Эволюционное учение. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт.
Остались вопросы?
Ее главный структурный элемент — биополимер муреин. Главная функция внешней оболочки — транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из углеводов или белков От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана.
Ее основная функция — регуляция транспорта веществ в клетку и из клетки. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. Также в клетках бактерий могут быть плазмиды.
Плазмиды — мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК бактерий воспроизводиться. 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 и т.
У эукариот есть оформленное ядро. Бактерии размножаются делением надвое. Сходства Клетки всех живых организмов всех царств живой природы содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы. К надцарству прокариот относятся царства бактерий эубактерий , архебактерий и цианобактерий цианей, синезеленых водорослей. К надцарству эукариот относятся царства растений, животных и грибов. Левенгуком в конце 17 в.
Число и расположение жгутиков на поверхности клетки может быть различно. Фимбрии Фимбрии — это тонкие нитевидные структуры на поверхности бактериальных клеток, представляющие собой короткие прямые полые цилиндры, образованные белком пилином.
Благодаря фимбриям, бактерии могут прикрепляться к субстрату или сцепляться друг с другом. Особые фимбрии — половые фимбрии, или F-пили — обеспечивают обмен генетического материала между клетками. Эндоспоры Рис. Почти зрелая эндоспора в бактериальной клетке. При наступлении неблагоприятных условий, у некоторых бактерий происходит образование эндоспор рис. При этом клетка обезвоживается, нуклеоид сосредотачивается в спорогенной зоне, цитоплазматическая мембрана образует впячивание, отделяющее спорогенную зону, а затем полностью окружает ее, отделяя от остального содержимого клетки. При наступлении благоприятных условий спора прорастает, и образуется вегетативная клетка. Физиология бактерий Питание бактерий Вместе с пищей бактерии, как и другие организмы, получают энергию для процессов жизнедеятельности и строительный материал для синтеза клеточных структур. Среди бактерий различают: Гетеротрофов, потребляющих готовое органическое вещество.
Они могут быть: сапротрофами, то есть питатьтся мертвым органическом веществом; паразитами, то есть потреблять органическое вещество живых растений и животных. Автотрофов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают: фотосинтетиков, осуществляющих процессы синтеза за счет энергии солнечного света с помощью бактериохлорофилла; хемосинтетиков, синтезирующих органические вещества за счет химической энергии окисления серы, сероводорода, аммиака и т. Среди прокариот есть группа микроорганизмов, способных, в отличие от эукариот, в процессе катаболизма осуществлять окисление неорганических веществ. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии , водородные бактерии и т. Фотосинтез Небольшая группа автотрофных бактерий способна осуществлять фотосинтетическое фосфорилирование. К ним относятся цианобактерии , зеленые и серные пурпурные бактерии. Фотосинтез цианобактерий сходен с фотосинтезом растений и сопровождается выделением кислорода. Зеленые и пурпурные бактерии в качестве донора электронов используют сероводород, серу, сульфат, молекулярный водород и т.
Поэтому в данном случае молекулярного кислорода не образуется.
Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений. Большинство бактерий бесцветны. Однако некоторые из них окрашены в красный, зеленый, синий и прочие цвета, что обусловлено пигментами, которые содержатся в цитоплазме, и веществами в слизистой капсуле.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных. Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям. Особенности эволюции вирусов на современном этапе В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение. Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции.
Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции. Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы. Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов.
Также существует теория вирусного возникновения ядра. В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии.
Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма.
По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения. Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений.
У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы. На поверхности мезосомы находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Во время деления бактериальной клетки, мезосомы связываются с ДНК, что облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК. Генетический материал бактерий содержится в одной кольцевой молекуле ДНК. Форма бактерий является одним из важнейших систематических признаков. Шаровидные бактерии называются - кокками,.
Соседние виды способны свободно скрещиваться например, E. Однако виды E. Почему у видов E. Ответ 1 географическое аллопатрическое видообразование; 2 виды E. Многие животные совершают в течение своей жизни регулярные или нерегулярные миграции. Назовите не менее трёх возможных причин таких перемещений. Каждую причину сопроводите примером. Ответ 2 например, миграция рыб из морей в реки на нерест; 3 смена экосистем пожар в лесу, истощение природных ресурсов, увеличение внутривидовой конкуренции ; 4 например, перемещение грызунов после пожара; 5 сезонные изменения условий обитания; 6 например, перелёты птиц миграция северных оленей ; 7 суточные изменения условий обитания; 8 например, вертикальная миграция зоопланктона приливно-отливные миграции. В пунктах 2, 4, 6, 8 возможны иные подходящие по смыслу примеры. Среди позвоночных животных известны случаи заразного рака: трансмиссивная венерическая опухоль собак, передающаяся половым путём, и лицевая опухоль тасманийского дьявола, передающаяся при укусах. Трансмиссивная венерическая опухоль собак появилась порядка 10 000 лет назад. После заражения у собак образуются опухоли на гениталиях, которые со временем регрессируют и не приводят к смерти хозяина, но некоторое время активно передаются другим особям. Лицевая опухоль тасманийского дьявола эволюционно молода, впервые была выявлена в 1996 году. Предположим, что 10 000 лет назад трансмиссивная венерическая опухоль собак была так же летальна, как лицевая опухоль тасманийского дьявола на данный момент. Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Ответ 1 благодаря мутациям в исходной популяции раковых клеток у разных особей возникают опухоли, различающиеся по смертельности; 2 если носители раковых клеток слишком быстро и слишком часто умирают, то это сдерживает распространение раковых клеток в популяции носителей; 3 если носители раковых клеток не умирают от рака, то это способствует большему распространению раковых клеток в популяции носителей; 4 в ряду поколений носителей увеличивается доля носителей несмертельных линий рака. На рисунке изображены формы клюва у представителей разных видов семейства цветочниц, обитающих на Гавайских островах. Укажите последовательность процессов, которые привели к формированию многообразия форм клюва с позиции современной синтетической теории эволюции. Как называется такая форма направленной эволюции? Чем она характеризуется? Ответ 1 особи исходного вида, попавшие на острова, оказались в разных экологических нишах разных условиях питания ; 2 в каждой популяции возникали мутации; 3 разные мутации поддерживались естественным отбором; 4 накопление мутаций привело к репродуктивной изоляции; 5 дивергентная форма эволюции дивергенции ; 6 новые виды при такой форме образуются путём расхождения от одного общего предка. Объясните с позиции современного эволюционного учения, как сформировались и сохранились в процессе эволюции ядовитые железы у древесной квакши. Ответ 1 в исходной популяции появились мутировавшие особи с наличием ядовитых желёз; 2 они имели преимущество в борьбе за существование; 3 благодаря естественному отбору эти мутации распространялись накапливались в популяции. Предковый вид ландышей был широко распространен в лиственных лесах Евразии несколько миллионов лет назад. Сейчас существует три вида ландышей, сохранившихся в Европе, Закавказье и на Дальнем Востоке. Как называется такой способ видообразования? Какое климатическое событие привело к дивергенции ландышей? Как происходило видообразование? Ответ 2 оледенение в Северном полушарии образование ледника ; 3 в изолированных популяциях накапливались разные мутации; 4 в разных ареалах условиях среды действовали разные факторы; 5 произошла репродуктивная изоляция. Лемуровые — семейство древесных теплолюбивых млекопитающих из отряда Приматы. Ископаемые остатки предков лемуров были найдены на разных континентах, но в настоящее время лемуры являются эндемиками Мадагаскара острова у юго-восточного побережья Африки. Чем может объясняться сохранение этих животных на Мадагаскаре и вымирание в других регионах? Какие факторы эволюции способствовали дивергентному видообразованию лемуров в условиях Мадагаскара? Ответ 1 Мадагаскар отделен от континентов фауна острова изолирована ; 2 на Мадагаскаре лемуры не имели конкурентов со схожими экологическими нишами; 3 на остальных территориях лемуры были вытеснены другими древесными млекопитающими другими приматами ; Факторы эволюции: 5 мутации ИЛИ наследственная изменчивость; 6 популяционные волны; 7 дрейф генов. Закон Харди-Вайнберга гласит: при определённых условиях относительные частоты аллелей в популяции остаются неизменными из поколения в поколение. Закон справедлив, если соблюдается ряд условий.
Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении [123]. Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям [en] англ. При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд [127]. Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис. К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис , фототаксис , энергетический таксис и магнитотаксис [128] [129] [130]. Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел. Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов [en] Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет , который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризацию актина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд [131]. 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].
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении.
Задание Учи.ру
ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
Экологические и биосферные функции бактерий Количество клеток прокариот оценивается в 4-6 1030, их суммарная биомасса составляет 350—550 млрд. В то же время бактерии характеризуются коротким жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы. Уже на основании этого можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов. Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода аэробы , так и при отсутствии анаэробы. Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере.
Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами Многие бактерии находятся в мутуалистических и даже симбиотических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней. Преобразованная таким образом часть почвы ризосфера благоприятна для развития бактерий, в том числе азотфиксирующих.
Во-первых, согласно СТЭ, материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации и их комбинации.
Именно мутации служат основным топливом для эволюционной топки, и чем больше их разнообразие, тем быстрее пойдет сам процесс. 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. Чарлз Дарвин в дневнике отмечал : «Всякий раз, когда я вижу перо из хвоста павлина, мне делается дурно! Дело в том, что эволюция, хоть и не делает ничего «специально», способствует закреплению в популяции именно тех признаков, которые позволяют активнее размножаться а вовсе не выживать, как можно подумать.
Это концепция репродуктивного успеха , причем иногда для него важны абсурдные, как может показаться на первый взгляд, признаки — например, огромный павлиний хвост. Да, такой хвост хорошо виден хищнику и за него птицу легче схватить. Однако в то же время хвост сигнализирует самке о здоровье самца и, грубо говоря, о его генах, обеспечивающих это здоровье. Хвост для павлина равен репродуктивному успеху, но существенно снижает вероятность выживаемости в течение долгого времени.
В-третьих, эволюция происходит непрерывно и необратимо. Не существует никаких переходных форм, каждая отдельная особь вида — это и есть переходная форма. Вы — переходная форма между вашими родителями и вашими детьми, и эволюция и изменения идут непрерывным потоком через все поколения. Да, если взять разнесенные во времени виды, то разница будет хорошо заметна, но если временной промежуток мал, изменения могут быть и не очевидны.
Это почти как с городским ландшафтом: приехав в город детства через двадцать-тридцать лет, вы увидите, как сильно он изменился. А вернувшись через пару недель или месяц, вы никаких существенных отличий не увидите — они есть, но еще не накопились в таком количестве, чтобы стать заметными. При этом существует такое явление, как эволюционный стазис , при котором вид не изменяется, причем очень долго, иногда на протяжении миллионов лет. Именно таким способом «дожили» до наших времен ископаемые виды, живые реликты вроде мечехвостов, гинкго билоба и выхухоли.
Они не менялись тысячи лет, потому что достигли идеального баланса с окружающей средой. Одной из предполагаемых причин стазиса считается внутривидовое разнообразие. Еще некоторые исследователи отмечают существование хромосомного стазиса на уровне генов, например у птиц. Но встречаются и генетический, и обычный стазис, мягко говоря, нечасто — большая часть видов возникает, изменяется и исчезает, давая жизнь видам-потомкам.
Необратимость в данном случае не означает, что какое-то событие нельзя «откатить» назад. Китообразные вернулись в море, где жили их предки, — просто сделали это другим путем и благодаря другим мутациям. Проблема эволюционного процесса в том, что он… случайный. Да, по большей части закрепляются нужные для размножения и выживания гены.
Но иногда происходит так, что остаются не нужные, а рандомно выбранные. Такое случается, например, при эффекте бутылочного горлышка — резкого и случайного сокращения популяции, например, из-за стихийных бедствий или необычной болезни. Если у нас есть популяция животных, которые никогда не сталкивались с чумой, то с большой вероятностью в живых, после того как чума отступит, останутся несколько особей. И совсем не факт, что их гены лучше или влияют на повышение репродуктивного успеха, просто им повезло.
Вторая проблема заключается в том, что эволюция — процесс исключительно долгий. Должны смениться поколения, чтобы какие-то признаки закрепились, а какие-то исчезли без следа.
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. Но только бактерии и археи могут при отсутствии кислорода разлагать сложные полимерные субстраты, образованные растениями и животными, до простейших молекул, которые снова возвращаются в так называемые биогеохимические циклы.
Синяя линия показывает долю новых генов, отвечающих за связывание кислорода, среди всех новых генов, отвечающих за связывание любых субстратов. Нижний красный отрезок показывает период до Архейской экспансии, верхний красный отрезок — Архейскую экспансию, средний отрезок — весь архей. Хорошо видно, что пик появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец Архейской экспансии. График из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature График показывает, что максимум появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец периода Архейской экспансии. Так что, скорее всего, не этот процесс повлиял на взрывную эволюцию бактерий в архее. Было бы полезно сопоставить получившиеся графики с другими геохимическими изменениями планеты, однако эта задача требует специальной фактической информации. Авторы исследования представили результаты расчетов по появлению генов, связанных с определенными металлами, серой, азотом. Более или менее осмысленная картина получилась только с медью и молибденом.
Согласно моделям, растворимость этих металлов по мере становления кислородной атмосферы постепенно повышалась. Параллельно увеличивалась и доля генов, обслуживающих эти металлы. С другими субстратами ситуация менее очевидная и требует привлечения дополнительных гипотез, альтернативных геохимических моделей или же геохимических данных другого типа. Нужно при этом подчеркнуть, что сама идея сопоставить эволюцию функциональных групп генов с данными по геохимии и геологии планеты видится исключительно плодотворной. Просто пока что работ, эксплуатирующих эту идею, практически нет, как нет и опыта сотрудничества геологов, геохимиков и биоинформатиков. Не случайно статья в Nature подписана только двумя авторами, оба они специалисты в области биоинформатики и микробиологии, и в этой компании явно недостает геолога. Говоря в самом начале заметки о недостатках данного подхода для реконструкции жизни на нашей планете, я указала на статистическую неопределенность конечного результата: какую реконструкции бактериальной эволюции положишь в основу исследования, такой результат и получишь в конечном итоге. От начальных посылок будет зависеть результат исследования. В данном исследовании авторы попробовали подсчитать темпы генетической эволюции появления, переноса, дупликации, элиминации с использованием двух альтернативных схем микробной эволюции. Архейская экспансия четко выявилась в обоих случаях, и в обоих случаях ее основной особенностью осталось увеличение разнообразия генов электронтранспортной цепи.
Более чувствительными оказались датировки архейской экспансии: они сдвинулись от 3,3—2,85 млрд лет к 2,75—2,5 млрд лет. Соответственно, сдвинулись и все остальные графики. Авторы исследования предполагают, что независимые геохимические данные могут помочь выбрать наиболее правдоподобный вариант филогении. Получается, дело за дальнейшей кооперацией специалистов из разных областей науки. Источник: Lawrence A. David, Eric J. Published online 19 December 2010. Елена Наймарк.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166. Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Так выглядит эволюционное дерево разных штаммов ВИЧ, взятых от обезьян и людей: Длина веточки — это количество мутаций, произошедших в вирусе за это время, прошедшее с момента появления ВИЧ. Образец, который взят раньше, еще не накопил всех мутаций, которые могли бы случиться. Если один образец взят 15 лет назад, а другой сейчас, то по сравнению с предком у современного образца замен будет больше. Существует общий предок всех этих вирусов, и по количеству замен мы можем понять, сколько времени прошло от каждого современного образца до этого общего предка. Если по одной оси отложить расстояние по эволюционному дереву, а по другой — дату, когда взят образец, то мы увидим линейную зависимость. Если экстраполировать ее назад, в точку, где количество замен равно нулю, то мы узнаем, когда жил общий предок всех этих вирусов. Так ученые выяснили дату, когда началась современная эпидемия СПИДа, — 1930-е годы. До сих пор речь шла о случайных изменениях в вирусе. Но ведь у него бывают и полезные замены: вирусу необходимо менять свои поверхностные белки, потому что он борется с иммунной системой, научившейся распознавать его предыдущую версию. Есть методы, позволяющие идентифицировать места в белке, которые эволюционируют быстрее, чем если бы это было случайно.
Идея в том, что если мы хотим сделать вакцину от ВИЧ, то она должна быть разработана против такого места в вирусе, которое он не сможет легко и быстро поменять. Эволюция человека У одного чудесного белка — дофаминового рецептора — есть, грубо говоря, две формы — так называемая длинная и так называемая короткая. Длинный вариант часто бывает у людей, показывающих высокие значения по тесту на novelty seeking поиски нового. Короткий вариант часто встречается у людей в Китае, а длинный — в Америке и в Австралии у белого населения. Причины ясны. Кто едет на новый континент? В Америку отправлялись за теми самыми поисками нового, а в Австралию просто ссылали каторжников ясно, что поведение, связанное с поисками нового, часто приводит людей на каторгу. Другой пример: в начале прошлого века индейцы пима, живущие в Аризоне и в Мексике, были стройными, а сейчас у них тотальная эпидемия ожирения. Грубо говоря, человек забивал мамонта, наедался, запасал это в качестве жира и жил до следующего мамонта.
Сейчас «Макдоналдс» на каждом углу, запасать ничего не надо. Старые приспособительные механизмы остались, а направление эволюции поменялось. Теперь отбор действует в другую сторону, и адаптивными оказываются варианты, способствующие сжиганию жира. Гены все время эволюционируют. Сейчас уже накопилось достаточно данных, чтобы проследить за человеческой эволюцией последнего времени. Ученые посмотрели, как действовал отбор в течение последних двух тысяч лет на Британских островах, и оказалось, что очень адаптивно быть высоким голубоглазым блондином или блондинкой. Сегодня развиваются медицина и социальная структура общества, и отбор происходит совсем не так, как когда племена охотников жили в лесу. Это влияет на эволюцию: увеличивается генетический груз, то есть доля вредных и слабовредных мутаций в популяции. Ухудшаются стартовые возможности — и физические, и когнитивные.
Тем не менее с развитием медицины и педагогики и на таком субстрате потенциально мы можем добиваться лучших результатов. Что с этим делать — отдельный вопрос. Nesse, Stephen C.
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. Он обнаружил одну возможную мутацию, единичное изменение нуклеотида SNP , повреждающее ген, известный как arcB, который регулирует работу цикла Кербса ЦТК , что могло привести к ускоренному метаболизму цитрата. Актуализация: дупликация гена, производящего белок-транспортер цитрата, что позволило использовать цитрат. Дупликация гена в месте без обычной контролирующей его последовательности позволило его экспрессии в присутствии кислорода поскольку он попал под контроль уже существующего промотора, который был «включен» в присутствии кислорода. Это важнейший шаг, позволивший появиться ограниченной способности использовать цитрат в аэробной среде. Усовершенствование: дальнейшая дупликация этой последовательности два или три раза известна как амплификация. Этот процесс увеличил «дозу генов», что привело к росту количества произведенного белка-транспортера цитрата, таким образом увеличивая общее потребление цитрата. Прежде чем это исследование было проведено, я предположил выше , что скорее всего мутации привели к тому, что бактерия стала способна перерабатывать цитрат в присутствии кислорода.
Невозможность случайного образования ДНК и РНК объясняет французский ученый-эволюционист Пол Огер: «По-моему, необходимо очень четко разделить две стадии относительно возникновения в результате случайной химической реакции такой сложной молекулы, как нуклеотид: образование отдельных нуклеотидов, что быть может и возможно, и серийное соединение их между собой. Вот это второе — невозможно. Эволюционист профессор доктор Али Демирсой относительно возникновения ДНК вынужден признаться в следующем: «Образование белка, ДНК и РНК маловероятно, а образование же цепи какого-либо белка маловероятно астрономически. Синтез же этих ферментов происходит согласно информации, закодированной в ДНК. Так как они взаимосвязаны, то при редупликации удвоении ДНК необходимо присутствие обоих в одно и то же время. Американский микробиолог Джакобсон говорит по этому поводу следующее: «При появлении первого живого организма необходимо было совокупное присутствие всех механизмов, способных обеспечить необходимыми материалами и энергией, реализовать планы размножения, определить последовательность роста и трансформировать информацию в процесс развития. Комбинация всего этого не может осуществиться случайно. Уатсоном и Ф. Однако, несмотря на развитие науки, этот вопрос остается неразрешимой проблемой для эволюционистов. Уатсон и Ф. Крик с моделью молекулы ДНА. Немецкие ученые Junken и Schеrer обнаружили, что синтез всех жизненно необходимых молекул требует отдельных условий. По мнению тех же ученых, это говорит о том, что нет шансов на присутствие в одном месте. Нет ни одного опыта, в котором можно было бы получить все молекулы, необходимые для химической эволюции. Следовательно, различные молекулы должны быть произведены в разных местах при соответствующих условиях, защищаясь от вредных факторов, таких как гидролиз и фотолиз, и транспортированы на другие участки новых реакций. Здесь не может быть и речи о случайности, потому что нет никакой вероятности осуществления такого явления. Одним словом, теория эволюции не смогла доказать ни один эволюционный процесс, который якобы осуществлялся на молекулярном уровне. Развитие же науки, вместо того, чтобы ответить на эти вопросы, напротив, усугубляет их и заводит в полный тупик. Но эволюционисты верят в этот невозможный сценарий, как в научно доказанную истину. Потому что они обусловили себя отрицанием творения, и им не остается ничего другого, как верить в невозможное. Известный австралийский микробиолог Майкл Дентон в своей книге «Evolution: A Theory in Crisis» «Эволюция: теория в кризисе» объясняет этот случай cледующим образом: «Структура генетической программы высших организмов равна информации в миллиард битов компьютерная единица или же длине всех букв, содержащихся в тысяче томов маленькой библиотеки. Утверждать, что многочисленные сложные функции, контролирующие и определяющие развитие триллионов клеток комплексного организма, образовались в результате случайного процесса, будет своего рода натиском на человеческий разум. Но дарвинист признает эту точку зрения без малейших признаков сомнения. Выяснилось, что все «опыты с первичной атмосферой», проведенные эволюционистами Поннамперума, Миллером и Фоксом, на самом деле недействительны. Это послужило началу новых эволюционионных поисков в 80-е годы нашего столетия. В конце концов, был написан сценарий «Мир РНК», согласно которому сначала якобы образовалась РНК, содержащая информацию о белке, а затем и сам белок. Согласно сценарию, выдвинутому в 1986 году химиком Уолтером Гилбертом из Гарварда, миллиарды лет назад непонятно каким образом случайно образовалась молекула РНК, способная скопировать саму себя. Затем молекула РНК под воздействием внешних факторов сразу же начала производить белки. Потом возникла потребность сохранять информацию в какой-либо другой молекуле, и таким же непонятным образом образовалась молекула ДНК. Этот сценарий, который даже трудно вообразить, состоит из цепочки невероятностей на каждой стадии, и вместо того, чтобы объяснить начало жизни, еще больше усугубляет этот вопрос и ставит на повестку. Если необъяснимо случайное образование даже одного нуклеотида, составляющего РНК, тогда как же воображаемые нуклеотиды, соединившись в определенном порядке, образовали РНК? Как первоначально возникла РНК? И как произойти синтезу РНК до возникновения жизни на Земле, если даже в лабораториях, при лучших условиях, осуществить синтез РНК и ее частей в крайней степени трудно? Предположим случайное образование РНК. Но тогда как же РНК, состоящая из одной цепи нуклеотида, решила скопировать саму себя и с помощью какого механизма сделала это? Откуда она взяла нуклеотиды, которые будут использоваться в копировании самой себя? Микробиологи-эволюционисты Джеральд Джойс и Лесли Оргел объясняют безнадежность данной ситуации следующим образом: «Споры сводятся к одному тупику: легенда о воображаемой РНК, вышедшей из сложного бульона полинуклеотидов и сразу же начавшей себя копировать... Это понятие противоречит не только предбиологической prebiotiс химии, но и уничтожает слишком оптимистическую мысль о возможности РНК копировать саму себя. Для возникновения жизни все эти перечисленные молекулы должны присутствовать одновременно в одном и том же месте. Этот факт вводит эволюционистов в безыходное положение. Теория эволюции заходит в тупик, сталкиваясь с данной реальностью. Ряд известнейших сторонников теории эволюции вынуждены признаться в этом: К примеру, известный микробиолог-эволюционист доктор Лесли Оргел, коллега Стенли Миллера и Френсиса Крика по работе в Университете Сан Диего штат Калифорния заявил: «Случайное образование сложных по структуре белков и нуклеиновых кислот ДНК и РНК одновременно в одном и том же месте абсолютно вне пределов возможного. Однако образование одного из них при отсутствии другого также совершенно невозможно. Поэтому человек вынужден заключить, что возникновение жизни химическим путем категорически невозможно. Одним словом, белки не могут возникнуть без участия ДНК, но и молекула ДНК не может возникнуть при отсутствии белков ». Вместо того, чтобы искать ответ на этот вопрос, нам следует просто удовлетвориться чувством восхищения и растерянности. Если даже допустить образование в первичной среде копирующей саму себя РНК, наличие неисчислимого количества различных аминокислот, используемых РНК, и даже осуществление всего невозможного, то опять-таки этого будет недостаточно для получения одной молекулы белка. Потому что РНК — это лишь информация о структуре белка. А аминокислоты являются сырьем. Однако нет «механизма» по производству белка. Считать достаточным присутствие РНК для производства белка также нелепо, как начертить чертеж машины, положить его на детали, составляющие ее, и ждать, когда машина соберет саму себя. Где же «фабрика и рабочие», осуществляющие производство? Белок производится на фабрике, называемой рибосомой, в результате сложных процессов в клетке при помощи множества ферментов. Рибосома — это сложная система организации клетки, состоящая опять-таки из белков. Следовательно, данная ситуация влечет за собой еще одно безрассудное предположение как случайное образование и рибосомы. Даже один из самых фанатичных сторонников эволюции, лауреат Нобелевской премии Жак Монод объясняет, что синтез протеина нельзя сводить лишь к информации, заключенной в нуклеиновых кислотах: «Шифр то есть информация в ДНК или РНК , пока он не передан, не имеет никакого значения. Процесс передачи шифра в клетке выполняется минимум 50-ью частицами макромолекул, которые сами также закодированы в ДНК. Без участия этих частиц передача информации невозможна. Когда и как завершился этот цикл? Даже представить это исключительно трудно. Эволюционисты не могут ответить на эти вопросы. В своей статье «The Origin of Life on the Earth» опубликованной в октябрьском номере журнала «American Scientist» за 1994 год, Оргел пишет, какими особенностями должна обладать подобная РНК и объясняет невозможность этого следующим образом: «Для начала этого сценария необходимо наличие в первичной среде двух особенностей РНК, которые на сегодняшний день отсутствуют: способность копировать себя без помощи белка и осуществить каждую стадию синтеза белка. А конкретные научные факты свидетельствуют о том, что тезис «Мир РНК», представляющий собой новую версию утверждения случайного зарождения жизни, является совершенно невероятной сказкой. Опеределение «живое» - это больше, чем скопление молекул На некоторое время забудем о вышеописанных невозможностях и нелогичностях, и допустим случайное возникновение молекулы белка при самых неподходящих условиях, к примеру, как первичная атмосфера. Образования одного лишь белка недостаточно.
Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой многочисленной биологической формой. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей вирусы бактерий обычно называют бактериофагами. Геномы большинства видов позвоночных содержат от сотен до тысяч последовательностей полученных от древних ретровирусов. Если вирусами ретровирусами были заражены первичные бактерии и археи, то роль вирусов в эволюции живого фактически выходит на первый план, так как вирусы становятся таким же естественным фактором генетической изменчивости организмов включая мутации , как физические радиация различного вида и химические геохимические факторы. Следует сразу отметить, что микроорганизмы в силу своих размеров наиболее быстро реагируют на изменения в окружающей среде изменение физических и геохимических параметров. Множество вирусов, в частности РНК-вирусы, имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса. Такая повышенная частота мутаций, в случае комбинации с естественным отбором, позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Это приводит к тому, что вирусы демонстрируют огромное количество вариантов организации генома: в этом смысле они более разнообразны, чем растения, животные, археи и бактерии.