Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро. Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Бактерии как и все организмы прошли эволюционный путь развития с точки зрения эволюции они являются. а)высокоорганизованными б) организмами способными дать начало новой группе организмов в)примитивными г)не способными изменяться. пж дайте ответ.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
| Вход и регистрация | объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. |
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. |
| Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов | Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. |
Как шла эволюция бактерий
Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована. Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов , невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин. Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий [151]. Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории. К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus [152]. Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты подтипы бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной [153]. Взаимодействия с другими организмами[ править править код ] Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители [154] [155] Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами.
Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм , мутуализм и комменсализм , а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота , и их большие популяции придают запах телу [en]. Хищники[ править править код ] Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий [156] относится Myxococcus xanthus , формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию [157]. Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus [en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества [158]. Daptobacter проникает внутрь других бактериальных клеток и размножается в их цитозоле [159].
Вероятно, хищные бактерии произошли от сапрофагов , питающихся мёртвыми микроорганизмами, после того как приобрели приспособления для ловли и убийства других микробов [160]. Мутуалисты[ править править код ] Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания. Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты , такие как масляная и пропионовая кислоты , и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород. Бактерии из этой ассоциации не могут поглощать органические кислоты сами по себе, так как в ходе этой реакции образуется водород, накапливающийся вокруг. Только благодаря метаногенным археям концентрация водорода поддерживается достаточно низкой, чтобы позволить бактериям расти [161]. Многие бактерии являются симбионтами людей и других организмов. У человека от бактерий полностью свободны только кровь и лимфа [162].
Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165]. Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166]. Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям. Бактерии получают надёжную защиту и благоприятные условия для питания, а моллюскам свечение помогает в привлечении полового партнёра [171].
Асцидии вступают в симбиотические отношения с цианобактериями рода Prochloron [en] , который фиксирует CO2, а животное обеспечивает ему защищённое местообитание [172]. У жвачных животных в сложно устроенном желудочно-кишечном тракте обитает множество микроорганизмов, благодаря которым животные могут питаться почти что безбелковой пищей. Разрушать целлюлозу способны лишь некоторые бактерии, в результате деятельности которых образуются органические кислоты муравьиная , уксусная , пропионовая , масляная , которые и усваиваются животными. Выделяющиеся углекислый газ и водород обитающие тут же метаногены превращают в метан. В одной из секций сложного желудка жвачных, рубце , обитают не только бактерии, разрушающие целлюлозу, но также бактерии, расщепляющие крахмал , пектин , полисахариды и пептиды , сбраживающие разнообразные сахара , спирты , аминокислоты и жирные кислоты [173].
Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно.
В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа.
Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет. Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений? Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды.
Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений! Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация.
Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация. Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации — прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет.
Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай как и у всех позвоночных животных имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез в лимфоцитах , в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции. Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми.
Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим.
Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.. Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад. Эти доказательства были собраны путем секвенирования генов бактериальных нуклеоидов для реконструкции их филогении. Первое серьезное расхождение в филуме Thermotogales было между Thermotogaceae и Fervidobacteriaceae, однако, когда это произошло, еще предстоит определить.
Затем семейство Thermotogaceae разделилось на род Thermotoga и род Pseudothermotoga. Род Thermotoga представляет собой большинство существующих гипертермофилов и уникален тем, что они заключены во внешнюю мембрану, которую называют «тогой». Сегодня некоторые из существующих видов рода Thermotoga включают T. Thermotogale Phylogeny.
Фенотипические часы?
Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4]. А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях.
Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают». На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными. Рисунок 3. Изменение сходства существенных генов a и синтетических леталей b c ростом генетического расстояния.
Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая. Это говорит о высокой чувствительности синтетических леталей к изменениям бактериальных генотипов. Обнаруженное поведение долговременной фенотипической дивергенции бактерий напоминает молекулярные часы белковой эволюции [5]. Похоже, что подобно эволюции белков, тренды фенотипической дивергенции задаются как адаптацией бактерий к различным экологическим нишам, так и нейтральными изменениями. В каждой конкретной филогенетической линии и эволюционном контексте относительный вклад адаптивных и нейтральных изменений различен.
Метаболические фенотипы, существенные гены и синтетическая летальность дивергируют с разной скоростью и неодинаково чувствительны к изменению бактериальных генотипов. Возможно, многие другие фенотипические признаки, такие как способность синтезировать различные вещества, взаимодействовать с другими видами или противостоять специфическим изменениям окружающей среды, дивергируют тоже по-разному. Эта история может показаться немного недосказанной, что не умаляет нашей уверенности в том, что ускорение геномного и метагеномного секвенирования, а также неустанное совершенствование вычислительных методов аннотации генов очень скоро позволят отслеживать эволюцию различных фенотипических признаков на всём бактериальном филогенетическом пространстве или даже на всём дереве жизни.
Планета бактерий
К сожалению, это сложно. Любой человек с точки зрения геномики — это, в общем, одна и та же книжка. Если вы возьмете «Войну и мир» и увеличите ее в тысячу раз, там будет три миллиарда букв. Эти «опечатки» обеспечивают нашу индивидуальность и предрасположенность к болезням. Есть очень простые заболевания, как гемофилия у Романовых, причиной которой служит одна-единственная опечатка. Но на возникновение шизофрении или рака влияют десятки и сотни опечаток — пока вычленить все влияния не представляется возможным. С микробиомом то же самое. Получается, они разрушают всё наше уникальное сообщество бактерий? Возможно, это связано с аппендиксом.
Некоторые ученые утверждают, что аппендикс — это такой резервуар, маленький домик для нашей микрофлоры. Считается, что именно эта бактерия виновна в развитии язвы желудка О чем микробы говорят друг с другом [КШ] Почему разные страшные эпидемии обычно приходят из Африки? В Африке просто разнообразные условия и биоразнообразие очень большое. Это такая гигантская лаборатория, в которой можно обкатывать всякие новые варианты. И одна из причин, почему Африку так тяжело было завоевать или покорить. Европейская цивилизация развивалась в схожих климатических условиях. А когда вы движетесь с севера на юг, возникают новые климатические зоны с новыми микробами. То же самое в вытянутой с севера на юг Америке: майя, инки, ацтеки почти не общались друг с другом, потому что не могли пройти этот барьер — в новых природных условиях их убивали непривычные для их организма микробы.
Антибиотики ведь не люди изобрели — это вещества, с помощью которых микробы общаются друг с другом. Ученые всегда изучали бактерий в чистой культуре определенного вида, но в природе такого не бывает: у любого места обитания свой микробиом, сообщество разных микробов, где все зависят друг от друга. У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя». В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку.
Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики. В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают. А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне. Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов.
Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто. Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез. Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики.
Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико. Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты. Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения. Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч.
Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно. С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик. При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий. Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас. Прямо сейчас никто не вымирает. Новых болезней немного, а вот масса заболеваний, которые до недавних пор воспринимались как генетические или связанные с какими-либо дефектами, как выясняется, имеют бактериальную природу: от диабета до колитов и даже шизофрении — оказывается, чтобы завелись тараканы в голове, нужны кое-какие бактерии в животе.
Взять те же антибиотики: если они очищают от микробов какую-то нишу, где те спокойно жили, там обязательно заводится кто-нибудь другой.
Позже к числу возможных строматолитообразователей были отнесены миксомицеты. Дальнейшее изучение строматолитов позволило однозначно связать их образование с жизнедеятельностью колоний нитчатых цианобактерий. Это было показано в результате обнаружения остатков нитей в ископаемых строматолитах и подтверждено исследованиями их современных аналогов. Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что карбонатный тип осадконакопления в море наиболее обычен, однако в иных гидрохимических условиях формируются строматолиты фосфатные, кремнеземовые, железистые и пр.
Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого строматолита, представляет собой плотный многослойный "ковер" общей толщиной до 2 см; основу его составляют нитчатые либо пальмеллоидные цианобактерии, однако помимо них в формировании сообщества участвуют и другие бактерии. Маты существуют во многих районах мира, однако в современное время настоящие строматолиты существуют только в Акульем заливе на западном побережье Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов. Многослойная расцветка строматолитов может меняться в течении суток, поскольку обитатели нижних слоев могут подниматься в темное время наверх и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни.
Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Строматолиты обитали в соленых и пресных водах. В протерозое из строматолитов состояли огромные рифы мощностью в сотни метров. Отдельные глубоководные строматолиты достигали высоты 75 м. Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой и т.
Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще. Микростроматолиты строматолиты-столбики Министроматолиты - мельчайшие столбчатые строматолиты с диаметром столбиков Представительный комплекс раннепротерозойских министроматолитов имеет возраст 2. Следующий возрастной комплекс министроматолитов, развитый в раннем и начале среднего рифея 1. В целом рифейские министроматолиты однообразнее раннепротерозойских из-за исчезновения одной сложно построенной надродовой дорифейской группировки, преобладания в рифее форм с цилиндрическими вертикальными колонками и появления короткостолбчатых построек, связанных протяженными наслоениями. Наряду с этим, рифейские министроматолиты проявляют явную тенденцию к уменьшению диаметра и высоты колонок и к увеличению количества переходных мостиков.
Имеются и возрастом 775 млн. Тенденции морфологических изменений министроматолитов, зафиксированные в протерозое, не находят продолжения в их раннепалеозойском комплексе и не совпадают с тенденциями изменения протерозойского комплекса столбчатых строматолитов обычной размерности. Поэтому можно предполагать, что ответственность за формирование каждого из упомянутых комплексов несли специфические ассоциации микроорганизмов. Prochlorales — «дохлорофильные дробянки» — порядок прокариот, обычно относимый к царству бактерий, отличительной особенностью представителей которого является способность к оксигенному фотосинтезу, сходному с таковым у цианобактерий при отличном от цианобактерий составе фотосинтезирующих пигментов. Возможно, вместе с цианобактериями участвовали в строительстве строматолитов.
В силу своей редкости прохлорофиты не имеют какого-либо существенного практического значения, однако представляют немалый научный интерес как возможные «предки» хлоропластов эукариот. Предполагается, что симбиоз каких-то других прокариот с прохлорофитами дал начало зеленым водорослям - предкам многоклеточных растений. Археобактерии археи - анаэробные бактерии От гипотетических протобионтов следует строго отличать археобактерии археи. Недавно они были признаны отдельной самостоятельной группой. Они настолько отличаются от всех остальных живых существ, что представляют собой целый "мир", отдельный от других бактерий эубактерий и организмов с ядросодержащими клетками эукариотов.
Кроме того, это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Царство архей ранее архебактерии , впервые описано в 1977 г. Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия известна лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому строится эволюционное дерево прокариот. Ветвь архей - это новая, неизвестная группа, степень родства которой с известными микробами можно определить только приблизительно, так как одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов. С точки зрения эволюционной теории эти существа подходят в качестве кандидатов, которые в наибольшей степени похожи на предполагаемые первые живые формы, так как окружающая их среда, вероятно, наиболее близка условиям раннего периода развития "остывающей" Земли с многочисленными вулканическими процессами.
В эту картину хорошо вписывается и встречающееся у некоторых особей, рассматриваемое как "первичное", серное дыхание энергия выделяется при распаде H2S на Н2, и S. Поэтому эту группу и назвали "археобактерии" древние бактерии. Есть мнение, что от археобактерий произошли независимо как эубактерии, так и эукариоты [серобактерии, азото-фосфорные бактерии, "экстремальные" микробактерии и ультрамикробактерии - археи? Геном архебактерий Царство архебактерий представляет собой своеобразную и наименее изученную таксономическую группу прокариот. По своей морфологии Archeabacteria похожи на эубактерии, но на молекулярном уровне они сближены с эукариотами.
Эти микроорганизмы рассматривают как прокариотические эволюционные предшественники эукариот. Архебактерия Methanococcus jannaschii, первичная структура генома которой была определена в 1996 г.
Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений. Большинство бактерий бесцветны. Однако некоторые из них окрашены в красный, зеленый, синий и прочие цвета, что обусловлено пигментами, которые содержатся в цитоплазме, и веществами в слизистой капсуле.
Источник: Foxford. Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их. Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло?
Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы.
Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве. Бактерии практически всеядны. За миллиарды лет эволюции они научились питаться светом, нефтью, газом, антибиотиками и даже пластиком. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина?
Вирусы как эволюционный фактор
Разрабатывая систематику животных, Ламарк совершенно правильно подметил основное направление эволюционного процесса — постепенное усложнение организации от низших форм к высшим градация. Но причиной градации Ламарк считал заложенное всевышним стремление организмов к совершенствованию, что в корне неверно. Выдающаяся заслуга Ламарка заключается в создании первого эволюционного учения. Он отверг идею постоянства видов, противопоставив ей представление об изменяемости видов. Его учение утверждало существование эволюции как исторического развития от простого к сложному. Впервые был поставлен вопрос о факторах эволюции. Ламарк совершенно правильно считал, что условия среды оказывают важное влияние на ход эволюционного процесса. Он был одним из первых, кто верно оценил значение времени в процессе эволюции и отметил чрезвычайную длительность развития жизни на Земле. Однако Ламарк допустил серьезные ошибки прежде всего в понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего всему живому стремления к совершенству.
Он также неверно понимал причины возникновения приспособленности, прямо связывал их с влиянием условий окружающей среды. Это породило очень распространенные, но научно совершенно не обоснованные представления о наследовании признаков, приобретаемых организмами под непосредственным воздействием среды. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина Выделяют такие факторы эволюционного процесса: наследственная изменчивость, естественный отбор, дрейф генов, изоляция, миграция особей и др. Основные принципы эволюционного учения Ч. Дарвина сводятся к следующим положениям: 1. Каждый вид способен к неограниченному размножению. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности беспредельного размножения.
Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства. Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга совокупностью признаков. В природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые имеют наиболее удачное для данных условий сочетание признаков, то есть лучше приспособлены. Избирательное выживание размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором. Под действием естественного отбора находящиеся в разных условиях группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды принцип расхождения признаков.
Эволюционная теории Дарвина совершила переворот в биологической науке. На основе изучения гигантского материала, собранного во время путешествия на корабле УБиглФ, Дарвину удается вскрыть причины изменения видов. Изучив геологию Южной Америки, Дарвин убедился в несостоятельности теории катастроф и подчеркнул значение естественных факторов в истории земной коры и ее животного и растительного населения. Благодаря палеонтологическим находкам он отмечает сходство между вымершими и современными животными Южной Америки. Он находит так называемые переходные формы, которые совмещают признаки нескольких современных отрядов. Таким образом был установлен факт преемственности между современными и вымершими формами. На Галапагосских островах он нашел нигде более не встречающиеся виды ящериц, черепах, птиц. Они близки к южноамериканским.
Галапагосские острова имеют вулканическое происхождение, и поэтому Ч. Дарвин предположил, что виды попали на них с материка и постепенно изменились. В Австралии его заинтересовали сумчатые и яйцекладущие, которые вымерли в других местах земного шара. Австралия как материк обособилась, когда еще не возникли высшие млекопитающие. Сумчатые и яйцекладущие развивались здесь независимо от эволюции млекопитающих на других материках. Так постепенно крепло убеждение в изменяемости видов и происхождении одних от других. Однако в естественных условиях численность взрослых особей каждого вида длительно сохраняется примерно на одном уровне, следовательно, большинство появляющихся на свет особей гибнет в борьбе за существование — внутривидовой, межвидовой и в борьбе с неблагоприятными абиотическими факторами условиями неживой природы. Сопоставив два вывода — о перепроизводстве потомства и о всеобщей изменчивости, Дарвин пришел к главному заключению: больше шансов выжить и достичь взрослого состояния имеют особи, отличающиеся от множества других какими-либо полезными свойствами.
Так был открыт принцип естественного отбора как главной движущей силы эволюции. Хотя эволюция протекает как единый процесс, обычно выделяют два уровня — микроэволюционный и макроэволюционный. Процессы, протекающие на популяционном и внутривидовом уровне, называют микро эволюцией, на уровне выше видового — макро эволюцией. Биополимеры - белки. Полимеры- высокомалекулярные соединения состоящие из молекул мономеров. Мономеры- низкомалеккулярные соединения. Регулярные полимеры- молекула состоит из мономеров одного вида. Нерегулярные полимеры- молекула состоит из мономеров нескольких видов.
Белки- это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислот — 20 видов из них 8 незаменимые, не синтезируются в организме человека, а поступают в него вместе с пищей. Нуклеиновые кислоты. Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Нуклеотиды, входящие в состав РНК, содержат пяти-углеродный сахар — рибозу, одно из четырех органических соединений, которые называют азотистымиоснованиями: аденин, гуанин, цитозин, урацил А, Г, Ц, У — и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пяти-углеродный сахар — дезоксирибозу, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин А, Г, Ц, Т —и остаток фосфорной кислоты. В составе нуклеотидов к молекуле рибозы или дезокси-рибозы с одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой — остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и органических фосфатов, а боковые группы этой цепи — четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований. Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Гвсегда расположено азотистое основаниеЦ. А аденин — Т тимин Т тимин — А аденин Г гуанин — Ц цитозин Ц цитозин -Г гуанин Эти пары оснований называют комплиментарными основаниями дополняющими друг друга. Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другуФ называют комплиментарными нитями. Расположение четырех типов нуклеотидов в цепях ДНК несет важную информацию.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, то есть их первичную структуру. Набор белков ферментов, гормонов и др. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их в поколения потомков. Другими словами, ДНК является носителем наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток. Однако небольшое их количество содержится в митохондриях и хлоропластах. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков.
Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов — рибосом — идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы — рибоза и вместо тимина — урацил. Значение РНК определяется тем, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков. Удвоение ДНК. Перед каждым клеточным делением при абсолютно точном соблюдении нуклеотидной последовательности происходит самоудвоение редупликация молекулы ДНК. Редупликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается. Это происходит под действием фермента ДНК-полимеразы в среде, в которой содержатся свободные нуклеотиды.
Каждая одинарная цепь по принципу химического сродства А-Т, Г-Ц притягивает к своим нуклеотидным остаткам и закрепляет водородными связями свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплиментарной цепи. В результате получаются две молекулы ДНК, у каждой из них одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной, то есть две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов — главная причина борьбы за существование. Виды борьбы за существование. Внутривидовая борьба. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорна между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности. Широкое распространение в природе конкуренции организмов за ограниченные ресурсы — типичный способ естественного отбора, благоприятствующего победителям в конкуренции.
Кроме того, естественный отбор может осуществляться и без непосредственной конкуренции, например вследствие действия неблагоприятных факторов среды. Способность переносить низкие и высокие температуры, воздействие других параметров среды также приводит к выживанию более приспособленных или к их более успешному размножению. Иногда косвенные формы борьбы за существование дополняются прямой борьбой. Примером могут служить турнирные бои самцов за право обладать гаремом. Взаимоотношения особей в пределах вида не ограничиваются борьбой и конкуренцией, существует также и взаимопомощь. Межвидовая борьба. Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания.
В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо, наконец, их территориальное разобщение. Межвидовая борьба ведет к экологическому и географическому разобщению видов. При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита — тоже примеры межвидовой борьбы. Борьба с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор оценивает прежде всего фенотип особи. Поскольку за одинаковыми фенотипами могут скрываться различные генотипы например, АА и Аа при полном доминировании , то сходные фенотипы, наиболее приспособленные к конкретной ситуации, могут формироваться на различной генетической основе.
Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других — рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом. Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования. Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др. Направление, в котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве.
У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски — бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор — единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами. Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой АТФ. Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений например, у люминесцентных бактерий , то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии.
Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20—30 сокращений. При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ. После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны. Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов. Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий.
Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов. То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут. Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ. Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ.
Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей. Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы. Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2 кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов.
Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление тепло кровности — все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествовавших классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение Уразумного типаФ, позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата.
Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых сосущий, колющий, грызущий они приспособились к питанию самой разнообразной пищей Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания. Аллогенез — путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания.
Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб. Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез. В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций.
Просвечивающая электронная микрофотография Desulfovibrio vulgaris [en] , виден единственный жгутик на конце клетки. Масштабная линейка 0,5 мкм Многие бактерии подвижны и перемещаются за счёт разных механизмов. Чаще всего для движения используются жгутики — длинные филаменты, которые вращаются, подобно пропеллеру [123] , за счёт особого мотора у их основания.
Движущей силой для мотора является электрохимический градиент клеточной мембраны [124]. В состав бактериального жгутика входят около 20 белков, а ещё 30 белков необходимы для регуляции его работы и сборки [123]. Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А — монотрих, B — лофотрих, C — амфитрих, D — перитрих С помощью жгутиков бактерии могут двигаться по-разному. Многие бактерии, например, кишечная палочка Escherichia coli , могут двигаться вперёд или кувыркаться. За счёт кувыркания клетка меняет направление своего движения, которое представляет собой случайное блуждание в трёхмерном пространстве [125]. Количество и расположение жгутиков различно у разных видов. У некоторых бактерий есть всего один жгутик монотрихи , у других два жгутика располагаются на двух противоположных концах клетки амфитрихи , у третьих на полюсах клетки находятся пучки жгутиков лофотрихи , а у четвёртых жгутики покрывают всю поверхность клетки перитрихи. У спирохет жгутик находится в периплазматическом пространстве между двумя мембранами.
Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении [123]. Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям [en] англ. При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд [127]. Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис. К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис , фототаксис , энергетический таксис и магнитотаксис [128] [129] [130]. Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел. Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов [en] Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет , который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризацию актина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд [131].
Коммуникация[ править править код ] У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами , и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам [132]. Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным [133] [134]. Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида [134]. Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя чувство кворума. За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы [en] или феромоны , концентрация которых повышается по мере роста популяции [135].
Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий. Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике. К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ.
Иными словами, у микобактерий имеется большая ненаследственная изменчивость по устойчивости к антибиотикам. Микобактерии фактически создают фенотипическое разнообразие при каждом делении, не меняя своего генома. Цианобактерии сине-зеленые водоросли, цианеи Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли лат.
Cyanobacteria, от греч. Сине-зеленая окраска обусловлена пигментами - хлорофиллом и фикоцианином. Размножение бесполое. Обитают чаще в пресных водах, но могут жить в морях, океанах, почве, горячих источниках. Некоторые съедобны. Цианобактерии, вместе с хлороксибактериями, относят к подцарству оксифотобактерий. Эти бактерии имеют одиночные и колониальные формы. Колонии создают органогенные известковые постройки строматолиты. Цианобактерии могут использовать как солнечную энергию автотрофность , так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ гетеротрофность. В периферической части клеток цианобактерий диффузно распределены синий и бурый пигменты, определяющие в сочетании с хлорофиллом сине-зеленый цвет этих организмов.
Некоторые цианобактерии могут иметь дополнительные пигменты, изменяющие их характерный цвет до черного, коричневого, красного. Цвет Красного моря определяется широким распространением в нем пурпурно пигментированных сине-зеленых. Цианобактерии наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых строматолиты, возраст более 3,5 миллиардов лет обнаружены на Земле. Они были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Сравнительно крупные размеры клеток и физиологическое сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе водорослей «синезелёные водоросли», «цианеи». За то время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах. Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 штаммов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств, однако до сих пор некоторые ботаники, отдавая дань традиции, склонны относить цианобактерии к водорослям. Единственные, наряду с прохлорофитами, бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу, предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей прохлорофиты по этой теории имеют общих предков с хлоропластами прочих водорослей и высших растений. Сине-зелёные водоросли выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод.
Они замечательны тем, что способны использовать атмосферный азот и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода. В отличие от фотосинтезирующих бактерий, цианобактерии при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным источником свободного кислорода в атмосфере Земли, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы. Строматолиты ископаемые цианобактериальные маты Строматолиты др. Следует иметь ввиду, что вещество, из которого построен строматолит, не создается матом; последний лишь структурирует естественное осадконакопление. На ранних стадиях изучения строматолиты ассоциировались с остатками многоклеточных эукариот — губками, кораллами или мхами. По степени сложности они более всего напоминали исследователям скелеты многоклеточных эукариот. Позже к числу возможных строматолитообразователей были отнесены миксомицеты. Дальнейшее изучение строматолитов позволило однозначно связать их образование с жизнедеятельностью колоний нитчатых цианобактерий.
Это было показано в результате обнаружения остатков нитей в ископаемых строматолитах и подтверждено исследованиями их современных аналогов. Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что карбонатный тип осадконакопления в море наиболее обычен, однако в иных гидрохимических условиях формируются строматолиты фосфатные, кремнеземовые, железистые и пр. Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого строматолита, представляет собой плотный многослойный "ковер" общей толщиной до 2 см; основу его составляют нитчатые либо пальмеллоидные цианобактерии, однако помимо них в формировании сообщества участвуют и другие бактерии. Маты существуют во многих районах мира, однако в современное время настоящие строматолиты существуют только в Акульем заливе на западном побережье Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов. Многослойная расцветка строматолитов может меняться в течении суток, поскольку обитатели нижних слоев могут подниматься в темное время наверх и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни. Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась.
Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166]. Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям. Бактерии получают надёжную защиту и благоприятные условия для питания, а моллюскам свечение помогает в привлечении полового партнёра [171]. Асцидии вступают в симбиотические отношения с цианобактериями рода Prochloron [en] , который фиксирует CO2, а животное обеспечивает ему защищённое местообитание [172]. У жвачных животных в сложно устроенном желудочно-кишечном тракте обитает множество микроорганизмов, благодаря которым животные могут питаться почти что безбелковой пищей. Разрушать целлюлозу способны лишь некоторые бактерии, в результате деятельности которых образуются органические кислоты муравьиная , уксусная , пропионовая , масляная , которые и усваиваются животными. Выделяющиеся углекислый газ и водород обитающие тут же метаногены превращают в метан. В одной из секций сложного желудка жвачных, рубце , обитают не только бактерии, разрушающие целлюлозу, но также бактерии, расщепляющие крахмал , пектин , полисахариды и пептиды , сбраживающие разнообразные сахара , спирты , аминокислоты и жирные кислоты [173]. Целлюлозоразрушающие бактерии также населяют заднюю кишку термитов , образуя ацетат , который и усваивается насекомым [174]. В почве бактерии, входящие в состав ризосферы , осуществляют фиксацию азота, превращая его в различные азотсодержащие соединения [175]. Они являются единственной усваиваемой формой азота для многих растений, которые сами не могут фиксировать азот. Множество бактерий обнаруживается на поверхности и внутри семян [176]. Патогены[ править править код ] Раскрашенное изображение клеток Salmonella typhimurium красные в культуре клеток человека, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии Бактерии, паразитирующие на других организмах, называют патогенами. Патогенные бактерии являются причиной множества человеческих смертей и вызывают такие инфекции, как столбняк , брюшной тиф , дифтерия , сифилис , холера , пищевые отравления , проказа и туберкулёз. Патоген, вызывающий заболевание, может быть описан много лет спустя после описания самой болезни, как, например, произошло с Helicobacter pylori и язвенной болезнью желудка. Бактерии ответственны за многие болезни культурных растений бактериозы , в числе которых пятнистость листьев [177] , ожог плодовых культур и увядание. Бактериальную основу имеют такие заболевания домашнего скота , как паратуберкулёз , мастит , сальмонеллёз и сибирская язва [178] [179]. Каждый патоген характеризуется особыми взаимодействиями с организмом хозяина. Некоторые возбудители, такие как виды родов Staphylococcus и Streptococcus, вызывают кожные инфекции, пневмонию, менингит и даже сепсис , системный воспалительный ответ, переходящий в шок , массивную вазодилатацию сосудов и заканчивающийся смертью [180]. При этом те же самые микроорганизмы входят в состав нормальной микрофлоры человека и зачастую обитают на коже и внутри полости носа , не вызывая никакого заболевания. Другие бактерии всегда вызывают болезнь, например, риккетсии , которые являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри клеток организма-хозяина. Один вид риккетсий вызывает сыпной тиф , другой является возбудителем пятнистой лихорадки Скалистых гор. Другой род облигатных внутриклеточных паразитов, Chlamydia , включает возбудителей пневмонии, инфекций мочевыводящих путей и коронарной недостаточности [181]. Некоторые бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa , Burkholderia cenocepacia [en] и Mycobacterium avium , являются оппортунистическими патогенами и вызывают заболевания преимущественно у людей, страдающих от иммунодефицита или муковисцидоза [182] [183]. Бактериальные инфекции можно лечить антибиотиками, в числе которых выделяют бактерицидные препараты, которые убивают бактерии, и бактериостатики [en] , только подавляющие их рост. Существует несколько классов антибиотиков, которые действуют на процессы, которые есть у бактерии-патогена, но нет у организма-хозяина. Так, антибиотики хлорамфеникол и пуромицин подавляют работу бактериальной рибосомы, но не действуют на эукариотические рибосомы [184]. Антибиотики используются не только в медицине, но и в животноводстве для стимуляции роста животных, что стало причиной повсеместного распространения устойчивости к антибиотикам в популяциях бактерий [185]. Некоторые бактерии, например, молочнокислые бактерии Lactobacillus и Lactococcus [en] , наряду с дрожжами и плесневыми грибками в течение нескольких тысяч лет использовались людьми для приготовления продуктов брожения, в числе которых сыры, квашеная капуста , соевый соус , уксус , вино и йогурт [186] [187]. Способность бактерий разлагать разнообразные органические соединения находит применение в переработке отходов и биоремедиации. Бактерии, способные разрушать углеводороды нефти , часто используются для устранения разливов нефти [188]. После выброса нефти из танкера «Эксон Валдез» в 1989 году в проливе Принца Вильгельма на некоторых из близлежащих пляжей были разложены удобрения, чтобы способствовать росту бактерий, разрушающих углеводороды нефти.
Планета бактерий
3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
Этот организм поедает серу и водород и связывает свой углерод из углекислого газа. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни. Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийской вершине Апекс-Черт возле древних гидротермальных источников. Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли. Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории..
Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад. Эти доказательства были собраны путем секвенирования генов бактериальных нуклеоидов для реконструкции их филогении.
Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S. Рибосомы бактериальных клеток собраны в полисомы, образованные десятками рибосом. Цитоплазматические включения Бактериальные клетки могут иметь разнообразные цитоплазматические включения — газовые вакуоли, пузырьки, содержащие бактериохлорофилл, полисахариды , отложения серы и другие. Нуклеоид Бактерии не имеют структурно оформленного ядра.
Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом. Он представляет собой молекулу ДНК, сосредоточенную в ограниченном пространстве цитоплазмы. Молекула ДНК имеет типичное строение. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль. В отличие от эукариот, ДНК имеет кольцевую структуру, а не линейную. Молекулу ДНК бактерий отождествляют с одной хромосомой эукариот.
ДНК бактерий закреплена на цитоплазматической мембране в области мезосомы. Клетки многих бактерий имеют нехромосомные генетические элементы — плазмиды. Среди них различают F-фактор — плазмиду, контролирующую половой процесс. Жгутики Среди бактерий имеется много подвижных форм. Основную роль в передвижении играют жгутики. Жгутики бактерий только внешне похожи на жгутики эукариот, строение же их иное.
Они имеют меньший диаметр и не окружены цитоплазматической мембраной. Нить жгутика состоит из 3-11 винтообразно скрученных фибрилл, образованных белком флагеллином. У основания располагается крюк и парные диски, соединяющие нить с цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой. Движутся жгутики, вращаясь в мембране. Жгутики вызывают вращательное движение клеток бактерий по часовой стрелке, и они как бы ввинчиваются в среду. Жгутик может менять направление движения.
Напротив, этот живой организм состоит из сотен развитых и настолько запутанных систем, что человек до сих пор не смог разгадать все его секреты. Что и говорить об этих системах, когда эволюционисты не в силах объяснить происхождения даже структурной единицы белка. Теория эволюции, будучи не в состоянии найти последовательное объяснение происхождению наипростейшей молекулы клетки, оказалась в совершенно новом тупике в результате развития генетики и открытия нуклеиновых кислот, то есть ДНК и РНК. Молекула ДНК, находящаяся в ядре каждой из 100 триллионов клеток человека, содержит в себе уникальный план строения человеческого организма. Любая информация, касающаяся человека — от внешности до внутренних органов — зашифрована в ДНК. Молекулы, называемые нуклеотидами или же основаниями , выражаются заглавными буквами A, T, Г, Ц. Физические различия между людьми исходят из различных сочетаний этих букв.
Это своего рода информационный центр с алфавитом из четырех букв. Комбинации этих букв в ДНК определяют строение организма, вплоть до каждой детали. Информация о таких особенностях, как рост, глаза, волосы, цвет кожи, а также весь план 206 костей тела, 600 мышц, сеть из 10 тысяч окончаний слухового нерва, 2 миллионов рецепторов зрительного нерва, 100 миллионов нервных клеток и 100 триллионов клеток в целом — все это запланировано в ДНК каждой клетки. Если попытаться записать всю генетическую информацию на бумаге, то понадобится огромная библиотека, состоящая из 900 томов по 500 страниц в каждом. Однако эта информация неимоверного объема зашифрована на определенных участках ДНК, называемых «генами». Возможно ли случайное образование ДНК? Здесь нужно обратить внимание на то, что любая ошибка в последовательности нуклеотидов, составляющих ген, приводит к нарушению самого гена.
Если предположить, что организм человека состоит из 200 тысяч генов, то представить случайную упорядоченность и очередность миллионов нуклеотидов, составляющих ген, абсолютно невозможно. Биолог-эволюционист Фрэнк Салисбери по поводу этого говорит следующее: «Средняя молекула белка состоит примерно из трехсот аминокислот. В контролирующей его цепи ДНК содержится примерно 1000 нуклеотидов. Если учесть, что в одной цепи ДНК есть четыре вида нуклеотидов, то ряд в 1000 нуклеотидов может быть выстроен в 41000 вариантах. Число, находимое простым логарифмическим подсчетом, непостижимо человеческому разуму. А 10620 равно 1 с 620-ью нулями. Одиннадцать нулей после десяти — это уже триллион, тогда 620 нулей действительно непостижимо.
Невозможность случайного образования ДНК и РНК объясняет французский ученый-эволюционист Пол Огер: «По-моему, необходимо очень четко разделить две стадии относительно возникновения в результате случайной химической реакции такой сложной молекулы, как нуклеотид: образование отдельных нуклеотидов, что быть может и возможно, и серийное соединение их между собой. Вот это второе — невозможно. Эволюционист профессор доктор Али Демирсой относительно возникновения ДНК вынужден признаться в следующем: «Образование белка, ДНК и РНК маловероятно, а образование же цепи какого-либо белка маловероятно астрономически. Синтез же этих ферментов происходит согласно информации, закодированной в ДНК. Так как они взаимосвязаны, то при редупликации удвоении ДНК необходимо присутствие обоих в одно и то же время. Американский микробиолог Джакобсон говорит по этому поводу следующее: «При появлении первого живого организма необходимо было совокупное присутствие всех механизмов, способных обеспечить необходимыми материалами и энергией, реализовать планы размножения, определить последовательность роста и трансформировать информацию в процесс развития. Комбинация всего этого не может осуществиться случайно.
Уатсоном и Ф. Однако, несмотря на развитие науки, этот вопрос остается неразрешимой проблемой для эволюционистов. Уатсон и Ф. Крик с моделью молекулы ДНА. Немецкие ученые Junken и Schеrer обнаружили, что синтез всех жизненно необходимых молекул требует отдельных условий. По мнению тех же ученых, это говорит о том, что нет шансов на присутствие в одном месте. Нет ни одного опыта, в котором можно было бы получить все молекулы, необходимые для химической эволюции.
Следовательно, различные молекулы должны быть произведены в разных местах при соответствующих условиях, защищаясь от вредных факторов, таких как гидролиз и фотолиз, и транспортированы на другие участки новых реакций. Здесь не может быть и речи о случайности, потому что нет никакой вероятности осуществления такого явления. Одним словом, теория эволюции не смогла доказать ни один эволюционный процесс, который якобы осуществлялся на молекулярном уровне. Развитие же науки, вместо того, чтобы ответить на эти вопросы, напротив, усугубляет их и заводит в полный тупик. Но эволюционисты верят в этот невозможный сценарий, как в научно доказанную истину. Потому что они обусловили себя отрицанием творения, и им не остается ничего другого, как верить в невозможное. Известный австралийский микробиолог Майкл Дентон в своей книге «Evolution: A Theory in Crisis» «Эволюция: теория в кризисе» объясняет этот случай cледующим образом: «Структура генетической программы высших организмов равна информации в миллиард битов компьютерная единица или же длине всех букв, содержащихся в тысяче томов маленькой библиотеки.
Утверждать, что многочисленные сложные функции, контролирующие и определяющие развитие триллионов клеток комплексного организма, образовались в результате случайного процесса, будет своего рода натиском на человеческий разум. Но дарвинист признает эту точку зрения без малейших признаков сомнения. Выяснилось, что все «опыты с первичной атмосферой», проведенные эволюционистами Поннамперума, Миллером и Фоксом, на самом деле недействительны. Это послужило началу новых эволюционионных поисков в 80-е годы нашего столетия. В конце концов, был написан сценарий «Мир РНК», согласно которому сначала якобы образовалась РНК, содержащая информацию о белке, а затем и сам белок. Согласно сценарию, выдвинутому в 1986 году химиком Уолтером Гилбертом из Гарварда, миллиарды лет назад непонятно каким образом случайно образовалась молекула РНК, способная скопировать саму себя. Затем молекула РНК под воздействием внешних факторов сразу же начала производить белки.
Потом возникла потребность сохранять информацию в какой-либо другой молекуле, и таким же непонятным образом образовалась молекула ДНК. Этот сценарий, который даже трудно вообразить, состоит из цепочки невероятностей на каждой стадии, и вместо того, чтобы объяснить начало жизни, еще больше усугубляет этот вопрос и ставит на повестку. Если необъяснимо случайное образование даже одного нуклеотида, составляющего РНК, тогда как же воображаемые нуклеотиды, соединившись в определенном порядке, образовали РНК? Как первоначально возникла РНК? И как произойти синтезу РНК до возникновения жизни на Земле, если даже в лабораториях, при лучших условиях, осуществить синтез РНК и ее частей в крайней степени трудно? Предположим случайное образование РНК. Но тогда как же РНК, состоящая из одной цепи нуклеотида, решила скопировать саму себя и с помощью какого механизма сделала это?
Откуда она взяла нуклеотиды, которые будут использоваться в копировании самой себя? Микробиологи-эволюционисты Джеральд Джойс и Лесли Оргел объясняют безнадежность данной ситуации следующим образом: «Споры сводятся к одному тупику: легенда о воображаемой РНК, вышедшей из сложного бульона полинуклеотидов и сразу же начавшей себя копировать... Это понятие противоречит не только предбиологической prebiotiс химии, но и уничтожает слишком оптимистическую мысль о возможности РНК копировать саму себя. Для возникновения жизни все эти перечисленные молекулы должны присутствовать одновременно в одном и том же месте. Этот факт вводит эволюционистов в безыходное положение. Теория эволюции заходит в тупик, сталкиваясь с данной реальностью. Ряд известнейших сторонников теории эволюции вынуждены признаться в этом: К примеру, известный микробиолог-эволюционист доктор Лесли Оргел, коллега Стенли Миллера и Френсиса Крика по работе в Университете Сан Диего штат Калифорния заявил: «Случайное образование сложных по структуре белков и нуклеиновых кислот ДНК и РНК одновременно в одном и том же месте абсолютно вне пределов возможного.
Однако образование одного из них при отсутствии другого также совершенно невозможно. Поэтому человек вынужден заключить, что возникновение жизни химическим путем категорически невозможно.
Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни. Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Строматолиты обитали в соленых и пресных водах. В протерозое из строматолитов состояли огромные рифы мощностью в сотни метров. Отдельные глубоководные строматолиты достигали высоты 75 м.
Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой и т. Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще. Микростроматолиты строматолиты-столбики Министроматолиты - мельчайшие столбчатые строматолиты с диаметром столбиков Представительный комплекс раннепротерозойских министроматолитов имеет возраст 2. Следующий возрастной комплекс министроматолитов, развитый в раннем и начале среднего рифея 1. В целом рифейские министроматолиты однообразнее раннепротерозойских из-за исчезновения одной сложно построенной надродовой дорифейской группировки, преобладания в рифее форм с цилиндрическими вертикальными колонками и появления короткостолбчатых построек, связанных протяженными наслоениями. Наряду с этим, рифейские министроматолиты проявляют явную тенденцию к уменьшению диаметра и высоты колонок и к увеличению количества переходных мостиков. Имеются и возрастом 775 млн. Тенденции морфологических изменений министроматолитов, зафиксированные в протерозое, не находят продолжения в их раннепалеозойском комплексе и не совпадают с тенденциями изменения протерозойского комплекса столбчатых строматолитов обычной размерности.
Поэтому можно предполагать, что ответственность за формирование каждого из упомянутых комплексов несли специфические ассоциации микроорганизмов. Prochlorales — «дохлорофильные дробянки» — порядок прокариот, обычно относимый к царству бактерий, отличительной особенностью представителей которого является способность к оксигенному фотосинтезу, сходному с таковым у цианобактерий при отличном от цианобактерий составе фотосинтезирующих пигментов. Возможно, вместе с цианобактериями участвовали в строительстве строматолитов. В силу своей редкости прохлорофиты не имеют какого-либо существенного практического значения, однако представляют немалый научный интерес как возможные «предки» хлоропластов эукариот. Предполагается, что симбиоз каких-то других прокариот с прохлорофитами дал начало зеленым водорослям - предкам многоклеточных растений. Археобактерии археи - анаэробные бактерии От гипотетических протобионтов следует строго отличать археобактерии археи. Недавно они были признаны отдельной самостоятельной группой. Они настолько отличаются от всех остальных живых существ, что представляют собой целый "мир", отдельный от других бактерий эубактерий и организмов с ядросодержащими клетками эукариотов.
Кроме того, это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Царство архей ранее архебактерии , впервые описано в 1977 г. Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия известна лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому строится эволюционное дерево прокариот. Ветвь архей - это новая, неизвестная группа, степень родства которой с известными микробами можно определить только приблизительно, так как одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов. С точки зрения эволюционной теории эти существа подходят в качестве кандидатов, которые в наибольшей степени похожи на предполагаемые первые живые формы, так как окружающая их среда, вероятно, наиболее близка условиям раннего периода развития "остывающей" Земли с многочисленными вулканическими процессами. В эту картину хорошо вписывается и встречающееся у некоторых особей, рассматриваемое как "первичное", серное дыхание энергия выделяется при распаде H2S на Н2, и S. Поэтому эту группу и назвали "археобактерии" древние бактерии. Есть мнение, что от археобактерий произошли независимо как эубактерии, так и эукариоты [серобактерии, азото-фосфорные бактерии, "экстремальные" микробактерии и ультрамикробактерии - археи?
Геном архебактерий Царство архебактерий представляет собой своеобразную и наименее изученную таксономическую группу прокариот. По своей морфологии Archeabacteria похожи на эубактерии, но на молекулярном уровне они сближены с эукариотами. Эти микроорганизмы рассматривают как прокариотические эволюционные предшественники эукариот. Архебактерия Methanococcus jannaschii, первичная структура генома которой была определена в 1996 г. Энергию для жизнедеятельности этот микроорганизм получает при восстановлении двуокиси углерода до метана молекулярным водородом. Температура, близкая к температуре кипящей воды, является оптимальной для его роста, который может происходить при давлении более 200 атм. Геном M. Подобные размеры геномов типичны для архе- и эубактерий.
Геном организован компактно: обнаружено около 1700 потенциальных кодирующих участков ДНК, по одному на каждые 1000 п. Многие ДНК-локусы M. Функциональное значение большого числа потенциальных кодирующих последовательностей генома этого микроорганизма остается невыясненным.
Клеточное строение и жизнедеятельность бактерий.
- КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 города Воронежа - Бактерии
- Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в
- Прокариоты на сайте Игоря Гаршина. Доядерные одноклеточные микроорганизмы
- Бактерии (5–7 кл.)
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты).
Общие этапы эволюции микроорганизмов
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Бактерии (5–7 кл.) • Биология, Цитология • Фоксфорд Учебник
- 52.95. Царство Бактерии
- Эволюция бактерий
Вирусы как эволюционный фактор
Она не только самая древняя, но и самая разнообразная, хоть мы и считаем себя венцом творения, самыми важными обитателями Земли. В реальности это, конечно, не так. Главные жители Земли [Кот Шрёдингера] Да ведь это мы — многоклеточные, такие разнообразные и непохожие друг на друга! А микробы хоть и существуют на миллиарды лет дольше, не слишком отличаются друг от друга, по крайней мере для неспециалиста. Критерий разнообразия — не ручки-ножки или цвет глаз, а разнообразие генетическое. Ведь всё живое — это просто генетический текст, послание, закодированное в виде последовательностей нуклеотидов ДНК. Оценить разнообразие жизни можно просто сравнив эти тексты.
Точно так же можно оценить, например, разнообразие группы восточнославянских языков, сравнив русский, украинский и белорусский и подсчитав, сколько различий они накопили. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра прокариоты. Еще прокариотами являются археи, но их куда меньше. На сегодня описано около 10 тысяч видов бактерий, но предполагается, что их свыше миллиона. Впрочем, понятие «вид» у бактерий довольно условное. Биоинформатика — очень модная наука.
Она изучает, как передается и обрабатывается информация в живых клетках и между ними. В узком смысле — математические методы анализа геномов, позволяющие сравнивать их. Геном — записанная с помощью ДНК наследственная информация, копия которой содержится в каждой клетке организма. Работу генома как организованного целого изучает геномика. Представьте себе универсальное древо жизни — огромное дерево, на котором каждая веточка — это некий генетический текст, соответствующий какому-либо организму. Это дерево очень большое, и происходим мы из одного корня: вся жизнь возникла на планете единожды.
Точнее, вся современная жизнь. Так вот, на этом очень разлапистом, ветвистом дереве все человечки, животные, растения и рептилии — это лишь одна небольшая веточка, а все остальные очень разные ветви — как раз микробы. Они для нас однообразны, потому что мы их не видим. Так он сначала думал, что экстремофилы — это люди, которые катаются на горных лыжах вне подготовленных трасс. Экстремофилы — это и правда любители экстремальных условий, но только микробы. Условия жизни на планете очень разнообразны: от вечной мерзлоты до горячих источников, в которых может быть 110—120 градусов, а те из них, что на дне океана, находятся еще и под гигантским давлением.
Есть места с безумной концентрацией соли, как Мёртвое море. Или с огромным количеством кислоты. И везде кипит жизнь, но единственные, кто там живет, — те самые микробы-экстремофилы. Происходит это потому, что они обладают удивительной генетической изменчивостью и адаптивностью. И в земле они есть, и в стратосфере. Вся планета, в духе учения Вернадского, живая.
Вон микроб пролетел, видите? Да, их много: в кубическом метре воздуха микробов примерно столько, сколько людей в Москве. А в кубическом сантиметре снега в Антарктиде от 10 до100 бактериальных клеток. Они могут не жить активно, а просто сидеть, словно пассажиры, и ждать, когда какой-нибудь айсберг отвалится и увезет их в Африку. Этот лабораторный сосуд был изобретён в 1877 году и назван так в честь изобретателя, немецкого бактериолога Юлиуса Петри, ассистента Роберта Коха Как эволюционируют микробы [КШ] Бактерии эволюционируют быстрее других существ? Они словно самим господом богом созданы для эффективного естественного отбора.
Кишечная палочка делится за 15 минут. Если вы посадили одну бактерию кишечной палочки в чашку, то через 8 часов обнаружите колонию ее потомков размером с булавочную головку — в ней будет 10 миллионов бактерий, это опять-таки — столько, сколько человек живет в Москве. Чтобы попытаться выработать у москвичей устойчивость к радиации, придется взорвать над столицей атомную бомбу и ждать потомства от выживших. С бактериями всё гораздо проще — вырастили колонию за 8 часов, облучили ее, и вот уже можно изучать потомство наиболее жизнестойких особей. С ними удобно работать! Быстрее ли они эволюционируют?
Нет, просто быстрее размножаются. Горизонтальный перенос генов— передача генетического материала другому организму, не являющемуся потомком. Митохондрия — органелла орган клетки размером с бактерию, запасающая и высвобождающая по мере надобности энергию. У нее есть свой геном. Считается, что митохондрии — это бывшие бактерии, которые внедрились в клетки более продвинутых организмов. Ретровирусы — вирусы, генетическая информация которых содержится в на молекуле РНК.
Самый известный представитель — ВИЧ. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек. Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются. Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим.
Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть.
Бактерии и Археи составляют два домена, присоединенные к одной эукариотической линии.
Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии. Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям. Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов. Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле.
Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни. Таким образом, гены, кодирующие такие основные клеточные функции, как транскрипция и трансляция, по-видимому, свободно перемещались по популяциям простейших организмов. Этим предположением объясняется, почему во всех клетках, независимо от их принадлежности к тому или иному домену, присутствует много общих генов. По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются.
Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток. В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях. Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства.
Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.
Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.
Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны.
Каждая популяция размножалась в искусственной среде, где скорость размножения ограничивалась стрессовыми условиями. Каждый день 0,1 мл содержимого каждой пробирки переносилось в пробирку с 10 мл свежей питательной среды, где размножение бактерий продолжалось. В эксперименте использовалась линия E.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
| Лекция 14. Бактерии | Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. |
| «Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?» — Яндекс Кью | какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
Морфология бактерий
- Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Бактерии | Наука | Fandom
- Общие сведения о прокариотах
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки. Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской.