Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей.
Страница 131
- Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
- Эволюция всего: как развиваются бактерии, вирусы и люди — T&P
- Лекция 14. Бактерии
- Задание Учи.ру
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Для каждого вида определили спектр углеродных субстратов из 62 возможных , которые он может использовать для синтеза биомассы или производства АТФ — двух основных метаболических целей бактерий. На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще. Что же мы теперь знаем? Теории и практики фенотипической эволюции Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении дивергенции видов. Анализ реконструированных метаболических фенотипов более чем 300 видов бактерий говорит о том, что долговременная фенотипическая эволюция бактерий протекает в две стадии рис. Первые 50 миллионов лет пара видов бактерий очень быстро теряет фенотипическое сходство.
Примечательно, что на втором этапе за единицу времени меняется примерно одно и то же число фенотипических признаков. Такая скорость сохраняется миллиарды лет. Рисунок 1. Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий. Сверху показано филогенетическое разнообразие бактерий, для которых построены метаболические модели.
Рисунок из [2]. Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально. Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях.
На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое.
Anoxyphotobacteria не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии Класс 3. Oxyphotobacteria выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии Тип II. Firmicutes толстостенные грамположительные бактерии Класс 1. Firmibacteria формы с жесткой клеткой, например клостридии Класс 2.
Thallobacteria разветвленные формы, например актиномицеты Тип III. Tenericutes грамотрицательные бактерии без клеточной стенки Класс 1. Mollicutes формы с мягкой клеткой, например микоплазмы Тип IV. Mendosicutes бактерии с неполноценной клеточной стенкой Класс 1. Archaebacteria древние формы, например метанобразующие Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий Archaebacteria — «древние бактерии» и всех остальных, называемых эубактериями Eubacteria — «истинные бактерии». Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот.
От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК pРНК , участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов жироподобных веществ и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию таксон еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена — Eucarya эукариоты , Archaea архебактерии и Bacteria нынешние эубактерии. Связывание молекулярного азота N2 с образованием аммиака NH3 называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита NO—2 и нитрата NO—3 — нитрификацией.
Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений семейство Leguminosae , к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т. Из растения бактерии получают органические вещества питание , а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар.
В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода CO2 , воды H2O и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд.
Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами , в первую очередь — дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. Пищевая промышленность. В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса.
Главные химические реакции здесь — образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов. Выщелачивание руд. Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, то есть переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди Cu и урана U. Пример — переработка халькопирита, или медного колчедана CuFeS2. Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus.
Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород. Переработка отходов. Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды — одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их «обезвреживания» уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах аэротенках : в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению.
Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии. Другие пути использования. К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, то есть отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина бактериями рода Streptomyces. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз «самопереваривание» ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий — пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии.
Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки. Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно.
Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов. На поверхности мембран мезосом находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Над клеточной стенкой у многих бактерий расположена слизистая капсула, предназначенная для дополнительной защиты бактерии от внешних воздействий. Бактерии размножаются простым делением надвое.
После редупликации кольцевой ДНК клетка удлиняется и в ней образуется поперечная перегородка. В дальнейшем дочерние клетки расходятся или остаются связанными в группы. Значение бактерий Разнообразие биохимических процессов у прокариотов велико: необходимую для жизни энергию различные бактерии получают или окисляя неорганические соединения, или используя для питания готовые органические вещества, или посредством фотосинтеза. Некоторые бактерии являются паразитами животных или растений.
Нить жгутика состоит из 3-11 винтообразно скрученных фибрилл, образованных белком флагеллином. У основания располагается крюк и парные диски, соединяющие нить с цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой. Движутся жгутики, вращаясь в мембране. Жгутики вызывают вращательное движение клеток бактерий по часовой стрелке, и они как бы ввинчиваются в среду. Жгутик может менять направление движения.
При этом бактерия останавливается и начинает кувыркаться. Число и расположение жгутиков на поверхности клетки может быть различно. Фимбрии Фимбрии — это тонкие нитевидные структуры на поверхности бактериальных клеток, представляющие собой короткие прямые полые цилиндры, образованные белком пилином. Благодаря фимбриям, бактерии могут прикрепляться к субстрату или сцепляться друг с другом. Особые фимбрии — половые фимбрии, или F-пили — обеспечивают обмен генетического материала между клетками. Эндоспоры Рис. Почти зрелая эндоспора в бактериальной клетке. При наступлении неблагоприятных условий, у некоторых бактерий происходит образование эндоспор рис. При этом клетка обезвоживается, нуклеоид сосредотачивается в спорогенной зоне, цитоплазматическая мембрана образует впячивание, отделяющее спорогенную зону, а затем полностью окружает ее, отделяя от остального содержимого клетки.
При наступлении благоприятных условий спора прорастает, и образуется вегетативная клетка. Физиология бактерий Питание бактерий Вместе с пищей бактерии, как и другие организмы, получают энергию для процессов жизнедеятельности и строительный материал для синтеза клеточных структур. Среди бактерий различают: Гетеротрофов, потребляющих готовое органическое вещество. Они могут быть: сапротрофами, то есть питатьтся мертвым органическом веществом; паразитами, то есть потреблять органическое вещество живых растений и животных. Автотрофов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают: фотосинтетиков, осуществляющих процессы синтеза за счет энергии солнечного света с помощью бактериохлорофилла; хемосинтетиков, синтезирующих органические вещества за счет химической энергии окисления серы, сероводорода, аммиака и т. Среди прокариот есть группа микроорганизмов, способных, в отличие от эукариот, в процессе катаболизма осуществлять окисление неорганических веществ. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии , водородные бактерии и т.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама.
Отсюда один или, может быть, несколько шагов до появления эукариот. На этом примере мы видим только кооперацию. Возможно, изначально в природе между этими клетками конкуренция и была, но мы просто не видим ее следы. У нас ведь нет никаких ископаемых материальных свидетельств этих ранних этапов эволюции.
От древнего прокариотного мира практически ничего не осталось, и мы в точности не знаем, что именно там происходило. Тем не менее за последние годы ученым удалось получить большое количество новой информации благодаря молекулярно-биологическим и биоинформатическим методам анализа природных экосистем: было найдено очень много микробов, неизвестных в лабораторных культурах. Биологи смогли собрать их полные геномы и исследовать присущие им свойства, существенно пополнив наши знания о метаболическом разнообразии прокариот. Однако описывать геномы и предсказывать свойства микробов мы можем только на основании того, что уже известно благодаря работе с лабораторными культурами.
Таким образом, многие свойства микроорганизмов как культивируемых, так и некультивируемых до сих пор остаются скрытыми от нас. Бактерии и археи осуществляют огромное количество биологических реакций на нашей планете. Например, азот на Земле в основном присутствует в свободном виде в атмосфере, его очень трудно мобилизовать, а ведь он необходим для построения белков и аминокислот. Доступным для всех живых существ азот делают прокариоты.
Я думаю, что их роль в азотном питании животных и растений до сих пор недооценена.
В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов. Gracilicutes тонкостенные грамотрицательные бактерии Класс 1. Scotobacteria нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии Класс 2. Anoxyphotobacteria не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии Класс 3. Oxyphotobacteria выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии Тип II. Firmicutes толстостенные грамположительные бактерии Класс 1. Firmibacteria формы с жесткой клеткой, например клостридии Класс 2. Thallobacteria разветвленные формы, например актиномицеты Тип III.
Tenericutes грамотрицательные бактерии без клеточной стенки Класс 1. Mollicutes формы с мягкой клеткой, например микоплазмы Тип IV. Mendosicutes бактерии с неполноценной клеточной стенкой Класс 1. Archaebacteria древние формы, например метанобразующие Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий Archaebacteria — «древние бактерии» и всех остальных, называемых эубактериями Eubacteria — «истинные бактерии». Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК pРНК , участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов жироподобных веществ и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение.
Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию таксон еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена — Eucarya эукариоты , Archaea архебактерии и Bacteria нынешние эубактерии. Связывание молекулярного азота N2 с образованием аммиака NH3 называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита NO—2 и нитрата NO—3 — нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений семейство Leguminosae , к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т. Из растения бактерии получают органические вещества питание , а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар.
В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода CO2 , воды H2O и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.
Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами , в первую очередь — дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. Пищевая промышленность. В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь — образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов. Выщелачивание руд. Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, то есть переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди Cu и урана U. Пример — переработка халькопирита, или медного колчедана CuFeS2.
Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus. Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород. Переработка отходов. Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды — одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их «обезвреживания» уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах аэротенках : в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии. Другие пути использования.
К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, то есть отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина бактериями рода Streptomyces. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз «самопереваривание» ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий — пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии.
Среди бактерий-паразитов много болезнетворных, вызывающих различные заболевания у растений, животных и человека. Бактерии-симбионты — живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Например, особые бактерии, живущие в утолщениях корней в клубеньках бобовых растений, из атмосферного воздуха усваивают азот, служащий растению удобрением.
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.
Не все гетеротрофные бактерии питаются органическими веществами живых организмов. Множество видов бактерий способны потреблять вещества мёртвых остатков и выделений других организмов. Таковы, например, почвенные бактерии гниения, использующие в качестве пищи органические вещества листового опада, навоза, трупов животных. Эту группу микроорганизмов называют бактериями-сапротрофами от греч. Ещё одну группу микроорганизмов составляют автотрофные бактерии. Они не нуждаются в органических веществах, но способны сами производить их. Цианобактерии — раньше их называли синезелёными «водорослями» — подобно растениям используют энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. Серобактерии, железобактерии, водородные бактерии способны преобразовывать неорганические вещества, использовать энергию, выделяющуюся при этих химических реакциях, и направлять её на синтез органических веществ. Экологические группы бактерий по типу питания Размножение Бактерии размножаются путём деления клетки пополам, в результате чего образуются две одинаковые клетки — такие же, как материнская.
Такой способ называют бинарным делением. Если условия окружающей среды благоприятны, то бактерии способны размножаться очень быстро. Несложно подсчитать, что потомство одной бактерии за 5 часов превысит 1 тысячу экземпляров, а за 10 часов почти достигнет 1 миллиона. Схема деления бактериальной клетки Узнать больше: передача генетической информации у бактерий Этот материал будет полезен тем, кто готовится к олимпиаде У эукариотических организмов, размножающихся половым путём, потомство сочетает признаки предков, поскольку получает гены от обоих родителей. У бактерий полового размножения не существует, а при бинарном делении обе образовавшиеся клетки идентичны материнской. Значит ли это, что все клетки бактерий одного вида совершенно одинаковы? Оказывается, это не так. Бактерии способны передавать генетическую информацию друг другу. Для передачи наследственного материала от одной бактериальной клетки к другой у бактерий существуют специальные половые пили от лат.
Одна из бактериальных клеток с помощью такого пиля присоединяется к другой, между цитоплазмами клеток устанавливается контакт, и присоединившаяся бактерия передаёт часть своей генетической информации соседней клетке. Размножения, то есть увеличения численности организмов, при этом процессе передачи генетической информации не происходит. Но благодаря обмену генами в популяции бактерий возникает генетическое разнообразие, как это происходит при половом размножении эукариотических организмов. Спорообразование Некоторые бактерии способны образовывать споры. Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий — отсутствия пищи или воды, влияния слишком высокой или низкой температуры и т. Спора образуется внутри клетки. Часть цитоплазмы обособляется вокруг генетического материала клетки, затем отшнуровывается и одевается плотными оболочками, после чего оставшиеся внешние части клетки отмирают. В таком состоянии споры могут существовать очень долгое время — десятки и даже сотни лет. Когда споры попадают в благоприятные условия, они превращаются в обычные бактериальные клетки.
Вначале лопается оболочка споры, клетка выходит из оболочки, начинает питаться, расти, затем делиться. Схема образования бактериальной споры Споры бактерий очень устойчивы к воздействию низких и высоких температур: выдерживают замораживание и нагревание, а иногда даже кипячение. Уничтожить споры обычно удаётся только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называют стерилизацией от лат. Пищевые продукты стерилизуют и герметично упаковывают, чтобы увеличить срок их хранения. Стерилизуют также все медицинские инструменты, чтобы не занести в организм человека инфекцию. Значение бактерий Значение бактерий в природе Бактерии — древнейшие обитатели Земли. Учёные считают, что первыми появившимися на нашей планете клеточными организмами были именно бактерии. Они распространены всюду.
Их находят в атмосфере на высоте нескольких километров, на дне океанов, в нефтяных и угольных пластах. Несмотря на малые размеры, бактерии выполняют важные функции во всех природных сообществах Земли. Бактерии, обитающие в почве, разлагают мёртвое органическое вещество и превращают его в неорганические вещества, доступные растениям. Таким образом, почвенные бактерии участвуют в создании почвы и сохраняют её плодородие.
52.95. Царство Бактерии
- Теории и практики фенотипической эволюции
- Общие сведения о прокариотах
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Дарвиновская эволюция бактерий — полная картина / Хабр
Задание Учи.ру
Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. 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. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Бактерии как и все организмы прошли эволюционный путь развития с точки зрения эволюции они являются. а)высокоорганизованными б) организмами способными дать начало новой группе организмов в)примитивными г)не способными изменяться. пж дайте ответ. 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. Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. MOGZ ответил. Қaзaқ тілі мен әдебиеті Т2» пәнінен 3-тоқсaн бойыншa тоқсандық жиынтық 1) Какое из представленнах множеств является перссечением множества. 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. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166. Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86].
Планета бактерий
В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Science, Ленски и коллеги описали, как одна из 12 культур бактерий выработала способность усваивать цитрат в качестве источника энергии в аэробных условиях. Используя замороженные образцы бактерий из предыдущих поколений, они указали, что нечто произошло на приблизительно 20 000 поколении, и оно привело к тому, что всего одна из культур смогла перерабатывать цитрат. Это близко к тому, что Майкл Бихи называет «пределом эволюции» — предел того, что «эволюция» ненаправленный естественный процесс может сделать. Например, адаптивные случайные изменения, требующие одной мутации, могут происходить часто. Именно поэтому малярийный паразит может адаптироваться к большинству антималярийных препаратов; но на преобретение сопротивляемости хлорохину ушло больше времени, поскольу нужно было произойти двум мутациям одновременно в одном гене. Даже такое маленькое изменение находится за пределами возможностей организмов, таких как люди, у которых длительность поколений намного большая. В тоже время, популистский подход например New Scientist к этому исследованию создает впечатление, что E. Однако, это явно не тот случай, потому что цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот ЦТК или цикл Кребса разные названия одного и того же производит и использует цитрат в нормальном окислительном метаболизме глюкозы и других углеводов. Среди которых есть ген транспортера цитрата, кодирующий белок-транспортер, встроенный в клеточную стенку и отвечающий за транспорт цитрата в клетку. Так что же произошло?
Еще не все очевидно, исходя из опубликованной информации, но скорее всего, мутации нарушили регуляцию этого оперона, в результате чего бактерия производит транспортер цитрата независимо от окислительного состояния окружающей среды то есть, он постоянно включён. Это можно сравнить с переключателем, который включается, когда солнце заходит, поскольку сенсор обнаруживает недостаток света и активирует переключатель. Нарушение в работе этого сенсора может привести к тому, что свет будет включен все время. Это именно тот тип изменения, о котором идет речь. Другая возможность состоит в том, что существующий ген-транспортер, например, тот, который доставляет тартрат,[3] который обычно не транспортирует цитрат, мутировал и в следствии этого он потерял специфичность и теперь способен к транспортировке цитрата в клетку. Подобная потеря специфичности также является следствием случайных мутаций. Потеря специфичности приравнивается к потере информации, но для эволюции требуется появление новой информации; информация, которая определяет инструкции по созданию ферментов и кофакторов в новых биохимических путях, например, как создавать перья, крылья, кости, нервы или сложные компоненты и способ сборки сложных двигателей, таких как АТФ-синтаза, например. Однако, мутации хорошо способны разрушать, а не созидать. Иногда разрушение может быть полезным адаптационным ,[7] но это не отвечает за создание огромнейшего количества информации в ДНК всех живых существ.
Бихи в своей книге «Предел эволюции» приравнял роль мутаций в сопротивляемости антибиотиков и патогенов, к например, окопной войне, в результате которой мутации уничтожают некоторые функции, чтобы преодолеть восприимчивость. Это так, как если бы вы положили жевательную резинку в механические часы; они не могли быть созданы таким образом. Много шумихи без причины снова Бихи прав; здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», то есть все это не имеет никакого отношения к происхождению ферментов и каталитических путей, что должна объяснить эволюция. Блаунт обнаружил, что к использованию бактериями цитрата привели три шага: 1. Потенцирование: Шаг, включающий в себе по меньшей мере 2 мутации.
В конце концов, даже в идеальных условиях лаборатории невозможно обойтись без механизма «холодного капкана», чтобы предовратить расщепление аминокислот уже под влиянием собственной среды. В результате, опытом Миллера эволюционисты собственными же руками загубили свою теорию.
Потому что опыт доказал, что аминокислоту можно получить только в специальных лабораторных условиях при сознательном вмешательстве со стороны. То есть сила, создавшая живое, — Творец, а не слепое совпадение. Но предубеждения эволюционистов, полностью противоречащие науке, не позволяют им признать очевидную истину. Гарольд Ури, организовавший этот опыт вместе со своим учеником Миллером, признается в следующем: «Все мы, исследовавшие возникновение жизни, сколько бы исследований ни проводили, всегда приходили к выводу: жизнь настолько комплексна, что не могла эволюционировать на каком-либо этапе своего развития. Но, следуя своим убеждениям, мы верим в то, что жизнь произошла из неживого. Однако эта комплексность настолько велика, что даже представить эволюцию для нас очень сложно. Даже сегодня они продолжают вводить в заблуждение людей, создавая вид, будто этим опытом вопрос давно уже разрешен.
На второй стадии попыток разъяснения случайного возникновения жизни эволюционистов ждет проблема поважнее, чем аминокислоты — белки. То есть строительный материал жизни, образующийся путем последовательного соединения сотен различных аминокислот. Утверждение относительно самообразования белка еще нелогичнее и фантастичнее, чем утверждение случайного образования аминокислот. Невозможность соединения аминокислот в определенном порядке для образования белка была вычислена математически на предыдущих страницах с помощью теории вероятностей. Однако самообразование белка в условиях первичной атмосферы Земли невозможно и с точки зрения химии. Синтез белка невозможен в воде Как уже упоминалось ранее, при синтезе белка между аминокислотами образуется пептидная связь. Во время этого процесса выделяется одна молекула воды.
Эта ситуация коренным образом опровергает утверждения эволюционистов о возникновении жизни в океане. Потому что в химии, согласно принципу «Ле Шателье», реакция, которая образует воду реакция конденсации , не будет завершена в среде, состоящей из воды. Протекание этой реакции в водной среде характеризуется среди химических реакций, как «наименьшая вероятность». Отсюда следует, что океаны, в которых якобы возникла жизнь, отнюдь не подходящая среда для образования аминокислоты и впоследствии — белка. С другой стороны, они не могут изменить свои суждения перед этими фактами и утверждать, что жизнь возникла на суше. Потому что аминокислоты, предположительно образовавшиеся в ранней атмосфере Земли, могут быть защищены от ультрафиолетовых лучей только в море и океане. На суше же аминокислоты будут разрушены под воздействием ультрафиолетовых лучей.
Принцип Ле Шателье опровергает возникновение жизни в море. А это в свою очередь — еще один тупик в теории эволюции. Очередная безрезультатная попытка: опыт Фокса Оказавшись в безвыходном положении, исследователи-эволюционисты начали придумывать невиданные сценарии по «проблеме воды». Один из знаменитейших среди них Сидней Фокс вывел новую теорию, чтобы решить этот вопрос: аминокислоты, образовавшись в океане, сразу же перенеслись в скалистые места рядом с вулканами. Затем вода в смеси, в состав которой входили и аминокислоты, испарилась под воздействием высокой температуры скалистых мест. В результате «высохшие» аминокислоты могли соединяться для образования белка. Однако этот «тяжелый» выход из положения никем не был признан.
Потому что аминокислоты не смогли бы выдержать температуру, о которой говорил Фокс. Исследования показали, что аминокислоты под воздействием высокой температуры непременно разрушаются. Но Фокс не сдавался. В «специальных условиях» лаборатории, упрощенные аминокислоты были подогреты в сухой среде и соединены. Аминокислоты были соединены, но получить белок так и не удалось. Полученное представляло собой соединение простых, беспорядочных звеньев аминокислот и никоим образом не было похоже на белок. Более того, если бы Фокс подвергал аминокислоты постоянной температуре, то даже образовавшиеся бесполезные звенья аминокислот распались бы.
Еще одна деталь, обессмысливающая опыт, заключается в том, что Фокс использовал в своем опыте аминокислоты, содержащиеся в живых организмах, а не те, которые в свое время получил Миллер. Между тем, он должен был отталкиваться именно от результатов опыта Миллера. Но ни Фокс, ни другие не использовали непригодные аминокислоты, полученные Миллером. Опыт Фокса не был воспринят положительно даже среди эволюционистов, так как полученные Фоксом непонятные цепи аминокислот протеиноиды не могли образоваться в естественных условиях. А белок, являющийся строительным материалом живого, так и не был получен. Вопрос о происхождении белка оставался неразрешенным. В популярном научном журнале 70-х годов «Chemical Engineering News» была опубликована статья относительно опыта Фокса: «Сидней Фокс и другие исследователи, используя специальную технику нагревания, смогли получить соединения аминокислот, называемые «протеиноидами» в условиях, не существовавших на начальном этапе Земли.
Вместе с тем, они никак не похожи на упорядоченные белки живых организмов и представляют собой лишь хаотичные, бессмысленные пятна. Даже если эти молекулы и присутствовали первоначально, то разрушение их впоследствии было неизбежно. Разница между ними подобна разнице между аппаратурой сложной технологии и кучей необработанного металла. Эта вера абсолютно противоречит науке, ибо все опыты и исследования показали, что материя не обладает подобными способностями. Известный английский астроном и математик сэр Фред Хойль объясняет это на следующем примере: «Если бы внутри материи был бы внутренний принцип, побуждающий ее к образованию жизни, то это можно было бы продемонстрировать в любой лаборатории. Например, какой-нибудь исследователь мог бы использовать для опыта бассейн, который представлял бы собой первичный «бульон». Можно было бы заполнить этот бассейн всеми видами неживых химических веществ, закачать любые газы и облучить поверхность радиацией любого вида.
Проделав этот опыт в течение целого года, проконтролируйте, сколько ферментов из 2000 жизненно необходимых видов смогло образоваться за этот период. Я отвечу вам сразу, чтобы вы не теряли времени на этот опыт. Вы не обнаружите ничего, может быть, только несколько аминокислот и других элементарных химических веществ». Биолог-эволюционист Эндрю Скотт признает этот факт следующим образом: «Возьмите немного вещества, перемешайте, подогрейте и немного подождите. Это современная версия происхождения жизни. А такие «основные» силы, как гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая ядерные силы довершат начатое вами дело до конца… Интересно, какая же доля этого простого повествования основана на правде и какая — на спекуляции, основанной на предположениях? На самом деле, весь процесс развития от первого химического элемента до живой клетки либо является очень спорным вопросом, либо вовсе окутан мраком.
Ультрафиолетовые лучи, достигавшие Земли, неконтролируемые катаклизмы природы, оказывающие разрушительные физические и химические воздействия, явились бы причиной распада протеиноидов. А нахождение аминокислот в воде, чтобы избежать ультрафиолетовых лучей, невозможно согласно принципу Ле Шателье. В свете этих фактов мнение о том, что протеиноиды являются началом жизни, постепенно утеряло силу среди ученых. Чудо-молекула ДНК Как показывает анализ пройденных нами тем, теория эволюции зашла в полный тупик уже на молекулярном уровне. Эволюционисты не смогли внести ясность в вопрос происхождения аминокислоты. Образование же белка само по себе является загадкой. Плюс ко всему, вопрос не ограничивается аминокислотами и белком; это только начало.
Клетки и тех и других крайне маленького размера и очень похожи, но эти две группы безъядерных микроорганизмов, прокариот, имеют большие различия в базовых механизмах жизнедеятельности и поэтому отнесены к разным доменам: Archaea и Bacteria. К ним относимся и мы с вами. Бактерии и археи были первыми живыми организмами на Земле и оставались ее полноправными хозяевами на протяжении более 2 млрд лет. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их. Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера.
Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм.
Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки. У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК. Рисунок 3. Деление бактериальной клетки Особенность бесполого способа размножения грамотрицательных бактерий состоит в том, что деление происходит путем формирования перетяжки при втягивании мембраны и клеточной стенки внутрь клетки. Почкование представляет собой процесс образования и роста почки на одном из полюсов материнской клетки, которая проявляет признаки старения и не дает более дочерних клеток. Половое размножение у бактерий осуществляется в примитивной форме.
Другие новости
- Ископаемые свидетельства.
- Лекция 14. Бактерии
- Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в
- Старое новыми словами
- Роль бактерий в эволюции жизни на Земле - online presentation
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв.
Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре.
Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры.
Streptococcus pneumoniae вызывает заболевания дыхательных путей. Стафилококки Золотистый стафилококк — возбудитель множества гнойных инфекций. Палочки Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы. Клостридии Clostridium botulinum — возбудитель ботулизма. Clostridium tetani столбнячная палочка — возбудитель столбняка.
Не окрашиваются по методу Грама Менингококки Neisseria meningitidis — возбудитель менингита. Палочки Escherichia coli кишечная палочка — кишечный симбионт человека, сальмонеллы — возбудители сальмонеллёза, Rhizobium клубеньковые бактерии — симбионты корней бобовых растений, способные усваивать атмосферный азот. Вибрионы Спириллы Спирилла — обитатель пресных и соленых водоемов.
Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными.
Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует. Однако во многих случаях исследование содержания Г-Ц представляет собой относительно простой способ предварительной оценки эволюционного родства между организмами. Это универсальное филогенетическое дерево иллюстрирует взаимосвязи, существующие между организмами различных типов. Оно построено по данным анализа последовательности РНК малых субъединиц рибосом.
Бесспорно, наиболее точный и результативный метод молекулярной филогении заключается в сравнении последовательностей генов, сохранившихся в ходе эволюции. Гены SSU рРНК представляют собой идеальный объект для такого анализа, поскольку они присутствуют во всех организмах и сохранились в ходе эволюции. Последний метод используют для характеристики организмов, которые обнаружены в незначительных количествах или же с трудом поддаются культивированию. После проведения секвенирования результаты можно проанализировать с использованием компьютерных программ, позволяющих сравнивать последовательности рРНК и построить филогенетическое дерево, подобное изображенному на рисунке ниже.
Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов. На основании традиционных фенотипических характеристик включая данные, полученные методом числовой таксономии биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами. Напротив, с помощью молекулярной филогенетики было показано, что клеточные формы жизни развились в три основные линии или домены, два из которых принадлежат прокариотам. Бактерии и Археи составляют два домена, присоединенные к одной эукариотической линии.
Поэтому они быстро распространяются. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны — мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование.
Размножение бактерий Бактерии размножаются с помощью равновеликого бинарного деления, представляющего собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Также у бактерий известен процесс, напоминающий половое размножение. Половые клетки не образуются, как у растений или животных, но происходит обмен генетическим материалом генетическая рекомбинация. Это играет большую роль в жизни микроорганизмов, так как полезные признаки могут передаваться от бактерии к бактерии.
Способы питания бактерий Гетеротрофные бактерии: Бактерии-сапрофиты сапротрофы — извлекают питательные вещества из мёртвых и разлагающихся тел. Бактерии-паразиты — живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Среди бактерий-паразитов много болезнетворных, вызывающих различные заболевания у растений, животных и человека.
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца.
Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки.
У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования. Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК. Рисунок 3.
Деление бактериальной клетки Особенность бесполого способа размножения грамотрицательных бактерий состоит в том, что деление происходит путем формирования перетяжки при втягивании мембраны и клеточной стенки внутрь клетки. Почкование представляет собой процесс образования и роста почки на одном из полюсов материнской клетки, которая проявляет признаки старения и не дает более дочерних клеток. Половое размножение у бактерий осуществляется в примитивной форме. У бактерий не образуются гаметы, и нет слияния клеток. При половом процессе часть ДНК бактериальной клетки донора транспортируется в клетку реципиента и замещает аналогичную часть ДНК реципиента под воздействием необходимых ферментов. Новообразованная рекомбинантная ДНК бактерии содержит гены обеих родительских клеток.
Особенностью клеток, образованных при половом размножении, является то, что у них наблюдается разнообразие признаков, благодаря соединению генов разных организмов.
The interest in it has increased due to new information about the presence of bacteria-like structures in Martian meteorites ALH 84001, Alais, Ivuna and Orguei, Murchison and Efremovka and the content of various organics including purine and pyrimidine compounds. It is assumed that these compounds were brought to the Earth by meteorites and induced the creation of the genetic code followed by the transition to the DNA-RNA-protein life.
The view that the Earth had a ready-made genetic code has been expressed. It was found out that the first communities of bacteria appeared 3. Prokaryotic communities formed oxygen atmosphere, due to which aerobic bacteria, small biotic circulation of substances at the ecosystem level, appeared.
Finally, as a result of anaerobic prokaryote endosymbiosis aerobic bacterium originated eukaryotic cells, which led to the emergence of the modern biosphere. Благовещенск, пер. Релочный, 1 РЕЗЮМЕ Представлены данные об обитании бактерий в экстремальных условиях, в высоких слоях атмосферы, о предполагаемой их численности на Земле и ежегодном переносе из континента на континент.
Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Проблема происхождения бактерий рассмотрена и с позиций гипотезы панспермии. Интерес к ней возрос в связи с новыми сведениями о присутствии бактериоподобных структур в марсианских метеоритах ALH 84001, Alais, Ivuna и Orguei, Murchison и Ефремовка, а также содержания в них различной органики, включая пуриновые и пиримидиновые соединения.
Предполагается, что эти соединения приносились метеоритами на Землю и индуцировали создание генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни. Высказана точка зрения, будто бы на Землю попал уже готовый генетический код. Отмечено, что первые сообщества бактерий появились 3,5 миллиарда лет тому назад в водной среде, и их дальнейшая эволюция проходила на фоне геологического развития Земли.
Прокариотные сообщества сформировали кислородную атмосферу, благодаря чему возникли аэробные бактерии, малый биотический круговорот веществ на уровне экосистем. Наконец, в результате эндосимбиоза анаэробного прокариота с аэробной бактерией возникла эукариотная клетка, что привело к появлению современной биосферы. Ключевые слова: происхождение бактерий, прокариотная биосфера, окислительная атмосфера, эука-риотная клетка.
Katola Institute of Geology and Nature Management of Far Eastern Branch RAS, 1 Relochniy Lane, Blagoveshchensk,675000, Russian Federation The data is presented about bacteria living under extreme conditions in the upper atmosphere and about the alleged number of them in the world and the annual transfer from one continent to another. It is assumed that these compounds were brought to the Earth by meteorites and induced the creation of the genetic code followed by the transition to the DNA-RNA-pro-tein life. Key words: the origin of the bacteria, prokaryotic biosphere oxidizing atmosphere, eukaryotic cells.
Прокариоты бактерии - древнейшие из известных организмов. Из образца воздуха, взятого с высоты 41 км, выделены бактерии, идентичные видам, живущим на Земле, хотя неизвестно, как они там оказались [43]. Ежегодно из континента на континент через атмосферу переносится 1018 живых бактерий [27].
Однако проблема происхождения бактерий: когда, каким образом и в каких условиях они появились на Земле, окончательно не решена. На сегодня существует две принципиально разные точки зрения. Сторонники химической предбиотической эволюции считают, что Жизнь возникла непосредственно на Земле из косной материи в результате абиогенного синтеза органиче- ских соединений.
Возможность такого синтеза подтверждает присутствие в космосе цианистого водорода, формальдегида, муравьиной кислоты, метилового и этилового спиртов и др. На первом этапе на Земле образовались простые органические соединения, при их усложнении - разные биополимеры, многомолекулярные коацерваты и надмолекулярные микросферы. Позднее появилась протоклетка и, наконец, прокариоты - ближайшие предки всех ныне живущих организмов [11, 13, 18, 46].
Концепция химической эволюции поддерживается вескими аргументами, включая экспериментальные. Правда, она не дает ответа на вопросы: что же представляла собою протоклетка, какие химические реакции вынудили атомы сформировать сложную систему взаимодействующих молекул, каким образом произошел качественный скачок от неживого к живому и др. Представители альтернативной версии гипотеза панспермии склоняются к тому, что бактерии были занесены на Землю из космоса под давлением солнечных лучей, с астероидами и, в первую очередь, углистыми метеоритами, богатыми различными органическими веществами.
Обратим внимание, что панспермия не затрагивает появления жизни как таковой, а лишь указывает на происхождения земной жизни. Тем не менее, в течение ХХ века одни ученые ее принимали, другие критиковали и опровергали. Сторонником панспермии был мыслитель и геохимик В.
Вернадский 1863 -1945 , противником - биолог и биохимик А. Опарин 1894-1980. С развитием астробиологии, биохимии и молекулярной палеонтологии, эффективным исследованием различных метеоритов, упавших на Землю в разное время в различных местах, интерес к ней продолжает возрастать рис.
А В Рис. Сканирующая электронная микроскопия: А - гипотетические бактерии в метеорите АЬН 84001 скан-микрофото Rhawn, Schild ; Б - фрагмент метеорита Оргэй, на котором видны микрофоссилии колоний нитчатых бактерий сканмикрофото R. Hoover ; В - кокковидные и нитчатые цианобактерии и грибы из метеорита Ефре-мовка сканмикрофото А.
В марсианском метеорите АЬН 84001, упавшем в Антарктиде 13 тыс. McKay et а1. Одновременно идентифицировали полиароматические гидрокарбонаты, которые появляются при распаде мертвых микроорганизмов, кристаллы карбонатов, сульфидов и микрочастицы магнетита, содержащиеся у бактерий и животных.
Как и следовало ожидать, сообщение было воспринято неоднозначно. По мнению оппонентов, артефакты не являются окаменевшими бактериями, поскольку в малом объёме не могут разместиться Б молекулы ДНК и РНК. Hoover [26] выявил множество структур, расцененных как цианобактерии.
Эти работы перепроверила независимая группа палеонтологов, руководимых А. Розановым, и подтвердила подлинность выводов [3, 14]. Кроме того, в матрице метеорита Murchison, разбившегося в Австралии в 1969 году, они констатировали присутствие не только микроструктур, похожих на современных цианобактерий рода Gloe-capsa - вместе с ними просматривались нитчатые формы, сходные с низшими грибами, сохранившие даже детали своего клетчатого строения.
Кокковидные и нитчатые морфотипы содержались также в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Казахстане [14]. Проанализировав все приведенные факты, А. Роза-нов предположил, что бактерии и низшие грибы существуют за пределами Земли, хотя его мнение разделяют не все специалисты.
Внутри метеорита Murchison многими исследователями распознаны аланин, валин, сар-козин, глютаминовая кислота, большое количество глицина и жирные кислоты, часть которых встречается А в лунном грунте. Из этого сообщения вытекает важное следствие - распространенные в космосе аминокислоты и нуклеиновые основания могли привноситься на Землю, где индуцировали формирование генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни. На основании многочисленных исследований J.
Несмотря на наличие в метеоритах органических веществ, аналогичных таковым на Земле, и структур, удивительно схожих с земными бактериями, отдельные российские и зарубежные специалисты их не воспринимают. Они аргументируют свое несогласие тем, что на Земле известны абиогенные процессы, порождающие такие бактериеподобные конструкции. В Г Рис.
Сканирующая электронная микроскопия: А - микрофоссилии в кремнистом сланце сканмикрофото Л. Маргелис ; Б - микрофоссилия в некоторых фациях сканмикрофото Л. Маргелис ; В - остатки древнейших архейских бактерий из Южной Африки сканмикрофото J.
Б Время заселения Земли прокариотами, то есть, регистрация следов жизни, определено в древних породах с помощью палеонтологических и геологических данных. 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].
Обнаружены виды с треугольными, квадратными, звездчатыми и плоскими тарелкообразными клетками. Некоторые бактерии содержат цитоплазматические выросты — простеки. Бактерии могут быть одиночными, образовывать пары, короткие и длинные цепочки, грозди, формировать пакеты по 4, 8 и более клеток сарцины , розетки, сети и мицелий актиномицеты. Известны также многоклеточные формы, образующие прямые и ветвящиеся трихомы микроколонии.
Встречаются как подвижные, так и неподвижные бактерии. Первые чаще всего перемещаются с помощью жгутиков , иногда путём скольжения клеток миксобактерии , цианобактерии , спирохеты и др. Известно также «прыгающее» движение, природа которого не выяснена. Для подвижных форм описаны явления активного движения в ответ на действия физических или химических факторов. За немногими исключениями микоплазмы клетки бактерий окружены клеточной стенкой, которая определяет форму бактерий и выполняет механическую и важные физиологические функции.
Основным её компонентом является сложный биополимер муреин пептидогликан. В зависимости от особенностей состава и строения клеточной стенки бактерии по-разному ведут себя при окрашивании по методу Х. Грама датского учёного, предложившего способ окраски , что послужило основанием для деления бактерий на грамположительные , грамотрицательные и на лишённые клеточной стенки например, микоплазмы. У многих бактерий на поверхности имеются ворсинки фимбрии, пили и жгутики, обеспечивающие их движение. Часто клеточные стенки бактерий окружены слизистыми капсулами различной толщины, образованными главным образом полисахаридами иногда гликопротеинами или полипептидами.
У ряда бактерий обнаружены также т. S-слои от англ. Цитоплазматическая мембрана , отделяющая цитоплазму от клеточной стенки, служит осмотическим барьером клетки, регулирует транспорт веществ; в ней осуществляются процессы дыхания , азотфиксации , хемосинтез и др. Нередко она образует впячивания — мезосомы. С цитоплазматической мембраной и её производными связан также биосинтез клеточной стенки, спорообразование и т.
К ней прикреплены жгутики, геномная ДНК. Бактериальная клетка организована довольно просто. В цитоплазме многих бактерий имеются включения, представленные различными рода пузырьками везикулами , образованными в результате впячивания цитоплазматической мембраны. Для фототрофных , нитрифицирующих и метанокисляющих бактерий характерна развитая сеть цитоплазматических мембран в виде неразделённых пузырьков, напоминающих граны хлоропластов эукариот. В цитоплазме присутствуют также рибосомы от 5 до 50 тыс.
У некоторых бактерий например, у многих цианобактерий имеются карбоксисомы — тельца, в которые заключён фермент , участвующий в фиксации CO2. Геном бактерий нуклеоид представлен кольцевой молекулой ДНК, которую часто называют бактериальной хромосомой. Для бактериального генома характерно объединение многих функционально связанных генов в т. Кроме того, в клетке могут присутствовать внехромосомные генетические элементы — ДНК плазмид , которые несут несколько полезных для бактерий генов в том числе гены устойчивости к антибиотикам.
Всё складывается в логичную схему: после появления жизни на планете организмы начали быстро приспосабливаться к различным экологическим нишам, изобретая для этого необходимые ферменты и реакции. После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов.
Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г.
Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис.
Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом. Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород.
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие. Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Бактериальные заболевания.