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. Эволюция микроорганизмов Главная проблема – Эволюция 3 доменов жизни: Бактерий, Археев и Эукариот и создание универсального дерева жизни.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях.
Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают». На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными.
Рисунок 3. Изменение сходства существенных генов a и синтетических леталей b c ростом генетического расстояния. Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая.
Это говорит о высокой чувствительности синтетических леталей к изменениям бактериальных генотипов. Обнаруженное поведение долговременной фенотипической дивергенции бактерий напоминает молекулярные часы белковой эволюции [5]. Похоже, что подобно эволюции белков, тренды фенотипической дивергенции задаются как адаптацией бактерий к различным экологическим нишам, так и нейтральными изменениями.
В каждой конкретной филогенетической линии и эволюционном контексте относительный вклад адаптивных и нейтральных изменений различен. Метаболические фенотипы, существенные гены и синтетическая летальность дивергируют с разной скоростью и неодинаково чувствительны к изменению бактериальных генотипов. Возможно, многие другие фенотипические признаки, такие как способность синтезировать различные вещества, взаимодействовать с другими видами или противостоять специфическим изменениям окружающей среды, дивергируют тоже по-разному.
Эта история может показаться немного недосказанной, что не умаляет нашей уверенности в том, что ускорение геномного и метагеномного секвенирования, а также неустанное совершенствование вычислительных методов аннотации генов очень скоро позволят отслеживать эволюцию различных фенотипических признаков на всём бактериальном филогенетическом пространстве или даже на всём дереве жизни. Литература Plata G. Long-term phenotypic evolution of bacteria.
Более того, потеряв способность отключения производства гена-транспортера цитрата, теперь бактерия тратит ресурсы зря, производя транспортер цитрата тогда, когда он ей не нужен. Было выращено так много поколений кишечной палочки, что в их геноме произошли всевозможные точечные мутации и все же, это самое лучшее, что у них есть! Это вовсе не пример эволюционного скачка вперед! В действительности, все это подчеркивает ограничения, которые есть у созидательных способностей мутаций на создание новых семейств генов, требуемое для того, чтобы эволюция могла объяснить происхождение живых организмов. Количество поколений кишечных палочек в лабораторном эксперименте, на данный момент уже превысило 60 000. Это является эквивалентом 1.
Глядя на то, как мало эволюции произошло у бактерий кишечной палочки, какие выводы можно сделать об эволюции посредством мутаций и естественного отбора? Длительный эксперимент с кишечной палочкой создает серьезную проблему для эволюционной истории и подчеркивает дилемму Холдейна, состоящую в том, что даже при самых лучших эволюционных сценариях, времени не достаточно на накопление достаточных изменений посредством эволюции. Это интересное исследование, но в нем нет ничего, что поддерживало бы эволюцию от микроба к человеку. Как я уже указывал, здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», которые описывал майкл Бихи в своей книге на эту тему. Однако оно так сильно взволновало атеистов и теистических эволюционистов. Потому, я думаю, что оно станет популярным в эволюционных учебниках, потому что это самое лучшее что у них есть, чтобы распространять мирской миф об эволюции.
Личная заметка: В одном из постов на блоге Ричарда Ленски telliamedrevisited. По всей видимости, он один из тех, кто потерял веру. Или, возможно, что его родители потеряли веру, поскольку Захарий говорит только о своей бабушке. И опять же, мы видим, как эволюционный миф вовлечен в секуляризацию христианского общества. Как когда-то высказался Найлз Элдридж, «Дарвин сделал больше для того чтобы секуляризировать [отвернуть от христианства] западный мир, чем какой-либо другой отдельный мыслитель». Они показали, что на то, чтобы переработка цитрата началась, требуется всего 12 поколений, а чтобы появилось ее усовершенствование, всего 100 поколений.
И снова, никаких новых генов не появилось, кроме копирования и перемещения уже существующих, как и было описано выше. Авторы пришли к выводу: «Мы приходим к заключению, что редкий мутант, полученный посредством долгосрочного эксперимента Ленски, был артефактом экспериментальных условий, а не уникальным эволюционным событием. Никакой новой генетической информации новых функций генов не появилось». Holmes, Bob, Bacteria make major evolutionary shift in the lab , com news service, 09 June 2008. Это объяснено в статье Weasel, a flexible program for investigating deterministic computer demonstrations of evolution — смотрите секцию — катастрофа ошибок. Скорость мутаций, состоящая в 1 на миллион нуклеотидов в поколение, производит одну или две мутации в клетке обычной бактерии с вероятностью, что одна может быть разрушительной, но та же скорость мутаций у человека произведет более тысячи новых на особь и каждая особь получит несколько разрушающих мутаций.
Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. 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.
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. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений. Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции. Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК.
Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных… Как видим, даже самые верующие дарвинисты в лице Александра Маркова понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы. В связи с этим возникает вопрос.
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
Вокруг прямого проводника с током (смотри рисунок) существует магнитное поле. определи направление линий этого магнитного поля в точках a и внимание, что точки a и b находятся с разных сторон от проводника (точка a — снизу, а точка b — сверху). Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете.
Вход и регистрация
Информация о таких особенностях, как рост, глаза, волосы, цвет кожи, а также весь план 206 костей тела, 600 мышц, сеть из 10 тысяч окончаний слухового нерва, 2 миллионов рецепторов зрительного нерва, 100 миллионов нервных клеток и 100 триллионов клеток в целом — все это запланировано в ДНК каждой клетки. Если попытаться записать всю генетическую информацию на бумаге, то понадобится огромная библиотека, состоящая из 900 томов по 500 страниц в каждом. Однако эта информация неимоверного объема зашифрована на определенных участках ДНК, называемых «генами». Возможно ли случайное образование ДНК? Здесь нужно обратить внимание на то, что любая ошибка в последовательности нуклеотидов, составляющих ген, приводит к нарушению самого гена. Если предположить, что организм человека состоит из 200 тысяч генов, то представить случайную упорядоченность и очередность миллионов нуклеотидов, составляющих ген, абсолютно невозможно. Биолог-эволюционист Фрэнк Салисбери по поводу этого говорит следующее: «Средняя молекула белка состоит примерно из трехсот аминокислот. В контролирующей его цепи ДНК содержится примерно 1000 нуклеотидов.
Если учесть, что в одной цепи ДНК есть четыре вида нуклеотидов, то ряд в 1000 нуклеотидов может быть выстроен в 41000 вариантах. Число, находимое простым логарифмическим подсчетом, непостижимо человеческому разуму. А 10620 равно 1 с 620-ью нулями. Одиннадцать нулей после десяти — это уже триллион, тогда 620 нулей действительно непостижимо. Невозможность случайного образования ДНК и РНК объясняет французский ученый-эволюционист Пол Огер: «По-моему, необходимо очень четко разделить две стадии относительно возникновения в результате случайной химической реакции такой сложной молекулы, как нуклеотид: образование отдельных нуклеотидов, что быть может и возможно, и серийное соединение их между собой. Вот это второе — невозможно. Эволюционист профессор доктор Али Демирсой относительно возникновения ДНК вынужден признаться в следующем: «Образование белка, ДНК и РНК маловероятно, а образование же цепи какого-либо белка маловероятно астрономически.
Синтез же этих ферментов происходит согласно информации, закодированной в ДНК. Так как они взаимосвязаны, то при редупликации удвоении ДНК необходимо присутствие обоих в одно и то же время. Американский микробиолог Джакобсон говорит по этому поводу следующее: «При появлении первого живого организма необходимо было совокупное присутствие всех механизмов, способных обеспечить необходимыми материалами и энергией, реализовать планы размножения, определить последовательность роста и трансформировать информацию в процесс развития. Комбинация всего этого не может осуществиться случайно. Уатсоном и Ф. Однако, несмотря на развитие науки, этот вопрос остается неразрешимой проблемой для эволюционистов. Уатсон и Ф.
Крик с моделью молекулы ДНА. Немецкие ученые Junken и Schеrer обнаружили, что синтез всех жизненно необходимых молекул требует отдельных условий. По мнению тех же ученых, это говорит о том, что нет шансов на присутствие в одном месте. Нет ни одного опыта, в котором можно было бы получить все молекулы, необходимые для химической эволюции. Следовательно, различные молекулы должны быть произведены в разных местах при соответствующих условиях, защищаясь от вредных факторов, таких как гидролиз и фотолиз, и транспортированы на другие участки новых реакций. Здесь не может быть и речи о случайности, потому что нет никакой вероятности осуществления такого явления. Одним словом, теория эволюции не смогла доказать ни один эволюционный процесс, который якобы осуществлялся на молекулярном уровне.
Развитие же науки, вместо того, чтобы ответить на эти вопросы, напротив, усугубляет их и заводит в полный тупик. Но эволюционисты верят в этот невозможный сценарий, как в научно доказанную истину. Потому что они обусловили себя отрицанием творения, и им не остается ничего другого, как верить в невозможное. Известный австралийский микробиолог Майкл Дентон в своей книге «Evolution: A Theory in Crisis» «Эволюция: теория в кризисе» объясняет этот случай cледующим образом: «Структура генетической программы высших организмов равна информации в миллиард битов компьютерная единица или же длине всех букв, содержащихся в тысяче томов маленькой библиотеки. Утверждать, что многочисленные сложные функции, контролирующие и определяющие развитие триллионов клеток комплексного организма, образовались в результате случайного процесса, будет своего рода натиском на человеческий разум. Но дарвинист признает эту точку зрения без малейших признаков сомнения. Выяснилось, что все «опыты с первичной атмосферой», проведенные эволюционистами Поннамперума, Миллером и Фоксом, на самом деле недействительны.
Это послужило началу новых эволюционионных поисков в 80-е годы нашего столетия. В конце концов, был написан сценарий «Мир РНК», согласно которому сначала якобы образовалась РНК, содержащая информацию о белке, а затем и сам белок. Согласно сценарию, выдвинутому в 1986 году химиком Уолтером Гилбертом из Гарварда, миллиарды лет назад непонятно каким образом случайно образовалась молекула РНК, способная скопировать саму себя. Затем молекула РНК под воздействием внешних факторов сразу же начала производить белки. Потом возникла потребность сохранять информацию в какой-либо другой молекуле, и таким же непонятным образом образовалась молекула ДНК. Этот сценарий, который даже трудно вообразить, состоит из цепочки невероятностей на каждой стадии, и вместо того, чтобы объяснить начало жизни, еще больше усугубляет этот вопрос и ставит на повестку. Если необъяснимо случайное образование даже одного нуклеотида, составляющего РНК, тогда как же воображаемые нуклеотиды, соединившись в определенном порядке, образовали РНК?
Как первоначально возникла РНК? И как произойти синтезу РНК до возникновения жизни на Земле, если даже в лабораториях, при лучших условиях, осуществить синтез РНК и ее частей в крайней степени трудно? Предположим случайное образование РНК. Но тогда как же РНК, состоящая из одной цепи нуклеотида, решила скопировать саму себя и с помощью какого механизма сделала это? Откуда она взяла нуклеотиды, которые будут использоваться в копировании самой себя? Микробиологи-эволюционисты Джеральд Джойс и Лесли Оргел объясняют безнадежность данной ситуации следующим образом: «Споры сводятся к одному тупику: легенда о воображаемой РНК, вышедшей из сложного бульона полинуклеотидов и сразу же начавшей себя копировать... Это понятие противоречит не только предбиологической prebiotiс химии, но и уничтожает слишком оптимистическую мысль о возможности РНК копировать саму себя.
Для возникновения жизни все эти перечисленные молекулы должны присутствовать одновременно в одном и том же месте. Этот факт вводит эволюционистов в безыходное положение. Теория эволюции заходит в тупик, сталкиваясь с данной реальностью. Ряд известнейших сторонников теории эволюции вынуждены признаться в этом: К примеру, известный микробиолог-эволюционист доктор Лесли Оргел, коллега Стенли Миллера и Френсиса Крика по работе в Университете Сан Диего штат Калифорния заявил: «Случайное образование сложных по структуре белков и нуклеиновых кислот ДНК и РНК одновременно в одном и том же месте абсолютно вне пределов возможного. Однако образование одного из них при отсутствии другого также совершенно невозможно. Поэтому человек вынужден заключить, что возникновение жизни химическим путем категорически невозможно. Одним словом, белки не могут возникнуть без участия ДНК, но и молекула ДНК не может возникнуть при отсутствии белков ».
Вместо того, чтобы искать ответ на этот вопрос, нам следует просто удовлетвориться чувством восхищения и растерянности. Если даже допустить образование в первичной среде копирующей саму себя РНК, наличие неисчислимого количества различных аминокислот, используемых РНК, и даже осуществление всего невозможного, то опять-таки этого будет недостаточно для получения одной молекулы белка. Потому что РНК — это лишь информация о структуре белка. А аминокислоты являются сырьем. Однако нет «механизма» по производству белка. Считать достаточным присутствие РНК для производства белка также нелепо, как начертить чертеж машины, положить его на детали, составляющие ее, и ждать, когда машина соберет саму себя. Где же «фабрика и рабочие», осуществляющие производство?
Белок производится на фабрике, называемой рибосомой, в результате сложных процессов в клетке при помощи множества ферментов.
Ответ 1 популяция собак, переселённых в Австралию, оказалась пространственно изолированной от популяций собак волков других континентов; 2 в изолированной популяции собак появились новые мутации признаки, аллели , которые оказались полезными в новых условиях жизни; 3 длительный естественный отбор сохранил полезные признаки мутации и привёл к изменению генофонда; 4 репродуктивная изоляция привела к формированию нового вида. Определите по рисунку вид изоляции севанской форели, приведший к образованию различных популяций. Ответ обоснуйте. Почему учёные относят эти популяции к одному виду?
Почему севанская форель требует пристального внимания со стороны природоохранных организаций? Ответ 2 в исходном виде сформировались популяции с разными местами нереста; 3 в исходном виде сформировались популяции с разными сроками нереста; 4 между популяциями нет репродуктивной изоляции, поэтому это один вид; 5 этот вид-эндемик обитает только в озере Севан 16. 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.
Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой многочисленной биологической формой. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей вирусы бактерий обычно называют бактериофагами. Геномы большинства видов позвоночных содержат от сотен до тысяч последовательностей полученных от древних ретровирусов. Если вирусами ретровирусами были заражены первичные бактерии и археи, то роль вирусов в эволюции живого фактически выходит на первый план, так как вирусы становятся таким же естественным фактором генетической изменчивости организмов включая мутации , как физические радиация различного вида и химические геохимические факторы. 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.
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. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных.
Вирусы как эволюционный фактор
Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. 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 являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Форма клеток бактерий может быть. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама.
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.
По мнению оппонентов, артефакты не являются окаменевшими бактериями, поскольку в малом объёме не могут разместиться Б молекулы ДНК и РНК. Hoover [26] выявил множество структур, расцененных как цианобактерии.
Эти работы перепроверила независимая группа палеонтологов, руководимых А. Розановым, и подтвердила подлинность выводов [3, 14]. Кроме того, в матрице метеорита Murchison, разбившегося в Австралии в 1969 году, они констатировали присутствие не только микроструктур, похожих на современных цианобактерий рода Gloe-capsa - вместе с ними просматривались нитчатые формы, сходные с низшими грибами, сохранившие даже детали своего клетчатого строения. Кокковидные и нитчатые морфотипы содержались также в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Казахстане [14]. Проанализировав все приведенные факты, А. Роза-нов предположил, что бактерии и низшие грибы существуют за пределами Земли, хотя его мнение разделяют не все специалисты. Внутри метеорита Murchison многими исследователями распознаны аланин, валин, сар-козин, глютаминовая кислота, большое количество глицина и жирные кислоты, часть которых встречается А в лунном грунте. Из этого сообщения вытекает важное следствие - распространенные в космосе аминокислоты и нуклеиновые основания могли привноситься на Землю, где индуцировали формирование генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни. На основании многочисленных исследований J. Несмотря на наличие в метеоритах органических веществ, аналогичных таковым на Земле, и структур, удивительно схожих с земными бактериями, отдельные российские и зарубежные специалисты их не воспринимают.
Они аргументируют свое несогласие тем, что на Земле известны абиогенные процессы, порождающие такие бактериеподобные конструкции. В Г Рис. Сканирующая электронная микроскопия: А - микрофоссилии в кремнистом сланце сканмикрофото Л. Маргелис ; Б - микрофоссилия в некоторых фациях сканмикрофото Л. Маргелис ; В - остатки древнейших архейских бактерий из Южной Африки сканмикрофото J. Б Время заселения Земли прокариотами, то есть, регистрация следов жизни, определено в древних породах с помощью палеонтологических и геологических данных. По концепции О. Сорохтина и соавт. Однако спустя 600 млн лет в архее около 4-2,6 млрд лет тому началась дифференцировка земного вещества, вызвавшая формирование железного ядра, силикатной мантии и земной коры. С началом же дегазации мантии, в атмосферу, ранее состоящую из инертных и благородных газов, начал поступать водяной пар, углерод, азот, сероводород, аммиак, серный и другие газы, образовавшие горячую восстановительную углекислотно-азотно-метановую атмосферу.
Именно в мелких лагунах и гидротермах 3,5 млрд лет тому распространились первые земляне - прокариотные сообщества [8, 15, 16, 17, 40]. Некоторые авторы временем их появления называют 3,8 млрд лет [1, 2], но находки окаменевших бактерий в кварцитах данного возраста формации Исуа, Гренландия вызывают сомнения [21, 22, 23]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис. Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания. Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис. Сорохтин и соавт. Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах.
По мнению Г. Заварзина [4] и С. Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно. Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр. С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6]. Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной. Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий. Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений.
С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5]. После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12]. Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот. Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33]. Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями. Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет.
Свободноживущей формой митохондрий Л. Маргелис [11] называет аэробную бактерию, имеющую цикл Кребса и соединившуюся с анаэробным прокариотом. Марков [12] считает предком эукариот целое про- кариотное сообщество, состоящее из анаэробных гете-ротрофов архебактерий , аэробных эубактерий и анаэробных фотосинтетиков цианобактерий. Каждый из членов сообщества получает от такого симбиоза прямую выгоду: цианобактерии и археобактерии избавляются от излишков токсичного кислорода, археобактерии и аэробные эубактерии получают необходимую для питания органику. Более того, с переходом к внутриклеточному симбиозу эубактерии будущие митохондрии и пластиды переводят свои геномы «под защиту» репарационных систем клетки-хозяина архебактерии. Возможно, это стимулировало быстрый переход большинства митохондриальных и пластидных генов в ядро. К настоящему времени симбиотическая теория является общепризнанной. Тем не менее, О. Кусакин и А. Дроздов [9] приводят против нее много возражений.
Например, ДНК митохондрий содержит интроны и имеет линейную форму, чего не наблюдается у бактерий, нередко в ней закодирована только часть белков, а остальные - в ДНК ядра и т. В процессе эволюции эукариотной клетки появились первые многоклеточные организмы с дифференцированными клетками: 1,2 млрд лет назад - первые водоросли, 1-0,7 млрд лет - морские беспозвоночные, 410-420 млн лет - первые наземные растения, 545-590 млн лет - первые животные [19, 20, 39]. Таким образом, благодаря древней прокариотной биосфере на современной Земле в сложных биогеоценозах существуют и взаимодействуют, помимо бактерий, грибов и вирусов, 860000 видов насекомых, 350000 -растений, 8600 - птиц и 3200 - млекопитающих. Астафьева [и др. Герасименко [и др. Заварзин Г. Введение в природоведческую микробиологию.
При этом бактерии и археи в отличие от вирусов способны к самостоятельному существованию в природной среде.
Клетки и тех и других крайне маленького размера и очень похожи, но эти две группы безъядерных микроорганизмов, прокариот, имеют большие различия в базовых механизмах жизнедеятельности и поэтому отнесены к разным доменам: Archaea и Bacteria. К ним относимся и мы с вами. Бактерии и археи были первыми живыми организмами на Земле и оставались ее полноправными хозяевами на протяжении более 2 млрд лет. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их. Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло?
Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило?
После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы.
Уже на основании этого можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов. Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода аэробы , так и при отсутствии анаэробы.
Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере. Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами Многие бактерии находятся в мутуалистических и даже симбиотических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней.
Преобразованная таким образом часть почвы ризосфера благоприятна для развития бактерий, в том числе азотфиксирующих. Увеличение интенсивности азотфиксации называемой в таком случае ассоциативной улучшает условия минерального питания растений. Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения.
Как шла эволюция бактерий
При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита — тоже примеры межвидовой борьбы. Борьба с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор оценивает прежде всего фенотип особи. Поскольку за одинаковыми фенотипами могут скрываться различные генотипы например, АА и Аа при полном доминировании , то сходные фенотипы, наиболее приспособленные к конкретной ситуации, могут формироваться на различной генетической основе. Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других — рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом. Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования.
Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др. Направление, в котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве. У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски — бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор — единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами. Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты.
Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой АТФ. Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений например, у люминесцентных бактерий , то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20—30 сокращений. При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ. После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны.
Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов. Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий. Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов. То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут. Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ.
Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ. Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей. Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы. Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2 кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов.
Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление тепло кровности — все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествовавших классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение Уразумного типаФ, позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу.
Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых сосущий, колющий, грызущий они приспособились к питанию самой разнообразной пищей Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания. Аллогенез — путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб.
Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез. В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса. Гипергенез — путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным пере развитием органов.
В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов. Соотношение направлений эволюции. Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптаций, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания. Клетка — элементарная единица живой системы.
Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки свойства живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными например, бактерии, простейшие, водоросли или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве У сырья Ф, и выводить наружу накапливающиеся У отходы Ф. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т.
У многоклеточных организмов разные клетки например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством главных структурных особенностей. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы — обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. В ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие особей. Строение растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком. Наличие пластид — главная особенность растительной клетки. Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды.
Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков. Митохондрии — органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ — богатое энергией органическое вещество.
Пластиды хлоропласты, лейкопласты, хромопласты , их содержание в клетке — главная особенность растительного организма. Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты — граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты. Комплекс Гольджи — система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Лизосомы — тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке.
Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Строение животной клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами. Наружная, или плазматическая, мембрана — отграничивает содержимое клетки от окружающей среды других клеток, межклеточного вещества , состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку пиноцитоз, фагоцитоз и из клетки. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. Органоиды клетки: 1 эндоплазматическая сеть ЭПС — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, ли-пидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке; 2 рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка; 3 митохондрии — Усиловые станцииФ клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами.
Внутренняя образует кристы складки , увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией; 4 комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов; 5 лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных -. В лизосомах разрушаются отмершие части клетки, целые и клетки. Клеточные включения — скопления запас- иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов. Ядро — наиболее важная часть клетки. Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а Другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам.
Ядро — место синтеза ДНК. Формы естественного отбора В природе естественный отбор, без сомнения, выступает как единый фактор, действующий в пределах популяций. Однако в зависимости от изменений условий среды и взаимодействия популяций и видов не только его направление, но и формы могут меняться. Механизм действия естественного отбора при этом остается неизменным — выживание и более эффективное размножение индивидуумов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Выделяют несколько форм отбора: — движущий — стабилизирующий — разрывающий. Движущая форма отбора. Способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм. Популяции, находящиеся достаточно долго в стабильных, мало меняющихся условиях, достигают высокой степени приспособленности и могут длительное время пребывать в равновесном состоянии, не испытывая значительных изменений генотипического состава. Однако изменение внешних условий может быстро привести к значительным сдвигам в генотипической структуре популяций.
Огромный запас генотипического разнообразия дает очень широкие возможности для изменения большинства морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков. Яркий пример, доказывающий существование движущей формы естественного отбора, — так называемый индустриальный меланизм. Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными. Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие. Любая адаптация приспособление никогда не бывает абсолютной. Приспособление всегда относительно в связи с постоянной изменчивостью организмов и условий среды. Стабилизирующая форма отбора Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака. Приспособленность к определенным условиям среды не означает прекращения действия отбора в популяции.
Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками. При стабилизирующем отборе устраняются такие особи. Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов. Во многих случаях осуществляется отбор организмов с наибольшей выраженностью гомеостаза индивидуального развития, что в значительной степени препятствует проявлению в фенотипе мутаций и неблагоприятных сочетаний аллелей, так же как и вредными воздействиями среды. В результате стабилизирующего отбора отбираются организмы с такими генотипами, которые обеспечивают устойчивое развитие признаков, имеющих среднее значение для данной популяции. Разрывающий отбор Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим. Его можно объяснить на примере появления распогремка — раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции.
Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве.
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. Впоследствии количество и расположение жгутиков на теле прокариот стало одним из признаков видовой принадлежности. Микробы приобрели самые разные формы и органоиды, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям. Чем питались и дышали древнейшие бактерии Одними из старейших микроорганизмов считаются бактерии, восстанавливающие сульфаты. Они способны поглощать ионы водорода и переносить их на сульфаты, восстанавливая те до сульфидов. Усовершенствованный в процессе эволюции метод переноса электронов, используемый бактериями, происходит с участием цитохромов крупных белков.
Благодаря механизму фосфорилирования, протекающему в анаэробных бескислородных условиях, накапливается энергия.
Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Важно заметить, что клубеньковые бактерии азотфиксирующие не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам. Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями сине-зеленым водорослям.
Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания поглощение кислорода , которым мы сейчас с вами пользуемся : Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений - сапротрофы редуценты , либо же они питаются органами и тканями животных и растений - паразиты. Биотехнология Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии - генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ белков. В ДНК бактерии вставляют нужный ген к примеру, ген, кодирующий белковый гормон - инсулин , бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка.
На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство. Бактерии используются для получения антибиотиков тетрациклина, стрептомицина, грамицидина , широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков. Классификация бактерий по форме При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.
По форме бактериальные клетки подразделяются на: Стафилококки - их скопления похожи на виноградные грозди Диплококки - округлой формы, расположенные попарно Стрептококки - объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга Палочки Вибрионы - изогнутые в виде запятой Спириллы - спирально извитые палочки Спирохеты - сильно извитые до 10-15 витков палочки Размножение бактерий Бактерии, как прокариоты доядерные организмы , не могут делиться митозом, так как основное условие митоза - наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.
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 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. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра.
В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие.
Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма. По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни.