อาณาจักรมอเนอรา (Kingdom Monera)
สิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกที่มีคุณสมบัติตามทฤษฎีเซลล์ (Cell theory) ของเทโอดอร์ ชวานน์ (Theodor Schwann) กับ มาเทียส ชไลเดน (Matthias Schleiden) ที่ปรากฏบนโลกใบนี้น่าจะ เป็นสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ใน กลุ่มของแบคทีเรีย ซึ่งทิ้งร่องรอยไว้ในรูปของฟอสซิลที่มีอายุราว 3,800 ล้านปีดังเช่นการค้นพบร่องรอยของ Isosphaera โดย Hans Pflug และ H. Jaeschke- Boyer ในปี 1979 จากชั้นหินใน Greenland นอกจากนั้นยังมีการค้นพบร่องรอยของ Eobacterium isolatum (ซึ่งหมายถึง solitary dawn bacterium) ของ E.S. Barghoorn และ J.W.
Schopf จาก Gunflint chert ทางตอนเหนือของ Minnesota ในปี 1965 (ตีพิมพ์ใน Science. (1965). Microorganisms from the Gunflint Chert. vol. 147, p. 563-577.)การค้นพบร่องรอยของ Microfossil อีกชนิดหนึ่งคือ Archaeospheroides barbertonensis ซึ่งพบในแถบเทือกเขา Barberton ประเทศ Swaziland ซึ่งพบในชั้นหินที่มีอายุราว 3,200 ล้านปี
ภาพ แสดงความสัมพันธ์และระยะเวลาการเกิดสิ่งมีชีวิต
อาร์เคีย (Archaea)
สิ่งมีชีวิตในโลกนี้มีหลายชนิดหากพิจารณาแบ่งกลุ่มจากลักษณะของเซลล์ และข้อมูลทางชีวโมเลกุล รวมถึง
รูปแบบการดํารงชีวิตเบื้องต้นจะสามารถแบ่งสิ่งมีชีวิตได้เป็น 3 Domains คือ Archaea Bacteria (Eubacteria) และ Eukaryota (Eukarya)
ภาพ แสดงการแบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็น 3 Domains
ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการจัดกลุ่มของ R. H. Whittaker (1959) แล้วจะพบว่าสมาชิกในอาณาจักรโมเนอรา จะประกอบด้วยสมาชิกใน 2 Domains คือ Archaea และ Eubacteria
ภาพ ความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต แม้ว่า Archaea จะมีความหมายในชื่อว่าเป็นสิ่งมีชีวิต “โบราณ” แต่เมื่อพิจารณาในระดับชีวโมเลกุลแล้วArchaea กลับมีลักษณะหลาย ๆ อย่างคล้ายคลึงกับ Eukarya เช่น ribosome ที่พบใน Archaea แม้จะเป็น70S แต่กลับมีโครงสร้างคล้ายกับ 80S ribosome ของ Eukarya และ Archaea ยังสร้างโปรตีนหลาย ๆชนิดที่มีลักษณะคล้ายกับโปรตีนของ Eukarya เช่น RNA polymerase รวมถึงโปรตีนที่มีลักษณะใกล้เคียงกับHistone protein นอกจากนั้น Promoter ของ Archaea ยังมีความใกล้เคียงกับ Eukarya มากกว่าEubacteria ดังแสดงในภาพ
แบคทีเรีย (Bacteria)
โครงสร้างของแบคทีเรีย
ผนังเซลล์ (cell wall) มีความแข็งแรงล้อมรอบทำให้เซลล์คงรูปร่างอยู่ได้ผนังเซลล์ประกอบด้วยสารพอลิแซ็กคาไรด์ โปรตีน และไขมัน เรียกว่า เพปติโดไกลแคน (peptidoglycans) เกิดจากสาร 2 ตัวจับกันคือ NAG (N-acetylglucosamine) และ NAM (N-acetylmuramic acid)
เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane) อยู่ถัดผนังเซลล์ ทำหน้าที่ ลำเลียงสารเข้าสู่เซลล์โดยกระบวนการแอกทีฟทรานสปอร์ต (active transport)
แคปซูล (capsule) เป็นชั้นล้อมรอบผนังเซลล์อีกที่หนึ่งอาจประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ กาแล็กโทส ฟรักโทส กลูโคส กรดยูโรนิก และกรดอะมิโน พบแคปซูลในแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้น แบคทีเรียที่มีแคปซูลมักทำให้เกิดโรครุนแรง
แฟลเจลลา (flagella) เป็นโครงสร้างใช้ในการเคลื่อนที่แบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นพวกที่เคลื่อนที่ได้ (motile) แฟลเจลลาประกอบด้วยเส้นใยเล็ก ๆ (fibril) เส้นเดี่ยว ๆ รวมเป็นมัดแบคทีเรียอาจมีแฟลเจลลา 1 เส้นจนถึงหลายร้อยเส้น ตำแหน่งของแฟลเจลลาอาจอยู่ที่ปลายข้างหนึ่งของเซลล์หรือที่ปลายทั้งสองข้างหรืออยู่รอบ ๆ เซลล์
เอนโดสปอร์ (endospore) เป็นโครงสร้างที่พบในแบคทีเรียบางชนิดเอนโดสปอร์มีผนังแข็งแรงสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมได้เช่นความร้อนความแห้งแล้งสารเคมีต่าง ๆ ในขณะที่เซลล์ปกติ (vegetative cell) จะตายเสียก่อนเมื่อเอนโดสปอร์ตกในสภาพแวดล้อมเหมาะสมจะเจริญเป็นเซลล์ปกติได้การสร้างเอนโดสปอร์จะสร้างเพียง 1 เอนโดสปอร์ต่อ 1 เซลล์ ดังนั้นจึงไม่ถือว่าเป็นการสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย
พลาสมิด (plasmid) เป็น DNA ที่อยู่นอกโครโมโซมของแบคทีเรียพลาสมิดมีหลายชนิดบางชนิดควบคุมการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมบางชนิดควบคุมการดื้อยาปฏิชีวนะต่าง ๆ เช่น ยาเพนิซิลลิน สเตรปโตมัยซิน กานามัยซิน เป็นต้น ลักษณะของพลาสมิดเป็น DNA วงแหวนและเป็นเกลียวคู่สามารถจำลองตัวเองได้และสามารถถ่ายทอดไปสู่แบคทีเรียอื่น ๆ ได้ด้วย
ในการพิจารณา rRNA เพื่อหาความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในเชิงวิวัฒนาการ จะทําให้จัดกลุ่มสิ่งมีชีวิตได้แบบหนึ่ง
Proteobacteria สิ่งมีชีวิตในกลุ่มนี้มีจํานวนมากและมีความหลากหลายสูง เป็นพวกแกรมลบ มีรูปแบบการดํารงชีวิตหลากหลายตั้งแต่ photoautotrophs chemoautotrophs และ heteroautotrophs แบคทีเรียพวกนี้มีทั้งพวกที่ใช้ออกซิเจน (aerobic) และไม่ใช้ออกซิเจน (anaerobic)
Chlamydias เป็นพวกปาราสิตที่อาศัยอยู่ได้เฉพาะในเซลล์ของสัตว์ โดยอาศัยเซลล์ของ host เป็นแหล่งของ ATP ผนังเซลล์ที่เป็นแกรมลบของ Chlamydias จะต่างจากพวกอื่นคือ ไม่มี peptidoglycan ตัวอย่างที่สําคัญที่รู้จักกันดี คือ Chlamydias trachomatis เป็นเชื้อโรคที่ก่อให้เกิดตาบอด และเป็นสาเหตุของโรคหนองในเทียม (nongonococcal uretritis) ซึ่งเป็นโรคที่ติดต่อทางเพศสัมพันธ์
Spirochetes แบคทีเรียพวกนี้บางชนิดจะเป็นเกลียวที่ยาวถึง 0.25 มิลลิเมตร แต่ก็จะบางในระดับที่ต้องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ เคลื่อนที่โดยวิธีการควงสว่าน หลายชนิดดํารงชีวิตแบบอิสระ บางชนิดก่อให้เกิดโรค เช่นTreponema pallidum ที่ก่อให้เกิดโรคซิฟิลิส
Gram Positive Bacteria แบคทีเรียในกลุ่มนี้จะเป็นแกรมบวกทั้งหมด แต่ก็มีบางพวกที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับพวกแกรมลบ ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือ actinomyces เป็นพวกที่เซลล์เรียงต่อกันเป็นสายคล้ายเชื้อราactinomyces บางชนิดก่อให้เกิดโรคเช่น เชื้อวัณโรคและโรคเรอนื้ บางชนิดที่ดํารงชีวิตอย่างอิสระจะก่อให้เกิด
การเน่าสลายของสารอินทรีย์ในดิน ก่อให้เกิดกลิ่นที่แสดงถึงความอุดมสมบูรณ์ของดิน แบคทีเรียใน Genus Streptomyces ถูกนํามาใช้ในการผลิตยาปฏิชีวนะโดยเฉพาะ Streptomycin
Cyanobacteria เป็นพวก photoautotrophs สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงให้แกสออกซิเจน มีทั้งพวกที่เป็นเซลล์เดี่ยว และอยู่เป็น colony Cyanobacteria จะมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ในที่ ๆ มีความชื้น เป็นแหล่งผลิตอาหารที่สําคัญในระบบนิเวศ มีหลายชนิดที่สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้เช่น Nostoc และAnabaena
อย่างไรก็ตามตําราส่วนใหญ่จะจําแนกสิ่งมีชีวิตในอาณาจักรโมเนอราออกเป็น 2 ดิวิชั่นคือSchizophyta และ Cyanophyta
Division Cyanophyta หรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ําเงิน (Blue green algae) เป็นแบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์อาหารด้วยแสงได้จึงถูกจัดเป็นพวก Photoautotrophs เช่นเดียวกับ อาร์เคีย แบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นที่สามารถสังเคราะห์อาหารด้วยแสงได้ Cyanobacteria มีกระบวนการสังเคราะหอาหารด้วยแสง(Photosynthetic pathway) ใกล้เคียงกับสาหร่ายและพืชชั้นสูงอาจเนื่องด้วยการมีรงควัตถุเป็นแบบเดียวกับสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น (แต่รงควัตถุของ Cyanobacteria จะกระจายไปใน cytoplasm ไม่ได้อยู่รวมกันใน Plastid อย่าง Chloroplast) ซึ่งแตกต่างจากรงควัตถุของ Photosynthetic bacteria อื่นที่มักจะเป็นBacteriochlorophyll และแตกต่างจาก Archaea ที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ เนื่องจากมีรงควัตถุพวกBacteriorhodopsin ดังนั้น Cyanobacteria จึงเป็น autotroph ที่สําคัญในแหล่งน้ําที่มีออกซิเจนสูง (ถ้าแหล่งน้ํามีออกซิเจนต่ําจะพบ Photosynthetic bacteria) รงควัตถุที่พบใน Cyanobacteria ส่วนใหญ่มีทั้ง Chlorophyll a และ phycobiliproteins โดยPhycobiliproteins (เช่น phycocyanin phycorythin) จะจัดเรียงอยู่ใน phycobilisomes (โครงสร้างแบบ hemispherical ที่ติดอยู่กับ photosystem II ) และมีบางชนิดที่มีทั้ง Chlorophyll a and b
สามารถพบ Cyanobacteria ได้ทั่วไปทั้งในแหล่งน้ําจืด น้ําเค็ม ความร้อนสูง เย็นจัด ความชื้นและแห้งแล้ง บางชนิดอยู่ร่วมกับเชื้อราก่อให้เกิดรูปแบบการดํารงชีวิตที่พิเศษออกไป โดยเรียกสิ่งมีชีวิตที่อาศัยร่วมกันนี้ว่า “ไลเคนส์ (Lichens)”
ลักษณะโดยทั่วไปของ Cyanobacteria ไม่ต่างจาก Bacteria อื่นคือ เป็น Prokaryotic cell ดังนั้นจึงไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส และไม่มีออร์กาเนลที่มีเยื่อหุ้ม มี Ribosome เป็นแบบ 70S และมีผนังเซลล์เป็น peptidoglycan (แต่อาจพบเยื่อเมือก cellulose pectin ปกคลุมผนังเซลล์ด้วย)
Cyanobacteria เป็นพวกไม่มี flagella จึงไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยตนเอง รูปร่างอาจเป็นเซลล์เดี่ยวเซลล์กลุ่ม เช่น ครูโอคอคคัส (Chroococcus) แอนาซีสทีส (Anacystis) หรือเซลล์เป็นสายเช่น นอสตอก(Nostoc) ออสซิลลาทอเรีย (Oscillatoria) แอนาบีนา (Anabaena) สไปรูไลนา (Spirulina) ลักษณะอื่น ๆของ Cyanobacteria คือ ภายในเซลล์ไม่มีเม็ดคลอโรพลาสต์มีแต่คลอโรฟิลล์เอ แคโรทีน (Carotine) แซนโทฟิลล์ (Xanthophyll) ไฟโคอิริทริน (Phycoerythirin) ซึ่งเป็น สารสีแดง ไฟโคไซยานิน (Phycocyanin) ซึ่งเป็นสารสีน้ําเงินจึงทําให้สาหร่ายชนิดนี้เป็นสีเขียวปนน้ําเงิน Cyanobacteria สะสมอาหารเป็นสารพวกคาร์โบไฮเดรตในรูปไกลโคเจน (Glycogen) ที่มีชื่อเฉพาะว่า ไซยาโนไฟเซียน สตาร์ช(Cyanophysean starch) การสืบพันธุ์มีเฉพาะการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเท่านั้นได้แก่ การแบ่งตัว (Binary fission) การหักหรือขาดเป็นสาย (fragmentation ) หรือสร้างเซลล์พิเศษที่เรียกว่า akinete
นอกจากมีบทบาทสําคัญในการเป็นผู้ผลิตให้กับระบบนิเวศ Cyanobacteria ยังมีบทบาทสําคัญในวัฏจักรไนโตรเจนอีกด้วย เนื่องจาก Cyanobacteria เช่น Nostoc Anabaena และ Osillatoria สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้ โครงสร้างที่ใช้ในการตรึงไนโตรเจนของแบคทีเรียกลุ่มนี้พัฒนาขึ้นมาจากเซลล์เซลล์หนึ่งให้มีผนังเซลล์ที่หนาขึ้นเพื่อสร้างสภาวะ Anaerobic environment ภายเซลล์ขึ้น (เนื่องจากเอนไซม์Nitrogenase ถูกยับยั้งการทํางานโดยออกซิเจน) เซลล์ที่หนาเป็นพิเศษนี้เรียกว่า Heterocysts
ด้วยคุณสมบัติความสามารถในการตรึงไนโตรเจนได้ Cyanobacteria จึงถูกนํามาใช้ในงานด้านการเกษตรอย่างกว้างขวางเช่น การเลี้ยงแหนแดงในนาข้าว (Anabaena ที่อยู่ในแหนแดงจะช่วยตรึงไนโตรเจน) นอกจากนั้นงานด้านอุตสาหกรรมอาหารได้หันมาพัฒนาการผลิตโปรตีนจาก Spirulina เพื่อใช้เป็นอาหารเสริม
Division Schizophyta เป็นแบคทีเรียที่พบทั่วไปทั้งในสิ่งแวดล้อม และที่ตัวสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีขนาดเล็กอาจมีความยาวเพียง 2-10 ไมโครเมตร และมีความกว้างเพียง 0.2-2.0 ไมโครเมตร รูปร่างของแบคทีเรียสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ ๆ คือ รูปร่างกลม (coccus) รูปร่างแบบแท่งยาว (bacillus) และรูปร่างแบบเกลียว (spirillum) แบคทีเรียบางชนิดมีโครงสร้างช่วยในการเคลื่อนที่เรียกว่า Flagella ซึ่งมีลักษณะเป็นเส้นใยจากโปรตีน flagellin ประกอบเป็นเส้นเดียว ที่ประกอบด้วย 3 ส่วนคือ ส่วนฐาน (basal body) ส่วนตะขอ (hook) และส่วนแส้ (filament) ซึ่งแตกต่างจาก Flagella ของ Eukaryote ที่ประกอบขึ้นจาก Microtubule ที่จัดเรียงตัวแบบ (9+2)
จากคุณสมบติของเซลล์แบบ Prokaryotic cell ทําให้แบคทีเรียมีเฉพาะออร์กาเนลที่ไม่มีเยื่อหุ้มอย่างRibosome ที่มีน้ําหนัก 70S และมีโครโมโซมเพียงหนึ่งชุดที่มีสารพันธุกรรมแบบ helical double strand circular DNA ซึ่งสารพันธุกรรมนี้ไม่มีโปรตีน Histone จับอยู่ และไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสห่อหุ้มเช่นกัน สารพันธุกรรมที่อยู่ใน cytoplasm นี้จะติดอยู่กับที่โดยยึดกับโครงสร้างที่เรียกว่า Mesosome (โครงสร้างที่เกิดจากการยื่นและพับทบของเยื่อหุ้มเซลล์เมื่อจะมการแบ่งเซลล์) ลักษณะคล้ายกับ Cristae ใน Mitochondria นอกจาก Bacterial chromosome แล้วยังอาจพบ Plasmid หรือ Extrachromosomal DNA ที่ช่วยเพิ่มลักษณะพิเศษให้กับแบคทีเรียอีกด้วยเช่น การดื้อยา การสร้างสารพิษ เป็นต้น
ภาพ เปรียบเทียบ Mesosome กับ Cristae และ Mesosome ในแบคทีเรีย
การสืบพันธุ์ของแบคทีเรียจะเป็นแบบ Transverse binary fission ซึ่งเป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเป็นการแบ่งเซลล์แบบ Mitosis เซลล์ที่เกิดใหม่ทั้งสองเซลล์จึงมีลักษณะที่เหมือนกันทุกประการ อย่างไรก็ตามแบคทีเรียบางชนิดมีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ โดยมีการส่งถ่ายสารพันธุกรรมผ่านโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า Sex pilli (หน้าที่ปกติของ Pilli คือการยึดเกาะกับพื้นผิวต่าง ๆ) กระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศนี้เรียกว่า Conjugation นอกจากนี้แบคทีเรียยังมีการรับสารพันธุกรรมแบบ Transformation และ Transduction
แม้ว่าแบคทีเรียบางชนิดจะมีการสร้าง Spore ที่เรียกว่า Endospore ในภาวะที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโต แต่การสร้าง endospore ดังกล่าวก็ไม่จัดว่าเป็นการสืบพันธุ์ (จัดเป็นเพียงการรักษาสภาพเพื่อดํารงชีวิตเท่านั้นเพราะจํานวนของแบคทีเรียเหล่านั้นไม่เพิ่มขึ้น)
ลักษณะเฉพาะตัวสำหรับแบคทีเรียที่ต่างไปจาก Archaea และ Eukarya คือ ผนังเซลล์ที่ประกอบด้วย peptidoglycan ซึ่งประกอบด้วยน้ําตาล 2 ชนิด คือ N-actyl glucosamine และ N-acytyl muramic acid นอกจากนั้นยังมี amino acid หลายชนิด และสามารถพบ lipoprotein lipopolysaccharide teichoic acid เป็นองค์ประกอบที่ผนังเซลล์ของแบคทีเรียบางชนิดได้ด้วย แบคทีเรียบางชนิดนอกจากจะมีผนังเซลล์ช่วยปกป้อง และคงรูปร่างเซลล์แล้วยังมีส่วนของ Capsule ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่งแบคทีเรียที่มี capsule สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม และทนต่อการทําลายของเม็ดเลือดขาวได้ดีกว่าชนิดที่ไม่มี
ขอขอบคุณข้อมูล https://sites.google.com/site/ruethairat2537/home/content2
