Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных.
Остались вопросы?
Конспект: Как сохранить земноводных в природе? Сходство строения семян однодольных и двудольных растений состоит в том что продолжите Вред бактерий в природе. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей.
Задание Учи.ру
История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие. Форма клеток бактерий может быть. 9 классы. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
Как шла эволюция бактерий
Таким способом им удалось пережить возникшие неблагоприятные условия, а затем вернуться к исходному состоянию. Бактерии, у которых в естественном состоянии отсутствует клеточная стенка, называются микоплазмами. Появление в ходе эволюции жгутиковых форм бактерий определило способность микроорганизмов к передвижению. Впоследствии количество и расположение жгутиков на теле прокариот стало одним из признаков видовой принадлежности. Микробы приобрели самые разные формы и органоиды, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям. Чем питались и дышали древнейшие бактерии Одними из старейших микроорганизмов считаются бактерии, восстанавливающие сульфаты. Они способны поглощать ионы водорода и переносить их на сульфаты, восстанавливая те до сульфидов. Усовершенствованный в процессе эволюции метод переноса электронов, используемый бактериями, происходит с участием цитохромов крупных белков. Благодаря механизму фосфорилирования, протекающему в анаэробных бескислородных условиях, накапливается энергия.
Другими представителями микромира были: бактерии, обладавшие способностью фиксировать углеводородные соединения и аммиак; водородные бактерии, окислявшие молекулярный водород; микроскопические сине-зеленые водоросли, использовавшие углеводород для строительства своего тела и выделявшие кислород. Их жизнедеятельность привела к обогащению биосферы Земли кислородом с одновременным снижением концентрации в ней углекислого газа. Такая эволюция фотосинтеза привела к массовой гибели анаэробных микроорганизмов и дала возможность развиваться аэробам. Таким образом, произошло четкое разделение между прокариотами и эукариотами. Безъядерные бактерии продолжали использовать сульфатное дыхание, формировать и потреблять метан, фиксировать азот и выполнять другие важные для экологии функции. Жизнедеятельность ядерных микроорганизмов базировалась в основном на фотосинтезе и существовании в присутствии кислорода. Как передается генетическая информация Отсутствие полового размножения у бактерий привело к возможности не только воспроизводить потомство путем простого деления, но и делиться генетическим материалом с другими микроорганизмами. Данное явление получило название горизонтального переноса.
Оно создает значительные трудности для ученых в отслеживании развития определенного вида бактерий и архей. Изучение подвижных генетических элементов и их роли в эволюции бактерий позволило установить, что они могут оказывать влияние на процесс преобразования наследственной информации в РНК или протеин. В результате этого происходит блокировка определенных действующих и активизация неактивных генов, вызывая мутации и создавая этим определенные эволюционные преимущества. Эволюция вирусов Вирусы представляют собой микроскопические частицы, которые состоят из молекул нуклеиновых кислот, заключенных в протеиновую оболочку капсид. Особенностями вирусных микроорганизмов является наличие только одного типа нуклеиновых кислот РНК или ДНК , а также неспособность размножаться, находясь вне клетки хозяина. Так как вирусы не имеют общего предка и не образуют окаменелостей, то не существует единой теории их возникновения. Однако выделение вирусных элементов из геномов останков древних существ позволяет проследить их распространение и изменение. Откуда взялись бесклеточные организмы В настоящее время выдвинуты следующие теории происхождения вирусов в ходе эволюции: регрессия одноклеточных микроорганизмов; переход доклеточных форм к паразитическому способу жизни; отсоединение отдельных участков ДНК или РНК клеточных организмов с сохранением зависимости.
У каждой теории существуют недостатки, не позволяющие ее принять за единую правильную версию. Изменчивость и наследственность вирусов Эволюцию вирусов ученые пытаются проследить, проводя анализ геномов современных микроорганизмов. Выяснено, что развитие вирусов происходит в результате изменения последовательностей соединения участков ДНК или РНК под воздействием различных внешних факторов. Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных. Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям. Особенности эволюции вирусов на современном этапе Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции.
К надцарству прокариот относятся царства бактерий эубактерий , архебактерий и цианобактерий цианей, синезеленых водорослей. К надцарству эукариот относятся царства растений, животных и грибов. Левенгуком в конце 17 в. Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий. Пастер первым установил, что бактерии происходят только от других живых бактерий и могут вызывать определенные заболевания. В конце 19 в.
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. Jr, Thomas-Keprta T..
Vali K. Science 1996; 273 5277 :924-930. Archaean metabolic evolution of microbial mats.
Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая.
Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом.
Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций. Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство.
Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода.
Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается. Вот вы можете походить по комнате с пылесосом и засосать воздух, а потом с помощью современных машинок выделить из пыли все ДНК и определить так называемый метагеном комнаты. Метагеном — это набор генов всех организмов, которые присутствовали в анализируемом образце. И в нем вы обнаружите огромное количество генетических следов разнообразных неизвестных бактерий. Если речь идет о метагеноме кишечника, то вы можете найти корреляции между какими-то кусками этих генетических текстов и какими-то свойствами человека — например, продолжительностью его жизни или какими-то патологиями.
Это важно для диагностики и персональной медицины ближайшего будущего, например для разработки правильной диеты. Диета оказывает огромное влияние на что угодно. Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями. Есть такая замечательная вещь, как пересаживание кала, — этот метод в США прошел клиническое испытание на людях и уже используется. Оказывается, лучший способ похудеть — это пересадить себе какашку худого человека, которая, как известно, в основном состоит из его бактерий. В дальнейшем можно будет на своей странице в соцсетях выставлять не только геном, но и метагеном.
И если какой-нибудь Цукерберг или Брин будут иметь доступ к этой информации, они смогут проводить исследования, например, о связи определенной бактерии с желанием, я не знаю, купить айфон. А медики, скажем, выяснят, что все, кто ел огурцы и имел такую-то бактерию, рано умерли. То есть бактерии могут служить диагностическими маркерами заболеваний или какого-то поведения. Таков размер самой крупной бактерии Thiomargarita namibiensis. Большинство же бактерий имеют размер 0,5—5 мкм. Кстати, проанализировав геном, тоже почти ничего пока нельзя сказать.
К сожалению, это сложно. Любой человек с точки зрения геномики — это, в общем, одна и та же книжка. 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.
Планета бактерий
Они также воспроизводятся посредством двойного деления. Они по-прежнему могут обмениваться генетической информацией между людьми посредством трансдукции , трансформации или конъюгации. Процесс эволюции бактерий Бактерии эволюционируют так же, как и другие организмы. Это происходит в процессе естественного отбора , посредством которого полезные адаптации передаются будущим поколениям до тех пор, пока этот признак не станет общим для всей популяции. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения , что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Это делает бактерии восприимчивыми к воздействию окружающей среды. Это преодолевается путем обмена генетической информацией путем трансдукции, трансформации или конъюгации. Это позволяет эволюционировать новым генетическим и физическим приспособлениям, позволяя бактериям адаптироваться к окружающей среде и развиваться.
Бактерии и археи были первыми живыми организмами на Земле и оставались ее полноправными хозяевами на протяжении более 2 млрд лет. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их. Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков.
Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве. Бактерии практически всеядны.
В дальнейшем было продолжено изучение фосфоритов разного возраста и из разных регионов мира. Жегалло Размеры доядерных организмов Если группировать доядерные одноклеточные и вирусоидные с нанобактериями , для сравнения организмы по размерам, то градация такая: Вирусы: от 10 до 100 нанометров 0,01-0,1 мкм , но самые крупные вирусы - около 0,3 мкм, а мегавирусы - даже 1000 нм 1 мкм ; Нанобактерии: 0,05-0,2 мкм сопоставимы с вирусами ; Микоплазмы: не превышают 0,10—0,15 мкм тоже сопоставимы с вирусами ; Риккетсии: 0,2—0,6 - 0,4—2,0 мкм сопоставимы или на порядок больше нанобактерий ; Прокариотические клетки археобактерии, грибобактерии, цианобактерии, эубактерии : в большинстве случаев колеблются от 0,5 до 3 мкм. Поскольку организмы восприимчивы к аустическим и электромагнитным ЭМ колебаниям, то для диапазона 0,01-3 мкм получим следующие частоты звуковых и ЭМ излучений: более 480 МГц для звука в природе этот гиперзвук возникает при колебаниях молекул в узлах кристаллической решетки и от ультрафиолетового света до рентгеновского излучения для ЭМИ. Эукариоты уже будут резонировать с инфразвуком и электро-магнитными микроволнами. В целом же, получается, что вся шкала света от ультрафиолетового до инфракрасного нужна для восприятия эукариотическими организмами, так как ЭМИ этих частот активно воздействует на эукариотическую клетку. Что касается бактерий, то мелкие из них резонируют с рентгеновским излучением, поэтому, возможно, в их зрительных органах если такие есть должны восприниматься и X-лучи.
В то же время прокариоты воспринимают гиперзвук поток фононов , длина волны которого равна среднему пробегу молекулы до ее столкновенияч с другой - а это значит, что в бактериях возможен обмен неискаженными сигналами с помощью броуновского движения. Классификация прокариот и их общий предок Лука Считается, что в очень далёком прошлом все три домена жизни — бактерии, археи и эукариоты [а микоплазмы и риккетсии разве не домены? Лука жил на Земле примерно 3,5—3,8 млрд лет назад, и в нём уже были запечатлены все основные черты земной жизни: его наследственная информация в виде генетического кода хранилась в ДНК, белки состояли из; 20 аминокислот, энергия запасалась в виде АТФ и т. Классификацию прокариот традиционно проводят по последовательностям гена 16S рРНК. Из проб, взятых в разных местах например, из почвы, горячих источников или донных морских отложений выделяют все имеющиеся там версии гена 16S рРНК и строят по ним эволюционные деревья. На деревьях часто обнаруживаются ветви, не соответствующие ни одной из известных групп прокариот.
Что интересно, клеточная мембрана у археобактерий и эубактерий возникла независимо. А археобактерии вообще могли прийти из космоса. Микоплазмы микроорганизмы без клеточной стенки Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов , так и от бактерий. Они не имеют клеточной стенки [может быть, потеряли? Неподвижны [как грибы]. Сапрофиты или паразиты.
Это самые мелкие из существующих в природе организмов [за исключением нанобактерий? Точно так же, как вирусы, микоплазмы не могут существовать иначе, чем паразитируя [противоречие - значит они не могут самостоятельно жить] на клетках хозяина. Микоплазмы способны расти на искусственных питательных средах, размножаются делением и почкованием. В группу микоплазм входят два рода микроорганизмов - собственно микоплазма Mycoplasma hominis, Mycoplasma genitalium и уреаплазма Ureaplasma urealiticum. Патогенные микоплазмы вызывают болезни человека например, пневмонию, половые , животных например, поражают легкие и растений. Риккетсии бактерии с кольцевой хромосомой Риккетсии Rickettsiaceae — семейство бактерий.
Названы по имени X. Риккетса 1871—1910 , в 1909 впервые описавшего возбудителя пятнистой лихорадки Скалистых гор. В том же году сходные наблюдения были сделаны Ш. Николем и его коллегами при исследовании сыпного тифа. В 1910 Риккетс погиб от сыпного тифа, изучением которого занимался в Мексике. В честь заслуг ученого возбудители этих инфекций были названы «риккетсиями» и выделены в род Rickettsia.
Типичный род Rickettsia представлен полиморфными, чаще кокковидными или палочковидными [как грибобактерии], неводвижными клетками. Грамотрицательны [? В оптимальных условиях клетки риккетсий имеют форму коротких палочек размером в среднем 0,2—0,6? Сами риккетсии оказываются чуть крупнее нанобактерий. Их форма и размеры могут несколько меняться в зависимости от фазы роста логарифмическая или стационарная фазы. При изменении условий роста они легко образуют клетки неправильной формы или нитевидные.
Нуклеоид клетки риккетсий содержит кольцевую хромосому. Размножаются путем бинарного деления, обладают независимым от клетки-хозяина метаболизмом. Источником энергии у внеклеточных риккетсий служит глутамат. Возможно, что при размножении получают макроэргические соединения из клетки-хозяина. Способны индуцировать [как?
Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет.
Лекция 14. Бактерии
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. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна.
Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г.
Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира?
Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис.
Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом.
Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами Многие бактерии находятся в мутуалистических и даже симбиотических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней. Преобразованная таким образом часть почвы ризосфера благоприятна для развития бактерий, в том числе азотфиксирующих. Увеличение интенсивности азотфиксации называемой в таком случае ассоциативной улучшает условия минерального питания растений. Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются не сколько растительной пищей, сколько продуктами её преобразования.
В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг при том что численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии.
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.
Такая скорость сохраняется миллиарды лет. Рисунок 1. Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий. Сверху показано филогенетическое разнообразие бактерий, для которых построены метаболические модели. Рисунок из [2]. Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально. Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2.
Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое. Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода.
Предполагается, что в появлении каких-либо приспособлений имеет место горизонтальный перенос генов — передача генетического материала от одного организма к другому, не являющемуся его потомком. В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам. Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете. Также бактерии выполняют почвообразовательную функцию. Видео по теме Обратите внимание В благоприятных условиях бактерии распространяются очень быстро.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
В конце 19 в. Кох и другие ученые значительно усовершенствовали методы идентификации этих патогенов и описали множество их видов. Строение: Это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением, не имеющие настоящего оформленного ядра. Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: почву, воду, воздух, внутреннюю среду организмов. Снаружи бактерии покрыты капсулой или клеточной стенкой из муреина. Плазматическая мембрана бактерий по структуре и функциям не отличается от мембран эукариотических клеток.
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. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична.
Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию.
Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии.
График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. Их эволюция и становление происходили до этого периода. Зато вся ферментная машина, связанная с работой нуклеотидных последовательностей зеленые столбики , сформировалась до Архейской экспансии.
Всё это приводит к генетическому разнообразию. К сожалению у бактерий и архей есть есть ограничение на максимальный размер их... Не самая плохая эрудиция. Образование среднее техническое...
Нет, не в том виде, в котором её представлял Ч.
Споры многих бактерий выдерживают длительное высушивание, кипячение, замораживание, а также действие различных ядов. Попав во влажную питательную среду, споры набухают и затем прорастают. Из споры снова образуется бактерия, которая начинает двигаться, питаться и размножаться. Так, путём образования спор бактерии сохраняют своё существование.
Таким образом, бактерии объединяются в царство мельчайших организмов очень простого строения. Бактерии большей частью питаются органическими веществами; среди них встречаются сапрофиты и паразиты. Бактерии растут и размножаются очень быстро. Поэтому они быстро распространяются. Исключением являются такие растения , как нитчатые цианобактерии и актиномицеты.
Рисунок 1. Формы бактерий В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды.
Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др.
В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.
У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности.
Как шла эволюция бактерий
Передвижение бактериальной клетки обеспечивает один или несколько жгутиков. Формы и цвет бактерий: По форме бактерии подразделяют на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые. Наиболее простыми считаются шаровидные, их называют кокками. Формы в виде виноградной грозди называют — стафилококки, в виде цепочки — стрептококки.
Большая часть бактерий обладает палочковидной формой, однако встречаются и в виде запятой — вибрионы, в виде спирали латинская буква «S» — спириллы. По цвету бактерии в основном бесцветны, однако есть и с пигментами зеленые и пурпурные, способные к фотосинтезу. Бактерии распространены повсеместно.
Больше всего их можно встретить в плодородном слое почты чернозем. Меньше всего их в воздухе на высоте более 5 км. Очень много бактерий находится на покровах живых и мертвых организмов.
Хемосинтезирующие бактерии обнаружены в почве на глубине 5 и более метров, а также на глубине до 1000 метров дна океанов. Образование спор у бактерий При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время Рис.
Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться. Цианобактерии Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле.
Некоторые ископаемые останки цианобактерий имеют возраст превышающий 3 мдрд лет Рис. У них отсутствует ядро, что объединяет их с бактериями, а возможность фотосинтезировать относит к водорослям.
Исключением являются такие растения , как нитчатые цианобактерии и актиномицеты.
Рисунок 1. Формы бактерий В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции.
Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма.
Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана.
Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто.
Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.
У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т.
Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки. У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом.
Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК.
Рисунок 3.
Каждая популяция размножалась в искусственной среде, где скорость размножения ограничивалась стрессовыми условиями. Каждый день 0,1 мл содержимого каждой пробирки переносилось в пробирку с 10 мл свежей питательной среды, где размножение бактерий продолжалось. В эксперименте использовалась линия E.
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. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше. Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая. Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций. Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода. Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри.