Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Новости Новости. MOGZ ответил. Қaзaқ тілі мен әдебиеті Т2» пәнінен 3-тоқсaн бойыншa тоқсандық жиынтық 1) Какое из представленнах множеств является перссечением множества. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Карл Вёзе — создатель молекулярной филогенетики и первооткрыватель архей Окислитель — вещество, в состав которого входят атомы, присоединяющие к себе электроны во время химической реакции. Клубеньки небольшие утолщения на корнях многих растений, в которых живут симбиотические азотфиксирующие бактерии. У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог.
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. За миллиарды лет эволюции они научились питаться светом, нефтью, газом, антибиотиками и даже пластиком.
Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией.
Некоторые бактерии, живущие внутри кишечника животных, в том числе и человека, потребляя и перерабатывая их пищу, поставляют им витамины группы B и K. Автотрофные бактерии: Фотобактерии — используют солнечный свет для синтеза органических веществ из неорганических. Этот процесс называется фотосинтез. К фотобактериям относятся цианобактерии.
Хемобактерии — получают энергию от окисления неорганических соединений, например, железобактерии, серобактерии, нитрифицирующие бактерии. Пережидание неблагоприятных условий Бактерии нуждаются в пище, влаге, в определённой температуре для поддержания своей жизнедеятельности. При наступлении неблагоприятных для их жизни условий, например при недостатке пищи, влаги или при резком понижении или повышении температуры, протоплазма бактерии сжимается в шарик и покрывается новой прочной оболочкой. Такое состояние бактерий называется cпopoй. Споры бактерий — тельца, образующиеся внутри некоторых бактерий в определенные стадии их существования или при ухудшении условий окружающей среды. Споры бактерий устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются в течение многих лет, не утрачивая свойства прорастать в вегетативную форму, что имеет значение в эпидемиологии ряда заболеваний.
Размер и форма Размеры их клеток колеблются в пределах от 1 до 15 мкм. По форме клеток различают рис. Форма и взаимное расположение бактерий: 1 — палочек; 2, 3, 4 — кокков; 5 — спирилл. Шаровидные — кокки: микрококки — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; диплококки — делятся в одной плоскости, образуют пары; тетракокки — делятся в двух плоскостях, образуют тетрады; стрептококки — делятся в одной плоскости, образуют цепочки; стафилококки — делятся в разных плоскостях, образуют скопления, напопоминающие грозди винограда; сарцины — делятся в трех плоскостях, образуют пакеты по 8 особей. Вытянутые — палочки: бациллы палочковидные — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; Извитые: спириллы — имеют от 4 до 6 витков; спирохеты — длинные и тонкие извитые формы с числом витков от 6 до 15. Помимо основных, в природе встречаются и другие, весьма разнообразные, формы бактериальных клеток. Среди структур бактериальных клеток различают: основные структуры — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид; временные структуры имеются лишь на определенных этапах жизненного цикла — капсула, жгутики, фимбрии, у некоторых — эндоспоры рис. Капсула У многих бактерий поверх клеточной стенки располагается слизистый матрикс — капсула. Капсулы образованы полисахаридами. Иногда в состав капсулы входят полипептиды. Как правило, капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку от действия неблагоприятных факторов среды. Кроме того, она может способствовать прикреплению к субстрату и участвовать в передвижении. Клеточная стенка выполняет роль наружного барьера клетки, устанавливающего контакт микроорганизма со средой. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарида — муреин. По содержанию муреина все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные 1. Известны также и формы, не имеющие клеточной стенки — микоплазмы. Цитоплазматическая мембрана и ее производные Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки. Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками. Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки.
Иллюстрации
- Физиология бактерий
- Старое новыми словами
- Другие новости
- Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?
Задание Учи.ру
По концепции О. Сорохтина и соавт. Однако спустя 600 млн лет в архее около 4-2,6 млрд лет тому началась дифференцировка земного вещества, вызвавшая формирование железного ядра, силикатной мантии и земной коры. С началом же дегазации мантии, в атмосферу, ранее состоящую из инертных и благородных газов, начал поступать водяной пар, углерод, азот, сероводород, аммиак, серный и другие газы, образовавшие горячую восстановительную углекислотно-азотно-метановую атмосферу. Именно в мелких лагунах и гидротермах 3,5 млрд лет тому распространились первые земляне - прокариотные сообщества [8, 15, 16, 17, 40]. Некоторые авторы временем их появления называют 3,8 млрд лет [1, 2], но находки окаменевших бактерий в кварцитах данного возраста формации Исуа, Гренландия вызывают сомнения [21, 22, 23]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис. Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания.
Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис. Сорохтин и соавт. Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах. По мнению Г. Заварзина [4] и С. Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно. Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр. С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6].
Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной. Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий. Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений. С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5]. После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12]. Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот.
Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33]. Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями. Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет. Свободноживущей формой митохондрий Л. Маргелис [11] называет аэробную бактерию, имеющую цикл Кребса и соединившуюся с анаэробным прокариотом. Марков [12] считает предком эукариот целое про- кариотное сообщество, состоящее из анаэробных гете-ротрофов архебактерий , аэробных эубактерий и анаэробных фотосинтетиков цианобактерий.
Каждый из членов сообщества получает от такого симбиоза прямую выгоду: цианобактерии и археобактерии избавляются от излишков токсичного кислорода, археобактерии и аэробные эубактерии получают необходимую для питания органику. Более того, с переходом к внутриклеточному симбиозу эубактерии будущие митохондрии и пластиды переводят свои геномы «под защиту» репарационных систем клетки-хозяина архебактерии. Возможно, это стимулировало быстрый переход большинства митохондриальных и пластидных генов в ядро. К настоящему времени симбиотическая теория является общепризнанной. Тем не менее, О. Кусакин и А. Дроздов [9] приводят против нее много возражений. Например, ДНК митохондрий содержит интроны и имеет линейную форму, чего не наблюдается у бактерий, нередко в ней закодирована только часть белков, а остальные - в ДНК ядра и т. В процессе эволюции эукариотной клетки появились первые многоклеточные организмы с дифференцированными клетками: 1,2 млрд лет назад - первые водоросли, 1-0,7 млрд лет - морские беспозвоночные, 410-420 млн лет - первые наземные растения, 545-590 млн лет - первые животные [19, 20, 39].
Таким образом, благодаря древней прокариотной биосфере на современной Земле в сложных биогеоценозах существуют и взаимодействуют, помимо бактерий, грибов и вирусов, 860000 видов насекомых, 350000 -растений, 8600 - птиц и 3200 - млекопитающих. Астафьева [и др. Герасименко [и др. Заварзин Г. Введение в природоведческую микробиологию. Татаринова, А. Звягинцев И. Крылов И. На заре жизни.
Кусакин О. Филема органического мира. Лысенко С. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки: пер. Марков А. Опарин А. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. Розанов А.
Сергеев В. Сорохтин О. Глобальная эволюция Земли. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Фокс С.
Снаружи бактерии покрыты капсулой или клеточной стенкой из муреина. Плазматическая мембрана бактерий по структуре и функциям не отличается от мембран эукариотических клеток. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы. На поверхности мезосомы находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Во время деления бактериальной клетки, мезосомы связываются с ДНК, что облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК.
Генетический материал бактерий содержится в одной кольцевой молекуле ДНК.
Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза. Цитоплазма и цитоплазматические включения Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. В цитоплазме различают: цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма; структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид. Рибосомы Рибосомы свободно лежат в цитоплазме и не связаны с мембранами как у эукариот. Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S. Рибосомы бактериальных клеток собраны в полисомы, образованные десятками рибосом. Цитоплазматические включения Бактериальные клетки могут иметь разнообразные цитоплазматические включения — газовые вакуоли, пузырьки, содержащие бактериохлорофилл, полисахариды , отложения серы и другие.
Нуклеоид Бактерии не имеют структурно оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом. Он представляет собой молекулу ДНК, сосредоточенную в ограниченном пространстве цитоплазмы. Молекула ДНК имеет типичное строение. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль. В отличие от эукариот, ДНК имеет кольцевую структуру, а не линейную. Молекулу ДНК бактерий отождествляют с одной хромосомой эукариот. ДНК бактерий закреплена на цитоплазматической мембране в области мезосомы. Клетки многих бактерий имеют нехромосомные генетические элементы — плазмиды.
Среди них различают F-фактор — плазмиду, контролирующую половой процесс. Жгутики Среди бактерий имеется много подвижных форм. Основную роль в передвижении играют жгутики. Жгутики бактерий только внешне похожи на жгутики эукариот, строение же их иное. Они имеют меньший диаметр и не окружены цитоплазматической мембраной.
При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку - спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет! В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению. Энергетический обмен бактерий Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода. К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника - бескислородную среду обитания. Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Важно заметить, что клубеньковые бактерии азотфиксирующие не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам. Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями сине-зеленым водорослям. Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания поглощение кислорода , которым мы сейчас с вами пользуемся : Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений - сапротрофы редуценты , либо же они питаются органами и тканями животных и растений - паразиты. Биотехнология Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии - генной инженерии.
КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- «Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?» — Яндекс Кью
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - Биология »
- Бактерии эволюционировали в лаборатории? - Апологетика Библии
- ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131
- Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий доклад, проект
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы: Н. Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии. Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9-1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад.
Одиннадцать нулей после десяти — это уже триллион, тогда 620 нулей действительно непостижимо. Невозможность случайного образования ДНК и РНК объясняет французский ученый-эволюционист Пол Огер: «По-моему, необходимо очень четко разделить две стадии относительно возникновения в результате случайной химической реакции такой сложной молекулы, как нуклеотид: образование отдельных нуклеотидов, что быть может и возможно, и серийное соединение их между собой. Вот это второе — невозможно. Эволюционист профессор доктор Али Демирсой относительно возникновения ДНК вынужден признаться в следующем: «Образование белка, ДНК и РНК маловероятно, а образование же цепи какого-либо белка маловероятно астрономически. Синтез же этих ферментов происходит согласно информации, закодированной в ДНК. Так как они взаимосвязаны, то при редупликации удвоении ДНК необходимо присутствие обоих в одно и то же время. Американский микробиолог Джакобсон говорит по этому поводу следующее: «При появлении первого живого организма необходимо было совокупное присутствие всех механизмов, способных обеспечить необходимыми материалами и энергией, реализовать планы размножения, определить последовательность роста и трансформировать информацию в процесс развития. Комбинация всего этого не может осуществиться случайно. Уатсоном и Ф. Однако, несмотря на развитие науки, этот вопрос остается неразрешимой проблемой для эволюционистов. Уатсон и Ф. Крик с моделью молекулы ДНА. Немецкие ученые Junken и Schеrer обнаружили, что синтез всех жизненно необходимых молекул требует отдельных условий. По мнению тех же ученых, это говорит о том, что нет шансов на присутствие в одном месте. Нет ни одного опыта, в котором можно было бы получить все молекулы, необходимые для химической эволюции. Следовательно, различные молекулы должны быть произведены в разных местах при соответствующих условиях, защищаясь от вредных факторов, таких как гидролиз и фотолиз, и транспортированы на другие участки новых реакций. Здесь не может быть и речи о случайности, потому что нет никакой вероятности осуществления такого явления. Одним словом, теория эволюции не смогла доказать ни один эволюционный процесс, который якобы осуществлялся на молекулярном уровне. Развитие же науки, вместо того, чтобы ответить на эти вопросы, напротив, усугубляет их и заводит в полный тупик. Но эволюционисты верят в этот невозможный сценарий, как в научно доказанную истину. Потому что они обусловили себя отрицанием творения, и им не остается ничего другого, как верить в невозможное. Известный австралийский микробиолог Майкл Дентон в своей книге «Evolution: A Theory in Crisis» «Эволюция: теория в кризисе» объясняет этот случай cледующим образом: «Структура генетической программы высших организмов равна информации в миллиард битов компьютерная единица или же длине всех букв, содержащихся в тысяче томов маленькой библиотеки. Утверждать, что многочисленные сложные функции, контролирующие и определяющие развитие триллионов клеток комплексного организма, образовались в результате случайного процесса, будет своего рода натиском на человеческий разум. Но дарвинист признает эту точку зрения без малейших признаков сомнения. Выяснилось, что все «опыты с первичной атмосферой», проведенные эволюционистами Поннамперума, Миллером и Фоксом, на самом деле недействительны. Это послужило началу новых эволюционионных поисков в 80-е годы нашего столетия. В конце концов, был написан сценарий «Мир РНК», согласно которому сначала якобы образовалась РНК, содержащая информацию о белке, а затем и сам белок. Согласно сценарию, выдвинутому в 1986 году химиком Уолтером Гилбертом из Гарварда, миллиарды лет назад непонятно каким образом случайно образовалась молекула РНК, способная скопировать саму себя. Затем молекула РНК под воздействием внешних факторов сразу же начала производить белки. Потом возникла потребность сохранять информацию в какой-либо другой молекуле, и таким же непонятным образом образовалась молекула ДНК. Этот сценарий, который даже трудно вообразить, состоит из цепочки невероятностей на каждой стадии, и вместо того, чтобы объяснить начало жизни, еще больше усугубляет этот вопрос и ставит на повестку. Если необъяснимо случайное образование даже одного нуклеотида, составляющего РНК, тогда как же воображаемые нуклеотиды, соединившись в определенном порядке, образовали РНК? Как первоначально возникла РНК? И как произойти синтезу РНК до возникновения жизни на Земле, если даже в лабораториях, при лучших условиях, осуществить синтез РНК и ее частей в крайней степени трудно? Предположим случайное образование РНК. Но тогда как же РНК, состоящая из одной цепи нуклеотида, решила скопировать саму себя и с помощью какого механизма сделала это? Откуда она взяла нуклеотиды, которые будут использоваться в копировании самой себя? Микробиологи-эволюционисты Джеральд Джойс и Лесли Оргел объясняют безнадежность данной ситуации следующим образом: «Споры сводятся к одному тупику: легенда о воображаемой РНК, вышедшей из сложного бульона полинуклеотидов и сразу же начавшей себя копировать... Это понятие противоречит не только предбиологической prebiotiс химии, но и уничтожает слишком оптимистическую мысль о возможности РНК копировать саму себя. Для возникновения жизни все эти перечисленные молекулы должны присутствовать одновременно в одном и том же месте. Этот факт вводит эволюционистов в безыходное положение. Теория эволюции заходит в тупик, сталкиваясь с данной реальностью. Ряд известнейших сторонников теории эволюции вынуждены признаться в этом: К примеру, известный микробиолог-эволюционист доктор Лесли Оргел, коллега Стенли Миллера и Френсиса Крика по работе в Университете Сан Диего штат Калифорния заявил: «Случайное образование сложных по структуре белков и нуклеиновых кислот ДНК и РНК одновременно в одном и том же месте абсолютно вне пределов возможного. Однако образование одного из них при отсутствии другого также совершенно невозможно. Поэтому человек вынужден заключить, что возникновение жизни химическим путем категорически невозможно. Одним словом, белки не могут возникнуть без участия ДНК, но и молекула ДНК не может возникнуть при отсутствии белков ». Вместо того, чтобы искать ответ на этот вопрос, нам следует просто удовлетвориться чувством восхищения и растерянности. Если даже допустить образование в первичной среде копирующей саму себя РНК, наличие неисчислимого количества различных аминокислот, используемых РНК, и даже осуществление всего невозможного, то опять-таки этого будет недостаточно для получения одной молекулы белка. Потому что РНК — это лишь информация о структуре белка. А аминокислоты являются сырьем. Однако нет «механизма» по производству белка. Считать достаточным присутствие РНК для производства белка также нелепо, как начертить чертеж машины, положить его на детали, составляющие ее, и ждать, когда машина соберет саму себя. Где же «фабрика и рабочие», осуществляющие производство? Белок производится на фабрике, называемой рибосомой, в результате сложных процессов в клетке при помощи множества ферментов. Рибосома — это сложная система организации клетки, состоящая опять-таки из белков. Следовательно, данная ситуация влечет за собой еще одно безрассудное предположение как случайное образование и рибосомы. Даже один из самых фанатичных сторонников эволюции, лауреат Нобелевской премии Жак Монод объясняет, что синтез протеина нельзя сводить лишь к информации, заключенной в нуклеиновых кислотах: «Шифр то есть информация в ДНК или РНК , пока он не передан, не имеет никакого значения. Процесс передачи шифра в клетке выполняется минимум 50-ью частицами макромолекул, которые сами также закодированы в ДНК. Без участия этих частиц передача информации невозможна. Когда и как завершился этот цикл? Даже представить это исключительно трудно. Эволюционисты не могут ответить на эти вопросы. В своей статье «The Origin of Life on the Earth» опубликованной в октябрьском номере журнала «American Scientist» за 1994 год, Оргел пишет, какими особенностями должна обладать подобная РНК и объясняет невозможность этого следующим образом: «Для начала этого сценария необходимо наличие в первичной среде двух особенностей РНК, которые на сегодняшний день отсутствуют: способность копировать себя без помощи белка и осуществить каждую стадию синтеза белка. А конкретные научные факты свидетельствуют о том, что тезис «Мир РНК», представляющий собой новую версию утверждения случайного зарождения жизни, является совершенно невероятной сказкой. Опеределение «живое» - это больше, чем скопление молекул На некоторое время забудем о вышеописанных невозможностях и нелогичностях, и допустим случайное возникновение молекулы белка при самых неподходящих условиях, к примеру, как первичная атмосфера.
У эукариот есть оформленное ядро. Бактерии размножаются делением надвое. Сходства Клетки всех живых организмов всех царств живой природы содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы. 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.
Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными. Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие. Любая адаптация приспособление никогда не бывает абсолютной. Приспособление всегда относительно в связи с постоянной изменчивостью организмов и условий среды. Стабилизирующая форма отбора Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака. Приспособленность к определенным условиям среды не означает прекращения действия отбора в популяции. Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками. При стабилизирующем отборе устраняются такие особи. Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов. Во многих случаях осуществляется отбор организмов с наибольшей выраженностью гомеостаза индивидуального развития, что в значительной степени препятствует проявлению в фенотипе мутаций и неблагоприятных сочетаний аллелей, так же как и вредными воздействиями среды. В результате стабилизирующего отбора отбираются организмы с такими генотипами, которые обеспечивают устойчивое развитие признаков, имеющих среднее значение для данной популяции. Разрывающий отбор Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим. Его можно объяснить на примере появления распогремка — раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции. Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл. Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.. Бактерии используют для синтеза энергию химических реакций. Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом. Из хемосинтетиков важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтетиками являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. Роль хемосинтетиков очень велика, особенно азотфиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот, находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак ,который хорошо ими усваивается. Приспособленность организмов и ее относительность Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут. Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. В это понятие входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым имифункциям. Например, совершенны приспособления стрижа к полету, а дятла — к жизни в лесу. Характер их приспособлений к жизни в своеобразной среде различен. Стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв. Дятел добывает из-под коры личинок насекомых: у него крепкий длинный клюв и длинный язык. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров. Приспособительное многообразие — доказательство изменчивости. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Некоторые животные наделены ярким узором окраска у зебры, тигра, жирафа, змей и т. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и тоже делает животных менее заметными. Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки. Насекомых, живущих на коре дерева жуки, усачи и др. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида или предметам среды. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия — результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование. Предупреждающая угрожающая окраска. Некоторые виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников. Приспособления к экстремальным условиям существования. Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев и др. Чем более жесткие и более определенные требования предъявляет среда, тем более сходные адаптации конвергенция развиваются у организмов, зачастую очень далеких друг от друга. Генотипы организмов, имеющих много общего в строении, при этом сильно отличаются. Например, передвижение в водной среде вызывает сходство в строении тела у пингвинов и тюленей, а также рыб и дельфинов, которые относятся к разным классам позвоночных. Широкое распространение конвергентного сходства между не родственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний. Любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Следовательно, приспособленность носит относительный характер. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. У многих животных имеются рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение. В частности, рудиментарны пальцы у копытных и на задней конечности кита. Наличие рудиментов служит примером относительной целесообразности. Относительность приспособленности обеспечивает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у данного вида адаптаций, то есть бесконечность эволюционного процесса. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2Опревращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносахаридов: Крахмал у растений ,Гликоген у животных. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров. Этапы энергетического обмена Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый этап : - расщепление органических вещ-в в пищеварительной системе до промежуточных продуктов распада. Глюкоза под воздействием ферментов расщипляется до двух молекул С3Н6О3 С свыделением энергии. Третий этап: кислородное расщепление в митохондриях На кислородном этапе: с внутренней стороны мембраны крист находятся молекулы переносчики. Электрон подхватывается молекулами переносчиками и перетаскивается с одной молекулы на другую окисление , при этом он теряет энергию. Этот процесс называется окислительное фосфорилирование. В конце цепи переносчиков стоит кислород он является акцептором. Анионы накапливаются с внутренней стороны мембраны , ионы с наружной стороны. Когда разность потенциалов между ними достигнет критического уровня ион через ферментативный канал проходит на внутреннею сторону мембраны. В итоге на кислородном этапе образуется 36 АТФ. Многие сторонники учения о постоянстве и неизменяемости видов считали, что каждая порода, каждый сорт произошли от отдельного дикого вида. В книгах УПроисхождение видовФ и УИзменения домашних животных и культурных растенийФ Дарвин подробно описал многообразие пород домашних животных и проанализировал их происхождение. Он отмечает, что человек сам создал многообразие пород и сортов культурных растений путем искусственного отбора, то есть изменения в разных направлениях одного или нескольких родоначальных диких видов. Особенно подробно Дарвин исследовал происхождение пород домашнего голубя. Несмотря на большие различия, породы домашних голубей имеют очень важные общие признаки. Все домашние голуби — общественные птицы, гнездятся на зданиях, а не на деревьях, как дикие. Голуби разных пород легко скрещиваются и дают плодовитое потомство. При скрещивании особей, принадлежащих к разным породам, Дарвин получил потомство, по окраске удивительно сходное с диким скалистым голубем. Таким образом, было показано, что в процессе одомашнивания человек может добиться больших изменений у растений и животных. Ученый сделал вывод, что все породы домашних голубей произошли от одного вида — дикого сизого скалистого голубя, обитающего на крутых утесах Средиземноморского побережья и севернее, до Англии и Норвегии. Обыкновенный сизый голубь похож на него окраской оперения. Дарвин различает два вида искусственного отбора — методический сознательный и бессознательный. Бессознательный отбор — это отбор, направленный на улучшение породы или сорта, когда не ставится задача вывести совершенно новый сорт или породу. Например, хозяйка использует на мясо плохих несушек, а яйценоских кур оставляет, то есть идет частичная выбраковка. Методический отбор заключается в научной разработке всей селекционной работы. Используя этот метод, селекционер, как скульптор, лепит новые органические формы по заранее продуманному плану. Искусственный отбор протекает успешнее, по мнению Дарвина, в крупных хозяйствах: среди большого количества особей больше и наследственного материала, следовательно, возможности отбора и выбраковки расширяются.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
| Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? | Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. |
| Задание Учи.ру | Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. |
| какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - | Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. |
| Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад | Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. |
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
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. Именно благодаря фотосинтезу, они первыми обогатили атмосферу нашей планеты кислородом, что сделало ее пригодной для существования живых организмов. Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами.
Носток — съедобная синезеленая водоросль, употребляемая в пищу в разных странах Китай, Монголия, Южная Америка Рис. Побочным продуктом такой реакции — кислород.
Эти бактерии имеют одиночные и колониальные формы.
Колонии создают органогенные известковые постройки строматолиты. Цианобактерии могут использовать как солнечную энергию автотрофность , так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ гетеротрофность. В периферической части клеток цианобактерий диффузно распределены синий и бурый пигменты, определяющие в сочетании с хлорофиллом сине-зеленый цвет этих организмов.
Некоторые цианобактерии могут иметь дополнительные пигменты, изменяющие их характерный цвет до черного, коричневого, красного. Цвет Красного моря определяется широким распространением в нем пурпурно пигментированных сине-зеленых. Цианобактерии наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых строматолиты, возраст более 3,5 миллиардов лет обнаружены на Земле.
Они были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Сравнительно крупные размеры клеток и физиологическое сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе водорослей «синезелёные водоросли», «цианеи». За то время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах.
Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 штаммов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств, однако до сих пор некоторые ботаники, отдавая дань традиции, склонны относить цианобактерии к водорослям. Единственные, наряду с прохлорофитами, бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу, предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей прохлорофиты по этой теории имеют общих предков с хлоропластами прочих водорослей и высших растений.
Сине-зелёные водоросли выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод. Они замечательны тем, что способны использовать атмосферный азот и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода.
В отличие от фотосинтезирующих бактерий, цианобактерии при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным источником свободного кислорода в атмосфере Земли, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы. Строматолиты ископаемые цианобактериальные маты Строматолиты др.
Следует иметь ввиду, что вещество, из которого построен строматолит, не создается матом; последний лишь структурирует естественное осадконакопление. На ранних стадиях изучения строматолиты ассоциировались с остатками многоклеточных эукариот — губками, кораллами или мхами. По степени сложности они более всего напоминали исследователям скелеты многоклеточных эукариот.
Позже к числу возможных строматолитообразователей были отнесены миксомицеты. Дальнейшее изучение строматолитов позволило однозначно связать их образование с жизнедеятельностью колоний нитчатых цианобактерий. Это было показано в результате обнаружения остатков нитей в ископаемых строматолитах и подтверждено исследованиями их современных аналогов.
Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что карбонатный тип осадконакопления в море наиболее обычен, однако в иных гидрохимических условиях формируются строматолиты фосфатные, кремнеземовые, железистые и пр. Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого строматолита, представляет собой плотный многослойный "ковер" общей толщиной до 2 см; основу его составляют нитчатые либо пальмеллоидные цианобактерии, однако помимо них в формировании сообщества участвуют и другие бактерии. Маты существуют во многих районах мира, однако в современное время настоящие строматолиты существуют только в Акульем заливе на западном побережье Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов.
Многослойная расцветка строматолитов может меняться в течении суток, поскольку обитатели нижних слоев могут подниматься в темное время наверх и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни.
Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Строматолиты обитали в соленых и пресных водах. В протерозое из строматолитов состояли огромные рифы мощностью в сотни метров.
Отдельные глубоководные строматолиты достигали высоты 75 м. Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой и т. Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще.
Микростроматолиты строматолиты-столбики Министроматолиты - мельчайшие столбчатые строматолиты с диаметром столбиков Представительный комплекс раннепротерозойских министроматолитов имеет возраст 2. Следующий возрастной комплекс министроматолитов, развитый в раннем и начале среднего рифея 1. В целом рифейские министроматолиты однообразнее раннепротерозойских из-за исчезновения одной сложно построенной надродовой дорифейской группировки, преобладания в рифее форм с цилиндрическими вертикальными колонками и появления короткостолбчатых построек, связанных протяженными наслоениями.
Наряду с этим, рифейские министроматолиты проявляют явную тенденцию к уменьшению диаметра и высоты колонок и к увеличению количества переходных мостиков.
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. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям. Бактерии получают надёжную защиту и благоприятные условия для питания, а моллюскам свечение помогает в привлечении полового партнёра [171]. Асцидии вступают в симбиотические отношения с цианобактериями рода Prochloron [en] , который фиксирует CO2, а животное обеспечивает ему защищённое местообитание [172].
У жвачных животных в сложно устроенном желудочно-кишечном тракте обитает множество микроорганизмов, благодаря которым животные могут питаться почти что безбелковой пищей. Разрушать целлюлозу способны лишь некоторые бактерии, в результате деятельности которых образуются органические кислоты муравьиная , уксусная , пропионовая , масляная , которые и усваиваются животными. Выделяющиеся углекислый газ и водород обитающие тут же метаногены превращают в метан. В одной из секций сложного желудка жвачных, рубце , обитают не только бактерии, разрушающие целлюлозу, но также бактерии, расщепляющие крахмал , пектин , полисахариды и пептиды , сбраживающие разнообразные сахара , спирты , аминокислоты и жирные кислоты [173]. Целлюлозоразрушающие бактерии также населяют заднюю кишку термитов , образуя ацетат , который и усваивается насекомым [174].
В почве бактерии, входящие в состав ризосферы , осуществляют фиксацию азота, превращая его в различные азотсодержащие соединения [175]. Они являются единственной усваиваемой формой азота для многих растений, которые сами не могут фиксировать азот. Множество бактерий обнаруживается на поверхности и внутри семян [176]. Патогены[ править править код ] Раскрашенное изображение клеток Salmonella typhimurium красные в культуре клеток человека, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии Бактерии, паразитирующие на других организмах, называют патогенами. Патогенные бактерии являются причиной множества человеческих смертей и вызывают такие инфекции, как столбняк , брюшной тиф , дифтерия , сифилис , холера , пищевые отравления , проказа и туберкулёз.
Патоген, вызывающий заболевание, может быть описан много лет спустя после описания самой болезни, как, например, произошло с Helicobacter pylori и язвенной болезнью желудка. Бактерии ответственны за многие болезни культурных растений бактериозы , в числе которых пятнистость листьев [177] , ожог плодовых культур и увядание. Бактериальную основу имеют такие заболевания домашнего скота , как паратуберкулёз , мастит , сальмонеллёз и сибирская язва [178] [179]. Каждый патоген характеризуется особыми взаимодействиями с организмом хозяина. Некоторые возбудители, такие как виды родов Staphylococcus и Streptococcus, вызывают кожные инфекции, пневмонию, менингит и даже сепсис , системный воспалительный ответ, переходящий в шок , массивную вазодилатацию сосудов и заканчивающийся смертью [180].
При этом те же самые микроорганизмы входят в состав нормальной микрофлоры человека и зачастую обитают на коже и внутри полости носа , не вызывая никакого заболевания. Другие бактерии всегда вызывают болезнь, например, риккетсии , которые являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри клеток организма-хозяина. Один вид риккетсий вызывает сыпной тиф , другой является возбудителем пятнистой лихорадки Скалистых гор. Другой род облигатных внутриклеточных паразитов, Chlamydia , включает возбудителей пневмонии, инфекций мочевыводящих путей и коронарной недостаточности [181]. Некоторые бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa , Burkholderia cenocepacia [en] и Mycobacterium avium , являются оппортунистическими патогенами и вызывают заболевания преимущественно у людей, страдающих от иммунодефицита или муковисцидоза [182] [183].
Бактерий много в почве, на дне озер и океанов — повсюду, где накапливается органическое вещество. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.
Густо заселен бактериями обычно безвредными пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных коров, антилоп, овец и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.
Толщина их обычно составляет 0,5—2,0 мкм, а длина — 1,0—8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов примерно 0,3 мкм , но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки более или менее сферические , бациллы палочки или цилиндры с закругленными концами , спириллы жесткие спирали и спирохеты тонкие и гибкие волосовидные формы. Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну — спириллы.
Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы — очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез см. У прокариот вся клетка целиком и в первую очередь — клеточная мембрана берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм — заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры — рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами.
За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы — важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества. Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают.
Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот. Сенсорные функции и поведение. Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких «вкусовых» рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной «вкусовой слепоте». Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды — на изменения освещенности.
Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита магнитного железняка — Fe3O4. В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, то есть определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его. Размножение и генетика.
Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется удваивается , клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. 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.