Мы поговорим ниже о построение дерева эволюции согласно Дарвину, посмотрим на сколько это справедливо и таки я в итоге дам полное дерево (в рамках имеющейся информации) эволюции бактерий на основании самых консервативных генов тРНК. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. «Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт.
Последние новости
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Общие этапы эволюции микроорганизмов
- решение вопроса
- Как шла эволюция бактерий
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Бактерии (5–7 кл.)
Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт. Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
Предположительно ими были сине-зеленые водоросли, которые, научившись использовать энергию солнечного света явление фотосинтеза , стали выделять кислород. Насыщение атмосферы кислородом кардинально изменило Землю, создав условия для дальнейшей эволюции живых существ от микроба до человека. Ученые, занимающиеся биологией, уверены, что за 3 миллиарда лет в ходе эволюции бактерий были усовершенствованы следующие факторы: морфология и химический состав клеток; принципы обменных процессов; взаимодействие микроорганизмов между собой и с объектами неживой природы. Эволюция микробов сыграла ведущую роль в формировании биосферы Земли и создании экологического баланса. Эволюция бактерий Пытаясь объяснить, как шла эволюция бактерий, ученые выдвигали многочисленные версии.
Вероятнее всего, процесс развития начался с анаэробных микроорганизмов, разделившихся впоследствии на факультативных анаэробов, аэробов, хемосинтезирующих аутотрофов. Эти формы дошли до наших дней, получив широкое распространение в современных экосистемах. Разнообразие видов, форм и способов приспособления микроорганизмов указывает на сложный путь, пройденный ими от сгустка вещества до живой клетки. Необходимые условия для появления живой клетки Больше всего подтверждений получила теория происхождения жизни, выдвинутая академиком Опариным А.
Согласно ей, простейшие микроорганизмы возникли из «костного» неорганического материала вследствие его усложнения и полимеризации. Но, по мере остывания планеты, испаряющиеся молекулы воды конденсировались в верхних слоях атмосферы, возвращаясь на поверхность в форме горячих ливней с растворенными органическими веществами. Таким образом формировался мировой океан, названный ученым «первичным бульоном». В нем содержались белковоподобные соединения, состоящие из аммиака, сероводорода, метана, углекислого газа, а также отдельных атомов водорода, углерода и азота.
Со временем между ними стали происходить химические реакции. Их результатом стало образование высокомолекулярных форм, давших начало формированию сложных белковоподобных веществ. Приспособившись в процессе эволюции к развитию при низкой температуре, они стали обосабливаться, формировать так называемые коацерватные капли в форме коллоидных частиц. Теории происхождения прокариот Сформированные коацерватные капли представляли собой высокомолекулярные протеиновые образования, адсорбирующие из окружающей среды отдельные химические элементы.
Эта способность положила начало обмену веществ, который является одним из признаков жизни. Растворенные в воде органические вещества, которые затем попадали внутрь коацерватов, увеличивали их массу. Когда она доходила до критической точки, связи, удерживающие молекулы вместе, разрывались, и коллоид распадался на более мелкие частицы. Так зарождался процесс размножения.
Судьба «дочерних» капель могла быть различной. Одни погибали, а другие продолжали поглощать органические элементы, расти, делиться, становясь предшественниками живых структур. Такой естественный отбор обеспечивал их развитие и усложнение, приводя к появлению новых представителей живого мира и разнообразию его форм. Незначительные размеры и отсутствие твердых компонентов не позволили большинству примитивных живых организмов сохраниться до наших дней.
Однако учеными были обнаружены породы возрастом 3. Строение безъядерных микроорганизмов Основной характеристикой прокариотов является отсутствие ядра. Их ДНК, являющаяся носителем генетической информации, заключена в нуклеоид, заменяющий хромосомы. Отсутствие других мембранных органоидов митохондрий, эндоплазматической сети и других компенсируется мезосомами, выполняющих аналогичные функции.
Имеется небольшое количество мелких рибосом.
Следовательно, изучая современные циано-бактериальные сообщества можно составить представление о микробной биосфере протерозоя… То есть, мало того, что цианобактерии никак не изменялись на протяжении практически всей истории жизни на Земле. Так они не изменялись еще и целыми бактериальными сообществами. Помимо поразительных фактов, приведенных академиком Заварзиным, совсем новая научная публикация Schopf et al. Из этой публикации мы узнаем, что окаменевшие сообщества древнейших серобактерий возрастом 1. А во-вторых, эти же древнейшие бактериальные сообщества оказались идентичны сообществам современных серобактерий, открытых у побережья Южной Америки в 2007 году Schopf et al.
Со стороны верующих дарвинистов это весьма зажигательно — доказывать эволюцию живых существ на примере таких биологических созданий, которые вообще не изменялись на протяжении 2 млрд. Кроме этого, имеются и другие серьезные особенности бактерий, которые наводят на размышления — а корректно ли вообще рассматривать примеры с «эволюцией бактерий» в качестве аналогии эволюции любых других живых существ? Прежде всего, бактерии радикальным образом отличаются от эукариот[179] строением своих клеток. Бактерии устроены гораздо проще и имеют массу отличий от эукариотических клеток, как биохимически, так и морфологически Рис. Слева схематичное строение бактериальной клетки. Справа схематичное строение эукариотической клетки пропорции не соблюдены — эукариотические клетки обычно в 10—20 раз больше бактериальных клеток.
Кроме того, бактерии разделяются еще и между собой, и тоже радикальным образом в биохимическом плане. Настолько, что это потребовало разделения всех бактерий на два отдельных домена — эубактерии и архебактерии, несмотря на их морфологическое сходство друг с другом. Различия между тремя только что озвученными группами живых существ настолько радикальны, что сейчас некоторые авторы предлагают вообще разделять всю существующую на Земле жизнь на три разных формы: эубактерии, архебактерии и эукариоты Шаталкин, 2004. Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал.
Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении. Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего.
Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? 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?
Последний метод используют для характеристики организмов, которые обнаружены в незначительных количествах или же с трудом поддаются культивированию. После проведения секвенирования результаты можно проанализировать с использованием компьютерных программ, позволяющих сравнивать последовательности рРНК и построить филогенетическое дерево, подобное изображенному на рисунке ниже. Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов. На основании традиционных фенотипических характеристик включая данные, полученные методом числовой таксономии биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами.
Напротив, с помощью молекулярной филогенетики было показано, что клеточные формы жизни развились в три основные линии или домены, два из которых принадлежат прокариотам. 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.
Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты.
Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции.
Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма. По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу.
Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения. Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений.
Данная форма «сожительства» носит название комменсализма. В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека. Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов. Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний.
Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде. В дальнейшем появились факультативные шигеллы, менингококки, микобактерии , а затем облигатные патогенные простейшие, хламидии, риккетсии внутриклеточные паразиты. По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора.
Основные определения Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды. Микроэволюция — это эволюционный процесс в популяции, приводящий к видообразованию новых разновидностей микроорганизмов за короткий период времени. Фотолиз — это реакция разложения химического вещества под воздействием световой энергии. Гетеротрофы — это микроорганизмы, которые питаются готовыми органическими веществами.
Хемосинтезирующие автотрофы — это бактерии, источником энергии для которых служит реакция соединения железа и серы. Коацерватные капли — это высокомолекулярные протеиновые структуры, которые появились из раствора с коллоидными частицами. Подвижные генетические элементы — это автономные образования, содержащие информацию о структуре определенных протеинов и обеспечивающие возможность их перемещения из одной части генома в другую. Сапрофитные бактерии — это микробы, использующие для питания органические вещества.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Вот например, крокодил…». Однако подобные идеи не могли долго противостоять развивающейся науке и были опровергнуты следующим опытом итальянского врача Франческо Реди 1626-1697 : он покрыл свежее мясо кисеёй, и через некоторое время личинки мух появились не в мясе, а на поверхности кисеи. Этим было показано, что червячки образуются не самопроизвольно, а развиваются из яичек, откладываемых мухами. Он высказал также тезис ошибочно приписываемый Гарвею , "Omne vivum ex ovo" - Всё живое из яйца". Но и после этого учёные разных стран защищали точку зрения, согласно которой из разлагающегося органического вещества зарождаются микроскопические существа. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. Поиски экспериментальных доказательств за и против учения о самозарождении жизни были наиболее сильным импульсом, способствующим бактериологическим исследованиям в 18 и 19 столетиях. В 18 веке русский учёный Тереховский и итальянец Лаццаро Спалланцани 1729-1799 показали, что если сосуды, в которых находится жидкость, хорошо прогреть, то в них живых существ не образуется.
Ставились также опыты, при которых в сосуд с обеспложенной жидкостью воздух пропускался через крепкую серную кислоту или через слой стерилизованной ваты. Результаты этих опытов говорили против возможности самопроизвольного зарождения. Французская академия учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит с этими спорами, волновавшими весь учёный мир. Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал. Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы.
В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах. Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р. Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов. Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции. Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь возникла из неживого вещества, то есть произошла в результате эволюции материи.
Да, по большей части закрепляются нужные для размножения и выживания гены. Но иногда происходит так, что остаются не нужные, а рандомно выбранные. Такое случается, например, при эффекте бутылочного горлышка — резкого и случайного сокращения популяции, например, из-за стихийных бедствий или необычной болезни. Если у нас есть популяция животных, которые никогда не сталкивались с чумой, то с большой вероятностью в живых, после того как чума отступит, останутся несколько особей. И совсем не факт, что их гены лучше или влияют на повышение репродуктивного успеха, просто им повезло. Вторая проблема заключается в том, что эволюция — процесс исключительно долгий. Должны смениться поколения, чтобы какие-то признаки закрепились, а какие-то исчезли без следа.
Эволюция большинства современных видов шла миллионы лет, и пронаблюдать ее, конечно, невозможно — слишком коротка человеческая жизнь. Что, впрочем, не означает, что человек не может увидеть эволюцию своими глазами. Младшей сестрой эволюции служит… селекция. Выведение пород собак, кошек и скота ничем не отличается от стандартной эволюции, с той лишь разницей, что движущей силой здесь выступает не природа и естественные причины и требования окружающей среды, а человек. Селекцию мы можем наблюдать воочию, хотя она по сравнению со своей старшей сестрой менее выражена: мы вывели крупных мейн-кунов и маленьких коротколапых манчкинов, но это всё еще один и тот же вид. Лучше всего процесс селекции отслеживается на собаках: сложно осознать, что совсем недавно — в масштабах Вселенной — у чихуахуа и алабая был единый предок, однако это так. Человек специально отбирал из собак тех, кто подходил ему по каким-то параметрам.
Такими параметрами могли быть, например, более короткие лапы и длинное тело, чтобы проникать в норы, или, наоборот, длинные ноги и обтекаемое тело, приспособленные к быстрому бегу. Любопытно, что при искусственном отборе иногда проявляются не только искомые признаки, но и сцепленные с ними, случайно проявившиеся. Наглядный пример такого сцепления обнаружился в ходе эксперимента с домашними лисами. Опыт по их одомашниванию начался еще в 1959 году в Академгородке под Новосибирском. С тех пор появилось множество поколений, и ученые заметили, что, хотя главным критерием отбора лисиц было дружелюбие то есть стремление к контакту с человеком , вместе с дружелюбием они приобрели и другие качества. В частности, закрученный колечком хвост и свисающие уши — совсем как у собак! Даже цвет шкуры стал светлее, а глаза у некоторых особей стали голубыми.
Получается, что искусственный отбор сделал, по сути, из лисиц почти собак, причем совершенно случайно. Искусственный отбор — это любопытный процесс, но у подвергаемых ему видов нет времени, чтобы развиться в совершенно другие формы: ни разу еще при искусственном отборе не получался настоящий новый вид, отличающийся от предковой формы. Есть много разных пород и подвидов. Были даже попытки скрещивать разные виды, но их потомство в большинстве своем оказывалось нефертильным и дать начало новому таксону не могло. Возможно, когда-нибудь, через тысячи лет, домашняя лиса станет совершенно не похожа на своего дикого предка, полностью поменяет внешний вид и даже количество хромосом. Но пока что в целом это та же самая лиса — слишком мало времени прошло. За всё это время она, хоть и изменилась, не «получила» совсем уж новых признаков — не стала, грубо говоря, травоядной и не отрастила перепонки на лапах.
А можно ли хоть на ком-то увидеть жизненно важные изменения? Мировое поле экспериментов Нет ничего лучше для эволюции, чем что-то маленькое, активное и быстро размножающееся. Речь, разумеется, о бактериях — в рамках эволюции они стали своеобразной экспериментальной установкой, а потому именно на них можно исследовать эволюционный процесс, причем буквально в лаборатории под собственным микроскопом!
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. 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.
В 18 веке русский учёный Тереховский и итальянец Лаццаро Спалланцани 1729-1799 показали, что если сосуды, в которых находится жидкость, хорошо прогреть, то в них живых существ не образуется. Ставились также опыты, при которых в сосуд с обеспложенной жидкостью воздух пропускался через крепкую серную кислоту или через слой стерилизованной ваты. Результаты этих опытов говорили против возможности самопроизвольного зарождения. Французская академия учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит с этими спорами, волновавшими весь учёный мир. Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал. Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы. В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах. Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р. Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов. Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции. Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь возникла из неживого вещества, то есть произошла в результате эволюции материи. Это явление, которое нельзя приписать какому-то определённому месту и времени, результат последовательных процессов, действовавших на земле невероятно долго, миллионы лет, и завершившихся образованием современной биосферы. От неорганических соединений - к органическим, от органических — к биологическим: так последовательно совершался процесс зарождения жизни. Чарлз Дарвин был один из первых, кто рассматривал эту проблему с научной точки зрения. После Дарвина Тиндаль ставил опыты по самозарождению, Томас Гексли высказывал идеи о живой протоплазме. После Гексли в течение полувека интерес к этой проблеме был невелик. Успех в одной области знаний сдерживал дальнейшее развитие в другой. В 1924 году Алекс.
Вход и регистрация
Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение». Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову Марков, 2009б : …Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений. Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции.
Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК. Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных… Как видим, даже самые верующие дарвинисты в лице Александра Маркова понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы. В связи с этим возникает вопрос.
А что мы, собственно, наблюдаем у бактерий, когда они демонстрируют нам очередное приспособление к «сиюминутным» изменениям среды с помощью мелких генетических изменений и естественного отбора? Мы наблюдаем эволюцию этих бактерий? Или же мы наблюдаем просто адаптацию этих бактерий? То есть, может быть, обсуждаемые генетические изменения бактерий и не ведут никуда дальше таких вот мелких приспособлений к локальным особенностям окружающей среды? Возможно, конкретно у бактерий — это просто способ выживания такой — всё время подвергаясь мелким генетическим изменениям… тем не менее, оставаться всё теми же бактериями с незапамятных времен и до сегодняшнего дня.
То есть, этакий «бег на месте». Можно ли назвать это эволюцией? Действительно, получается противоречие — «эволюция» бактерий путем случайных мутаций и естественного отбора идет так быстро, что позволяет бактериальным колониям отвечать на постоянно изменяющиеся вызовы среды чуть ли не в режиме реального времени, почти заменяя в этом отношении формирование рефлексов у высших животных… Но когда мы смотрим на конечные результаты подобной «эволюции», то тут выясняется, что бактерии так и не удосужились измениться хотя бы как-нибудь за 2 миллиарда лет! Этих 2-миллиардолетних бактерий можно определять по современным определителям. Причем некоторые группы бактерий никак не изменялись целыми сообществами см.
Так может быть, бактерии — это просто такие организмы, которые имеют такую специфическую стратегию реагирования на мелкие изменения окружающей среды — с помощью случайных мутаций и естественного отбора. А вовсе не эволюционируют подобным способом? Тем более что бактерии отличаются еще одной уникальной особенностью, которая позволяет им, в отличие от высших организмов, свободно использовать в качестве источника полезных инноваций обычный поток случайных мутаций. Дело в том, что бактерии имеют геном очень маленького размера. Поэтому они устойчивы к так называемому «храповику Мёллера».
Действительно, проблема «храповика Мёллера» весьма актуальна для организмов с огромным размером генома и слабыми темпами размножения. Понятно, что если геном имеет большой размер, а энергия размножения при этом низка, то поток случайных мутаций скорее «разломает» этот геном, чем чего-то там улучшит, даже если естественный отбор будет стараться изо всех сил противодействовать поломке генов. Всё равно поток слабо-вредных мутаций будет постепенно ухудшать качество геномов большого размера, за счет постепенного накопления слабо-вредных мутаций если темпы размножения данного организма низки. А вот бактерии, имея крошечный геном и одновременно огромную энергию размножения, вполне могут позволить себе роскошь терять огромное число особей вплоть до целых линий или даже колоний , оказавшихся чересчур нагруженными вредными мутациями. При этом выигрывать «гонку» в скорости размножения будут многочисленные линии, оказавшиеся свободными от вредных мутаций.
И уж тем более, линии, которым посчастливилось получить полезную мутацию.
Клеточное строение и жизнедеятельность бактерий. Бактерии от греч. Клеточное строение бактерии представлено клеточной мембраной, прочной клеточной стенкой и цитоплазмой Рис.
В зависимости от строения клеточной стенки выделяют две группы бактерий: Грамположительные — имеют внутреннюю мембрану и более толстый слой пептидогликана окрашиваются в синий или фиолетовый цвет по методу Г. Грамотрицательные — имеют три слоя: внутренняя мембрана, тонкий слой пептидогликана и наружная мембрана окрашиваются в розовый или красный цвет Рис. Цитоплазма включает в себя белки, жиры и кольцевую молекулу ДНК — нуклеоид основное наследственное вещество бактерии. Оформленного ядра нет.
На поверхности бактерии имеются мелкие нитевидные выросты —пили, служащие для передачи наследственной информации между бактериями в ходе полового размножения см. Передвижение бактериальной клетки обеспечивает один или несколько жгутиков. Формы и цвет бактерий: По форме бактерии подразделяют на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые. Наиболее простыми считаются шаровидные, их называют кокками.
Формы в виде виноградной грозди называют — стафилококки, в виде цепочки — стрептококки. Большая часть бактерий обладает палочковидной формой, однако встречаются и в виде запятой — вибрионы, в виде спирали латинская буква «S» — спириллы. По цвету бактерии в основном бесцветны, однако есть и с пигментами зеленые и пурпурные, способные к фотосинтезу. Бактерии распространены повсеместно.
Больше всего их можно встретить в плодородном слое почты чернозем. Меньше всего их в воздухе на высоте более 5 км. Очень много бактерий находится на покровах живых и мертвых организмов.
Густо заселен бактериями обычно безвредными пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных коров, антилоп, овец и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов. Толщина их обычно составляет 0,5—2,0 мкм, а длина — 1,0—8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов примерно 0,3 мкм , но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки более или менее сферические , бациллы палочки или цилиндры с закругленными концами , спириллы жесткие спирали и спирохеты тонкие и гибкие волосовидные формы. Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну — спириллы. Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы — очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез см. У прокариот вся клетка целиком и в первую очередь — клеточная мембрана берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм — заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры — рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы — важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества. Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот. Сенсорные функции и поведение. Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких «вкусовых» рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной «вкусовой слепоте». Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды — на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита магнитного железняка — Fe3O4. В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, то есть определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его. Размножение и генетика. Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется удваивается , клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния как у эукариот не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома полного набора генов , в отличие от «настоящего» полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя. Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды «голую» ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно «подсунутую» экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению трансформации таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами — бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами копуляционными фимбриями , через которые ДНК переходит из «мужской» клетки в «женскую». Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы — плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии — секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы «сами себя питающие» не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид CO2. Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак NH3 , нитраты NO—3 и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы «питающиеся другим» используют в качестве основного источника углерода некоторым видам нужен и CO2 органические углеродсодержащие вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком. Главные источники энергии. Если для образования синтеза клеточных компонентов используется в основном световая энергия фотоны , то процесс называется фотосинтезом , а способные к нему виды — фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения — органические или неорганические — служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии сине-зеленые водоросли , как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды H2O. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода H2S. В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке — окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода — органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами.
На поверхности мезосомы находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Во время деления бактериальной клетки, мезосомы связываются с ДНК, что облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК. Генетический материал бактерий содержится в одной кольцевой молекуле ДНК. Форма бактерий является одним из важнейших систематических признаков. Шаровидные бактерии называются - кокками,.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
Так ученые выяснили дату, когда началась современная эпидемия СПИДа, — 1930-е годы. До сих пор речь шла о случайных изменениях в вирусе. Но ведь у него бывают и полезные замены: вирусу необходимо менять свои поверхностные белки, потому что он борется с иммунной системой, научившейся распознавать его предыдущую версию. Есть методы, позволяющие идентифицировать места в белке, которые эволюционируют быстрее, чем если бы это было случайно. Идея в том, что если мы хотим сделать вакцину от ВИЧ, то она должна быть разработана против такого места в вирусе, которое он не сможет легко и быстро поменять. Эволюция человека У одного чудесного белка — дофаминового рецептора — есть, грубо говоря, две формы — так называемая длинная и так называемая короткая. Длинный вариант часто бывает у людей, показывающих высокие значения по тесту на novelty seeking поиски нового.
Короткий вариант часто встречается у людей в Китае, а длинный — в Америке и в Австралии у белого населения. Причины ясны. Кто едет на новый континент? В Америку отправлялись за теми самыми поисками нового, а в Австралию просто ссылали каторжников ясно, что поведение, связанное с поисками нового, часто приводит людей на каторгу. Другой пример: в начале прошлого века индейцы пима, живущие в Аризоне и в Мексике, были стройными, а сейчас у них тотальная эпидемия ожирения. Грубо говоря, человек забивал мамонта, наедался, запасал это в качестве жира и жил до следующего мамонта.
Сейчас «Макдоналдс» на каждом углу, запасать ничего не надо. Старые приспособительные механизмы остались, а направление эволюции поменялось. Теперь отбор действует в другую сторону, и адаптивными оказываются варианты, способствующие сжиганию жира. Гены все время эволюционируют. Сейчас уже накопилось достаточно данных, чтобы проследить за человеческой эволюцией последнего времени. Ученые посмотрели, как действовал отбор в течение последних двух тысяч лет на Британских островах, и оказалось, что очень адаптивно быть высоким голубоглазым блондином или блондинкой.
Сегодня развиваются медицина и социальная структура общества, и отбор происходит совсем не так, как когда племена охотников жили в лесу. Это влияет на эволюцию: увеличивается генетический груз, то есть доля вредных и слабовредных мутаций в популяции. Ухудшаются стартовые возможности — и физические, и когнитивные. Тем не менее с развитием медицины и педагогики и на таком субстрате потенциально мы можем добиваться лучших результатов. Что с этим делать — отдельный вопрос. Nesse, Stephen C.
Stearns, Gilbert S. Medicine Needs Evolution. Science 24 Feb 2006: Vol. Detection of human adaptation during the past 2000 years. Мы публикуем сокращенные записи лекций, вебинаров, подкастов — то есть устных выступлений. Мнение спикера может не совпадать с мнением редакции.
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. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет.
Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама.
Оказалось, что фенотипы эволюционируют со своей особенной скоростью, а весь процесс условно делится на две стадии: быструю и медленную. Интересно, что во время медленной стадии, которая длится миллиарды лет, за единицу времени меняется постоянное число фенотипических признаков. Словарь терминов Фенотип — совокупность наблюдаемых внешних признаков организма. Генотип — совокупность генов, характерных для организма. Приспособленность — способность выживать и оставлять потомство в определенных условиях. Дивергенция — расхождение в ходе эволюции признаков и свойств изначально родственных организмов.
Ортологичные гены — гомологичные гены, произошедшие от одного и того же предкового гена и, как правило, кодирующие продукты со сходными функциями. Синтетическая леталь — пара генов, одновременная мутация которых приводит к летальному фенотипу, а каждого по отдельности — нет. Пангеном — суммарный набор генов каждого вида, который можно подразделить на три части: универсальные гены есть у всех штаммов , периферические гены есть у большей части штаммов и штамм-специфичные, уникальные, гены. Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков , ставшее основой для понимания естественного отбора. Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1].
Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма. Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков. У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода. Конечно, это не единственный класс фенотипических признаков микроорганизмов, однако такой метаболический «портрет» всегда определяет стиль жизни микробов и вносит весомый вклад в их общую приспособленность.
Сейчас для исследования метаболических предпочтений бактерий совсем не обязательно выращивать их в лаборатории на всевозможных субстратах.
Их эволюция и становление происходили до этого периода. Зато вся ферментная машина, связанная с работой нуклеотидных последовательностей зеленые столбики , сформировалась до Архейской экспансии. Это вполне очевидно: какими бы ни были условия на планете, живые организмы должны были уметь копировать себя, поэтому в первую очередь они обязаны были упрочить инструменты для репликации. Также примечательно, что ферменты, участвующие в собственно метаболизме, появлялись с равной скоростью и до и после экспансии. Кстати, именно они и составляют основу начального этапа эволюции генных семейств красная полоса до архейского пика. Таким образом, во время Архейской экспансии организмы осваивали различные способы и субстраты для получения энергии, совершенствуя варианты дыхательной электронтранспортной цепи. Микроорганизмы встраивались в различные геохимические циклы.
Этот процесс мог происходить как по ходу становления геохимических циклов, так и по мере эволюции бактерий. Какая из этих возможностей реализовывалась во время Архейской экспансии? Вот ключевой вопрос дальнейших исследований эволюции микромира. Что же касается становления кислородной атмосферы на Земле, то этот процесс, по всей видимости, не связан напрямую с Архейской экспансией. Дэвид и Альм привели график появления генов, обслуживающих процесс переноса электронов на кислород и связанных с этим реакций рис. Синяя линия показывает долю новых генов, отвечающих за связывание кислорода, среди всех новых генов, отвечающих за связывание любых субстратов. Нижний красный отрезок показывает период до Архейской экспансии, верхний красный отрезок — Архейскую экспансию, средний отрезок — весь архей. Хорошо видно, что пик появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец Архейской экспансии.
График из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature График показывает, что максимум появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец периода Архейской экспансии. Так что, скорее всего, не этот процесс повлиял на взрывную эволюцию бактерий в архее. Было бы полезно сопоставить получившиеся графики с другими геохимическими изменениями планеты, однако эта задача требует специальной фактической информации. Авторы исследования представили результаты расчетов по появлению генов, связанных с определенными металлами, серой, азотом. Более или менее осмысленная картина получилась только с медью и молибденом. Согласно моделям, растворимость этих металлов по мере становления кислородной атмосферы постепенно повышалась. Параллельно увеличивалась и доля генов, обслуживающих эти металлы. С другими субстратами ситуация менее очевидная и требует привлечения дополнительных гипотез, альтернативных геохимических моделей или же геохимических данных другого типа.
Нужно при этом подчеркнуть, что сама идея сопоставить эволюцию функциональных групп генов с данными по геохимии и геологии планеты видится исключительно плодотворной. Просто пока что работ, эксплуатирующих эту идею, практически нет, как нет и опыта сотрудничества геологов, геохимиков и биоинформатиков. Не случайно статья в Nature подписана только двумя авторами, оба они специалисты в области биоинформатики и микробиологии, и в этой компании явно недостает геолога. Говоря в самом начале заметки о недостатках данного подхода для реконструкции жизни на нашей планете, я указала на статистическую неопределенность конечного результата: какую реконструкции бактериальной эволюции положишь в основу исследования, такой результат и получишь в конечном итоге.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
| Роль бактерий в эволюции жизни на Земле - online presentation | Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. |
| Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить? | Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. |
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. |
| Концепции происхождения и развития микроорганизмов | Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад. |
Бактерии (5–7 кл.)
Бактериальные заболевания. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются.
Как шла эволюция бактерий
«Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный.
Как шла эволюция бактерий
Образование среднее техническое... Нет, не в том виде, в котором её представлял Ч. Дарвин тогда ещё не знали о генах , и тем более не в том, как она описана в школьном учебнике биологии, полувековой давности в СССР генетику не жаловали на идеологическом уровне. Современная теория эволюции. Там всё достаточно подробно и понятно, и к тому же, подтверждено многократными экспериментами.
В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии. При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии.
Колонии - видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри. Бактериальные инфекции Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект. От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме. К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера.
Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме. Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях уже часто и в домашних условиях используется кварцевание. Кварцевание - процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов. При проведении медицинских процедур локального кварцевания облучения УФ отдельных участков тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.
Клеточная стенка выполняет роль наружного барьера клетки, устанавливающего контакт микроорганизма со средой. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарида — муреин. По содержанию муреина все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные 1.
Известны также и формы, не имеющие клеточной стенки — микоплазмы. Цитоплазматическая мембрана и ее производные Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки. Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками. Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки. Это приводит к тому, что мембрана часто образует многочисленные инвагинации впячивания различной формы — мезосомы.
Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы. Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул пузырьков , более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки. Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза. Цитоплазма и цитоплазматические включения Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки.
В цитоплазме различают: цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма; структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид. Рибосомы Рибосомы свободно лежат в цитоплазме и не связаны с мембранами как у эукариот. Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S.
Позднее появилась протоклетка и, наконец, прокариоты - ближайшие предки всех ныне живущих организмов [11, 13, 18, 46]. Концепция химической эволюции поддерживается вескими аргументами, включая экспериментальные. Правда, она не дает ответа на вопросы: что же представляла собою протоклетка, какие химические реакции вынудили атомы сформировать сложную систему взаимодействующих молекул, каким образом произошел качественный скачок от неживого к живому и др. Представители альтернативной версии гипотеза панспермии склоняются к тому, что бактерии были занесены на Землю из космоса под давлением солнечных лучей, с астероидами и, в первую очередь, углистыми метеоритами, богатыми различными органическими веществами.
Обратим внимание, что панспермия не затрагивает появления жизни как таковой, а лишь указывает на происхождения земной жизни. Тем не менее, в течение ХХ века одни ученые ее принимали, другие критиковали и опровергали. Сторонником панспермии был мыслитель и геохимик В. Вернадский 1863 -1945 , противником - биолог и биохимик А. Опарин 1894-1980. С развитием астробиологии, биохимии и молекулярной палеонтологии, эффективным исследованием различных метеоритов, упавших на Землю в разное время в различных местах, интерес к ней продолжает возрастать рис. А В Рис.
Сканирующая электронная микроскопия: А - гипотетические бактерии в метеорите АЬН 84001 скан-микрофото Rhawn, Schild ; Б - фрагмент метеорита Оргэй, на котором видны микрофоссилии колоний нитчатых бактерий сканмикрофото R. Hoover ; В - кокковидные и нитчатые цианобактерии и грибы из метеорита Ефре-мовка сканмикрофото А. В марсианском метеорите АЬН 84001, упавшем в Антарктиде 13 тыс. McKay et а1. Одновременно идентифицировали полиароматические гидрокарбонаты, которые появляются при распаде мертвых микроорганизмов, кристаллы карбонатов, сульфидов и микрочастицы магнетита, содержащиеся у бактерий и животных. Как и следовало ожидать, сообщение было воспринято неоднозначно. По мнению оппонентов, артефакты не являются окаменевшими бактериями, поскольку в малом объёме не могут разместиться Б молекулы ДНК и РНК.
Hoover [26] выявил множество структур, расцененных как цианобактерии. Эти работы перепроверила независимая группа палеонтологов, руководимых А. Розановым, и подтвердила подлинность выводов [3, 14]. Кроме того, в матрице метеорита Murchison, разбившегося в Австралии в 1969 году, они констатировали присутствие не только микроструктур, похожих на современных цианобактерий рода Gloe-capsa - вместе с ними просматривались нитчатые формы, сходные с низшими грибами, сохранившие даже детали своего клетчатого строения. Кокковидные и нитчатые морфотипы содержались также в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Казахстане [14]. Проанализировав все приведенные факты, А. Роза-нов предположил, что бактерии и низшие грибы существуют за пределами Земли, хотя его мнение разделяют не все специалисты.
Внутри метеорита Murchison многими исследователями распознаны аланин, валин, сар-козин, глютаминовая кислота, большое количество глицина и жирные кислоты, часть которых встречается А в лунном грунте. Из этого сообщения вытекает важное следствие - распространенные в космосе аминокислоты и нуклеиновые основания могли привноситься на Землю, где индуцировали формирование генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни. На основании многочисленных исследований J. Несмотря на наличие в метеоритах органических веществ, аналогичных таковым на Земле, и структур, удивительно схожих с земными бактериями, отдельные российские и зарубежные специалисты их не воспринимают. Они аргументируют свое несогласие тем, что на Земле известны абиогенные процессы, порождающие такие бактериеподобные конструкции. В Г Рис. Сканирующая электронная микроскопия: А - микрофоссилии в кремнистом сланце сканмикрофото Л.
Маргелис ; Б - микрофоссилия в некоторых фациях сканмикрофото Л. Маргелис ; В - остатки древнейших архейских бактерий из Южной Африки сканмикрофото J. Б Время заселения Земли прокариотами, то есть, регистрация следов жизни, определено в древних породах с помощью палеонтологических и геологических данных. По концепции О. Сорохтина и соавт. Однако спустя 600 млн лет в архее около 4-2,6 млрд лет тому началась дифференцировка земного вещества, вызвавшая формирование железного ядра, силикатной мантии и земной коры. С началом же дегазации мантии, в атмосферу, ранее состоящую из инертных и благородных газов, начал поступать водяной пар, углерод, азот, сероводород, аммиак, серный и другие газы, образовавшие горячую восстановительную углекислотно-азотно-метановую атмосферу.
Именно в мелких лагунах и гидротермах 3,5 млрд лет тому распространились первые земляне - прокариотные сообщества [8, 15, 16, 17, 40]. Некоторые авторы временем их появления называют 3,8 млрд лет [1, 2], но находки окаменевших бактерий в кварцитах данного возраста формации Исуа, Гренландия вызывают сомнения [21, 22, 23]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис. Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания. Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис.
Сорохтин и соавт. Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах. По мнению Г. Заварзина [4] и С. Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно. Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр.
С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6]. Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной. Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий. Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений. С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5].
После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12]. Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот. Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33]. Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями.
Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет.