Бактериальные заболевания. С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует. Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. 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.
Вход и регистрация
То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал. Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении. Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий.
Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу?
Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов?
Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет. Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений? Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды.
Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений!
Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация.
Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации — прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий.
Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры. В то же время микрофлора участвует в детоксикации пестицидов в почве и в ее очистке от загрязнения некоторыми химикатами.
Антропогенное влияние на почву особенно возрастает в интенсивном земледелии, когда изменяются питательный, воздушный и водный режимы. Необходимость изучения этих изменений связана с вопросами сохранения и повышения почвенного плодородия. Микрофлору можно использовать в качестве показателя для определения направлений течения различных процессов в почве. Роль бактерий в образовании природного газа Метан — широко распространенный компонент газовой фазы почвы входит и в состав атмосферы Земли.
Основным источником атмосферного метана.
Помимо основной ДНК хромосомы бактерии обычно содержат большое количество очень маленьких кольцевых молекул ДНК длиной несколько тысяч пар, так называемых плазмид, участвующих в обмене генетическим материалом между бактериями. Как правило, плазмиды имеют в составе гены устойчивости к антибиотикам и ионам тяжелых металлов. Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК.
Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах. Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот.
Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов.
Укажите последовательность процессов, которые привели к формированию многообразия форм клюва с позиции современной синтетической теории эволюции. Как называется такая форма направленной эволюции? Чем она характеризуется? Ответ 1 особи исходного вида, попавшие на острова, оказались в разных экологических нишах разных условиях питания ; 2 в каждой популяции возникали мутации; 3 разные мутации поддерживались естественным отбором; 4 накопление мутаций привело к репродуктивной изоляции; 5 дивергентная форма эволюции дивергенции ; 6 новые виды при такой форме образуются путём расхождения от одного общего предка. Объясните с позиции современного эволюционного учения, как сформировались и сохранились в процессе эволюции ядовитые железы у древесной квакши. Ответ 1 в исходной популяции появились мутировавшие особи с наличием ядовитых желёз; 2 они имели преимущество в борьбе за существование; 3 благодаря естественному отбору эти мутации распространялись накапливались в популяции.
Предковый вид ландышей был широко распространен в лиственных лесах Евразии несколько миллионов лет назад. Сейчас существует три вида ландышей, сохранившихся в Европе, Закавказье и на Дальнем Востоке. Как называется такой способ видообразования? Какое климатическое событие привело к дивергенции ландышей? Как происходило видообразование? Ответ 2 оледенение в Северном полушарии образование ледника ; 3 в изолированных популяциях накапливались разные мутации; 4 в разных ареалах условиях среды действовали разные факторы; 5 произошла репродуктивная изоляция. Лемуровые — семейство древесных теплолюбивых млекопитающих из отряда Приматы.
Ископаемые остатки предков лемуров были найдены на разных континентах, но в настоящее время лемуры являются эндемиками Мадагаскара острова у юго-восточного побережья Африки. Чем может объясняться сохранение этих животных на Мадагаскаре и вымирание в других регионах? Какие факторы эволюции способствовали дивергентному видообразованию лемуров в условиях Мадагаскара? Ответ 1 Мадагаскар отделен от континентов фауна острова изолирована ; 2 на Мадагаскаре лемуры не имели конкурентов со схожими экологическими нишами; 3 на остальных территориях лемуры были вытеснены другими древесными млекопитающими другими приматами ; Факторы эволюции: 5 мутации ИЛИ наследственная изменчивость; 6 популяционные волны; 7 дрейф генов. Закон Харди-Вайнберга гласит: при определённых условиях относительные частоты аллелей в популяции остаются неизменными из поколения в поколение. Закон справедлив, если соблюдается ряд условий. Какие это условия?
Ответ 2 в популяции осуществляется свободное скрещивание панмиксия ; 3 отсутствует естественный отбор; 4 не возникает новых мутаций; 5 нет миграции в популяцию или из популяции. У двух видов мохноногих хомячков ареалы не перекрываются: джунгарский хомячок живет в Западной Сибири и на севере Казахстана, а хомячок Кэмпбелла обитает на территории Забайкальского края, Бурятии, Монголии, Северного Китая. Если в лабораторных условиях пытаться скрестить особей разных видов, то в большинстве случаев наблюдается рождение стерильного потомства или гибель беременных самок из-за крупных размеров эмбрионов. Какие две формы изоляции описаны для этих видов хомячков? Какое значение имеет изоляция как фактор микроэволюции? Ответ 1 географическая изоляция неперекрывающиеся ареалы ; 2 репродуктивная изоляция невозможность формирования плодовитого потомства ; 3 изолированные популяции виды накапливают различия в генофондах; 4 в условиях изоляции затрудняется обмен генами между популяциями ИЛИ в условиях изоляции сохраняется специфичность генофонда популяций видов ; 5 изоляция способствует видообразованию. Рассмотрите схемы процессов видообразования А и Б.
На какой схеме отражено экологическое симпатрическое видообразование? Ответ 1 А — экологическое симпатрическое видообразование; 2 в пределах исходного ареала сформировались разные экологические условия ИЛИ в пределах исходного ареала особями осваивались новые разные экологические ниши; 3 возникает экологическая изоляция; 4 обмен генов становится невозможным или затрудняется; 5 происходит накопление мутаций в каждой экологически изолированной группе особей; 6 возникает репродуктивная изоляция особи из разных экологических групп теряют способность скрещиваться ; 7 образуются новые виды. Почему у соседних подвидов P. Ответ 2 из-за отсутствия преград соседние подвиды могут мигрировать осуществляется поток генов ; 3 в результате между подвидами не накапливаются значимые генетические различия не отличается генофонд подвидов ; 4 отсутствует репродуктивная изоляция. Почему у соседних подвидов E. На рисунках продемонстрированы основные пути, ведущие к появлению новых видов: дивергентный, филетический, гибридогенный. Установите соответствие между основными путями и рисунками 1-3.
Дайте характеристику каждого из путей. Ответ 1 1 - филетический путь филогенез ; 2 преобразование одного вида в другой вида А в вид В ; 3 2 - гибридогенный путь; 4 скрещивание слияние двух видов видов А и В и образование нового вида вида С ; 5 3 - дивергентный путь; 6 разделение одного вида вида А на два виды А и В.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
| 11. Бактерии. Эволюция или адаптация? | С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс. |
| ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131 | Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. |
Популярные статьи:
- Начало работы
- Планета бактерий
- На каком пути эволюционного развития находятся бактерии в настоящее время? - Универ soloBY
- Публикации
- МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ — 3 ответов | форум Babyblog
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Образцы, которые в норме стерильны например, кровь , моча , спинномозговая жидкость , культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов [97] [145]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста например, аэробный или анаэробный рост , характер гемолиза [en] , а также окрашивать его разными методами. Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146].
С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147]. Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно. По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека [148].
Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов [149] [150]. Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована. Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов , невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин.
Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий [151]. Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории. К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus [152].
Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты подтипы бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной [153]. Взаимодействия с другими организмами[ править править код ] Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители [154] [155] Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами.
Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм , мутуализм и комменсализм , а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота , и их большие популяции придают запах телу [en].
Хищники[ править править код ] Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий [156] относится Myxococcus xanthus , формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию [157]. Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus [en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества [158].
Daptobacter проникает внутрь других бактериальных клеток и размножается в их цитозоле [159]. Вероятно, хищные бактерии произошли от сапрофагов , питающихся мёртвыми микроорганизмами, после того как приобрели приспособления для ловли и убийства других микробов [160]. Мутуалисты[ править править код ] Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания.
Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты , такие как масляная и пропионовая кислоты , и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород. Бактерии из этой ассоциации не могут поглощать органические кислоты сами по себе, так как в ходе этой реакции образуется водород, накапливающийся вокруг. Только благодаря метаногенным археям концентрация водорода поддерживается достаточно низкой, чтобы позволить бактериям расти [161].
Многие бактерии являются симбионтами людей и других организмов. У человека от бактерий полностью свободны только кровь и лимфа [162]. Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165].
Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166]. Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными.
Это микроскопические одноклеточные, которые встречаются почти повсеместно: в водоемах, почве, на предметах обихода, в кормах и продуктах питания, на поверхности скал и глубоко под землей, а также в организмах растений, животных и человека. Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений. Большинство бактерий бесцветны.
Каждая цифра — это идентификатор группы тРНК, которой обязан обладать предок, чтобы передать своим потомкам в следующие поколение. Если бы он не обладал такой группой тРНК, то мы однозначно не смогли бы получить текущие состояние взаимоотношений совпадения идентичных тРНК , которое имеется на графе «многовидового происхождения» выше. Таким образом, алгоритм построения такого дерева состоит из двух частей: 1. Распределение тРНК по группам, так чтобы на всем анализируемом множестве можно было апеллировать только группами без перехода на единичные тРНК — это нужно для двух целей 1 на порядок удобнее иметь дело с группами, чем с большим множеством тРНК. Устраняется дублирующая информация, и группа является минимальной единицей дивергенции. Вероятность дивергенции разделения большей группы по разным родам выше при меньшем числе предковых дивергенций длины ветви. Собственно построение дерева предков. Далее я опишу только общий принцип реализации эти двух частей. Разделение на группы: 1. На входе имеется информация вида: 1 10 000913,003420,006818,011215,013800,016316,017374, 2 10 000913,003420,006818,007509,011215,013800,016316,017374, 2 8 000487,003420,005891,006678,011163,013218,007509, она описывает граф «многовидового происхождения», а именно набор связей, где «1» идентификация одного рода, «10» — идентификация второго рода, «000913,003420,006818,011215,013800,016316,017374,» — те тРНК, которые идентичны как в первом, так и во втором роде. Создается первая группа, как набор из всех вообще различных тРНК 3. Происходит распределение по группам, если тРНК на связи между родами относится к группе этот набор заменяется на идентификацию группы, но если вхождение частичное то помечается каких тРНК не хватает, или наоборот какие тРНК, только имеются из этой группы. Разделение группы на две. Анализируется выше сделанное распределение на группы, берется первое частичное вхождение — создается новая группа, а недостающая часть остается у предшествующей группы. Повторяется пункт 3. Так постепенно, произойдет разделение на группы без частичных вхождений. Группы сортируются по величине 1 — группа это набор скажем 20 тРНК, а уже после 300 группы — вхождение 1-2 тРНК Построение дерева предков: 1. Так если между родами имеется такая связь 1 10 307 864 867 897 909 911 6 10 307 862 864 867 897 909 911 это означает, что группы 307 864 867 897 909 911 есть и у 1-го рода и у 10-го. Но 862 группа к примеру есть только у 10-го и 6-го, но нет у 1-го. Все роды делаем листьями дерева 3. Берем 1-ю группу помним, что она наиболее крупная, значит она меньше дробилась и является более молодой. Находим наименьшего общего предка для всех родов, которые обладают этой группой тРНК. Если такого предка нет — создаем его. Если есть, но наименьший общий предок не промаркирован соответствующим идентификатором группы тРНК — маркируем. Повторяем п. Я понимаю, что я не предоставил собственно результаты разделения на группы, что это за тРНК конкретно понять нельзя, а также метод описан лишь с «птичьего полета».
Как и другие организмы, бактерии запасают энергию главным образом в форме АТФ , образующегося в процессе фотосинтеза, дыхания и различных типов брожения. В зависимости от источника используемого углерода они делятся на автотрофов полностью удовлетворяют свои потребности за счёт CO2 и гетеротрофов нуждаются в готовых органических соединениях. Однако эти термины не отражают всё многообразие типов питания у бактерий. Поэтому при их характеристике указывают на источник энергии, доноров водорода электронов и вещества, используемые в биосинтетических процессах. Для большинства бактерий источником энергии служит окисление химических веществ хемотрофы. Ряд бактерий в том числе пурпурные и зелёные бактерии , цианобактерии в ходе фотосинтеза преобразуют энергию света в энергию химических связей органических соединений фототрофы. Если окислению подвергаются неорганические вещества т. Исходя из этого выделяют 8 типов питания и соответствующих им групп бактерий: фотолитоавтотрофы цианобактерии, анаэробные пурпурные бактерии , фотолитогетеротрофы некоторые анаэробные бактерии , фотоорганогетеротрофы несерные пурпурные бактерии , фотоорганоавтотрофы редкий тип питания, свойственный некоторым пурпурным бактериям , хемолитоавтотрофы например, нитрификаторы, тионовые бактерии , хемолитогетеротрофы многие сульфатвосстанавливающие бактерии , хемоорганоавтотрофы многие водородные бактерии , хемоорганогетеротрофы основной массив бактерий-органотрофов. Известны облигатные паразиты паратрофы , использующие только сложные органические вещества, образуемые организмом-хозяином. Большинство бактерий, утилизирующих соединения азота, как правило, используют его восстановленные формы чаще всего соли аммония , некоторые нуждаются в готовых аминокислотах , а другие усваивают и его окислённые формы главным образом нитраты. Значит, число свободноживущих и симбиотических бактерий способны фиксировать молекулярный азот. Фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот и других соединений клетки, бактерии получают преимущественно из фосфатов. Источником серы, необходимой для биосинтеза аминокислот и некоторых кофакторов ферментов, чаще всего являются сульфаты ; некоторые виды бактерий нуждаются в восстановленных соединениях серы. Систематика Официально принятой классификации бактерий нет. 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.
Планета бактерий
Вибрионы Спириллы Спирилла — обитатель пресных и соленых водоемов. Помимо основной ДНК хромосомы бактерии обычно содержат большое количество очень маленьких кольцевых молекул ДНК длиной несколько тысяч пар, так называемых плазмид, участвующих в обмене генетическим материалом между бактериями. Как правило, плазмиды имеют в составе гены устойчивости к антибиотикам и ионам тяжелых металлов. Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК. Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах. Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот.
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. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв. Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы.
Жгутики вызывают вращательное движение клеток бактерий по часовой стрелке, и они как бы ввинчиваются в среду. Жгутик может менять направление движения. При этом бактерия останавливается и начинает кувыркаться. Число и расположение жгутиков на поверхности клетки может быть различно. Фимбрии Фимбрии — это тонкие нитевидные структуры на поверхности бактериальных клеток, представляющие собой короткие прямые полые цилиндры, образованные белком пилином. Благодаря фимбриям, бактерии могут прикрепляться к субстрату или сцепляться друг с другом.
Особые фимбрии — половые фимбрии, или F-пили — обеспечивают обмен генетического материала между клетками. Эндоспоры Рис. Почти зрелая эндоспора в бактериальной клетке. При наступлении неблагоприятных условий, у некоторых бактерий происходит образование эндоспор рис. При этом клетка обезвоживается, нуклеоид сосредотачивается в спорогенной зоне, цитоплазматическая мембрана образует впячивание, отделяющее спорогенную зону, а затем полностью окружает ее, отделяя от остального содержимого клетки. При наступлении благоприятных условий спора прорастает, и образуется вегетативная клетка.
Физиология бактерий Питание бактерий Вместе с пищей бактерии, как и другие организмы, получают энергию для процессов жизнедеятельности и строительный материал для синтеза клеточных структур. Среди бактерий различают: Гетеротрофов, потребляющих готовое органическое вещество. Они могут быть: сапротрофами, то есть питатьтся мертвым органическом веществом; паразитами, то есть потреблять органическое вещество живых растений и животных. Автотрофов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают: фотосинтетиков, осуществляющих процессы синтеза за счет энергии солнечного света с помощью бактериохлорофилла; хемосинтетиков, синтезирующих органические вещества за счет химической энергии окисления серы, сероводорода, аммиака и т. Среди прокариот есть группа микроорганизмов, способных, в отличие от эукариот, в процессе катаболизма осуществлять окисление неорганических веществ.
К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии , водородные бактерии и т. Фотосинтез Небольшая группа автотрофных бактерий способна осуществлять фотосинтетическое фосфорилирование. К ним относятся цианобактерии , зеленые и серные пурпурные бактерии. Фотосинтез цианобактерий сходен с фотосинтезом растений и сопровождается выделением кислорода.
Кроме этого, имеются и другие серьезные особенности бактерий, которые наводят на размышления — а корректно ли вообще рассматривать примеры с «эволюцией бактерий» в качестве аналогии эволюции любых других живых существ? Прежде всего, бактерии радикальным образом отличаются от эукариот[179] строением своих клеток. Бактерии устроены гораздо проще и имеют массу отличий от эукариотических клеток, как биохимически, так и морфологически Рис. Слева схематичное строение бактериальной клетки. Справа схематичное строение эукариотической клетки пропорции не соблюдены — эукариотические клетки обычно в 10—20 раз больше бактериальных клеток.
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.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Найдите правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует. Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы.
Планета бактерий
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. Как перемещаются бактерии? №1. Каких химических эллементов больше всего в живом организме? №2. Что указывает на почему молекула воды является диполем. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Найдите правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует. 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).
Бактерии (5–7 кл.)
Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния как у эукариот не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома полного набора генов , в отличие от «настоящего» полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя. Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды «голую» ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно «подсунутую» экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению трансформации таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами — бактериофагами.
Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами копуляционными фимбриями , через которые ДНК переходит из «мужской» клетки в «женскую». Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы — плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.
При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии — секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами.
Автотрофы «сами себя питающие» не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид CO2. Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак NH3 , нитраты NO—3 и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы «питающиеся другим» используют в качестве основного источника углерода некоторым видам нужен и CO2 органические углеродсодержащие вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток.
В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком. Главные источники энергии. Если для образования синтеза клеточных компонентов используется в основном световая энергия фотоны , то процесс называется фотосинтезом , а способные к нему виды — фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения — органические или неорганические — служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии сине-зеленые водоросли , как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды H2O.
У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода H2S. В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке — окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода — органические или неорганические.
У первых органика дает как энергию, так и углерод. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами. Клеточное дыхание — процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород.
Он нужен для работы т. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или при одной из форм такого дыхания — брожении к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы.
Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов. Gracilicutes тонкостенные грамотрицательные бактерии Класс 1. Scotobacteria нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии Класс 2.
Anoxyphotobacteria не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии Класс 3. Oxyphotobacteria выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии Тип II. Firmicutes толстостенные грамположительные бактерии Класс 1. Firmibacteria формы с жесткой клеткой, например клостридии Класс 2. Thallobacteria разветвленные формы, например актиномицеты Тип III.
Tenericutes грамотрицательные бактерии без клеточной стенки Класс 1. Mollicutes формы с мягкой клеткой, например микоплазмы Тип IV. Mendosicutes бактерии с неполноценной клеточной стенкой Класс 1. Archaebacteria древние формы, например метанобразующие Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий Archaebacteria — «древние бактерии» и всех остальных, называемых эубактериями Eubacteria — «истинные бактерии».
Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК pРНК , участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов жироподобных веществ и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение.
Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию таксон еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена — Eucarya эукариоты , Archaea архебактерии и Bacteria нынешние эубактерии. Связывание молекулярного азота N2 с образованием аммиака NH3 называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита NO—2 и нитрата NO—3 — нитрификацией.
Такая повышенная частота мутаций, в случае комбинации с естественным отбором, позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Это приводит к тому, что вирусы демонстрируют огромное количество вариантов организации генома: в этом смысле они более разнообразны, чем растения, животные, археи и бактерии. Сейчас генетики считают, что большая часть генетического аппарата содержит информацию об изменения окружающей среды. Вполне вероятно, что «запись» такой информации осуществляется с помощью вирусов. Так как вирусы, бактерии и археи составляют основу биосферы, ее, фактически, среду обитания, то адаптация всех высших организмов фактически связана с первичной адаптации микроорганизмов. Как выше было сказано, на сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, которые относят к патогенным или паразитарным. Совершенно очевидно, что вирусы так называемые — патогенные играют видную роль в естественном отборе вместе с иными патогенными микроорганизмами.
Патогенные микроорганизмы убирают из биосферы неустойчивые в данных конкретных условиях окружающей среды живые организмы то есть организмы с пониженным иммунитетом, в том числе стареющие.
Rozanov A. Gerasimenko L. Paleontological Journal 1999; 33 4 :439-459. Zavarzin G. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk 2001; 71 11 :988—1001. Vvedenie v prirodovedcheskuyu mikrobiologiyu [Introduction to the natural history microbiology]. Moscow: Universitet; 2001.
Osobennosti evolyutsii prokariot. V knige: L. Tatarinov, A. Rasnitsyn red. Evolyutsiya i biotsenoticheskie krizisy [The features of prokaryotic evolution. In: Tatarinov L. Evolution and biocenotic crises]. Moscow: Nauka; 1987.
Zvyagintsev I. Uspekhi mikrobiologii 1992; 25:3- 27. Krylov I. Na zare zhizni [At the dawn of life]. Moscow: Nauka; 1972. Kusakin O. Filema organicheskogo mira [Phylema of the living things]. Petersburg: Nauka; 1994.
Lysenko S. Uspekhi mikrobiologii 1981; 16:231253. Margelis L. Moscow: Mir; 1983. Markov A. Paleontological Journal 2005; 39 2 :109-116. Oparin A. Moscow: Nauka; 1968.
Sergeev V. V knige: Rozanov A. Problemy doantropogennoy evoljutsii biosfery [Cianobacterial communities at early stages of biosphere evolution. In: Rozanov A. The problems of pre-antropogenic evolution of biosphere]. Moscow: Nauka; 1993. Sorokhtin O. Moscow: MGU; 1991.
Teoriya razvitiya Zemli: proiskhozhdenie, evolyutsiya i tragicheskoe budushchee [The theory of Earth development: origin, evolution and tragic future]. Moscow: IKI; 2010. Fox S. Molekulyarnaya evolutsiya i vozniknovenie zhizni [Molecular evolution and the origin of life]. Moscow: Mir; 1975. Yakovlev G. Botanika [Botany]. Petersburg; 2001.
The origins of multicellularity. Brasier M. Precambrian Res. Green, Jephcoat A. Nature 2002; 416 6876 :76-81. Bridgwater D. Microfossil-like objects from the Archaean of Greenland: a cautionary note. Brocks J.
Archean molecular fossils and the early rise of eukaryotes. Dolan M. Motility proteins and the origin of the nucleus. Meteorites, Microfossils, and Exobiology. In: Hoover R. Kellogg C. A, Griffin D. Characterization of aerosolized bacteria and fungi from desert dust events in Mali, West Africa.
Aerobiologia 2004; 20: 99-110. Kurr M. Martins Z. Extraterrestrial nucleobases in the Murchison meteorite. Earth Planet. McKay D.
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. Предполагается, что в появлении каких-либо приспособлений имеет место горизонтальный перенос генов — передача генетического материала от одного организма к другому, не являющемуся его потомком.
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны.