С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Форма клеток бактерий может быть. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
Значительна по составу и количеству микрофлора, использующая минеральный азот и превращающая его в органические формы процесс иммобилизации. Денитрифицирующие бактерии предопределяют невозвратимые потери газообразного азота. Такие виды, как Azotobacter az. Следовательно, трансформация азота самым тесным образом связана с почвенной микрофлорой, от деятельности которой зависит азотный режим почвы, т. Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса.
Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т.
Геном — записанная с помощью ДНК наследственная информация, копия которой содержится в каждой клетке организма. Работу генома как организованного целого изучает геномика. Представьте себе универсальное древо жизни — огромное дерево, на котором каждая веточка — это некий генетический текст, соответствующий какому-либо организму. Это дерево очень большое, и происходим мы из одного корня: вся жизнь возникла на планете единожды. Точнее, вся современная жизнь. Так вот, на этом очень разлапистом, ветвистом дереве все человечки, животные, растения и рептилии — это лишь одна небольшая веточка, а все остальные очень разные ветви — как раз микробы. Они для нас однообразны, потому что мы их не видим. Так он сначала думал, что экстремофилы — это люди, которые катаются на горных лыжах вне подготовленных трасс.
Экстремофилы — это и правда любители экстремальных условий, но только микробы. Условия жизни на планете очень разнообразны: от вечной мерзлоты до горячих источников, в которых может быть 110—120 градусов, а те из них, что на дне океана, находятся еще и под гигантским давлением. Есть места с безумной концентрацией соли, как Мёртвое море. Или с огромным количеством кислоты. И везде кипит жизнь, но единственные, кто там живет, — те самые микробы-экстремофилы. Происходит это потому, что они обладают удивительной генетической изменчивостью и адаптивностью. И в земле они есть, и в стратосфере. Вся планета, в духе учения Вернадского, живая. Вон микроб пролетел, видите? Да, их много: в кубическом метре воздуха микробов примерно столько, сколько людей в Москве.
А в кубическом сантиметре снега в Антарктиде от 10 до100 бактериальных клеток. Они могут не жить активно, а просто сидеть, словно пассажиры, и ждать, когда какой-нибудь айсберг отвалится и увезет их в Африку. Этот лабораторный сосуд был изобретён в 1877 году и назван так в честь изобретателя, немецкого бактериолога Юлиуса Петри, ассистента Роберта Коха Как эволюционируют микробы [КШ] Бактерии эволюционируют быстрее других существ? Они словно самим господом богом созданы для эффективного естественного отбора. Кишечная палочка делится за 15 минут. Если вы посадили одну бактерию кишечной палочки в чашку, то через 8 часов обнаружите колонию ее потомков размером с булавочную головку — в ней будет 10 миллионов бактерий, это опять-таки — столько, сколько человек живет в Москве. Чтобы попытаться выработать у москвичей устойчивость к радиации, придется взорвать над столицей атомную бомбу и ждать потомства от выживших. С бактериями всё гораздо проще — вырастили колонию за 8 часов, облучили ее, и вот уже можно изучать потомство наиболее жизнестойких особей. С ними удобно работать! Быстрее ли они эволюционируют?
Нет, просто быстрее размножаются. Горизонтальный перенос генов— передача генетического материала другому организму, не являющемуся потомком. Митохондрия — органелла орган клетки размером с бактерию, запасающая и высвобождающая по мере надобности энергию. У нее есть свой геном. Считается, что митохондрии — это бывшие бактерии, которые внедрились в клетки более продвинутых организмов. Ретровирусы — вирусы, генетическая информация которых содержится в на молекуле РНК. Самый известный представитель — ВИЧ. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек.
Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются. Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим. Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть. Допустим, сидят себе бактерии, и тут вдруг становится очень плохо — среда изменилась. Большинство бактерий умирает, и вся их ДНК вытекает наружу. А некоторые выживают и встраивают в себя части этой ДНК. Большинству это ничего не дает, а кто-то получает новые возможности — он растет, и ему становится совсем хорошо, потому что все вокруг погибли: еды куча, никто не мешает. Они могут выдержать долгое кипячение и подолгу не гибнут в дезинфицирующих препаратах [КШ] У людей довольно большая часть ДНК вирусного происхождения.
Значит, тут тоже речь идет о горизонтальном переносе. Возможен ли перенос генов от бактерий к людям? У нас нет бактериальных генов, кроме тех, что мы когда-то получили от бактерий, ставших митохондриями в клетках нашего организма. Помните, как возникли клетки, от которых произошли мы и все, кого мы видим в зоопарке? Наш одноклеточный предок захватил некую древнюю бактерию и заставил ее кашу варить — энергию вырабатывать. Но чтобы эта бактерия не прибила нашего предка, большинство генов из нее было перенесено в ядро. А гены вирусов, про которые вы говорите, действительно составляют у нас солидную часть генома. Это остатки ретровирусов, которые встроились в разные места нашей ДНК. Они встроились так, чтобы мешать работе наших генов, но испортились потихонечку. Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака.
В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях. Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства. Например, царство Протеобактерий содержит организмы, характеризующиеся смешанными физиологическими чертами, напоминающими черты, характерные почти для всех известных прокариот. Второй прокариотический домен составляют Археи, состоящие из трех основных типов: Кренархеот, Эвриархиот и Корархеот. Физиологически бактерии и археи легко дифференцируются по наличию у бактерий или отсутствию у археев клеточной стенки, содержащей пептидогликан.
Представители домена Эукариот в составе своей клеточной стенки также не содержат пептидогликан. Подобные организмы могли сохраниться с того времени, когда Земля еще находилась на ранних этапах формирования, которые характеризовались экстремальными условиями, и эти прокариоты или близкие к ним археи могут представлять собой реликты ранних форм жизни. Первоначально, некоторые формы Археев были обнаружены при анализе рибосомальных генов организмов, обитающих в экзотической среде, например в открытом океане, Антарктических водах, и в водах глубоководных гидротермальных источников. Однако они также находятся в обычной почве и в озерных водах. Наша информация об универсальном дереве жизни продолжает расширяться. В современной филогенетике к числу трудных относится вопрос, каким образом классифицировать организмы по видам, и второй, с ним связанный, как группировать виды в основные домены или царства.
По мере обнаружения новых видов, может быть пересмотрена и скорректирована структура основных доменов.
Потому что они имеют громадную численность колоний. Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение».
Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову Марков, 2009б : …Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений.
Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции. Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК.
Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных… Как видим, даже самые верующие дарвинисты в лице Александра Маркова понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы.
В связи с этим возникает вопрос. А что мы, собственно, наблюдаем у бактерий, когда они демонстрируют нам очередное приспособление к «сиюминутным» изменениям среды с помощью мелких генетических изменений и естественного отбора? Мы наблюдаем эволюцию этих бактерий?
Или же мы наблюдаем просто адаптацию этих бактерий? То есть, может быть, обсуждаемые генетические изменения бактерий и не ведут никуда дальше таких вот мелких приспособлений к локальным особенностям окружающей среды? Возможно, конкретно у бактерий — это просто способ выживания такой — всё время подвергаясь мелким генетическим изменениям… тем не менее, оставаться всё теми же бактериями с незапамятных времен и до сегодняшнего дня.
То есть, этакий «бег на месте». Можно ли назвать это эволюцией? Действительно, получается противоречие — «эволюция» бактерий путем случайных мутаций и естественного отбора идет так быстро, что позволяет бактериальным колониям отвечать на постоянно изменяющиеся вызовы среды чуть ли не в режиме реального времени, почти заменяя в этом отношении формирование рефлексов у высших животных… Но когда мы смотрим на конечные результаты подобной «эволюции», то тут выясняется, что бактерии так и не удосужились измениться хотя бы как-нибудь за 2 миллиарда лет!
Этих 2-миллиардолетних бактерий можно определять по современным определителям. Причем некоторые группы бактерий никак не изменялись целыми сообществами см. Так может быть, бактерии — это просто такие организмы, которые имеют такую специфическую стратегию реагирования на мелкие изменения окружающей среды — с помощью случайных мутаций и естественного отбора.
А вовсе не эволюционируют подобным способом? Тем более что бактерии отличаются еще одной уникальной особенностью, которая позволяет им, в отличие от высших организмов, свободно использовать в качестве источника полезных инноваций обычный поток случайных мутаций. Дело в том, что бактерии имеют геном очень маленького размера.
Поэтому они устойчивы к так называемому «храповику Мёллера». Действительно, проблема «храповика Мёллера» весьма актуальна для организмов с огромным размером генома и слабыми темпами размножения. Понятно, что если геном имеет большой размер, а энергия размножения при этом низка, то поток случайных мутаций скорее «разломает» этот геном, чем чего-то там улучшит, даже если естественный отбор будет стараться изо всех сил противодействовать поломке генов.
Всё равно поток слабо-вредных мутаций будет постепенно ухудшать качество геномов большого размера, за счет постепенного накопления слабо-вредных мутаций если темпы размножения данного организма низки. А вот бактерии, имея крошечный геном и одновременно огромную энергию размножения, вполне могут позволить себе роскошь терять огромное число особей вплоть до целых линий или даже колоний , оказавшихся чересчур нагруженными вредными мутациями. При этом выигрывать «гонку» в скорости размножения будут многочисленные линии, оказавшиеся свободными от вредных мутаций.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Термофильных бактерий из глубоководных источников. Этот организм поедает серу и водород и связывает свой углерод из углекислого газа. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни. Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийской вершине Апекс-Черт возле древних гидротермальных источников. Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли. Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.. Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад.
Большинство бактерий бесцветны.
Однако некоторые из них окрашены в красный, зеленый, синий и прочие цвета, что обусловлено пигментами, которые содержатся в цитоплазме, и веществами в слизистой капсуле. В зависимости от формы клетки бактерии различают: бациллы, палочковидные, шарообразные, изогнутые, спиралевидные и т.
Они могут делиться каждые 20-30 минут.
В неблагоприятных условиях бактерии образуют споры, служащие для сохранения вида. Они очень устойчивы к колебаниям температур, высыханию и т. Полезный совет Когда организм получает наследственный материал от своего предка, говорят о вертикальном переносе генов.
Такой механизм играет ведущую роль в эволюции жизни на Земле и появлении разнообразных форм живого.
Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки. Это приводит к тому, что мембрана часто образует многочисленные инвагинации впячивания различной формы — мезосомы. Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы. Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул пузырьков , более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки. Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза.
Цитоплазма и цитоплазматические включения Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. В цитоплазме различают: цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма; структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид. Рибосомы Рибосомы свободно лежат в цитоплазме и не связаны с мембранами как у эукариот. Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S. Рибосомы бактериальных клеток собраны в полисомы, образованные десятками рибосом. Цитоплазматические включения Бактериальные клетки могут иметь разнообразные цитоплазматические включения — газовые вакуоли, пузырьки, содержащие бактериохлорофилл, полисахариды , отложения серы и другие. Нуклеоид Бактерии не имеют структурно оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом. Он представляет собой молекулу ДНК, сосредоточенную в ограниченном пространстве цитоплазмы. Молекула ДНК имеет типичное строение.
Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль. В отличие от эукариот, ДНК имеет кольцевую структуру, а не линейную. Молекулу ДНК бактерий отождествляют с одной хромосомой эукариот.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент.
Способны индуцировать [как? На поверхности мембраны клеточной стенки располагается капсулоподобный слизистый покров и микрокапсула, содержащие группоспецифичный «растворимый» антиген. В клеточной стенке локализуются основные белки, большинство из которых являются видоспецифичными антигенами, а также липополисахарид и пептидогликан. В цитоплазматической мембране преобладают ненасыщенные жирные кислоты, она осмотически активна, имеет специфическую транспортную систему АТФ-АДФ. Грибобактерии актиномицеты, стрептомицеты, микобактерии Актиномицеты Actinomicetes или лучистые грибки, стрептомицеты, микобактерии Mycobacterium - от греч.
Распространены в почве, водоемах, в воздухе и на растительных остатках; некоторые - паразиты животных, человека туберкулез, дифтерия и др. Некоторые виды образуют антибиотики, пигменты, витамины [т. Для них характерно нитевидное или палочковидное и кокковидное строение и наличие боковых выростов. Актиномицеты состоят из центрального "клубка" ветвящихся нитевидных структур гифы , от которого к периферии отходят тонкие филаменты. Длинный ветвящийся мицелий актиномицетов не имеет перегородок, чем сильно отличается от мицелия грибов. Микобактерии, к которым относятся возбудители туберкулеза и проказы, обладают рядом особенностей, из-за которых с ними трудно бороться.
Например, при лечении туберкулеза приходится принимать антибиотики очень долго, чтобы избежать рецидива, хотя большинство туберкулезных палочек Mycobacterium tuberculosis погибает в самом начале лечения. Дело в том, что некоторая часть популяции сохраняет жизнеспособность еще долго после гибели основной массы бактерий. Самое интересное, что выжившие микробы могут генетически ничем не отличаться от погибших. Иными словами, у микобактерий имеется большая ненаследственная изменчивость по устойчивости к антибиотикам. Микобактерии фактически создают фенотипическое разнообразие при каждом делении, не меняя своего генома. Цианобактерии сине-зеленые водоросли, цианеи Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли лат.
Cyanobacteria, от греч. Сине-зеленая окраска обусловлена пигментами - хлорофиллом и фикоцианином. Размножение бесполое. Обитают чаще в пресных водах, но могут жить в морях, океанах, почве, горячих источниках. Некоторые съедобны. Цианобактерии, вместе с хлороксибактериями, относят к подцарству оксифотобактерий.
Эти бактерии имеют одиночные и колониальные формы. Колонии создают органогенные известковые постройки строматолиты. Цианобактерии могут использовать как солнечную энергию автотрофность , так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ гетеротрофность. В периферической части клеток цианобактерий диффузно распределены синий и бурый пигменты, определяющие в сочетании с хлорофиллом сине-зеленый цвет этих организмов. Некоторые цианобактерии могут иметь дополнительные пигменты, изменяющие их характерный цвет до черного, коричневого, красного. Цвет Красного моря определяется широким распространением в нем пурпурно пигментированных сине-зеленых.
Цианобактерии наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых строматолиты, возраст более 3,5 миллиардов лет обнаружены на Земле. Они были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Сравнительно крупные размеры клеток и физиологическое сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе водорослей «синезелёные водоросли», «цианеи». За то время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах. Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 штаммов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств, однако до сих пор некоторые ботаники, отдавая дань традиции, склонны относить цианобактерии к водорослям.
Единственные, наряду с прохлорофитами, бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу, предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей прохлорофиты по этой теории имеют общих предков с хлоропластами прочих водорослей и высших растений. Сине-зелёные водоросли выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод. Они замечательны тем, что способны использовать атмосферный азот и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода. В отличие от фотосинтезирующих бактерий, цианобактерии при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным источником свободного кислорода в атмосфере Земли, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы.
Такая способность связана с их быстрым размножением - при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды за счет мутаций выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора к примеру, радиации. Строение бактерий Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина пептидогликана и выполняющую защитную функцию. У бактерий прокариот, доядерных отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили - поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату. Наследственный материал находится прямо в цитоплазме не в ядре, как у эукариот в виде нуклеоида. Нуклеоид лат. Долгое время выделяли "особый органоид" бактерий - мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах. Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии это артефакты, в живой бактерии их нет.
При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку - спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет! В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.
В клеточной стенке локализуются основные белки, большинство из которых являются видоспецифичными антигенами, а также липополисахарид и пептидогликан. В цитоплазматической мембране преобладают ненасыщенные жирные кислоты, она осмотически активна, имеет специфическую транспортную систему АТФ-АДФ. Грибобактерии актиномицеты, стрептомицеты, микобактерии Актиномицеты Actinomicetes или лучистые грибки, стрептомицеты, микобактерии Mycobacterium - от греч. Распространены в почве, водоемах, в воздухе и на растительных остатках; некоторые - паразиты животных, человека туберкулез, дифтерия и др. Некоторые виды образуют антибиотики, пигменты, витамины [т.
Для них характерно нитевидное или палочковидное и кокковидное строение и наличие боковых выростов. Актиномицеты состоят из центрального "клубка" ветвящихся нитевидных структур гифы , от которого к периферии отходят тонкие филаменты. Длинный ветвящийся мицелий актиномицетов не имеет перегородок, чем сильно отличается от мицелия грибов. Микобактерии, к которым относятся возбудители туберкулеза и проказы, обладают рядом особенностей, из-за которых с ними трудно бороться. Например, при лечении туберкулеза приходится принимать антибиотики очень долго, чтобы избежать рецидива, хотя большинство туберкулезных палочек Mycobacterium tuberculosis погибает в самом начале лечения. Дело в том, что некоторая часть популяции сохраняет жизнеспособность еще долго после гибели основной массы бактерий. Самое интересное, что выжившие микробы могут генетически ничем не отличаться от погибших. Иными словами, у микобактерий имеется большая ненаследственная изменчивость по устойчивости к антибиотикам. Микобактерии фактически создают фенотипическое разнообразие при каждом делении, не меняя своего генома. Цианобактерии сине-зеленые водоросли, цианеи Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли лат.
Cyanobacteria, от греч. Сине-зеленая окраска обусловлена пигментами - хлорофиллом и фикоцианином. Размножение бесполое. Обитают чаще в пресных водах, но могут жить в морях, океанах, почве, горячих источниках. Некоторые съедобны. Цианобактерии, вместе с хлороксибактериями, относят к подцарству оксифотобактерий. Эти бактерии имеют одиночные и колониальные формы. Колонии создают органогенные известковые постройки строматолиты. Цианобактерии могут использовать как солнечную энергию автотрофность , так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ гетеротрофность. В периферической части клеток цианобактерий диффузно распределены синий и бурый пигменты, определяющие в сочетании с хлорофиллом сине-зеленый цвет этих организмов.
Некоторые цианобактерии могут иметь дополнительные пигменты, изменяющие их характерный цвет до черного, коричневого, красного. Цвет Красного моря определяется широким распространением в нем пурпурно пигментированных сине-зеленых. Цианобактерии наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых строматолиты, возраст более 3,5 миллиардов лет обнаружены на Земле. Они были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Сравнительно крупные размеры клеток и физиологическое сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе водорослей «синезелёные водоросли», «цианеи». За то время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах. Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 штаммов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств, однако до сих пор некоторые ботаники, отдавая дань традиции, склонны относить цианобактерии к водорослям. Единственные, наряду с прохлорофитами, бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу, предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей прохлорофиты по этой теории имеют общих предков с хлоропластами прочих водорослей и высших растений. Сине-зелёные водоросли выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод.
Они замечательны тем, что способны использовать атмосферный азот и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода. В отличие от фотосинтезирующих бактерий, цианобактерии при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным источником свободного кислорода в атмосфере Земли, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы. Строматолиты ископаемые цианобактериальные маты Строматолиты др. Следует иметь ввиду, что вещество, из которого построен строматолит, не создается матом; последний лишь структурирует естественное осадконакопление.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
Наша доска вопросов и ответов в первую очередь ориентирована на школьников и студентов из России и стран СНГ, а также носителей русского языка в других странах. Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык.
Генотип — совокупность генов, характерных для организма. Приспособленность — способность выживать и оставлять потомство в определенных условиях. 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.
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.
Среди которых есть ген транспортера цитрата, кодирующий белок-транспортер, встроенный в клеточную стенку и отвечающий за транспорт цитрата в клетку. Так что же произошло? Еще не все очевидно, исходя из опубликованной информации, но скорее всего, мутации нарушили регуляцию этого оперона, в результате чего бактерия производит транспортер цитрата независимо от окислительного состояния окружающей среды то есть, он постоянно включён.
Это можно сравнить с переключателем, который включается, когда солнце заходит, поскольку сенсор обнаруживает недостаток света и активирует переключатель. Нарушение в работе этого сенсора может привести к тому, что свет будет включен все время. Это именно тот тип изменения, о котором идет речь.
Другая возможность состоит в том, что существующий ген-транспортер, например, тот, который доставляет тартрат,[3] который обычно не транспортирует цитрат, мутировал и в следствии этого он потерял специфичность и теперь способен к транспортировке цитрата в клетку. Подобная потеря специфичности также является следствием случайных мутаций. Потеря специфичности приравнивается к потере информации, но для эволюции требуется появление новой информации; информация, которая определяет инструкции по созданию ферментов и кофакторов в новых биохимических путях, например, как создавать перья, крылья, кости, нервы или сложные компоненты и способ сборки сложных двигателей, таких как АТФ-синтаза, например.
Однако, мутации хорошо способны разрушать, а не созидать. Иногда разрушение может быть полезным адаптационным ,[7] но это не отвечает за создание огромнейшего количества информации в ДНК всех живых существ. Бихи в своей книге «Предел эволюции» приравнял роль мутаций в сопротивляемости антибиотиков и патогенов, к например, окопной войне, в результате которой мутации уничтожают некоторые функции, чтобы преодолеть восприимчивость.
Это так, как если бы вы положили жевательную резинку в механические часы; они не могли быть созданы таким образом. Много шумихи без причины снова Бихи прав; здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», то есть все это не имеет никакого отношения к происхождению ферментов и каталитических путей, что должна объяснить эволюция. Блаунт обнаружил, что к использованию бактериями цитрата привели три шага: 1.
Потенцирование: Шаг, включающий в себе по меньшей мере 2 мутации. Он обнаружил одну возможную мутацию, единичное изменение нуклеотида SNP , повреждающее ген, известный как arcB, который регулирует работу цикла Кербса ЦТК , что могло привести к ускоренному метаболизму цитрата.
Кроме того, бактерии разделяются еще и между собой, и тоже радикальным образом в биохимическом плане.
Настолько, что это потребовало разделения всех бактерий на два отдельных домена — эубактерии и архебактерии, несмотря на их морфологическое сходство друг с другом. Различия между тремя только что озвученными группами живых существ настолько радикальны, что сейчас некоторые авторы предлагают вообще разделять всю существующую на Земле жизнь на три разных формы: эубактерии, архебактерии и эукариоты Шаталкин, 2004. Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни?
Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал. Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением.
Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении.
Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам?
Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу?
Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро.
В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет.
Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. 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.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки. Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки.