جاليليو عن الدراسة السابقة:
https://telem.openu.ac.il/courses/c20237/Pavlovbact-g.htm
إلى المحرر: آفي بيليزوفسكي
لماذا لا توجد إشارة مباشرة إلى المصدر الذي نسخت منه المقالة؟
لا يوجد أي ابتكار في هذا البحث، بل هو ببساطة تكيف البكتيريا مع البيئة، في عملية تطورية طبيعية. إنه مثل القول بأن البشر ولدوا بأيدي لأنهم تنبأوا بالمستقبل حيث سيكون من المهم بالنسبة لهم العمل بها.
لا يوجد تعلم هنا، على الأقل ليس بالمعنى المعتاد للكلمة.
جائزة نوبل؟