В основе всех эволюционных исследований лежат данные, позволяющие возможно более точно установить, насколько близкими друг к другу являются организмы.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
Если вы возьмете «Войну и мир» и увеличите ее в тысячу раз, там будет три миллиарда букв. Эти «опечатки» обеспечивают нашу индивидуальность и предрасположенность к болезням. Есть очень простые заболевания, как гемофилия у Романовых, причиной которой служит одна-единственная опечатка. Но на возникновение шизофрении или рака влияют десятки и сотни опечаток — пока вычленить все влияния не представляется возможным. С микробиомом то же самое. Получается, они разрушают всё наше уникальное сообщество бактерий?
Возможно, это связано с аппендиксом. Некоторые ученые утверждают, что аппендикс — это такой резервуар, маленький домик для нашей микрофлоры. Считается, что именно эта бактерия виновна в развитии язвы желудка О чем микробы говорят друг с другом [КШ] Почему разные страшные эпидемии обычно приходят из Африки? В Африке просто разнообразные условия и биоразнообразие очень большое. Это такая гигантская лаборатория, в которой можно обкатывать всякие новые варианты.
И одна из причин, почему Африку так тяжело было завоевать или покорить. Европейская цивилизация развивалась в схожих климатических условиях. А когда вы движетесь с севера на юг, возникают новые климатические зоны с новыми микробами. То же самое в вытянутой с севера на юг Америке: майя, инки, ацтеки почти не общались друг с другом, потому что не могли пройти этот барьер — в новых природных условиях их убивали непривычные для их организма микробы. Антибиотики ведь не люди изобрели — это вещества, с помощью которых микробы общаются друг с другом.
Ученые всегда изучали бактерий в чистой культуре определенного вида, но в природе такого не бывает: у любого места обитания свой микробиом, сообщество разных микробов, где все зависят друг от друга. У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя».
В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики. В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают.
А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне. Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов.
Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто. Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез.
Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико.
Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты. Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения.
Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно. С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик.
При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий. Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас. Прямо сейчас никто не вымирает. Новых болезней немного, а вот масса заболеваний, которые до недавних пор воспринимались как генетические или связанные с какими-либо дефектами, как выясняется, имеют бактериальную природу: от диабета до колитов и даже шизофрении — оказывается, чтобы завелись тараканы в голове, нужны кое-какие бактерии в животе. Взять те же антибиотики: если они очищают от микробов какую-то нишу, где те спокойно жили, там обязательно заводится кто-нибудь другой.
Все-таки жизнь существует уже 3,5 миллиарда лет и научилась приспосабливаться ко всяким разностям. Особенно учитывая, что бактерии постоянно обмениваются своими генами и вирусами.
Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков , ставшее основой для понимания естественного отбора. Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1]. Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма. Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков. У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода.
Конечно, это не единственный класс фенотипических признаков микроорганизмов, однако такой метаболический «портрет» всегда определяет стиль жизни микробов и вносит весомый вклад в их общую приспособленность. Сейчас для исследования метаболических предпочтений бактерий совсем не обязательно выращивать их в лаборатории на всевозможных субстратах. Имея только геномные данные, можно довольно точно предсказать метаболический фенотип микроорганизма исключительно in silico. Так, для более чем 300 филогенетически очень разнообразных видов бактерий недавно построили полные модели метаболизма , опираясь только на последовательности геномов [2]. Для каждого вида определили спектр углеродных субстратов из 62 возможных , которые он может использовать для синтеза биомассы или производства АТФ — двух основных метаболических целей бактерий. На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще. Что же мы теперь знаем? Теории и практики фенотипической эволюции Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении дивергенции видов. Анализ реконструированных метаболических фенотипов более чем 300 видов бактерий говорит о том, что долговременная фенотипическая эволюция бактерий протекает в две стадии рис. Первые 50 миллионов лет пара видов бактерий очень быстро теряет фенотипическое сходство.
Примечательно, что на втором этапе за единицу времени меняется примерно одно и то же число фенотипических признаков.
Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении [123]. Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям [en] англ.
При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд [127]. Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис. К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис , фототаксис , энергетический таксис и магнитотаксис [128] [129] [130].
Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел. Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов [en] Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет , который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризацию актина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд [131].
Коммуникация[ править править код ] У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами , и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам [132]. Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным [133] [134].
Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида [134]. Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ.
На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя чувство кворума. За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы [en] или феромоны , концентрация которых повышается по мере роста популяции [135]. Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97].
В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий. Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике.
К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ.
Международный комитет систематики прокариот [en] англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139].
Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат. Eubacteria и архебактерии лат.
Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям.
Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141]. Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142].
Эволюционисты понимают, что подобного рода попытки не укрепляют их позиций, а только опровергают их теорию, и поэтому всячески воздерживаются от проведения аналогичных опытов. Неудачная затея: опыт Миллера Стенли Миллер стремился доказать на опыте, что миллиарды лет назад в неживой среде было возможно «случайное» образование аминокислот, являющихся строительным материалом белка.
В своем опыте Миллер использовал газовую смесь, состоящую из аммиака, метана, водорода и водяного пара по предположению Миллера, эта смесь преобладала в первичной атмосфере Земли, однако, как выяснилось позже, это предположение было ошибочным. Так как эти газы не могли вступить в реакцию в естественных условиях, он подвергал их воздействию электрической энергии, имитируя грозовые разряды, от которых, как предполагалось, была получена энергия в ранней атмосфере. При температуре 100 0С смесь кипятилась в течении недели, систематично подвергаясь воздействию электрических разрядов. Проведенный в конце недели анализ хемосинтеза показал, что из двадцати аминокислот, составляющих основу любого белка, образовались только три.
Эволюционистов переполнила радость, и опыт был признан успешным. А некоторые издания даже готовы были поместить на первых страницах своих газет надпись «Миллер создал жизнь». Между тем, полученные при опыте Миллера молекулы были «неживыми». Воодушевленные опытом эволюционисты принялись за новый сценарий.
Монтаж последующих стадий синтеза белка не заставил себя долго ждать. Согласно новому сценарию, аминокислоты по воле случая соединяются в соответствующем порядке и образуют белок. Некоторые же из случайно образовавшихся белков обнаруживают себя внутри «каким-то образом»! А клетки в свою очередь, постепенно сближаясь друг с другом, соединяются и образуют живой организм.
Тогда как самая главная опора вышеупомянутого сценария — опыт Миллера, на самом деле, просто ложь. Факты, опровергающие опыт Миллера Опыт Миллера, проведенный с целью доказательства возможности самообразования аминокислот в первичной среде Земли, всесторонне опровергается следующим: 1. Образовавшиеся аминокислоты сразу же были изолированы с помощью механизма «холодного капкана». В противном случае условия среды, где образовались аминокислоты, сразу же разрушили бы эти молекулы.
И конечно же, в первичной среде Земли не было подобного сознательного механизма. А без него расщепление белков неизбежно. Как отметил химик Ричард Блисс: « Если бы не было «холодного капкана», химические вещества были бы разрушены под воздействием электрической энергии. Первичная атмосфера в опыте Миллера была фиктивной.
В восьмидесятых годах ХХ века ученые сошлись во мнении, что ранняя атмосфера Земли состояла не из метана и аммиака, а из азота и двуокиси углерода. После долгих лет молчания Миллер сам признал, что среда, которую он использовал в своем опыте, была не настоящей. Почему же Миллер в свое время настаивал на этой газовой смеси? Ответ прост: без аммиака синтез аминокислоты невозможен.
Кевин Мак Кин в своей статье, помещенной в журнале «Discover», объясняет это следующим образом: «Миллер и Ури, смешав метан и аммиак, скопировали старую атмосферу Земли. Между тем, последние исследования показали, что начальный климат Земли характеризовался высокой температурой, и Земля состояла из сплава никеля и железа. Это означало, что атмосфера должна была состоять скорее всего из азота, двуокиси углерода и водяного пара, которые не столь благоприятны для образования органических молекул, сколько аммиак и метан. Еще одна важная деталь, опровергающая опыт Миллера — в период, когда предположительно образовались аминокислоты, в атмосфере было достаточно кислорода для того, чтобы разрушить все аминокислоты.
Этот факт, которым пренебрег Миллер, объясняется окисями железа и урана на камнях, возраст которых определен в 3,5 миллиарда лет. Самые последние источники эволюционистов опровергают опыт Миллера Стенли Миллер вместе с экспериментальным аппаратом. Опыт Миллера, который все еще преподносится эволюционистами как самое веское доказательство правоты теории эволюции, на самом деле полностью утерял всякую научную значимость даже среди самих сторонников теории. Одной из причин является признание геологов, что первичная атмосфера Земли состояла из двуокиси углерода и азота.
Эти газы менее активны, чем те, которые были использованы в 1953 году в опыте Миллера. Допустим даже возникновение представленной Миллером атмосферы, но каким образом могли произойти химические реакции, способные превратить такие простые молекулы как аминокислоты в гораздо более сложные соединения - полимеры, такие как белок? Здесь даже Миллер разводит руками и, вздыхая, говорит: «Это проблема. Как получить полимеры?
Ведь это не так просто». В такой ситуации рвение, с которым эволюционисты ухватились за этот опыт, лучше всего демонстрирует их безысходность. А в марте 1998 года журнал «National Geographic» опубликовал статью под заголовком «Возникновение жизни на Земле», в которой говорилось: «Сегодня многие ученые догадываются, что первичная атмосфера была отличной от того состава, которую выдвигал Миллер и склоняются к мнению, что эта атмосфера, скорее всего, состояла из двуокиси углерода и азота, а не из водорода, метана и аммиака. Что является очень плохой новостью для химиков!
При взаимодействии двуокиси углерода и азота количество получаемых органических соединений весьма незначительно. Их концентрацию можно сравнить с каплей пищевого красителя, добавленного в бассейн... Ученым трудно даже представить, как жизнь могла зародиться в таком ненасыщенном «бульоне»? Одним словом, ни опыт Миллера, ни другие эволюционисты не в состоянии ответить на вопрос о происхождении жизни.
Все исследования показали, что самовозникновение жизни невозможно, тем самым, подтверждая факт ее сотворения. Другие находки и исследования также показали, что в этот период количество кислорода было намного больше, чем предполагалось. Воздействие ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли было в 10 тысяч раз больше, чем утверждалось эволюционистами. А плотные ультрафиолетовые лучи расщепляют водяной пар и двуокись углерода, образуя кислород.
Этот случай делал опыт Миллера, упустившего из вида кислород, недействительным. Если бы в опыте был использован кислород, то метан превратился бы в двуокись углерода и воду, а аммиак — в азот и воду. С другой стороны, в среде, где отсутствует кислород из-за отсутствия озонового слоя , очевидно разрушение аминокислот под воздействием прямых ультрафиолетовых лучей. В конечном счете, присутствие или же отсутствие кислорода в первичной атмосфере Земли является разрушительным фактором для аминокислот.
В результате опыта Миллера одновременно образовались и органические кислоты, нарушающие целостность и функции живого организма. Если бы эти аминокислоты не были изолированы, то в результате химической реакции они были бы разрушены или превращены в другие соединения. Плюс ко всему, в результате опыта было получено множество D-аминокислот. Присутствие же этих аминокислот сокрушает теорию эволюции в самой основе.
Потому что D-аминокислоты отсутствуют в структуре живого организма. И наконец, среда, в которой в ходе опыта образовались аминокислоты, состояла из смеси едких кислот, разрушающих возможные полезные молекулы, то есть эта среда неблагоприятна для появления в ней живого. Все это говорит только об одном — опыт Миллера не доказывает возможность происхождения жизни в первичных условиях Земли, а является лишь контролируемой и сознательной лабораторной работой, направленной на синтез аминокислот. Виды и количество использованных газов были подобраны в самой идеальной для образования аминокислоты пропорции.
То же самое касается и количества энергии, использованной для получения желаемой химической реакции. Прибор, использованный в опыте, был изолирован от всевозможных вредных, разрушающих структуру аминокислоты элементов, присутствие которых в первичной среде не исключено. Минералы, соединения и элементы, присутствующие в ранней атмосфере и способные изменить ход реакции, также не были использованы в опыте.
Остались вопросы?
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. MOGZ ответил. Қaзaқ тілі мен әдебиеті Т2» пәнінен 3-тоқсaн бойыншa тоқсандық жиынтық 1) Какое из представленнах множеств является перссечением множества. Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад. Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. 9 классы. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- Вход и регистрация
- Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
- Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
- Задание Учи.ру
- Материалы по теме
- решение вопроса
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Клубеньки небольшие утолщения на корнях многих растений, в которых живут симбиотические азотфиксирующие бактерии. У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог. Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку.
Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. У части современных бактерий, обитающих в бескислородных илах на дне водоемов или в горячих серных источниках, сохранились черты древних предков.
В отличие от эукариот, они не имеют оформленного ядра, отделенного от цитоплазмы ядерной оболочкой. Наследственная информация, представленная в виде кольцевой реже — линейной молекулы ДНК, расположена в центральной части клетки. Размножаются бактерии митозом — простым делением надвое.
Ее главный структурный элемент — биополимер муреин. Главная функция внешней оболочки — транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из углеводов или белков От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция — регуляция транспорта веществ в клетку и из клетки.
У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. Также в клетках бактерий могут быть плазмиды. Плазмиды — мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК бактерий воспроизводиться. 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 и т.
Поэтому, прослеживая ход изменений генов, ответственных за то или иное свойство организмов, можно реконструировать изменение во внешней среде, связанное с этим свойством. Например, этот подход помог ученым реконструировать палеотемпературы Земли см. Этот подход во многом основан на статистических приближениях и вероятностных оценках, поэтому идеологически он не слишком близок палеонтологам, привыкшим иметь дело с фактами. Однако именно он в условиях чрезвычайно скудных фактических данных по ископаемым объектам дает впечатляющие результаты. К таким результатам относится и работа Лоренса Дэвида Lawrence A. David и Эрика Альма Eric J. Alm из Массачусетского технологического института MIT. Будучи специалистами в области биоинформатики, они смогли обрисовать динамику разнообразия генов в ходе земной эволюции. Иными словами, они оценили общее разнообразие генов, темпы их появления и элиминации, а также интенсивность горизонтальных переносов и дупликаций, то есть все те процессы, из которых складывается эволюция генов. Естественно, в этой обобщенной картине учитывались не каждая нуклеотидная замена и не каждый ген, пришлось работать широкими эволюционными мазками: обсчитывались не отдельные гены, а семейства генов. При этом все уникальные семейства генов вообще не принимались во внимание, так как их не с чем сравнить. Однако результат того стоил. Динамика темпов обновления семейств генов. Мы видим изменения скоростей появления, элиминации, дупликации и горизонтального переноса. Самые бурные события происходили в период 3,3—2,85 млрд лет назад это средний архей , который на графике затонирован серым цветом. График из обсуждаемой статьи в Nature Справа на графике рис. Мы видим, что в истории земной жизни был особый период, когда скорость появления новых генных семейств резко возросла; вслед за этим резко возросла и скорость выпадения генных семейств. Этот период приходится на средний—верхний архей — 3,3—2,85 млрд лет назад. Авторы назвали его «Архейская экспансия генов». После события Архейской экспансии к середине протерозоя появление новых семейств стало совсем незначительным. Когда период бурных инноваций закончился, постепенно всё большее значение стала приобретать дупликация генов; темпы этого процесса постепенно увеличиваются даже и в современности. Роль горизонтальных переносов росла вместе с нововведениями, а с прекращением образования de novo семейств оставалась более или менее постоянной. Всё складывается в логичную схему: после появления жизни на планете организмы начали быстро приспосабливаться к различным экологическим нишам, изобретая для этого необходимые ферменты и реакции. После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов. Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя». В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать.
Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики. В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают.
А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне. Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам.
Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов. Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто.
Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез. Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили.
Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико. Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий.
Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты. Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения.
Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно.
С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик. При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий. Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас. Прямо сейчас никто не вымирает.
Новых болезней немного, а вот масса заболеваний, которые до недавних пор воспринимались как генетические или связанные с какими-либо дефектами, как выясняется, имеют бактериальную природу: от диабета до колитов и даже шизофрении — оказывается, чтобы завелись тараканы в голове, нужны кое-какие бактерии в животе. Взять те же антибиотики: если они очищают от микробов какую-то нишу, где те спокойно жили, там обязательно заводится кто-нибудь другой. Все-таки жизнь существует уже 3,5 миллиарда лет и научилась приспосабливаться ко всяким разностям. Особенно учитывая, что бактерии постоянно обмениваются своими генами и вирусами.
А мы — та среда, в которой происходит их отбор. Когда среда меняется, меняются и они. Бактериям в этом смысле жить гораздо тяжелее, чем нам. Поскольку каждый бактериофаг специфичен к той бактерии, на которой паразитирует, они могут быть эффективнее, чем антибиотики.
Бактериофаги открыли лет сто назад, и изначально именно их планировали использовать против бактерий. Но открытие антибиотиков позволило на время забыть про бактериофагов. Потом, правда, удрал, говорят, не поделил женщину с каким-то энкавэдэшником. Но институт остался, там же был завод, где делались таблетки, такие заводы и сейчас есть в Нижнем Новгороде и Перми.
У советского солдата в личном пакетике всегда была таблетка интестифага. Кстати, большинство войн сегодня проигрывается, как и во времена Римской империи, не из-за поражений, а из-за поносов. Но он сам по себе вызывает иммунный ответ организма. Еще одна проблема — конструирование новых бактерий: бактериофаги часто переносят ДНК от одной бактерии к другой.
И масса новых патогенов — это обычные бактерии, которые просто подцепили вирус. Поэтому есть сильное подозрение, что широкое использование бактериофагов могло бы привести к развитию новых опасных патогенов. Точных ответов никто не знает, слишком мало было надежных исследований. На Западе интерес к этой теме сейчас возрос: например, бактериофагами лечат «ножки Буша», на которых развивается сальмонелла, — опрыскивают их, как спреем, и увеличивают срок годности.
У бактериофагов есть гены, которые позволяют убить клетку.
Плазмиды — мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК бактерий воспроизводиться. 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 и т. Как живут бактерии? Бактерии большей частью питаются органическими веществами; среди них встречаются сапрофиты и паразиты. Бактерии растут и размножаются очень быстро. Поэтому они быстро распространяются. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др.
Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны — мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование.
Клубеньки небольшие утолщения на корнях многих растений, в которых живут симбиотические азотфиксирующие бактерии. У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог. Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку.
Наиболее устойчивыми из них являются эндоспоры, формируемые представителями Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter образует 7 эндоспор из одной клетки и может размножаться с их помощью [6] и Heliobacterium.
Образование этих структур начинается как обычное деление и на первых стадиях может быть превращено в него некоторыми антибиотиками. Менее устойчивыми являются экзоспоры, цисты Azotobacter, скользящие бактерии и др. Другие типы морфологически дифференцированных клеток[ ] Актиномицеты и цианобактерии образуют дифференцированные клетки, служащие для размножения споры, а также гормогонии и баеоциты соответственно. Необходимо также отметить структуры, подобные бактероидам клубеньковых бактерий и гетероцистам цианобактерий, служащие для защиты нитрогеназы от воздействия молекулярного кислорода. Классификация[ ] Основная статья: Систематика эубактерий Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий, основанная на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX издание Определителя бактерий Берджи 1984—1987. Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4 отдела: Gracilicutes грамотрицательные , Firmicutes грамположительные , Tenericutes микоплазмы и Mendosicutes археи.
В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая классификация бактерий и именно она используется в Википедии , основанная на данных молекулярной биологии. Одним из первых методов оценки родства по сходству генома был предложенный ещё в 1960-х годах метод сравнения содержания гуанина и цитозина в ДНК. Другим методом, произведшим в 1970-е настоящую революцию в микробиологии, стал анализ последовательности генов в 16s рРНК, который позволил выделить несколько филогенетических ветвей эубактерий и оценить связи между ними. Филогенетическая классификация отчасти повторяет фенотипическую, так, группа Gracilicutes присутствует и в той и в другой. В то же время систематика грамотрицательных бактерий была полностью пересмотрена, архебактерии и вовсе выделены в самостоятельный таксон высшего ранга , часть таксономических групп разбита на части и перегруппирована, в одни группы объединены организмы с совершенно разными экологическими функциями, что вызывает ряд неудобств и недовольство части научного сообщества. Объектом нареканий становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не организмов.
Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле[ ] Файл:Stromatolites. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы [7] : Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии. Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества.
Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.
Планета бактерий
За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году. Модель малой субъединицы рибосомы Thermus thermophilus.
Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку. За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году. Модель малой субъединицы рибосомы Thermus thermophilus.
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. На основании традиционных фенотипических характеристик включая данные, полученные методом числовой таксономии биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами. Напротив, с помощью молекулярной филогенетики было показано, что клеточные формы жизни развились в три основные линии или домены, два из которых принадлежат прокариотам. Бактерии и Археи составляют два домена, присоединенные к одной эукариотической линии. Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии. Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям. Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов. Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле. Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни.
Дивергенция — расхождение в ходе эволюции признаков и свойств изначально родственных организмов. Ортологичные гены — гомологичные гены, произошедшие от одного и того же предкового гена и, как правило, кодирующие продукты со сходными функциями. Синтетическая леталь — пара генов, одновременная мутация которых приводит к летальному фенотипу, а каждого по отдельности — нет. Пангеном — суммарный набор генов каждого вида, который можно подразделить на три части: универсальные гены есть у всех штаммов , периферические гены есть у большей части штаммов и штамм-специфичные, уникальные, гены. Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков , ставшее основой для понимания естественного отбора. Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1]. Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма. Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков. У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода. Конечно, это не единственный класс фенотипических признаков микроорганизмов, однако такой метаболический «портрет» всегда определяет стиль жизни микробов и вносит весомый вклад в их общую приспособленность. Сейчас для исследования метаболических предпочтений бактерий совсем не обязательно выращивать их в лаборатории на всевозможных субстратах. Имея только геномные данные, можно довольно точно предсказать метаболический фенотип микроорганизма исключительно in silico. Так, для более чем 300 филогенетически очень разнообразных видов бактерий недавно построили полные модели метаболизма , опираясь только на последовательности геномов [2]. Для каждого вида определили спектр углеродных субстратов из 62 возможных , которые он может использовать для синтеза биомассы или производства АТФ — двух основных метаболических целей бактерий. На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще. Что же мы теперь знаем?
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие.
Лекция 14. Бактерии
9 классы. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы.
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. 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). Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро.
Планета бактерий
Как и следовало ожидать, сообщение было воспринято неоднозначно. По мнению оппонентов, артефакты не являются окаменевшими бактериями, поскольку в малом объёме не могут разместиться Б молекулы ДНК и РНК. Hoover [26] выявил множество структур, расцененных как цианобактерии. Эти работы перепроверила независимая группа палеонтологов, руководимых А. Розановым, и подтвердила подлинность выводов [3, 14]. Кроме того, в матрице метеорита Murchison, разбившегося в Австралии в 1969 году, они констатировали присутствие не только микроструктур, похожих на современных цианобактерий рода Gloe-capsa - вместе с ними просматривались нитчатые формы, сходные с низшими грибами, сохранившие даже детали своего клетчатого строения.
Кокковидные и нитчатые морфотипы содержались также в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Казахстане [14]. Проанализировав все приведенные факты, А. Роза-нов предположил, что бактерии и низшие грибы существуют за пределами Земли, хотя его мнение разделяют не все специалисты. Внутри метеорита Murchison многими исследователями распознаны аланин, валин, сар-козин, глютаминовая кислота, большое количество глицина и жирные кислоты, часть которых встречается А в лунном грунте. Из этого сообщения вытекает важное следствие - распространенные в космосе аминокислоты и нуклеиновые основания могли привноситься на Землю, где индуцировали формирование генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни.
На основании многочисленных исследований J. Несмотря на наличие в метеоритах органических веществ, аналогичных таковым на Земле, и структур, удивительно схожих с земными бактериями, отдельные российские и зарубежные специалисты их не воспринимают. Они аргументируют свое несогласие тем, что на Земле известны абиогенные процессы, порождающие такие бактериеподобные конструкции. В Г Рис. Сканирующая электронная микроскопия: А - микрофоссилии в кремнистом сланце сканмикрофото Л.
Маргелис ; Б - микрофоссилия в некоторых фациях сканмикрофото Л. Маргелис ; В - остатки древнейших архейских бактерий из Южной Африки сканмикрофото J. Б Время заселения Земли прокариотами, то есть, регистрация следов жизни, определено в древних породах с помощью палеонтологических и геологических данных. По концепции О. Сорохтина и соавт.
Однако спустя 600 млн лет в архее около 4-2,6 млрд лет тому началась дифференцировка земного вещества, вызвавшая формирование железного ядра, силикатной мантии и земной коры. С началом же дегазации мантии, в атмосферу, ранее состоящую из инертных и благородных газов, начал поступать водяной пар, углерод, азот, сероводород, аммиак, серный и другие газы, образовавшие горячую восстановительную углекислотно-азотно-метановую атмосферу. Именно в мелких лагунах и гидротермах 3,5 млрд лет тому распространились первые земляне - прокариотные сообщества [8, 15, 16, 17, 40]. Некоторые авторы временем их появления называют 3,8 млрд лет [1, 2], но находки окаменевших бактерий в кварцитах данного возраста формации Исуа, Гренландия вызывают сомнения [21, 22, 23]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис.
Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания. Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис. Сорохтин и соавт.
Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах. По мнению Г. Заварзина [4] и С. Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно.
Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр. С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6]. Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной. Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий.
Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений. С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5]. После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12].
Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот. Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33]. Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями.
Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет. 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.
Бактерии-анаэробы способны жить на дне водоёмов, в глубоких слоях почвы, в желудках и кишечниках животных, то есть в местообитаниях, где совсем немного или вообще нет кислорода. Некоторые бактерии могут приспосабливаться к жизни в средах с разным содержанием кислорода. Если кислорода достаточно, то дыхание у таких бактерий протекает как у аэробных организмов, а если кислорода мало или он отсутствует, то их обмен веществ перестраивается, и они на время становятся анаэробными организмами.
Питание Для разных видов бактерий характерны самые разнообразные способы питания. Большую группу составляют микроорганизмы, питающиеся готовыми органическими веществами, — гетеротрофные бактерии. Среди них есть как паразиты и симбионты других организмов, так и свободноживущие сапротрофы. Всем известны болезнетворные бактерии, поселяющиеся в организмах животных, в том числе человека, и вызывающие различные заболевания, например туберкулёз, холеру. Это бактерии-паразиты, они питаются за счёт ресурсов организма-хозяина, поедая органические вещества его тела и нанося ему вред. В организмах животных и растений можно также обнаружить бактерий-симбионтов.
Эти бактерии не вредят организму, в котором обитают, а наоборот, приспособились к взаимовыгодному обмену с ним. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений клевера, гороха, фасоли , не только используют органические вещества организма-хозяина, но и снабжают растение соединениями азота, принося ему пользу. Дело в том, что клубеньковые бактерии — это уникальные организмы, способные усваивать из воздуха азот и превращать его в доступную растениям форму. Сами растения такой способностью не обладают. Таким образом, из сожительства выгоду извлекают и симбиотические бактерии, и бобовые растения. Не все гетеротрофные бактерии питаются органическими веществами живых организмов.
Множество видов бактерий способны потреблять вещества мёртвых остатков и выделений других организмов. Таковы, например, почвенные бактерии гниения, использующие в качестве пищи органические вещества листового опада, навоза, трупов животных. Эту группу микроорганизмов называют бактериями-сапротрофами от греч. Ещё одну группу микроорганизмов составляют автотрофные бактерии. Они не нуждаются в органических веществах, но способны сами производить их. Цианобактерии — раньше их называли синезелёными «водорослями» — подобно растениям используют энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез.
Серобактерии, железобактерии, водородные бактерии способны преобразовывать неорганические вещества, использовать энергию, выделяющуюся при этих химических реакциях, и направлять её на синтез органических веществ. Экологические группы бактерий по типу питания Размножение Бактерии размножаются путём деления клетки пополам, в результате чего образуются две одинаковые клетки — такие же, как материнская. Такой способ называют бинарным делением. Если условия окружающей среды благоприятны, то бактерии способны размножаться очень быстро. Несложно подсчитать, что потомство одной бактерии за 5 часов превысит 1 тысячу экземпляров, а за 10 часов почти достигнет 1 миллиона. Схема деления бактериальной клетки Узнать больше: передача генетической информации у бактерий Этот материал будет полезен тем, кто готовится к олимпиаде У эукариотических организмов, размножающихся половым путём, потомство сочетает признаки предков, поскольку получает гены от обоих родителей.
У бактерий полового размножения не существует, а при бинарном делении обе образовавшиеся клетки идентичны материнской. Значит ли это, что все клетки бактерий одного вида совершенно одинаковы? Оказывается, это не так. Бактерии способны передавать генетическую информацию друг другу. Для передачи наследственного материала от одной бактериальной клетки к другой у бактерий существуют специальные половые пили от лат. Одна из бактериальных клеток с помощью такого пиля присоединяется к другой, между цитоплазмами клеток устанавливается контакт, и присоединившаяся бактерия передаёт часть своей генетической информации соседней клетке.
Размножения, то есть увеличения численности организмов, при этом процессе передачи генетической информации не происходит. Но благодаря обмену генами в популяции бактерий возникает генетическое разнообразие, как это происходит при половом размножении эукариотических организмов. Спорообразование Некоторые бактерии способны образовывать споры. Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий — отсутствия пищи или воды, влияния слишком высокой или низкой температуры и т. Спора образуется внутри клетки. Часть цитоплазмы обособляется вокруг генетического материала клетки, затем отшнуровывается и одевается плотными оболочками, после чего оставшиеся внешние части клетки отмирают.
В таком состоянии споры могут существовать очень долгое время — десятки и даже сотни лет.
Интервью с чл. РАН Е. Бонч-Осмоловской 23. С тех пор прошло более 2 млрд лет, но эти невидимые существа по-прежнему выполняют незаменимые функции в круговороте жизни на Земле. О микробах и их роли в развитии биосферы рассказывает микробиолог Елизавета Александровна Бонч-Осмоловская. Ломоносова, заведующая отделом биологии экстремофильных микроорганизмов в Институте микробиологии им.
Они действительно самые древние организмы на Земле. 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.
Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков.
Более совершенная филогенетическая естественная классификация объединяет родственные формы, исходя из общности их происхождения. Такой подход стал возможным после выбора в качестве универсального маркера гена 16S рРНК и появления методов определения и сравнения нуклеотидных последовательностей. Ген, кодирующий 16S рРНК входит в состав малой субчастицы прокариотической рибосомы , присутствует у всех прокариот, характеризуется высокой степенью консервативности нуклеотидной последовательности, функциональной стабильностью. Наиболее употребимой является классификация, публикуемая в периодическом издании определителя Берджи Бэрджи; Берги. По одной из существующих систем организмов, бактерии вместе с археями составляют парафилетическую группу организмов. Многие исследователи рассматривают их как домен или надцарство , наряду с доменами или надцарствами архей и эукариот.
В пределах домена наиболее крупными таксонами бактерий являются следующие типы: протеобактерии , включающие 6 классов и 43 порядка; актинобактерии 1 класс и 10 порядков и фирмикуты 6 классов и 9 порядков по данным на 2022. Кроме того, выделяются таксономические категории более низкого ранга: семейства, роды, виды и подвиды. Описано не более 5 тыс. Значение бактерий Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд лет назад в архее. Около 2,5 млрд лет они доминировали на Земле, формируя биосферу , участвовали в образовании кислородной атмосферы. После появления многоклеточных организмов между ними и бактериями образовались многочисленные связи, включая преобразование органических веществ органотрофами, и разного рода симбиотические отношения, паразитизм , иногда внутриклеточный риккетсии , и патогенез.
Наличие бактерий и других микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологических систем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, бактерии могут представлять единственную форму жизни. Бактерии активно участвуют в биогеохимических циклах на нашей планете в том числе в круговороте большинства химических элементов. Современная геохимическая деятельность бактерий имеет также глобальный характер. Основная часть парникового газа — метана , поступающего в атмосферу, образуется метаногенами. Бактерии являются ключевым фактором почвообразования, зон окисления сульфидных и серных месторождений, образования железных и марганцевых осадочных пород и т.
Некоторые бактерии вызывают тяжёлые заболевания у человека, животных и растений. Нередко они становятся причиной порчи сельскохозяйственной продукции, разрушения подземных частей зданий, трубопроводов, металлических конструкций шахт, подводных сооружений и т. Изучение особенностей жизнедеятельности этих бактерий позволяет разработать эффективные способы защиты от вызываемых ими повреждений. В то же время положительную роль бактерий для человека невозможно переоценить. С помощью бактерий получают вино, молочные продукты, закваски и другие продукты, ацетон и бутанол , уксусную и лимонную кислоты , некоторые витамины , ряд ферментов, антибиотики и каротиноиды ; бактерии участвуют в трансформации стероидных гормонов и других соединений. Их используют для получения белка в том числе ферментов и ряда аминокислот.
Применение бактерий для переработки сельскохозяйственных отходов в биогаз или этанол даёт возможность создания принципиально новых возобновляемых энергетических ресурсов. Бактерии используют для извлечения металлов в том числе золота , увеличения нефтеотдачи пластов. Благодаря бактериям и плазмидам стало возможным развитие генетической инженерии.
ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131
| Концепции происхождения и развития микроорганизмов | Форма клеток бактерий может быть. |
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. |
| Планета бактерий | История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. |
| «Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?» — Яндекс Кью | Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? |
| Знятие 1. Введение в биологию | VK | Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. |
Эволюция бактерий
- Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
- Бактерии — Википедия Переиздание // WIKI 2
- Морфология бактерий
- Популярные статьи:
- Лекция 14. Бактерии
Остались вопросы?
Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. Новости Новости. 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.