Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной? Форма клеток бактерий может быть. Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология. С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
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. Международный комитет систематики прокариот [en] англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139]. Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат.
Eubacteria и архебактерии лат. Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям. Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141]. Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142]. В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения. По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии.
В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки [62]. При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы , выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы. Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания. Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами [en] после окрашивания по Цилю — Нильсену [143]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии [144]. Методы культивирования бактерий [en] разработаны так, чтобы способствовать росту определённых бактерий, но подавлять рост других бактерий из того же образца. Часто эти методы разрабатываются специально для определённых образцов, откуда берутся микробы.
Например, для идентификации возбудителя пневмонии для дальнейшего культивирования берут образец мокроты , для идентификации возбудителя диареи для выращивания на селективной среде берут образец стула , причём во всех случаях рост непатогенных бактерий будет подавляться. Образцы, которые в норме стерильны например, кровь , моча , спинномозговая жидкость , культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов [97] [145]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста например, аэробный или анаэробный рост , характер гемолиза [en] , а также окрашивать его разными методами. Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147]. Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно. По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека [148].
Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов [149] [150].
Синтез белка невозможен в воде Как уже упоминалось ранее, при синтезе белка между аминокислотами образуется пептидная связь. Во время этого процесса выделяется одна молекула воды. Эта ситуация коренным образом опровергает утверждения эволюционистов о возникновении жизни в океане.
Потому что в химии, согласно принципу «Ле Шателье», реакция, которая образует воду реакция конденсации , не будет завершена в среде, состоящей из воды. Протекание этой реакции в водной среде характеризуется среди химических реакций, как «наименьшая вероятность». Отсюда следует, что океаны, в которых якобы возникла жизнь, отнюдь не подходящая среда для образования аминокислоты и впоследствии — белка. С другой стороны, они не могут изменить свои суждения перед этими фактами и утверждать, что жизнь возникла на суше.
Потому что аминокислоты, предположительно образовавшиеся в ранней атмосфере Земли, могут быть защищены от ультрафиолетовых лучей только в море и океане. На суше же аминокислоты будут разрушены под воздействием ультрафиолетовых лучей. Принцип Ле Шателье опровергает возникновение жизни в море. А это в свою очередь — еще один тупик в теории эволюции.
Очередная безрезультатная попытка: опыт Фокса Оказавшись в безвыходном положении, исследователи-эволюционисты начали придумывать невиданные сценарии по «проблеме воды». Один из знаменитейших среди них Сидней Фокс вывел новую теорию, чтобы решить этот вопрос: аминокислоты, образовавшись в океане, сразу же перенеслись в скалистые места рядом с вулканами. Затем вода в смеси, в состав которой входили и аминокислоты, испарилась под воздействием высокой температуры скалистых мест. В результате «высохшие» аминокислоты могли соединяться для образования белка.
Однако этот «тяжелый» выход из положения никем не был признан. Потому что аминокислоты не смогли бы выдержать температуру, о которой говорил Фокс. Исследования показали, что аминокислоты под воздействием высокой температуры непременно разрушаются. Но Фокс не сдавался.
В «специальных условиях» лаборатории, упрощенные аминокислоты были подогреты в сухой среде и соединены. Аминокислоты были соединены, но получить белок так и не удалось. Полученное представляло собой соединение простых, беспорядочных звеньев аминокислот и никоим образом не было похоже на белок. Более того, если бы Фокс подвергал аминокислоты постоянной температуре, то даже образовавшиеся бесполезные звенья аминокислот распались бы.
Еще одна деталь, обессмысливающая опыт, заключается в том, что Фокс использовал в своем опыте аминокислоты, содержащиеся в живых организмах, а не те, которые в свое время получил Миллер. Между тем, он должен был отталкиваться именно от результатов опыта Миллера. Но ни Фокс, ни другие не использовали непригодные аминокислоты, полученные Миллером. Опыт Фокса не был воспринят положительно даже среди эволюционистов, так как полученные Фоксом непонятные цепи аминокислот протеиноиды не могли образоваться в естественных условиях.
А белок, являющийся строительным материалом живого, так и не был получен. Вопрос о происхождении белка оставался неразрешенным. В популярном научном журнале 70-х годов «Chemical Engineering News» была опубликована статья относительно опыта Фокса: «Сидней Фокс и другие исследователи, используя специальную технику нагревания, смогли получить соединения аминокислот, называемые «протеиноидами» в условиях, не существовавших на начальном этапе Земли. Вместе с тем, они никак не похожи на упорядоченные белки живых организмов и представляют собой лишь хаотичные, бессмысленные пятна.
Даже если эти молекулы и присутствовали первоначально, то разрушение их впоследствии было неизбежно. Разница между ними подобна разнице между аппаратурой сложной технологии и кучей необработанного металла. Эта вера абсолютно противоречит науке, ибо все опыты и исследования показали, что материя не обладает подобными способностями. Известный английский астроном и математик сэр Фред Хойль объясняет это на следующем примере: «Если бы внутри материи был бы внутренний принцип, побуждающий ее к образованию жизни, то это можно было бы продемонстрировать в любой лаборатории.
Например, какой-нибудь исследователь мог бы использовать для опыта бассейн, который представлял бы собой первичный «бульон». Можно было бы заполнить этот бассейн всеми видами неживых химических веществ, закачать любые газы и облучить поверхность радиацией любого вида. Проделав этот опыт в течение целого года, проконтролируйте, сколько ферментов из 2000 жизненно необходимых видов смогло образоваться за этот период. Я отвечу вам сразу, чтобы вы не теряли времени на этот опыт.
Вы не обнаружите ничего, может быть, только несколько аминокислот и других элементарных химических веществ». Биолог-эволюционист Эндрю Скотт признает этот факт следующим образом: «Возьмите немного вещества, перемешайте, подогрейте и немного подождите. Это современная версия происхождения жизни. А такие «основные» силы, как гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая ядерные силы довершат начатое вами дело до конца… Интересно, какая же доля этого простого повествования основана на правде и какая — на спекуляции, основанной на предположениях?
На самом деле, весь процесс развития от первого химического элемента до живой клетки либо является очень спорным вопросом, либо вовсе окутан мраком. Ультрафиолетовые лучи, достигавшие Земли, неконтролируемые катаклизмы природы, оказывающие разрушительные физические и химические воздействия, явились бы причиной распада протеиноидов. А нахождение аминокислот в воде, чтобы избежать ультрафиолетовых лучей, невозможно согласно принципу Ле Шателье. В свете этих фактов мнение о том, что протеиноиды являются началом жизни, постепенно утеряло силу среди ученых.
Чудо-молекула ДНК Как показывает анализ пройденных нами тем, теория эволюции зашла в полный тупик уже на молекулярном уровне. Эволюционисты не смогли внести ясность в вопрос происхождения аминокислоты. Образование же белка само по себе является загадкой. Плюс ко всему, вопрос не ограничивается аминокислотами и белком; это только начало.
А по существу, настоящим тупиком для эволюционистов является уникальный живой организм, называемый клеткой. Потому что клетка представляет собой не просто массу, состоящую из белков, которые в свою очередь состоят из аминокислот. 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».
Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры.
В то же время микрофлора участвует в детоксикации пестицидов в почве и в ее очистке от загрязнения некоторыми химикатами. Антропогенное влияние на почву особенно возрастает в интенсивном земледелии, когда изменяются питательный, воздушный и водный режимы. Необходимость изучения этих изменений связана с вопросами сохранения и повышения почвенного плодородия. Микрофлору можно использовать в качестве показателя для определения направлений течения различных процессов в почве.
Роль бактерий в образовании природного газа Метан — широко распространенный компонент газовой фазы почвы входит и в состав атмосферы Земли. Основным источником атмосферного метана.
Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Найдите правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. 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.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
Следует сразу отметить, что микроорганизмы в силу своих размеров наиболее быстро реагируют на изменения в окружающей среде изменение физических и геохимических параметров. Множество вирусов, в частности РНК-вирусы, имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса. Такая повышенная частота мутаций, в случае комбинации с естественным отбором, позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Это приводит к тому, что вирусы демонстрируют огромное количество вариантов организации генома: в этом смысле они более разнообразны, чем растения, животные, археи и бактерии. Сейчас генетики считают, что большая часть генетического аппарата содержит информацию об изменения окружающей среды. Вполне вероятно, что «запись» такой информации осуществляется с помощью вирусов. Так как вирусы, бактерии и археи составляют основу биосферы, ее, фактически, среду обитания, то адаптация всех высших организмов фактически связана с первичной адаптации микроорганизмов. Как выше было сказано, на сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, которые относят к патогенным или паразитарным.
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. Они являются антиподами паразитов.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия.
Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры. Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику Зарегистрироваться 15—17 марта 2022 г. Описание презентации по отдельным слайдам: Эволюция микроорганизмов Эволюция жизни — процесс, стартовавший на планете около 4 млрд. Современная геномика подтверждает предположение Дарвина 1859 г.
Эволюция микроорганизмов Главная проблема — Эволюция 3 доменов жизни: Бактерий, Археев и Эукариот и создание универсального дерева жизни. Археи и Эукариоты возможно имеют общего предка, отличного от Бактерий. Первой самореплицирующаяся молекула — РНК — основа первых примитивных клеток Эволюция микроорганизмов Клеточное ядро эукариот, митохондрии и гидрогеносомы, а также хлоропласты, согласно эндосимбиотической теории, произошли от протеобактерий и цианобактерий. Разнообразие микробных форм жизни огромно, метаболическая пластичность микробов позволила им занять огромное число экологических ниш.
Один код, одинаковые рибосомы, состоящие из 3 консервативных молекул РНК. Универсально сохраняются компоненты системы трансляции: около 30 транспортных РНК, несколько факторов трансляции, 18 аминоацил-тРНК-синтетаз и несколько тРНК модифицирующих ферментов. Для объяснения различий между археями и бактериями в механизмах репликации ДНК и химическом составе мембран предлагаются 2 возможных сценария: LUCA содержал признаки архей и бактерий, далее в эволюции каждой их групп была утеряна часть признаков. LUCA содержал один из вариантов, впоследствии замененный на другой у архей или бактерий.
Сценарий доклеточной эволюции Неорганические ячейки для развития доклеточной жизни, согласно М. Расселу и его коллегам , сети микроячеек в гидротермальных источниках, состоящие в основном из сульфида железа [Russell, 2007]. Градиенты температуры и рН, способствующие биохимическим реакциям. Генетические элементы: сегменты РНК на первой стадии, затем более сложными молекулами РНК и далее всё более крупными молекулами ДНК Различные стратегии репликации генетического материала и генетические элементы, эволюционировали совместно в соседних ячейках.
Опарин и Холдейн 1929 Синтез биологических мономеров из газов первичной атмосферы.
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. В процессе эволюции некоторые бактерии утратили клеточную стенку и перешли в L-форму.
Таким способом им удалось пережить возникшие неблагоприятные условия, а затем вернуться к исходному состоянию. Бактерии, у которых в естественном состоянии отсутствует клеточная стенка, называются микоплазмами. Появление в ходе эволюции жгутиковых форм бактерий определило способность микроорганизмов к передвижению.
Ископаемые остатки предков лемуров были найдены на разных континентах, но в настоящее время лемуры являются эндемиками Мадагаскара острова у юго-восточного побережья Африки. Чем может объясняться сохранение этих животных на Мадагаскаре и вымирание в других регионах? Какие факторы эволюции способствовали дивергентному видообразованию лемуров в условиях Мадагаскара?
Ответ 1 Мадагаскар отделен от континентов фауна острова изолирована ; 2 на Мадагаскаре лемуры не имели конкурентов со схожими экологическими нишами; 3 на остальных территориях лемуры были вытеснены другими древесными млекопитающими другими приматами ; Факторы эволюции: 5 мутации ИЛИ наследственная изменчивость; 6 популяционные волны; 7 дрейф генов. Закон Харди-Вайнберга гласит: при определённых условиях относительные частоты аллелей в популяции остаются неизменными из поколения в поколение. Закон справедлив, если соблюдается ряд условий. Какие это условия? Ответ 2 в популяции осуществляется свободное скрещивание панмиксия ; 3 отсутствует естественный отбор; 4 не возникает новых мутаций; 5 нет миграции в популяцию или из популяции. У двух видов мохноногих хомячков ареалы не перекрываются: джунгарский хомячок живет в Западной Сибири и на севере Казахстана, а хомячок Кэмпбелла обитает на территории Забайкальского края, Бурятии, Монголии, Северного Китая.
Если в лабораторных условиях пытаться скрестить особей разных видов, то в большинстве случаев наблюдается рождение стерильного потомства или гибель беременных самок из-за крупных размеров эмбрионов. Какие две формы изоляции описаны для этих видов хомячков? Какое значение имеет изоляция как фактор микроэволюции? Ответ 1 географическая изоляция неперекрывающиеся ареалы ; 2 репродуктивная изоляция невозможность формирования плодовитого потомства ; 3 изолированные популяции виды накапливают различия в генофондах; 4 в условиях изоляции затрудняется обмен генами между популяциями ИЛИ в условиях изоляции сохраняется специфичность генофонда популяций видов ; 5 изоляция способствует видообразованию. Рассмотрите схемы процессов видообразования А и Б. На какой схеме отражено экологическое симпатрическое видообразование?
Ответ 1 А — экологическое симпатрическое видообразование; 2 в пределах исходного ареала сформировались разные экологические условия ИЛИ в пределах исходного ареала особями осваивались новые разные экологические ниши; 3 возникает экологическая изоляция; 4 обмен генов становится невозможным или затрудняется; 5 происходит накопление мутаций в каждой экологически изолированной группе особей; 6 возникает репродуктивная изоляция особи из разных экологических групп теряют способность скрещиваться ; 7 образуются новые виды. Почему у соседних подвидов P. Ответ 2 из-за отсутствия преград соседние подвиды могут мигрировать осуществляется поток генов ; 3 в результате между подвидами не накапливаются значимые генетические различия не отличается генофонд подвидов ; 4 отсутствует репродуктивная изоляция. Почему у соседних подвидов E. На рисунках продемонстрированы основные пути, ведущие к появлению новых видов: дивергентный, филетический, гибридогенный. Установите соответствие между основными путями и рисунками 1-3.
Дайте характеристику каждого из путей. Ответ 1 1 - филетический путь филогенез ; 2 преобразование одного вида в другой вида А в вид В ; 3 2 - гибридогенный путь; 4 скрещивание слияние двух видов видов А и В и образование нового вида вида С ; 5 3 - дивергентный путь; 6 разделение одного вида вида А на два виды А и В. Какой способ видообразования изображён на рисунке? Объясните, какие факторы эволюции этому способствовали. Ответ 1 географическое видообразование связано с расселением исходного вида на новые территории, расчленением исходного ареала непреодолимыми преградами; 2 в изолированных популяциях накапливались новые мутации; 3 в результате естественного отбора сохранились особи с новыми признаками; 4 прекращение скрещивания между особями различных популяций привело к репродуктивной изоляции, изменению генофонда популяций и образованию новых видов. Пользуясь рисунком, определите способ изоляции, который привёл к появлению трёх родственных подвидов большой синицы и объясните его последствия.
К какому результату эволюции может привести их репродуктивная изоляция? Ответ 2 репродуктивная изоляция может привести к образованию трех родственных видов синиц; 3 в результате изоляции прекращается скрещивание между особями разных популяций, обмен генами и накапливаются отличия. На острове Святого Фомы обнаружено два вида безногих амфибий — кольчатых червяг, обитающих во влажной рыхлой почве. Известно, что около 300 тыс. На основании этого факта предположите, какая форма видообразования связана с появлением двух видов червяг на острове Св. Какие эволюционные факторы обеспечили образование этих видов червяг и какова роль каждого из этих факторов?
Ответ 2 разделение острова потоками лавы; 3 низкая миграционная способность червяг невозможность преодолеть застывшие потоки лавы ; 4 изоляция; 5 изоляция препятствует обмену генами между популяциями; 6 мутации; 7 мутации приводят к изменению генофонда в каждой популяции; 8 дрейф генов эффект основателя ; 9 каждая изолированная группа отличалась изначальным генофондом. Объясните с позиции дарвинизма формирование устойчивости к пестицидам у паутинного клеща. Ответ 1 в популяции клещей есть особи с различной степенью устойчивости к пестицидам устойчивые и неустойчивые ; 2 при обработке растений пестицидами менее устойчивые клещи погибают, а более устойчивые выживают; 3 выживающие клещи дают больше плодовитого потомства; 4 в результате в последующих поколениях в популяции доля клещей, устойчивых к инсектициду, становится всё больше.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог. Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку. За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году.
Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции.
Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием.
Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный.
На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты.
Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы.
Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ.
Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения.
В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл. Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла.
Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.. Бактерии используют для синтеза энергию химических реакций. Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом. Из хемосинтетиков важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтетиками являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты.
Роль хемосинтетиков очень велика, особенно азотфиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот, находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак ,который хорошо ими усваивается. Приспособленность организмов и ее относительность Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут. Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. В это понятие входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым имифункциям. Например, совершенны приспособления стрижа к полету, а дятла — к жизни в лесу.
Характер их приспособлений к жизни в своеобразной среде различен. Стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв. Дятел добывает из-под коры личинок насекомых: у него крепкий длинный клюв и длинный язык. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров. Приспособительное многообразие — доказательство изменчивости. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Некоторые животные наделены ярким узором окраска у зебры, тигра, жирафа, змей и т.
Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и тоже делает животных менее заметными. Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки. Насекомых, живущих на коре дерева жуки, усачи и др. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида или предметам среды. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия — результат отбора сходных мутаций у различных видов.
Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование. Предупреждающая угрожающая окраска. Некоторые виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников. Приспособления к экстремальным условиям существования. Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев и др.
Чем более жесткие и более определенные требования предъявляет среда, тем более сходные адаптации конвергенция развиваются у организмов, зачастую очень далеких друг от друга. Генотипы организмов, имеющих много общего в строении, при этом сильно отличаются. Например, передвижение в водной среде вызывает сходство в строении тела у пингвинов и тюленей, а также рыб и дельфинов, которые относятся к разным классам позвоночных. Широкое распространение конвергентного сходства между не родственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний. Любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Следовательно, приспособленность носит относительный характер. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. У многих животных имеются рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение.
В частности, рудиментарны пальцы у копытных и на задней конечности кита. Наличие рудиментов служит примером относительной целесообразности. Относительность приспособленности обеспечивает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у данного вида адаптаций, то есть бесконечность эволюционного процесса. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2Опревращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносахаридов: Крахмал у растений ,Гликоген у животных. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров. Этапы энергетического обмена Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый этап : - расщепление органических вещ-в в пищеварительной системе до промежуточных продуктов распада. Глюкоза под воздействием ферментов расщипляется до двух молекул С3Н6О3 С свыделением энергии.
Третий этап: кислородное расщепление в митохондриях На кислородном этапе: с внутренней стороны мембраны крист находятся молекулы переносчики. Электрон подхватывается молекулами переносчиками и перетаскивается с одной молекулы на другую окисление , при этом он теряет энергию. Этот процесс называется окислительное фосфорилирование. В конце цепи переносчиков стоит кислород он является акцептором. Анионы накапливаются с внутренней стороны мембраны , ионы с наружной стороны. Когда разность потенциалов между ними достигнет критического уровня ион через ферментативный канал проходит на внутреннею сторону мембраны. В итоге на кислородном этапе образуется 36 АТФ. Многие сторонники учения о постоянстве и неизменяемости видов считали, что каждая порода, каждый сорт произошли от отдельного дикого вида.
В книгах УПроисхождение видовФ и УИзменения домашних животных и культурных растенийФ Дарвин подробно описал многообразие пород домашних животных и проанализировал их происхождение. Он отмечает, что человек сам создал многообразие пород и сортов культурных растений путем искусственного отбора, то есть изменения в разных направлениях одного или нескольких родоначальных диких видов. Особенно подробно Дарвин исследовал происхождение пород домашнего голубя. Несмотря на большие различия, породы домашних голубей имеют очень важные общие признаки. Все домашние голуби — общественные птицы, гнездятся на зданиях, а не на деревьях, как дикие. Голуби разных пород легко скрещиваются и дают плодовитое потомство. При скрещивании особей, принадлежащих к разным породам, Дарвин получил потомство, по окраске удивительно сходное с диким скалистым голубем. Таким образом, было показано, что в процессе одомашнивания человек может добиться больших изменений у растений и животных.
Ученый сделал вывод, что все породы домашних голубей произошли от одного вида — дикого сизого скалистого голубя, обитающего на крутых утесах Средиземноморского побережья и севернее, до Англии и Норвегии. Обыкновенный сизый голубь похож на него окраской оперения. Дарвин различает два вида искусственного отбора — методический сознательный и бессознательный. Бессознательный отбор — это отбор, направленный на улучшение породы или сорта, когда не ставится задача вывести совершенно новый сорт или породу. Например, хозяйка использует на мясо плохих несушек, а яйценоских кур оставляет, то есть идет частичная выбраковка. Методический отбор заключается в научной разработке всей селекционной работы. Используя этот метод, селекционер, как скульптор, лепит новые органические формы по заранее продуманному плану. Искусственный отбор протекает успешнее, по мнению Дарвина, в крупных хозяйствах: среди большого количества особей больше и наследственного материала, следовательно, возможности отбора и выбраковки расширяются.
Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых сортов и пород, то есть никогда ранее не существовавших органических форм с признаками и свойствами, сформированными самим человеком, поэтому он является главной движущей силой в образовании новых пород животных и растений, приспособленных к интересам человека. Учение об искусственном отборе теоретически обобщило тысячелетнюю практику человека по созданию пород домашних животных и сортов культурных растений и стало одной из основ современной селекции. Естественный отбор Великая заслуга Ч. Дарвина состоит в открытии роли отбора как направляющего и движущего фактора эволюционного процесса. Благодаря мутационному процессу, колебанию численности и изоляции возникает генетическая неоднородность внутри вида. Дарвин считал, что благодаря естественному отбору осуществляется процесс сохранения и преимущественного размножения организмов, которые обладают признаками, наиболее полезными в данных условиях окружающей среды. Естественный отбор — результат борьбы за существование, под которой понимают отклонения особей внутри видов, между видами, а также влияние природно-климатических факторов. Биосинтез белка Информационная РНК, несущая сведения о первичной структуре белковых молекул, синтезируется в ядре.
Пройдя через поры ядерной оболочки, и-РНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации — перевод ее с УязыкаФ нуклеотидов на УязыкФ аминокислот. Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными т-РНК. Такая последовательность нуклеотидов в структуре т-РНК называется антикодоном. В этом состоит первый этап синтеза. Для того чтобы аминокислота включилась в цепь белка, она должна оторваться от т-РНК. Такой перевод происходит на рибосоме. Третий этап синтеза белка заключается в том, что фермент синтетаза присоединяет оторвавшуюся от т-РНК аминокислоту к растущей белковой молекуле. Информационная РНК непрерывно скользит по рибосоме, каждый триплет сначала попадает в первый участок, где узнается антикодоном т-РНК, затем на второй участок.
Сюда же переходит т-РНК с присоединенной к ней аминокислотой, здесь аминокислоты отрываются от т-РНК и соединяются друг с другом в той последовательности, в которой триплеты следуют один за другим. Когда на рибосоме в первом участке оказывается один из трех триплетов, являющихся знаками препинания между генами, это означает, что синтез белка завершен. Готовая цепь белка отходит от рибосомы. Процесс синтеза белковой молекулы требует больших затрат энергии. Для увеличения производства белков и-РНК часто одновременно проходит не через одну, а через несколько рибосом последовательно. Такую структуру, объединенную одной молекулой и-РНК, называют полисомой. На каждой рибосоме в таком, похожем на нитку бус, конвейере последовательно синтезируются несколько молекул одинаковых белков. Синтез белка на рибосомах носит название трансляции.
Исключением являются такие растения , как нитчатые цианобактерии и актиномицеты. Рисунок 1. Формы бактерий В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама.
У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана.
Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид.
Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки.
У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК.
Рисунок 3.
Организмы с хорошим иммунитетом не только выживают, но и изменяют сами вирусы. То есть идет взаимное совершенствование. Одна из важнейших функций микроорганизмов - это связь биосферы и геосферы в обмене веществ: микроорганизмы поставляют из геосферы в биосферу питательные элементы развивающимся многоклеточным организма, а из биосферы в геосферу различные компоненты путем разложения отживших организмов. Это важнейшая функция — осуществление кругооборота веществ в условиях ограниченности веществ параметрами Земли. Вирусы, наряду с бактериями, участвуют в горизонтальном обмене генов организмов. Сегодня микробиологи используют вирусы для создания генномодифицированных организмов, тем самым признавая фактически вирусы в качестве эволюционного фактора. Таким образом, вирусы можно считать одним из важнейших первичных эволюционных факторов, которые однозначно влияют на генетическую изменчивость, адаптацию и естественный отбор.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира?
Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2.
То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. 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.
Цитоплазматическая мембрана , отделяющая цитоплазму от клеточной стенки, служит осмотическим барьером клетки, регулирует транспорт веществ; в ней осуществляются процессы дыхания , азотфиксации , хемосинтез и др. Нередко она образует впячивания — мезосомы. С цитоплазматической мембраной и её производными связан также биосинтез клеточной стенки, спорообразование и т. К ней прикреплены жгутики, геномная ДНК. Бактериальная клетка организована довольно просто.
В цитоплазме многих бактерий имеются включения, представленные различными рода пузырьками везикулами , образованными в результате впячивания цитоплазматической мембраны. Для фототрофных , нитрифицирующих и метанокисляющих бактерий характерна развитая сеть цитоплазматических мембран в виде неразделённых пузырьков, напоминающих граны хлоропластов эукариот. В цитоплазме присутствуют также рибосомы от 5 до 50 тыс. У некоторых бактерий например, у многих цианобактерий имеются карбоксисомы — тельца, в которые заключён фермент , участвующий в фиксации CO2. Геном бактерий нуклеоид представлен кольцевой молекулой ДНК, которую часто называют бактериальной хромосомой. Для бактериального генома характерно объединение многих функционально связанных генов в т. Кроме того, в клетке могут присутствовать внехромосомные генетические элементы — ДНК плазмид , которые несут несколько полезных для бактерий генов в том числе гены устойчивости к антибиотикам.
Она может существовать автономно или временно включаться в хромосому. Но иногда, в результате мутаций , эта ДНК теряет способность выходить из хромосомы и становится постоянным компонентом генома. Появление новых генов может быть также обусловлено генетическим переносом в результате однонаправленной передачи ДНК из клетки-донора в клетку-реципиент аналог полового процесса. Такая передача может осуществляться при прямом контакте двух клеток конъюгация , при участии бактериофагов трансдукция или путём попадания генов в клетку из внешней среды без межклеточного контакта. Всё это имеет большое значение для микроэволюции бактерий и приобретения ими новых свойств. Размножение Большинство бактерий размножаются путём деления надвое, реже почкованием, а некоторые например, актиномицеты — с помощью экзоспор или обрывков мицелия. Известен способ множественного деления с образованием мелких репродуктивных клеток-баеоцитов у ряда цианобактерий.
Многоклеточные прокариоты могут размножаться отделением от трихом одной или нескольких клеток. Некоторые бактерии характеризуются сложным циклом развития, в процессе которого могут меняться морфология клеток и образовываться покоящиеся формы: цисты , эндоспоры, акинеты. Миксобактерии способны образовывать плодовые тела, часто причудливых конфигураций и окрасок. Отличительной особенностью бактерий является способность к быстрому размножению. Например, время удвоения клеток кишечной палочки Escherichia coli составляет 20 мин. Подсчитано, что потомство одной клетки в случае неограниченного роста уже через 48 ч превысило бы массу Земли в 150 раз. Условия обитания Бактерии приспособились к разным условиям существования.
Некоторые бактерии чрезвычайно устойчивы к ионизирующему излучению и живут даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов Deinococcus radiodurans. Ряд бактерий барофилы, или пьезофилы хорошо переносят гидростатическое давление до 101 тыс.
Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141]. Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142]. В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения. По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии. В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки [62]. При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы , выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы. Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания.
Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами [en] после окрашивания по Цилю — Нильсену [143]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии [144]. Методы культивирования бактерий [en] разработаны так, чтобы способствовать росту определённых бактерий, но подавлять рост других бактерий из того же образца. Часто эти методы разрабатываются специально для определённых образцов, откуда берутся микробы. Например, для идентификации возбудителя пневмонии для дальнейшего культивирования берут образец мокроты , для идентификации возбудителя диареи для выращивания на селективной среде берут образец стула , причём во всех случаях рост непатогенных бактерий будет подавляться. Образцы, которые в норме стерильны например, кровь , моча , спинномозговая жидкость , культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов [97] [145]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста например, аэробный или анаэробный рост , характер гемолиза [en] , а также окрашивать его разными методами. Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147].
Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно. По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека [148]. Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов [149] [150]. 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].
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? 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.
Лекция 14. Бактерии
| Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий | Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. |
| какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. |
| Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий доклад, проект | Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. |
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. |
| Бактерии — Википедия Переиздание // WIKI 2 | Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. |
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? |
| какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. |