Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий.
Остались вопросы?
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. Бактерии и археи осуществляют огромное количество биологических реакций на нашей планете.
Например, азот на Земле в основном присутствует в свободном виде в атмосфере, его очень трудно мобилизовать, а ведь он необходим для построения белков и аминокислот. Доступным для всех живых существ азот делают прокариоты. Я думаю, что их роль в азотном питании животных и растений до сих пор недооценена. Работа прокариотных сообществ способствует окончательной переработке ископаемого органического вещества в природный газ.
Но только бактерии и археи могут при отсутствии кислорода разлагать сложные полимерные субстраты, образованные растениями и животными, до простейших молекул, которые снова возвращаются в так называемые биогеохимические циклы. Невидимые микробы заставляют «крутиться» все циклы элементов на Земле, и их роль для нашей биосферы бесценна. А могут ли бактерии поедать пластик не в лабораторных условиях под присмотром ученых, а самостоятельно, в природе? Конечно, разложением пластика бактерии могут заниматься и в природных условиях, но эти процессы, к сожалению, протекают очень медленно.
Совместно с коллегами из Института микробиологии им.
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. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке.
Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции.
Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием.
Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании.
Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки.
При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях.
На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода.
В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез.
К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла.
В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл. Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла.
Редактура: Катерина Савченко Низкотемпературная электронная микрофотография скопления кишечных палочек, увеличенная в 10 000 раз. Каждая бактерия продолговатой формы. Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс.
Нам задавали много вопросов об этом, потому мы предоставляем ответ всем тем, кто спрашивал. В статье журнала New Scientist утверждается: «Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Они злорадствуют. Среда, в которой росли бактерии, содержала в себе немножко глюкозы, но много цитрата, потому как только микробы поглотили бы всю глюкозу, то они продолжали бы расти только в том случае, если бы выработали какой-то способ использования цитрата. Ленский ожидал увидеть эволюцию в действии. Это было правильное ожидание для тех, кто верит в эволюцию, поскольку бактерии размножаются быстро и у них будет много поколений. У них также большая скорость мутаций, чем у организмов с большим размером генома, как у таких позвоночных как мы. Как уже указывалось в статье Giving up on reality , Ленский по всей видимости бросил «эволюцию в лаборатории» и обратился к компьютерному моделированию «эволюции» в программе под названием Avida смотрите оценку этого, написанную Др. Ройалом Труманом, в технических статьях Part 1 и Part 2.
В действительности, у Ленски была хорошая причина оставить надежду. Он рассчитал, что все возможные простые мутации, по всей видимости, произошли по несколько раз не добавив даже простую адаптационную черту. Теперь Ленски и его коллеги утверждают, что они уже наконец-то наблюдают то, на что он наделся. Наука: что они обнаружили? В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Science, Ленски и коллеги описали, как одна из 12 культур бактерий выработала способность усваивать цитрат в качестве источника энергии в аэробных условиях. Используя замороженные образцы бактерий из предыдущих поколений, они указали, что нечто произошло на приблизительно 20 000 поколении, и оно привело к тому, что всего одна из культур смогла перерабатывать цитрат. Это близко к тому, что Майкл Бихи называет «пределом эволюции» — предел того, что «эволюция» ненаправленный естественный процесс может сделать. Например, адаптивные случайные изменения, требующие одной мутации, могут происходить часто. Именно поэтому малярийный паразит может адаптироваться к большинству антималярийных препаратов; но на преобретение сопротивляемости хлорохину ушло больше времени, поскольу нужно было произойти двум мутациям одновременно в одном гене.
Даже такое маленькое изменение находится за пределами возможностей организмов, таких как люди, у которых длительность поколений намного большая. В тоже время, популистский подход например New Scientist к этому исследованию создает впечатление, что E. Однако, это явно не тот случай, потому что цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот ЦТК или цикл Кребса разные названия одного и того же производит и использует цитрат в нормальном окислительном метаболизме глюкозы и других углеводов.
Бактерии и археи были первыми живыми организмами на Земле и оставались ее полноправными хозяевами на протяжении более 2 млрд лет. 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. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра.
В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы.
Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве.
Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина?
Морфология бактерий
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
- 52.95. Царство Бактерии
- Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - Биология »
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
Денатурация может быть обратимой частичное нарушение четвертичной структуры и необратимой разрушение всех структур. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Освободившаяся при этом энергия используется на поддержание процессов жизнедеятельности организма. Такие системы вносили некоторую упорядоченность, но не отражали родственных связей между организмами. Вершиной искусственной систематики явилась система, разработанная шведским натуралистом Карлом Линнеем 1707-1778 Его основные работы посвящены проблемам систематики растений. В предложенной К. Линнеем системе классификации было принято деление растений и животных на несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности. Им была узаконена бинарная, или двойная, номенклатура видовых названий. Согласно бинарной номенклатуре, наименование вида состоит из родового названия и видового эпитета: пшеница мягкая, пшеница твердая и т. Недостатки системы Линнея состояли в том, что при классификации он учитывал лишь 1-2 признака у растений число тычинок, у животных строение дыхательной и кровеносной систем , не отражающих подлинного родства, поэтому далекие роды оказывались в одном классе, а близкие — в разных.
Работы К. Линнея сыграли важную роль в развитии биологии и способствовали формированию исторического взгляда на природу. Действительно, применение бинарной номенклатуры способствует формированию представлений о родстве форм в пределах рода, а соподчиненность таксономических единиц в конце концов приводят к мысли об общности происхождения органических форм. Французский биолог Жан-Батист Ламарк в 1809 году выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и не упражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды, по его мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно или, наоборот, перестать ими пользоваться. В случае интенсивного использования эффективность и или величина органа будет возрастать, а при не использовании может наступить дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течение его жизни, согласно Ламарку, наследуются, то есть передаются потомкам. С точки зрения ламаркизма, длинная шея и ноги жирафа — результат того, что многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше. Незначительное удлинение шеи и ног, происходившее в каждом поколений, передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Хотя теория Ламарка способствовала подготовке почвы для принятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения никогда не получали широкого признания.
Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипических изменений у данной особи. Например, занятия физкультурой увеличивают объем мышц, но хотя эти приобретенные признаки затрагивают фенотип, они не являются генетическими и, не оказывая влияние на генотип, не могут передаваться потомству. Разрабатывая систематику животных, Ламарк совершенно правильно подметил основное направление эволюционного процесса — постепенное усложнение организации от низших форм к высшим градация. Но причиной градации Ламарк считал заложенное всевышним стремление организмов к совершенствованию, что в корне неверно. Выдающаяся заслуга Ламарка заключается в создании первого эволюционного учения. Он отверг идею постоянства видов, противопоставив ей представление об изменяемости видов. Его учение утверждало существование эволюции как исторического развития от простого к сложному. Впервые был поставлен вопрос о факторах эволюции. Ламарк совершенно правильно считал, что условия среды оказывают важное влияние на ход эволюционного процесса. Он был одним из первых, кто верно оценил значение времени в процессе эволюции и отметил чрезвычайную длительность развития жизни на Земле.
Однако Ламарк допустил серьезные ошибки прежде всего в понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего всему живому стремления к совершенству. Он также неверно понимал причины возникновения приспособленности, прямо связывал их с влиянием условий окружающей среды. Это породило очень распространенные, но научно совершенно не обоснованные представления о наследовании признаков, приобретаемых организмами под непосредственным воздействием среды. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина Выделяют такие факторы эволюционного процесса: наследственная изменчивость, естественный отбор, дрейф генов, изоляция, миграция особей и др. Основные принципы эволюционного учения Ч. Дарвина сводятся к следующим положениям: 1. Каждый вид способен к неограниченному размножению. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности беспредельного размножения. Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства.
Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга совокупностью признаков. В природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые имеют наиболее удачное для данных условий сочетание признаков, то есть лучше приспособлены. Избирательное выживание размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором. Под действием естественного отбора находящиеся в разных условиях группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды принцип расхождения признаков. Эволюционная теории Дарвина совершила переворот в биологической науке. На основе изучения гигантского материала, собранного во время путешествия на корабле УБиглФ, Дарвину удается вскрыть причины изменения видов. Изучив геологию Южной Америки, Дарвин убедился в несостоятельности теории катастроф и подчеркнул значение естественных факторов в истории земной коры и ее животного и растительного населения.
Благодаря палеонтологическим находкам он отмечает сходство между вымершими и современными животными Южной Америки. Он находит так называемые переходные формы, которые совмещают признаки нескольких современных отрядов. Таким образом был установлен факт преемственности между современными и вымершими формами. На Галапагосских островах он нашел нигде более не встречающиеся виды ящериц, черепах, птиц. Они близки к южноамериканским. Галапагосские острова имеют вулканическое происхождение, и поэтому Ч. Дарвин предположил, что виды попали на них с материка и постепенно изменились. В Австралии его заинтересовали сумчатые и яйцекладущие, которые вымерли в других местах земного шара. Австралия как материк обособилась, когда еще не возникли высшие млекопитающие. Сумчатые и яйцекладущие развивались здесь независимо от эволюции млекопитающих на других материках.
Так постепенно крепло убеждение в изменяемости видов и происхождении одних от других. Однако в естественных условиях численность взрослых особей каждого вида длительно сохраняется примерно на одном уровне, следовательно, большинство появляющихся на свет особей гибнет в борьбе за существование — внутривидовой, межвидовой и в борьбе с неблагоприятными абиотическими факторами условиями неживой природы. Сопоставив два вывода — о перепроизводстве потомства и о всеобщей изменчивости, Дарвин пришел к главному заключению: больше шансов выжить и достичь взрослого состояния имеют особи, отличающиеся от множества других какими-либо полезными свойствами. Так был открыт принцип естественного отбора как главной движущей силы эволюции. Хотя эволюция протекает как единый процесс, обычно выделяют два уровня — микроэволюционный и макроэволюционный. Процессы, протекающие на популяционном и внутривидовом уровне, называют микро эволюцией, на уровне выше видового — макро эволюцией. Биополимеры - белки. Полимеры- высокомалекулярные соединения состоящие из молекул мономеров. Мономеры- низкомалеккулярные соединения. Регулярные полимеры- молекула состоит из мономеров одного вида.
Нерегулярные полимеры- молекула состоит из мономеров нескольких видов. Белки- это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислот — 20 видов из них 8 незаменимые, не синтезируются в организме человека, а поступают в него вместе с пищей. Нуклеиновые кислоты. Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Нуклеотиды, входящие в состав РНК, содержат пяти-углеродный сахар — рибозу, одно из четырех органических соединений, которые называют азотистымиоснованиями: аденин, гуанин, цитозин, урацил А, Г, Ц, У — и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пяти-углеродный сахар — дезоксирибозу, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин А, Г, Ц, Т —и остаток фосфорной кислоты. В составе нуклеотидов к молекуле рибозы или дезокси-рибозы с одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой — остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи.
Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и органических фосфатов, а боковые группы этой цепи — четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований. Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Гвсегда расположено азотистое основаниеЦ. А аденин — Т тимин Т тимин — А аденин Г гуанин — Ц цитозин Ц цитозин -Г гуанин Эти пары оснований называют комплиментарными основаниями дополняющими друг друга. Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другуФ называют комплиментарными нитями. Расположение четырех типов нуклеотидов в цепях ДНК несет важную информацию. Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, то есть их первичную структуру. Набор белков ферментов, гормонов и др. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их в поколения потомков.
Другими словами, ДНК является носителем наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток. Однако небольшое их количество содержится в митохондриях и хлоропластах. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов — рибосом — идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы — рибоза и вместо тимина — урацил. Значение РНК определяется тем, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков. Удвоение ДНК.
Перед каждым клеточным делением при абсолютно точном соблюдении нуклеотидной последовательности происходит самоудвоение редупликация молекулы ДНК. Редупликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается. Это происходит под действием фермента ДНК-полимеразы в среде, в которой содержатся свободные нуклеотиды. Каждая одинарная цепь по принципу химического сродства А-Т, Г-Ц притягивает к своим нуклеотидным остаткам и закрепляет водородными связями свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплиментарной цепи. В результате получаются две молекулы ДНК, у каждой из них одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной, то есть две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов — главная причина борьбы за существование. Виды борьбы за существование. Внутривидовая борьба. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорна между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности.
Широкое распространение в природе конкуренции организмов за ограниченные ресурсы — типичный способ естественного отбора, благоприятствующего победителям в конкуренции. Кроме того, естественный отбор может осуществляться и без непосредственной конкуренции, например вследствие действия неблагоприятных факторов среды. Способность переносить низкие и высокие температуры, воздействие других параметров среды также приводит к выживанию более приспособленных или к их более успешному размножению. Иногда косвенные формы борьбы за существование дополняются прямой борьбой. Примером могут служить турнирные бои самцов за право обладать гаремом. Взаимоотношения особей в пределах вида не ограничиваются борьбой и конкуренцией, существует также и взаимопомощь. Межвидовая борьба. Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания. В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо, наконец, их территориальное разобщение.
Межвидовая борьба ведет к экологическому и географическому разобщению видов. При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита — тоже примеры межвидовой борьбы. Борьба с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор оценивает прежде всего фенотип особи. Поскольку за одинаковыми фенотипами могут скрываться различные генотипы например, АА и Аа при полном доминировании , то сходные фенотипы, наиболее приспособленные к конкретной ситуации, могут формироваться на различной генетической основе. Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других — рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом.
Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования. Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др. Направление, в котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве. У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски — бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор — единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами. Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты.
Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой АТФ. Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений например, у люминесцентных бактерий , то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20—30 сокращений. При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ. После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны. Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов.
Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий. Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов. То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут. Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ. Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ. Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей.
Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы. Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов.
Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал.
Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении. Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно.
В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет.
Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. 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.
Существует несколько путей классификации организмов на основании свойств их ДНК. Организмы можно сгруппировать исходя из соотношения оснований ДНК, входящей в состав их хромосом. Неудивительно, что содержание Г-Ц у близкородственных организмов также будет близким. Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными.
Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует. Однако во многих случаях исследование содержания Г-Ц представляет собой относительно простой способ предварительной оценки эволюционного родства между организмами. Это универсальное филогенетическое дерево иллюстрирует взаимосвязи, существующие между организмами различных типов. Оно построено по данным анализа последовательности РНК малых субъединиц рибосом. Бесспорно, наиболее точный и результативный метод молекулярной филогении заключается в сравнении последовательностей генов, сохранившихся в ходе эволюции. Гены SSU рРНК представляют собой идеальный объект для такого анализа, поскольку они присутствуют во всех организмах и сохранились в ходе эволюции. Последний метод используют для характеристики организмов, которые обнаружены в незначительных количествах или же с трудом поддаются культивированию. После проведения секвенирования результаты можно проанализировать с использованием компьютерных программ, позволяющих сравнивать последовательности рРНК и построить филогенетическое дерево, подобное изображенному на рисунке ниже. Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов.
Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов.
Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование.
В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.
У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки.
У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки.
Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК. Рисунок 3. Деление бактериальной клетки Особенность бесполого способа размножения грамотрицательных бактерий состоит в том, что деление происходит путем формирования перетяжки при втягивании мембраны и клеточной стенки внутрь клетки. Почкование представляет собой процесс образования и роста почки на одном из полюсов материнской клетки, которая проявляет признаки старения и не дает более дочерних клеток.
Половое размножение у бактерий осуществляется в примитивной форме. У бактерий не образуются гаметы, и нет слияния клеток.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции.
В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама. 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.
Левенгуком в конце 17 в. Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий.
Пастер первым установил, что бактерии происходят только от других живых бактерий и могут вызывать определенные заболевания. В конце 19 в. Кох и другие ученые значительно усовершенствовали методы идентификации этих патогенов и описали множество их видов. Для установления того, что наблюдаемое заболевание вызывается вполне определенной бактерией, до сих пор пользуются с небольшими модификациями «постулатами Коха»: 1 данный патоген должен присутствовать у всех больных; 2 можно получить его чистую культуру; 3 он должен при инокуляции вызывать ту же болезнь у здорового человека; 4 его можно обнаружить у вновь заболевшего. Дальнейший прогресс в этой области связан с развитием иммунологии, основы которой заложил еще Пастер на первых порах тут много сделали французские ученые , и с открытием в 1928 А.
Флемингом пенициллина. Окрашивание по Граму. Для идентификации болезнетворных бактерий крайне полезным оказался метод окрашивания препаратов, разработанный в 1884 датским бактериологом Х. Он основан на устойчивости бактериальной клеточной стенки к обесцвечиванию после обработки особыми красителями. Если она не обесцвечивается, бактерию называют грамположительной, в противном случае — грамотрицательной.
Это различие связано с особенностями строения клеточной стенки и некоторыми метаболическими признаками микроорганизмов. Отнесение патогенной бактерии к одной из двух данных групп помогает врачам назначить нужный антибиотик или другое лекарство. Так, бактерии, вызывающие фурункулы, всегда грамположительны, а возбудители бактериальной дизентерии — грамотрицательны. Типы патогенов. Некоторые патогены, то есть болезнетворные микроорганизмы, могут быть облигатными паразитами, то есть они способны жить только в теле организма-хозяина.
Такова, к примеру, вызывающая сифилис бледная трепонема, или бледная спирохета Treponema pallidum , которая быстро погибает во внешней среде. Еще сильнее такая особенность выражена у риккетсий сыпной тиф, пятнистая лихорадка Скалистых гор и др. Эти организмы могут жить только внутри других клеток и так мелки, что их долгое время относили к вирусам. Другие виды обычно живут независимо от каких-либо хозяев, но в особых условиях становятся паразитами. Пример — Pseudomonas aeruginosa, почвенная бактерия, способная иногда инфицировать раны или просто заражать людей с ослабленным здоровьем.
Зачастую патогены живут в организме хозяев, не причиняя им вреда, и вызывают болезни лишь при особых обстоятельствах, роль которых не всегда ясна. Бактерии не могут преодолеть барьер, создаваемый неповрежденной кожей; они проникают внутрь организма через раны и тонкие слизистые оболочки, выстилающие изнутри ротовую полость, пищеварительный тракт, дыхательные и мочеполовые пути и проч. Поэтому от человека к человеку они передаются с зараженной пищей или питьевой водой брюшной тиф, бруцеллез, холера, дизентерия , с вдыхаемыми капельками влаги, попавшими в воздух при чихании, кашле или просто разговоре больного дифтерия, легочная чума, туберкулез, стрептококковые инфекции, пневмония или при прямом контакте слизистых оболочек двух людей гонорея, сифилис, бруцеллез. Попав на слизистую оболочку, патогены могут поражать только ее например, возбудители дифтерии в дыхательных путях или проникать глубже, как, скажем, трепонема при сифилисе. Симптомы заражения бактериями часто объясняют действием токсичных веществ, вырабатываемых этими микроорганизмами.
Их принято подразделять на две группы. Экзотоксины выделяются из бактериальной клетки, например, при дифтерии, столбняке, скарлатине причина красной сыпи. Интересно, что во многих случаях экзотоксины вырабатываются только бактериями, которые сами заражены вирусами, содержащими соответствующие гены. Эндотоксины входят в состав бактериальной клеточной стенки и высвобождаются лишь после гибели и разрушения патогена. Пищевые отравления.
Анаэробная бактерия Clostridium botulinum, обычно живущая в почве и иле, — причина ботулизма. Она образует очень устойчивые к нагреванию споры, которые могут прорастать после пастеризации и копчения продуктов. В ходе своей жизнедеятельности бактерия образует несколько близких по строению токсинов, относящихся к сильнейшим из известных ядов. Эта бактерия изредка заражает фабричные консервы и несколько чаще — домашние. Выявить на глаз ее присутствие в овощных или мясных продуктах обычно невозможно.
К счастью, ботулинотоксин — это белок, поэтому его можно инактивировать непродолжительным кипячением. Гораздо шире распространены пищевые отравления, вызываемые токсином, который вырабатывается некоторыми штаммами золотистого стафилококка Staphylococcus aureus. Симптомы — понос и упадок сил; смертельные исходы редки. Этот токсин — также белок, но, к сожалению, очень термостойкий, поэтому кипячением пищи его инактивировать трудно. Бактерии рода Salmonella также способны, заражая пищу, причинять вред здоровью.
Строго говоря, это не пищевое отравление, а кишечная инфекция сальмонеллез , симптомы которой обычно возникают через 12—24 ч после попадания патогена в организм. Смертность от нее довольно высокая. Стафилококковые отравления и сальмонеллез связаны в основном с потреблением постоявших при комнатной температуре мясных продуктов и салатов, особенно на пикниках и праздничных застольях. Естественная защита организма. В организме животных существует несколько «линий обороны» против патогенных микроорганизмов.
Одну из них образуют белые кровяные тельца, фагоцитирующие, то есть поглощающие, бактерии и вообще чужеродные частицы, другую — иммунная система. Обе они действуют взаимосвязанно. Иммунная система очень сложна и существует только у позвоночных. Если в кровь животного проникает чужеродный белок или высокомолекулярный углевод, то он становится здесь антигеном, то есть веществом, стимулирующим выработку организмом «противодействующего» вещества — антитела. Антитело — это белок, который связывает, то есть инактивирует, специфический для него антиген, часто вызывая его преципитацию осаждение и удаление из кровотока.
Каждому антигену соответствует строго определенное антитело. Бактерии, как правило, тоже вызывают образование антител, которые стимулируют лизис, то есть разрушение, их клеток и делают их более доступными для фагоцитоза. Часто можно заранее иммунизировать индивида, повысив его естественную сопротивляемость бактериальной инфекции. Кроме «гуморального иммунитета», обеспечиваемого циркулирующими в крови антителами, существует иммунитет «клеточный», связанный со специализированными белыми кровяными тельцами, т. T-клетками, которые убивают бактерии при прямом контакте с ними и с помощью токсичных веществ.
T-клетки нужны и для активации макрофагов — белых кровяных телец другого типа, также уничтожающих бактерии. Химиотерапия и антибиотики. Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств химиотерапевтических препаратов. Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное.
Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию.
Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции.
Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма. По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения. Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений.
Данная форма «сожительства» носит название комменсализма. В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека. Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов. Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний. Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде. В дальнейшем появились факультативные шигеллы, менингококки, микобактерии , а затем облигатные патогенные простейшие, хламидии, риккетсии внутриклеточные паразиты. По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора.
Основные определения Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды. Микроэволюция — это эволюционный процесс в популяции, приводящий к видообразованию новых разновидностей микроорганизмов за короткий период времени. Фотолиз — это реакция разложения химического вещества под воздействием световой энергии. Гетеротрофы — это микроорганизмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Хемосинтезирующие автотрофы — это бактерии, источником энергии для которых служит реакция соединения железа и серы. Коацерватные капли — это высокомолекулярные протеиновые структуры, которые появились из раствора с коллоидными частицами. Подвижные генетические элементы — это автономные образования, содержащие информацию о структуре определенных протеинов и обеспечивающие возможность их перемещения из одной части генома в другую. Сапрофитные бактерии — это микробы, использующие для питания органические вещества.
К надцарству прокариот относятся царства бактерий эубактерий , архебактерий и цианобактерий цианей, синезеленых водорослей. К надцарству эукариот относятся царства растений, животных и грибов. Левенгуком в конце 17 в. Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий. Пастер первым установил, что бактерии происходят только от других живых бактерий и могут вызывать определенные заболевания.
В конце 19 в.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. 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.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. |
| Остались вопросы? | 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. |
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует. Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт. Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология.
Планета бактерий
Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете.
Из Википедии — свободной энциклопедии
- Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
- Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
- ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131
- Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
- Остались вопросы?
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки.