Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие.
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Сорохтин О. Глобальная эволюция Земли. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Фокс С. Молекулярная эволюция и возникновение жизни: пер. Яковлев Г. Ботаника: учебник для вузов. Bonner J. Brasier [et al.
Bridgwater [et al. Brocks [et al. Dolan [et al. Hoover R. Hoover, editor. Kellogg [et al. Methanopyrus kandleri, gen. Kurr [et al.
Martins [et al. McKay [et al. Nisbet E. Rasmussen [et al. Rhawn J. Rossi [et al. Sand W. Schopf J.
Shu [et al. Stetter K. Vellai T. Walsh M. Wainwright [et al. Westall [et al. Whitman W. Woese C.
Astafeva M. Iskopaemye bakterii i drugie mikroorganizmy v zemnykh porodakh i astromate-rialakh [Fossil bacteria and other microorganisms in ground terrestrial rock and astromaterial]. Rozanov A. Gerasimenko L. Paleontological Journal 1999; 33 4 :439-459. Zavarzin G. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk 2001; 71 11 :988—1001. Vvedenie v prirodovedcheskuyu mikrobiologiyu [Introduction to the natural history microbiology].
Moscow: Universitet; 2001. Osobennosti evolyutsii prokariot. V knige: L. Tatarinov, A. Rasnitsyn red. Evolyutsiya i biotsenoticheskie krizisy [The features of prokaryotic evolution. In: Tatarinov L. Evolution and biocenotic crises].
Moscow: Nauka; 1987. Zvyagintsev I. Uspekhi mikrobiologii 1992; 25:3- 27. Krylov I. Na zare zhizni [At the dawn of life]. Moscow: Nauka; 1972. Kusakin O. Filema organicheskogo mira [Phylema of the living things].
Petersburg: Nauka; 1994. Lysenko S. Uspekhi mikrobiologii 1981; 16:231253. Margelis L. Moscow: Mir; 1983. Markov A. Paleontological Journal 2005; 39 2 :109-116. Oparin A.
Moscow: Nauka; 1968. Sergeev V. V knige: Rozanov A. Problemy doantropogennoy evoljutsii biosfery [Cianobacterial communities at early stages of biosphere evolution.
Это микроскопические одноклеточные, которые встречаются почти повсеместно: в водоемах, почве, на предметах обихода, в кормах и продуктах питания, на поверхности скал и глубоко под землей, а также в организмах растений, животных и человека. Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений. Большинство бактерий бесцветны.
Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях.
А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений! Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация.
Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации — прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет. Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай как и у всех позвоночных животных имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез в лимфоцитах , в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции. Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми.
Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим. В таком случае живое существо имеет возможность заранее подготовиться к изменению среды, опираясь на уже имеющуюся информацию. Например, если Вы голодны, а Вам в этот момент протягивают шампур с жареным шашлыком Вы видите жареное мясо и чувствуете его запах , то в это время было бы полезно, если бы у Вас уже «потекли слюнки». То есть, чтобы Ваш организм немедленно начал готовиться к успешному поглощению пищи. В этом случае Вы работаете как бы на опережение событий — выделяете слюну уже при виде жареного мяса. Благодаря нашему знаменитому соотечественнику Ивану Петровичу Павлову, все мы уже со школьной скамьи узнаём, благодаря чему наш организм может эффективно предугадывать события. Это происходит благодаря выработке условных рефлексов в нашей нервной системе. А вот бактерии — не имеют нервной системы.
И соответственно, не имеют и условных рефлексов. Однако «работать» на опережение событий они умеют. Без всякой нервной системы. Потому что они имеют громадную численность колоний. 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.
Некоторые цианобактерии не способны выделять кислород, так как при фотосинтезе они не используют воду. К автотрофным бактериям так же относят и хемосинтезирующие формы, использующие энергию химических реакций азотобактерии, железобактерии, серобактерии и др. Гетеротрофные от греч. В свою очередь эти бактерии подразделяются на паразитов и сапрофитов. Паразиты являются болезнетворными формами, которые питаются тканями своих хозяев, вызывая различные заболевания растений бактериозы , животных и человека. Для сапрофитных бактерий характерно питание отмершими остатками или выделениями других живых организмов. Благодаря сапрофитным бактериям происходит процесс гниения и брожения. По сути сапрофиты — это санитары нашей планеты, разлагающие остатки пищи, трупы животных, экскременты, сухие листья, ветки и др. Отношение бактерий к кислороду По отношению к кислороду все бактерии, как и другие организмы, делятся на две большие группы: 1. Анаэробы — бактерии способные обходиться без кислорода полностью или частично. Бактерии, которые могут жить как в присутствии кислорода, так и без него — называют факультативными от фр. К ним относят бактерии гниения или уксуснокислые бактерии. Микроаэрофильные бактерии лучше растут в атмосфере с низким содержанием кислорода. Бактерии, для которых кислород губителен, называют облигатными от лат. К ним относят винные бактерии или бактерии ботулизма. Аэробы — дышащие кислородом бактерии синегнойные, лактобактерии и др. Дыхание многих бактерий похоже на дыхание растений и животных. Они поглощают кислород воздуха и выделяют углекислый газ и энергию.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
| Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад | Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. |
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. |
| Бактерии. Большая российская энциклопедия | Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. |
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | 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. |
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
| Остались вопросы? | Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов. |
| Эволюция бактерий - Evolution of bacteria | С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. |
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. |
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. |
| Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов | Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. |
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
| Роль бактерий в эволюции жизни на Земле - online presentation | Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. |
| Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование» | Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро. |
| «Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?» — Яндекс Кью | Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. |
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разноообразие бактерий в это время сокращается. Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась. Экологические и биосферные функции бактерий Количество клеток прокариот оценивается в 4-6 1030, их суммарная биомасса составляет 350—550 млрд. В то же время бактерии характеризуются коротким жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы.
Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет. Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений? Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды. Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений! Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация. Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации — прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет. Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай как и у всех позвоночных животных имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез в лимфоцитах , в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции. Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми. Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим.
Файл:Agar plate with colonies. Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное деление ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к образованию от 4 до 1024 новых клеток. Для обеспечения необходимой для эволюции и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них существуют иные механизмы. При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции. У других бактерий кроме размножения наблюдается половой процесс , но в самой примитивной форме. Половой процесс бактерий отличается от полового процесса эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Это называется генетической рекомбинацией. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса. Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция. Генетический аппарат[ ] Гены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность, расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле ДНК — хромосоме иногда для обозначения бактериальных хромосом, чтобы подчеркнуть их отличия от эукариотических, используют термин генофор англ. Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены.
Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах. Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот. Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов. На поверхности мембран мезосом находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Над клеточной стенкой у многих бактерий расположена слизистая капсула, предназначенная для дополнительной защиты бактерии от внешних воздействий. Бактерии размножаются простым делением надвое.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. В основе всех эволюционных исследований лежат данные, позволяющие возможно более точно установить, насколько близкими друг к другу являются организмы. Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении. Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. 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.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете. Также бактерии выполняют почвообразовательную функцию. Видео по теме Обратите внимание В благоприятных условиях бактерии распространяются очень быстро. Они могут делиться каждые 20-30 минут. В неблагоприятных условиях бактерии образуют споры, служащие для сохранения вида.
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. Отсюда один или, может быть, несколько шагов до появления эукариот.
На этом примере мы видим только кооперацию. Возможно, изначально в природе между этими клетками конкуренция и была, но мы просто не видим ее следы. У нас ведь нет никаких ископаемых материальных свидетельств этих ранних этапов эволюции. От древнего прокариотного мира практически ничего не осталось, и мы в точности не знаем, что именно там происходило. Тем не менее за последние годы ученым удалось получить большое количество новой информации благодаря молекулярно-биологическим и биоинформатическим методам анализа природных экосистем: было найдено очень много микробов, неизвестных в лабораторных культурах. Биологи смогли собрать их полные геномы и исследовать присущие им свойства, существенно пополнив наши знания о метаболическом разнообразии прокариот. Однако описывать геномы и предсказывать свойства микробов мы можем только на основании того, что уже известно благодаря работе с лабораторными культурами.
Таким образом, многие свойства микроорганизмов как культивируемых, так и некультивируемых до сих пор остаются скрытыми от нас.
Как с позиции современного эволюционного учения объясняется появление собачьих блох, устойчивых к противоблошиному шампуню? Ответ 1 в популяции блох присутствуют особи с различной степенью устойчивости к ядовитым веществам разными мутациями ; 2 при обработке шампунем в ходе борьбы за существование неустойчивые к яду шампуня блохи погибают, а устойчивые выживают; 3 выжившие блохи передают гены устойчивости к яду мутацию своим потомкам получим преимущество в размножении ; 4 в результате естественного отбора формируется новая популяция, устойчивая к яду шампуня 17.
Вид азиатской птицы зеленоватой камышевки Phylloscopus trochiloides распространился на восток и запад Тибетского плато с юга, огибая непроходимые Гималаи направление распространения вида указано стрелками , где миграция из-за высоты гор невозможна. При этом образовалось множество подвидов, которые различаются по мотивам песни и окраске. Соседние подвиды способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P.
Однако дальние подвиды не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P. Какой тип видообразования иллюстрирует данный пример? Почему у дальних подвидов P.
Дайте аргументированный ответ. Ответ 2 дальние подвиды долгое время не контактировали между собой отсутствовал поток генов ; 3 в результате между подвидами накопились значимые генетические различия генофонд подвидов стал различаться ; 4 поэтому возникла репродуктивная изоляция. Виды тихоокеанской саламандры Ensatina распространены вокруг долины в Калифорнии, которая ограничена горным массивом.
В процессе эволюции последовательно образовались виды, которые отличались друг от друга по окраске и другим морфологическим признакам направление распространения видов указано на рисунке стрелками. Соседние виды способны свободно скрещиваться например, E. Однако виды E.
Почему у видов E. Ответ 1 географическое аллопатрическое видообразование; 2 виды E. Многие животные совершают в течение своей жизни регулярные или нерегулярные миграции.
Назовите не менее трёх возможных причин таких перемещений. Каждую причину сопроводите примером. Ответ 2 например, миграция рыб из морей в реки на нерест; 3 смена экосистем пожар в лесу, истощение природных ресурсов, увеличение внутривидовой конкуренции ; 4 например, перемещение грызунов после пожара; 5 сезонные изменения условий обитания; 6 например, перелёты птиц миграция северных оленей ; 7 суточные изменения условий обитания; 8 например, вертикальная миграция зоопланктона приливно-отливные миграции.
В пунктах 2, 4, 6, 8 возможны иные подходящие по смыслу примеры. Среди позвоночных животных известны случаи заразного рака: трансмиссивная венерическая опухоль собак, передающаяся половым путём, и лицевая опухоль тасманийского дьявола, передающаяся при укусах. Трансмиссивная венерическая опухоль собак появилась порядка 10 000 лет назад.
После заражения у собак образуются опухоли на гениталиях, которые со временем регрессируют и не приводят к смерти хозяина, но некоторое время активно передаются другим особям. Лицевая опухоль тасманийского дьявола эволюционно молода, впервые была выявлена в 1996 году. Предположим, что 10 000 лет назад трансмиссивная венерическая опухоль собак была так же летальна, как лицевая опухоль тасманийского дьявола на данный момент.
Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Ответ 1 благодаря мутациям в исходной популяции раковых клеток у разных особей возникают опухоли, различающиеся по смертельности; 2 если носители раковых клеток слишком быстро и слишком часто умирают, то это сдерживает распространение раковых клеток в популяции носителей; 3 если носители раковых клеток не умирают от рака, то это способствует большему распространению раковых клеток в популяции носителей; 4 в ряду поколений носителей увеличивается доля носителей несмертельных линий рака. На рисунке изображены формы клюва у представителей разных видов семейства цветочниц, обитающих на Гавайских островах.
Укажите последовательность процессов, которые привели к формированию многообразия форм клюва с позиции современной синтетической теории эволюции. Как называется такая форма направленной эволюции? Чем она характеризуется?
Ответ 1 особи исходного вида, попавшие на острова, оказались в разных экологических нишах разных условиях питания ; 2 в каждой популяции возникали мутации; 3 разные мутации поддерживались естественным отбором; 4 накопление мутаций привело к репродуктивной изоляции; 5 дивергентная форма эволюции дивергенции ; 6 новые виды при такой форме образуются путём расхождения от одного общего предка. Объясните с позиции современного эволюционного учения, как сформировались и сохранились в процессе эволюции ядовитые железы у древесной квакши. Ответ 1 в исходной популяции появились мутировавшие особи с наличием ядовитых желёз; 2 они имели преимущество в борьбе за существование; 3 благодаря естественному отбору эти мутации распространялись накапливались в популяции.
Предковый вид ландышей был широко распространен в лиственных лесах Евразии несколько миллионов лет назад.
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. 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 (5–7 кл.)
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. Хемосинтезирующие бактерии обнаружены в почве на глубине 5 и более метров, а также на глубине до 1000 метров дна океанов. Образование спор у бактерий При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время Рис. Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться. Цианобактерии Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле.
Некоторые ископаемые останки цианобактерий имеют возраст превышающий 3 мдрд лет Рис. У них отсутствует ядро, что объединяет их с бактериями, а возможность фотосинтезировать относит к водорослям. Именно благодаря фотосинтезу, они первыми обогатили атмосферу нашей планеты кислородом, что сделало ее пригодной для существования живых организмов. Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. Носток — съедобная синезеленая водоросль, употребляемая в пищу в разных странах Китай, Монголия, Южная Америка Рис. Побочным продуктом такой реакции — кислород. Некоторые цианобактерии не способны выделять кислород, так как при фотосинтезе они не используют воду.
Другими представителями микромира были: бактерии, обладавшие способностью фиксировать углеводородные соединения и аммиак; водородные бактерии, окислявшие молекулярный водород; микроскопические сине-зеленые водоросли, использовавшие углеводород для строительства своего тела и выделявшие кислород. Их жизнедеятельность привела к обогащению биосферы Земли кислородом с одновременным снижением концентрации в ней углекислого газа. Такая эволюция фотосинтеза привела к массовой гибели анаэробных микроорганизмов и дала возможность развиваться аэробам. Таким образом, произошло четкое разделение между прокариотами и эукариотами. Безъядерные бактерии продолжали использовать сульфатное дыхание, формировать и потреблять метан, фиксировать азот и выполнять другие важные для экологии функции. Жизнедеятельность ядерных микроорганизмов базировалась в основном на фотосинтезе и существовании в присутствии кислорода. Как передается генетическая информация Отсутствие полового размножения у бактерий привело к возможности не только воспроизводить потомство путем простого деления, но и делиться генетическим материалом с другими микроорганизмами. Данное явление получило название горизонтального переноса. Оно создает значительные трудности для ученых в отслеживании развития определенного вида бактерий и архей. Изучение подвижных генетических элементов и их роли в эволюции бактерий позволило установить, что они могут оказывать влияние на процесс преобразования наследственной информации в РНК или протеин. В результате этого происходит блокировка определенных действующих и активизация неактивных генов, вызывая мутации и создавая этим определенные эволюционные преимущества. Эволюция вирусов Вирусы представляют собой микроскопические частицы, которые состоят из молекул нуклеиновых кислот, заключенных в протеиновую оболочку капсид. Особенностями вирусных микроорганизмов является наличие только одного типа нуклеиновых кислот РНК или ДНК , а также неспособность размножаться, находясь вне клетки хозяина. Так как вирусы не имеют общего предка и не образуют окаменелостей, то не существует единой теории их возникновения. Однако выделение вирусных элементов из геномов останков древних существ позволяет проследить их распространение и изменение. Откуда взялись бесклеточные организмы В настоящее время выдвинуты следующие теории происхождения вирусов в ходе эволюции: регрессия одноклеточных микроорганизмов; переход доклеточных форм к паразитическому способу жизни; отсоединение отдельных участков ДНК или РНК клеточных организмов с сохранением зависимости. У каждой теории существуют недостатки, не позволяющие ее принять за единую правильную версию. Изменчивость и наследственность вирусов Эволюцию вирусов ученые пытаются проследить, проводя анализ геномов современных микроорганизмов. Выяснено, что развитие вирусов происходит в результате изменения последовательностей соединения участков ДНК или РНК под воздействием различных внешних факторов. Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных. Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям. Особенности эволюции вирусов на современном этапе В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение. Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции. Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции. Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы. Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации.
По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются. Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток. В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях. Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства. Например, царство Протеобактерий содержит организмы, характеризующиеся смешанными физиологическими чертами, напоминающими черты, характерные почти для всех известных прокариот. Второй прокариотический домен составляют Археи, состоящие из трех основных типов: Кренархеот, Эвриархиот и Корархеот. Физиологически бактерии и археи легко дифференцируются по наличию у бактерий или отсутствию у археев клеточной стенки, содержащей пептидогликан. Представители домена Эукариот в составе своей клеточной стенки также не содержат пептидогликан. Подобные организмы могли сохраниться с того времени, когда Земля еще находилась на ранних этапах формирования, которые характеризовались экстремальными условиями, и эти прокариоты или близкие к ним археи могут представлять собой реликты ранних форм жизни. Первоначально, некоторые формы Археев были обнаружены при анализе рибосомальных генов организмов, обитающих в экзотической среде, например в открытом океане, Антарктических водах, и в водах глубоководных гидротермальных источников. Однако они также находятся в обычной почве и в озерных водах. Наша информация об универсальном дереве жизни продолжает расширяться.
Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая. Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций. Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода. Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается. Вот вы можете походить по комнате с пылесосом и засосать воздух, а потом с помощью современных машинок выделить из пыли все ДНК и определить так называемый метагеном комнаты. Метагеном — это набор генов всех организмов, которые присутствовали в анализируемом образце. И в нем вы обнаружите огромное количество генетических следов разнообразных неизвестных бактерий. Если речь идет о метагеноме кишечника, то вы можете найти корреляции между какими-то кусками этих генетических текстов и какими-то свойствами человека — например, продолжительностью его жизни или какими-то патологиями. Это важно для диагностики и персональной медицины ближайшего будущего, например для разработки правильной диеты. Диета оказывает огромное влияние на что угодно. Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями. Есть такая замечательная вещь, как пересаживание кала, — этот метод в США прошел клиническое испытание на людях и уже используется. Оказывается, лучший способ похудеть — это пересадить себе какашку худого человека, которая, как известно, в основном состоит из его бактерий. В дальнейшем можно будет на своей странице в соцсетях выставлять не только геном, но и метагеном. И если какой-нибудь Цукерберг или Брин будут иметь доступ к этой информации, они смогут проводить исследования, например, о связи определенной бактерии с желанием, я не знаю, купить айфон. А медики, скажем, выяснят, что все, кто ел огурцы и имел такую-то бактерию, рано умерли. То есть бактерии могут служить диагностическими маркерами заболеваний или какого-то поведения. Таков размер самой крупной бактерии Thiomargarita namibiensis. Большинство же бактерий имеют размер 0,5—5 мкм. Кстати, проанализировав геном, тоже почти ничего пока нельзя сказать.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Эволюционное учение. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам.