ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее.
Лекция 14. Бактерии
Возможно, когда-нибудь, через тысячи лет, домашняя лиса станет совершенно не похожа на своего дикого предка, полностью поменяет внешний вид и даже количество хромосом. Но пока что в целом это та же самая лиса — слишком мало времени прошло. За всё это время она, хоть и изменилась, не «получила» совсем уж новых признаков — не стала, грубо говоря, травоядной и не отрастила перепонки на лапах. А можно ли хоть на ком-то увидеть жизненно важные изменения? Мировое поле экспериментов Нет ничего лучше для эволюции, чем что-то маленькое, активное и быстро размножающееся. Речь, разумеется, о бактериях — в рамках эволюции они стали своеобразной экспериментальной установкой, а потому именно на них можно исследовать эволюционный процесс, причем буквально в лаборатории под собственным микроскопом!
При достаточно благоприятных условиях окружающей среды бактерии способны делиться каждые 20—40 минут, то есть за одни сутки они могут «выдать» исследователям сразу несколько десятков поколений! Одним из ярких примеров современной эволюции бактерий является развитие устойчивости к антибиотикам. Бактерии, которые подвергаются частому и несмертельному воздействию антибиотиков, нередко мутируют: выживают в популяции именно те, которые оказываются устойчивыми, а потом передают свои «способности» потомству. Антибиотики всё менее эффективны, а некоторые инфекции становится трудно или даже невозможно лечить. Это явление называется антибиотикорезистентностью , и его масштабы растут с каждым годом из-за неправомерного использования лекарственных препаратов в сельском хозяйстве и распространенности самолечения.
В самом начале эры антибиотиков больному, чья патогенная флора никогда не сталкивалась с такими препаратами, хватало буквально капли пенициллина для быстрого излечения. Сейчас же антибиотики помогают, только если их пить курсом, а иногда и вовсе не помогают — за свою жизнь человек пробует столько препаратов, что его бактериям уже все их уловки знакомы. Читайте также Почему инфекций, устойчивых к антибиотикам, становится все больше — и как с этим бороться Помимо развития бактериальной устойчивости есть и другие примеры быстрой эволюции, причем примеры рукотворные. В 1988 году американский микробиолог Ричард Ленски начал длительный эксперимент, который показал, как быстро может происходить эволюция, если дело касается маленьких и активно размножающихся кишечных палочек. У них не только маленький геном, но еще и невероятная популярность: кишечные палочки служили модельными объектами практически весь ХХ век, а потому научное сообщество знает о них куда больше, чем о многих других.
Ленски взял популяцию бактерий E. В течение нескольких поколений бактерии, которые успешнее использовали другие источники пищи, стали доминировать в популяции. Оказалось , что через несколько десятков тысяч поколений геном бактерий изменился, обеспечивая адаптивность. Во всех популяциях при этом наблюдался быстрый рост относительной приспособленности в течение первых поколений, но со временем он замедлялся. Всего лишь несколько мгновений, с нашей точки зрения, — но бактерии эволюционировали.
Эксперимент Ленски и его команды всё еще продолжается, и кто знает, что еще удастся обнаружить. Кроме бактерий, эволюцией активно «пользуются» вирусы, которые постоянно изменяются, чтобы избежать атак иммунной системы организма и лекарственных средств. В последние годы эволюция вирусов происходит всё более быстрыми темпами, как все мы могли заметить. Этому способствует и мобильность населения планеты, самая высокая в истории, и частые контакты с животными, и даже изменение климата! Именно изменение климата способствует распространению некоторых вирусов, которые раньше были ограничены определенными географическими рамками, и появлению у них новых признаков.
В результате эволюции вирусы приобретают новые свойства, которые делают их опаснее. Они могут стать не только более заразными — то есть развить механизмы, позволяющие им эффективнее проникать внутрь клетки, — но и устойчивыми к действию иммунной системы и лекарственных препаратов. Если вы когда-нибудь играли в компьютерную игру Plague Inc. Это во многом именно так и работает: случайным образом появляются спонтанные мутации, и какие-то из них облегчают жизнь вирусу и усложняют ее нам. Эволюция вокруг нас Мир не стоит на месте.
В отличие от эукариот, они не имеют оформленного ядра, отделенного от цитоплазмы ядерной оболочкой. Наследственная информация, представленная в виде кольцевой реже — линейной молекулы ДНК, расположена в центральной части клетки. Размножаются бактерии митозом — простым делением надвое. Предполагается, что в появлении каких-либо приспособлений имеет место горизонтальный перенос генов — передача генетического материала от одного организма к другому, не являющемуся его потомком. В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам.
Возникает парадокс, а значит всё не совсем так. Многоклеточные произошли и от бактерий, и от архей. Кто был раньше бактерии или археи - не очень понятно, да и не очень важно. Не полностью точная, но дающая общие представления картинка. Первый общие предок произошёл из органических веществ, которые ещё не...
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. Имеются и возрастом 775 млн. Тенденции морфологических изменений министроматолитов, зафиксированные в протерозое, не находят продолжения в их раннепалеозойском комплексе и не совпадают с тенденциями изменения протерозойского комплекса столбчатых строматолитов обычной размерности. Поэтому можно предполагать, что ответственность за формирование каждого из упомянутых комплексов несли специфические ассоциации микроорганизмов. Prochlorales — «дохлорофильные дробянки» — порядок прокариот, обычно относимый к царству бактерий, отличительной особенностью представителей которого является способность к оксигенному фотосинтезу, сходному с таковым у цианобактерий при отличном от цианобактерий составе фотосинтезирующих пигментов. Возможно, вместе с цианобактериями участвовали в строительстве строматолитов. В силу своей редкости прохлорофиты не имеют какого-либо существенного практического значения, однако представляют немалый научный интерес как возможные «предки» хлоропластов эукариот. Предполагается, что симбиоз каких-то других прокариот с прохлорофитами дал начало зеленым водорослям - предкам многоклеточных растений. Археобактерии археи - анаэробные бактерии От гипотетических протобионтов следует строго отличать археобактерии археи. Недавно они были признаны отдельной самостоятельной группой. Они настолько отличаются от всех остальных живых существ, что представляют собой целый "мир", отдельный от других бактерий эубактерий и организмов с ядросодержащими клетками эукариотов. Кроме того, это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Царство архей ранее архебактерии , впервые описано в 1977 г. Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия известна лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому строится эволюционное дерево прокариот. Ветвь архей - это новая, неизвестная группа, степень родства которой с известными микробами можно определить только приблизительно, так как одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов. С точки зрения эволюционной теории эти существа подходят в качестве кандидатов, которые в наибольшей степени похожи на предполагаемые первые живые формы, так как окружающая их среда, вероятно, наиболее близка условиям раннего периода развития "остывающей" Земли с многочисленными вулканическими процессами. В эту картину хорошо вписывается и встречающееся у некоторых особей, рассматриваемое как "первичное", серное дыхание энергия выделяется при распаде H2S на Н2, и S.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году. Модель малой субъединицы рибосомы Thermus thermophilus.
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. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2.
Если основной источник энергии в клетке — окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода — органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами. Клеточное дыхание — процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях.
Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит.
Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или при одной из форм такого дыхания — брожении к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно.
В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов. Gracilicutes тонкостенные грамотрицательные бактерии Класс 1. Scotobacteria нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии Класс 2.
Anoxyphotobacteria не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии Класс 3. Oxyphotobacteria выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии Тип II. Firmicutes толстостенные грамположительные бактерии Класс 1. Firmibacteria формы с жесткой клеткой, например клостридии Класс 2.
Thallobacteria разветвленные формы, например актиномицеты Тип III. Tenericutes грамотрицательные бактерии без клеточной стенки Класс 1. Mollicutes формы с мягкой клеткой, например микоплазмы Тип IV. Mendosicutes бактерии с неполноценной клеточной стенкой Класс 1.
Archaebacteria древние формы, например метанобразующие Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий Archaebacteria — «древние бактерии» и всех остальных, называемых эубактериями Eubacteria — «истинные бактерии».
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.
Открыл дыхательное фосфорилирование на уровне клетки. Дмитрий Иосифович Ивановский 1863—1920 гг. Основоположник вирусологии. Луи Пастер 1822—1895 гг. Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении жизни, опытным путем доказав невозможность этого. Разработал способ обеззараживания пищевых продуктов; выделил возбудителя сибирской язвы; заложил научные основы виноделия и пивоварения. Александр Иванович Опарин 1894—1980 гг.
Основоположник эволюционной биохимии. Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн 1892—1964 гг. Удостоен Нобелевской премии по химии совместно с Сидни Олтменом «за открытие рибозимов — молекул РНК с каталитическими свойствами» в 1989 г. Важнейшие научные работы посвящены экологии и протозоологии, а также поиску антибиотиков и установлению механизма их действия. Подтвердил экспериментально принцип конкурентного исключения закон Гаузе , согласно которому два вида не могут устойчиво существовать в ограниченном пространстве, если численность обоих лимитирована одним жизненно важным ресурсом. В 1934 г. Владимир Иванович Вернадский 1863—1945 гг. Автор учения о биосфере и ноосфере. Создатель науки биогеохимии.
Карл Август Мёбиус 1825—1908 гг. Подробно описал взаимодействия различных организмов, обитающих на побережьях, и ввел понятие «биоценоз». Он сумел раскрыть многие закономерности формирования и развития естественных природных сообществ биоценозов. Тем самым были заложены основы важного направления в экологии — биоценологии. Артур Тенсли 1871—1955 гг. Ввел термин «экосистема» — совокупность организмов, обитающих в данном биотопе, которая, по его мнению, является именно системой с ее составными элементами, единой историей и со способностью к согласованному развитию. Юджин Одум 1913—2002 гг. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков эти закономерности известны теперь как законы Менделя стало первым шагом на пути к современной генетике. Томас Хант Морган 1866—1945 гг.
Работы Моргана и его школы обосновали хромосомную теорию наследственности; установленные закономерности расположения генов в хромосомах способствовали выяснению цитологических механизмов законов Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора. Получил Нобелевскую премию в 1933 г. Борис Львович Астауров 1904—1974 гг. Разработал эффективные методы получения искусственного партеногенеза и межвидового андрогенеза. Герман Джозеф Мёллер 1890—1967 гг. Экспериментально доказал возможность возникновения искусственных мутаций под действием рентгеновских лучей 1927 г. Участвовал в разработке хромосомной теории наследственности. Нобелевская премия 1946 г. Xyгo Де Фриз 1848—1935 гг.
Разработал метод определения осмотического давления у растений и показал, что оно зависит от числа молекул вещества в данном объеме 1877 г. Один из ученых, вторично открывших законы Менделя; один из основателей учения об изменчивости и эволюции 1900 г.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая классификация бактерий и именно она используется в Википедии , основанная на данных молекулярной биологии. Одним из первых методов оценки родства по сходству генома был предложенный ещё в 1960-х годах метод сравнения содержания гуанина и цитозина в ДНК. Другим методом, произведшим в 1970-е настоящую революцию в микробиологии, стал анализ последовательности генов в 16s рРНК, который позволил выделить несколько филогенетических ветвей эубактерий и оценить связи между ними. Филогенетическая классификация отчасти повторяет фенотипическую, так, группа Gracilicutes присутствует и в той и в другой. В то же время систематика грамотрицательных бактерий была полностью пересмотрена, архебактерии и вовсе выделены в самостоятельный таксон высшего ранга , часть таксономических групп разбита на части и перегруппирована, в одни группы объединены организмы с совершенно разными экологическими функциями, что вызывает ряд неудобств и недовольство части научного сообщества. Объектом нареканий становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не организмов. Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле[ ] Файл:Stromatolites. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы [7] : Н.
Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от которых произошли бактерии. Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. 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.
Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium. Появление кислорода в атмосфере кислородная катастрофа нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.
Коммуникация[ править править код ] У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами , и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам [132]. Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным [133] [134]. Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида [134].
Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя чувство кворума. За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы [en] или феромоны , концентрация которых повышается по мере роста популяции [135]. Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий. Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике. К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ.
Международный комитет систематики прокариот [en] англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139]. Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат. Eubacteria и архебактерии лат. Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям. Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141].
Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142]. В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения. По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии. В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки [62]. При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы , выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы. Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания. Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами [en] после окрашивания по Цилю — Нильсену [143]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии [144].
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.
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.
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. 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.
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки. Новости Новости. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
| Вход и регистрация | Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. |
| Остались вопросы? | Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. |
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом. Мы поговорим ниже о построение дерева эволюции согласно Дарвину, посмотрим на сколько это справедливо и таки я в итоге дам полное дерево (в рамках имеющейся информации) эволюции бактерий на основании самых консервативных генов тРНК. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии.
Остались вопросы?
В основе всех эволюционных исследований лежат данные, позволяющие возможно более точно установить, насколько близкими друг к другу являются организмы. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ.