Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология.
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? кратко
- Материалы по теме
- Страница 131
- Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в
- Роль бактерий в эволюции жизни на Земле - online presentation
- Содержание
- Лучший ответ:
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
И пожалуйста Справочник Берджи только в последнем издании начал учитывать информацию о генах. А до этого учитывал только структурные и функциональные особенности бактерий. Я уже не говорю о тех биологах-консерваторах, которые заявляют на полном серьезе, что таксономия должна строится не только на основании геномного сравнения, но и на основании морфологических и физиологических данных. И это то в генный век мы должны возвращаться во времена К. А ведь при отсутствии более авторитетного издания, чем справочник Берджи, биоинформационные базы по таксономии, такие как в NCBI , хоть и являются более полными и иногда имеют ссылки на секвенированные штаммы — принцип построения такого дерева — это просто перепост справочника Берджи. Скажите не так… ок, найти отличие можно легко. Но вы никогда не поймете почему дерево именно такое какое оно есть. К тому или иному виду конечно приписано, кто дал такое имя таксону, и если повезет будет статья, и еще если сильно повезет в статье мельком будет описано почему этот таксон поместили так или иначе в систематике. Дальше если взять отдельные статьи по построению филогенетических деревьев — в них в лучшем случае рассматривается очень небольшое число видов, и строятся деревья совершенно не прозрачными методами и достаточно не большие. Проблема дилетанта Существует много профессионалов, которые пытаются представить дело так, что проблема дилетанта — это его недообученность и недоосведомленность. Это отчасти так, но только отчасти.
Дилетанты занимаются не своим делом, потому что имея свою профессию — они также интересуются вещами другими и думают, в какой еще сфере они могут применять свои знания. И когда они видят примерно такое состояние как я описал выше для таксономии — они приходят в некоторое замешательство. Они берут самый наивный метод, так как им нужен результат, а не повод для написания статьи и строят дерево эволюции. Дальше профессионалы начинают возмущаться как же так — они занимаются этим профессионально, а результатов то нет… гранты не все использованы. Хотя можно взять и одному человеку все это построить без особых сложностей и не забивая голову методами, в которых введена сложность ради самой сложности. И вот так получается результат у дилетанта. Его можно обсуждать, но его можно обсуждать серьезно только тогда, когда у профессионалов будет хоть что-то сравнимое и столь же прозрачное. И вот теперь мы к этому перейдем. Многовидовое происхождение и прочие глупости Кто читал мои предшествующие статьи знает, что на эту тему я уже писал начиная со статьи Интересные результаты о эволюционной систематике прокариот или «многовидовое происхождение» , и не так давно дал более полные результаты в статье Систематика прокариот — дальние родственники. Здесь я хотел бы рассказать как менялось мое мировоззрение по мере продвижения этого исследования.
Вначале в статье показывалось, что на основании одного вида тРНК, который переносил аланин можно найти устойчивую связь между разными видами, родами и т. Были и некоторые исключения, но их было сравнительно мало. Эту мысль мои критики почти не заметили тогда видимо списав на горизонтальный перенос — хотя сильно уж постоянным были связи мама-папа , но отметили что делать выводы на основании одного гена как то не серьезно. Я охотно согласился, но про себя подумал — а вы то сами сколько генов анализируете? Правильно как правило один 16S, только он подлиннее будет, но зато изрезанный мутациями.
Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой.
Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции.
Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы.
Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток.
Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов.
В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен.
Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл.
Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.. Бактерии используют для синтеза энергию химических реакций. Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом. Из хемосинтетиков важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии.
Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтетиками являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. Роль хемосинтетиков очень велика, особенно азотфиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот, находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак ,который хорошо ими усваивается. Приспособленность организмов и ее относительность Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут. Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. В это понятие входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым имифункциям.
Например, совершенны приспособления стрижа к полету, а дятла — к жизни в лесу. Характер их приспособлений к жизни в своеобразной среде различен. Стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв. Дятел добывает из-под коры личинок насекомых: у него крепкий длинный клюв и длинный язык. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров. Приспособительное многообразие — доказательство изменчивости. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Некоторые животные наделены ярким узором окраска у зебры, тигра, жирафа, змей и т. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и тоже делает животных менее заметными.
Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки. Насекомых, живущих на коре дерева жуки, усачи и др. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида или предметам среды. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия — результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование. Предупреждающая угрожающая окраска. Некоторые виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской.
Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников. Приспособления к экстремальным условиям существования. Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев и др. Чем более жесткие и более определенные требования предъявляет среда, тем более сходные адаптации конвергенция развиваются у организмов, зачастую очень далеких друг от друга. Генотипы организмов, имеющих много общего в строении, при этом сильно отличаются. Например, передвижение в водной среде вызывает сходство в строении тела у пингвинов и тюленей, а также рыб и дельфинов, которые относятся к разным классам позвоночных. Широкое распространение конвергентного сходства между не родственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний. Любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась.
Следовательно, приспособленность носит относительный характер. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. У многих животных имеются рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение. В частности, рудиментарны пальцы у копытных и на задней конечности кита. Наличие рудиментов служит примером относительной целесообразности. Относительность приспособленности обеспечивает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у данного вида адаптаций, то есть бесконечность эволюционного процесса. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2Опревращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносахаридов: Крахмал у растений ,Гликоген у животных. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров. Этапы энергетического обмена Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый этап : - расщепление органических вещ-в в пищеварительной системе до промежуточных продуктов распада.
Глюкоза под воздействием ферментов расщипляется до двух молекул С3Н6О3 С свыделением энергии. Третий этап: кислородное расщепление в митохондриях На кислородном этапе: с внутренней стороны мембраны крист находятся молекулы переносчики. Электрон подхватывается молекулами переносчиками и перетаскивается с одной молекулы на другую окисление , при этом он теряет энергию. Этот процесс называется окислительное фосфорилирование. В конце цепи переносчиков стоит кислород он является акцептором. Анионы накапливаются с внутренней стороны мембраны , ионы с наружной стороны. Когда разность потенциалов между ними достигнет критического уровня ион через ферментативный канал проходит на внутреннею сторону мембраны. В итоге на кислородном этапе образуется 36 АТФ. Многие сторонники учения о постоянстве и неизменяемости видов считали, что каждая порода, каждый сорт произошли от отдельного дикого вида. В книгах УПроисхождение видовФ и УИзменения домашних животных и культурных растенийФ Дарвин подробно описал многообразие пород домашних животных и проанализировал их происхождение.
Он отмечает, что человек сам создал многообразие пород и сортов культурных растений путем искусственного отбора, то есть изменения в разных направлениях одного или нескольких родоначальных диких видов. Особенно подробно Дарвин исследовал происхождение пород домашнего голубя. Несмотря на большие различия, породы домашних голубей имеют очень важные общие признаки. Все домашние голуби — общественные птицы, гнездятся на зданиях, а не на деревьях, как дикие. Голуби разных пород легко скрещиваются и дают плодовитое потомство. При скрещивании особей, принадлежащих к разным породам, Дарвин получил потомство, по окраске удивительно сходное с диким скалистым голубем. Таким образом, было показано, что в процессе одомашнивания человек может добиться больших изменений у растений и животных. Ученый сделал вывод, что все породы домашних голубей произошли от одного вида — дикого сизого скалистого голубя, обитающего на крутых утесах Средиземноморского побережья и севернее, до Англии и Норвегии. Обыкновенный сизый голубь похож на него окраской оперения. Дарвин различает два вида искусственного отбора — методический сознательный и бессознательный.
Бессознательный отбор — это отбор, направленный на улучшение породы или сорта, когда не ставится задача вывести совершенно новый сорт или породу. Например, хозяйка использует на мясо плохих несушек, а яйценоских кур оставляет, то есть идет частичная выбраковка. Методический отбор заключается в научной разработке всей селекционной работы. Используя этот метод, селекционер, как скульптор, лепит новые органические формы по заранее продуманному плану. Искусственный отбор протекает успешнее, по мнению Дарвина, в крупных хозяйствах: среди большого количества особей больше и наследственного материала, следовательно, возможности отбора и выбраковки расширяются. Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых сортов и пород, то есть никогда ранее не существовавших органических форм с признаками и свойствами, сформированными самим человеком, поэтому он является главной движущей силой в образовании новых пород животных и растений, приспособленных к интересам человека. Учение об искусственном отборе теоретически обобщило тысячелетнюю практику человека по созданию пород домашних животных и сортов культурных растений и стало одной из основ современной селекции. Естественный отбор Великая заслуга Ч. Дарвина состоит в открытии роли отбора как направляющего и движущего фактора эволюционного процесса. Благодаря мутационному процессу, колебанию численности и изоляции возникает генетическая неоднородность внутри вида.
Дарвин считал, что благодаря естественному отбору осуществляется процесс сохранения и преимущественного размножения организмов, которые обладают признаками, наиболее полезными в данных условиях окружающей среды. Естественный отбор — результат борьбы за существование, под которой понимают отклонения особей внутри видов, между видами, а также влияние природно-климатических факторов. Биосинтез белка Информационная РНК, несущая сведения о первичной структуре белковых молекул, синтезируется в ядре. Пройдя через поры ядерной оболочки, и-РНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации — перевод ее с УязыкаФ нуклеотидов на УязыкФ аминокислот. Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными т-РНК. Такая последовательность нуклеотидов в структуре т-РНК называется антикодоном. В этом состоит первый этап синтеза. Для того чтобы аминокислота включилась в цепь белка, она должна оторваться от т-РНК. Такой перевод происходит на рибосоме. Третий этап синтеза белка заключается в том, что фермент синтетаза присоединяет оторвавшуюся от т-РНК аминокислоту к растущей белковой молекуле.
Информационная РНК непрерывно скользит по рибосоме, каждый триплет сначала попадает в первый участок, где узнается антикодоном т-РНК, затем на второй участок.
Было установлено, что микрозернистые фосфориты сложены мелкими желвачками размером десятки или первые сотни микрон, которые представляют собой фосфатизированные фрагменты цианобактериальных матов, реже онколитов. В дальнейшем была проделана большая работа по изучению этих фосфоритов. Были просмотрены образцы, детально отобранные по всему разрезу, изучены все типы фосфоритов данного месторождения. Кроме этого начались наши совместные работы с микробиологами группы академика Г. Заварзина из Института микробиологии им. Виноградского, которые помогли точно идентифицировать наши находки. В результате был издан Атлас, посвященный микроорганизмам из древних фосфоритов Хубсугула Монголия. И эти фосфориты стали первым модельным объектом бактериальной палеонтологии.
В дальнейшем было продолжено изучение фосфоритов разного возраста и из разных регионов мира. Жегалло Размеры доядерных организмов Если группировать доядерные одноклеточные и вирусоидные с нанобактериями , для сравнения организмы по размерам, то градация такая: Вирусы: от 10 до 100 нанометров 0,01-0,1 мкм , но самые крупные вирусы - около 0,3 мкм, а мегавирусы - даже 1000 нм 1 мкм ; Нанобактерии: 0,05-0,2 мкм сопоставимы с вирусами ; Микоплазмы: не превышают 0,10—0,15 мкм тоже сопоставимы с вирусами ; Риккетсии: 0,2—0,6 - 0,4—2,0 мкм сопоставимы или на порядок больше нанобактерий ; Прокариотические клетки археобактерии, грибобактерии, цианобактерии, эубактерии : в большинстве случаев колеблются от 0,5 до 3 мкм. Поскольку организмы восприимчивы к аустическим и электромагнитным ЭМ колебаниям, то для диапазона 0,01-3 мкм получим следующие частоты звуковых и ЭМ излучений: более 480 МГц для звука в природе этот гиперзвук возникает при колебаниях молекул в узлах кристаллической решетки и от ультрафиолетового света до рентгеновского излучения для ЭМИ. Эукариоты уже будут резонировать с инфразвуком и электро-магнитными микроволнами. В целом же, получается, что вся шкала света от ультрафиолетового до инфракрасного нужна для восприятия эукариотическими организмами, так как ЭМИ этих частот активно воздействует на эукариотическую клетку. Что касается бактерий, то мелкие из них резонируют с рентгеновским излучением, поэтому, возможно, в их зрительных органах если такие есть должны восприниматься и X-лучи. В то же время прокариоты воспринимают гиперзвук поток фононов , длина волны которого равна среднему пробегу молекулы до ее столкновенияч с другой - а это значит, что в бактериях возможен обмен неискаженными сигналами с помощью броуновского движения. Классификация прокариот и их общий предок Лука Считается, что в очень далёком прошлом все три домена жизни — бактерии, археи и эукариоты [а микоплазмы и риккетсии разве не домены? Лука жил на Земле примерно 3,5—3,8 млрд лет назад, и в нём уже были запечатлены все основные черты земной жизни: его наследственная информация в виде генетического кода хранилась в ДНК, белки состояли из; 20 аминокислот, энергия запасалась в виде АТФ и т.
Классификацию прокариот традиционно проводят по последовательностям гена 16S рРНК. Из проб, взятых в разных местах например, из почвы, горячих источников или донных морских отложений выделяют все имеющиеся там версии гена 16S рРНК и строят по ним эволюционные деревья. На деревьях часто обнаруживаются ветви, не соответствующие ни одной из известных групп прокариот. Что интересно, клеточная мембрана у археобактерий и эубактерий возникла независимо. А археобактерии вообще могли прийти из космоса. Микоплазмы микроорганизмы без клеточной стенки Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов , так и от бактерий. Они не имеют клеточной стенки [может быть, потеряли? Неподвижны [как грибы]. Сапрофиты или паразиты.
Это самые мелкие из существующих в природе организмов [за исключением нанобактерий? Точно так же, как вирусы, микоплазмы не могут существовать иначе, чем паразитируя [противоречие - значит они не могут самостоятельно жить] на клетках хозяина. Микоплазмы способны расти на искусственных питательных средах, размножаются делением и почкованием. В группу микоплазм входят два рода микроорганизмов - собственно микоплазма Mycoplasma hominis, Mycoplasma genitalium и уреаплазма Ureaplasma urealiticum. Патогенные микоплазмы вызывают болезни человека например, пневмонию, половые , животных например, поражают легкие и растений. Риккетсии бактерии с кольцевой хромосомой Риккетсии Rickettsiaceae — семейство бактерий. Названы по имени X. Риккетса 1871—1910 , в 1909 впервые описавшего возбудителя пятнистой лихорадки Скалистых гор. В том же году сходные наблюдения были сделаны Ш.
Николем и его коллегами при исследовании сыпного тифа. В 1910 Риккетс погиб от сыпного тифа, изучением которого занимался в Мексике. В честь заслуг ученого возбудители этих инфекций были названы «риккетсиями» и выделены в род Rickettsia. Типичный род Rickettsia представлен полиморфными, чаще кокковидными или палочковидными [как грибобактерии], неводвижными клетками. Грамотрицательны [? В оптимальных условиях клетки риккетсий имеют форму коротких палочек размером в среднем 0,2—0,6?
Недавно был проведен беспрецедентный по масштабам анализ бактериальных фенотипов, реконструированных с помощью геномных данных. Оказалось, что фенотипы эволюционируют со своей особенной скоростью, а весь процесс условно делится на две стадии: быструю и медленную. Интересно, что во время медленной стадии, которая длится миллиарды лет, за единицу времени меняется постоянное число фенотипических признаков.
Словарь терминов Фенотип — совокупность наблюдаемых внешних признаков организма. Генотип — совокупность генов, характерных для организма. Приспособленность — способность выживать и оставлять потомство в определенных условиях. Дивергенция — расхождение в ходе эволюции признаков и свойств изначально родственных организмов. Ортологичные гены — гомологичные гены, произошедшие от одного и того же предкового гена и, как правило, кодирующие продукты со сходными функциями. Синтетическая леталь — пара генов, одновременная мутация которых приводит к летальному фенотипу, а каждого по отдельности — нет. Пангеном — суммарный набор генов каждого вида, который можно подразделить на три части: универсальные гены есть у всех штаммов , периферические гены есть у большей части штаммов и штамм-специфичные, уникальные, гены. Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков , ставшее основой для понимания естественного отбора.
Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1]. Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма. Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков. У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода. Конечно, это не единственный класс фенотипических признаков микроорганизмов, однако такой метаболический «портрет» всегда определяет стиль жизни микробов и вносит весомый вклад в их общую приспособленность.
Вирусы как эволюционный фактор
Цианобактерии наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых строматолиты, возраст более 3,5 миллиардов лет обнаружены на Земле. Они были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Сравнительно крупные размеры клеток и физиологическое сходство с водорослями было причиной их рассмотрения ранее в составе водорослей «синезелёные водоросли», «цианеи». За то время было альгологически описано более 1000 видов в почти 175 родах.
Бактериологическими методами в настоящее время подтверждено существование не более 400 штаммов. Биохимическое, молекулярно-генетическое и филогенетическое сходство цианобактерий с остальными бактериями в настоящее время подтверждено солидным корпусом доказательств, однако до сих пор некоторые ботаники, отдавая дань традиции, склонны относить цианобактерии к водорослям. Единственные, наряду с прохлорофитами, бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу, предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей прохлорофиты по этой теории имеют общих предков с хлоропластами прочих водорослей и высших растений.
Сине-зелёные водоросли выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод. Они замечательны тем, что способны использовать атмосферный азот и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода.
В отличие от фотосинтезирующих бактерий, цианобактерии при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным источником свободного кислорода в атмосфере Земли, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы. Строматолиты ископаемые цианобактериальные маты Строматолиты др.
Следует иметь ввиду, что вещество, из которого построен строматолит, не создается матом; последний лишь структурирует естественное осадконакопление. На ранних стадиях изучения строматолиты ассоциировались с остатками многоклеточных эукариот — губками, кораллами или мхами. По степени сложности они более всего напоминали исследователям скелеты многоклеточных эукариот.
Позже к числу возможных строматолитообразователей были отнесены миксомицеты. Дальнейшее изучение строматолитов позволило однозначно связать их образование с жизнедеятельностью колоний нитчатых цианобактерий. Это было показано в результате обнаружения остатков нитей в ископаемых строматолитах и подтверждено исследованиями их современных аналогов.
Строматолиты чаще всего состоят из карбоната кальция потому лишь, что карбонатный тип осадконакопления в море наиболее обычен, однако в иных гидрохимических условиях формируются строматолиты фосфатные, кремнеземовые, железистые и пр. Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого строматолита, представляет собой плотный многослойный "ковер" общей толщиной до 2 см; основу его составляют нитчатые либо пальмеллоидные цианобактерии, однако помимо них в формировании сообщества участвуют и другие бактерии. Маты существуют во многих районах мира, однако в современное время настоящие строматолиты существуют только в Акульем заливе на западном побережье Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов.
Многослойная расцветка строматолитов может меняться в течении суток, поскольку обитатели нижних слоев могут подниматься в темное время наверх и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни.
Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Строматолиты обитали в соленых и пресных водах. В протерозое из строматолитов состояли огромные рифы мощностью в сотни метров.
Отдельные глубоководные строматолиты достигали высоты 75 м. Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой и т. Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще.
Микростроматолиты строматолиты-столбики Министроматолиты - мельчайшие столбчатые строматолиты с диаметром столбиков Представительный комплекс раннепротерозойских министроматолитов имеет возраст 2. Следующий возрастной комплекс министроматолитов, развитый в раннем и начале среднего рифея 1. В целом рифейские министроматолиты однообразнее раннепротерозойских из-за исчезновения одной сложно построенной надродовой дорифейской группировки, преобладания в рифее форм с цилиндрическими вертикальными колонками и появления короткостолбчатых построек, связанных протяженными наслоениями.
Наряду с этим, рифейские министроматолиты проявляют явную тенденцию к уменьшению диаметра и высоты колонок и к увеличению количества переходных мостиков. Имеются и возрастом 775 млн. Тенденции морфологических изменений министроматолитов, зафиксированные в протерозое, не находят продолжения в их раннепалеозойском комплексе и не совпадают с тенденциями изменения протерозойского комплекса столбчатых строматолитов обычной размерности.
Поэтому можно предполагать, что ответственность за формирование каждого из упомянутых комплексов несли специфические ассоциации микроорганизмов. Prochlorales — «дохлорофильные дробянки» — порядок прокариот, обычно относимый к царству бактерий, отличительной особенностью представителей которого является способность к оксигенному фотосинтезу, сходному с таковым у цианобактерий при отличном от цианобактерий составе фотосинтезирующих пигментов. Возможно, вместе с цианобактериями участвовали в строительстве строматолитов.
В силу своей редкости прохлорофиты не имеют какого-либо существенного практического значения, однако представляют немалый научный интерес как возможные «предки» хлоропластов эукариот.
Это происходит в процессе естественного отбора , посредством которого полезные адаптации передаются будущим поколениям до тех пор, пока этот признак не станет общим для всей популяции. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения , что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Это делает бактерии восприимчивыми к воздействию окружающей среды. Это преодолевается путем обмена генетической информацией путем трансдукции, трансформации или конъюгации.
Это позволяет эволюционировать новым генетическим и физическим приспособлениям, позволяя бактериям адаптироваться к окружающей среде и развиваться. Кроме того, бактерии могут воспроизводиться всего за 20 минут, что позволяет быстро адаптироваться, а это означает, что новые штаммы бактерий могут быстро развиваться. Это стало проблемой для устойчивых к антибиотикам бактерий. Термофильных бактерий из глубоководных источников.
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]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис. Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания.
Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис. Сорохтин и соавт. Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах. По мнению Г. Заварзина [4] и С.
Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно. Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр. С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6]. Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной. Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий.
Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений. С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5]. После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12]. Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот.
Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33]. Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями. Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет.
Свободноживущей формой митохондрий Л. Маргелис [11] называет аэробную бактерию, имеющую цикл Кребса и соединившуюся с анаэробным прокариотом. Марков [12] считает предком эукариот целое про- кариотное сообщество, состоящее из анаэробных гете-ротрофов архебактерий , аэробных эубактерий и анаэробных фотосинтетиков цианобактерий. Каждый из членов сообщества получает от такого симбиоза прямую выгоду: цианобактерии и археобактерии избавляются от излишков токсичного кислорода, археобактерии и аэробные эубактерии получают необходимую для питания органику. Более того, с переходом к внутриклеточному симбиозу эубактерии будущие митохондрии и пластиды переводят свои геномы «под защиту» репарационных систем клетки-хозяина архебактерии. Возможно, это стимулировало быстрый переход большинства митохондриальных и пластидных генов в ядро.
К настоящему времени симбиотическая теория является общепризнанной. Тем не менее, О. Кусакин и А. Дроздов [9] приводят против нее много возражений. Например, ДНК митохондрий содержит интроны и имеет линейную форму, чего не наблюдается у бактерий, нередко в ней закодирована только часть белков, а остальные - в ДНК ядра и т. В процессе эволюции эукариотной клетки появились первые многоклеточные организмы с дифференцированными клетками: 1,2 млрд лет назад - первые водоросли, 1-0,7 млрд лет - морские беспозвоночные, 410-420 млн лет - первые наземные растения, 545-590 млн лет - первые животные [19, 20, 39].
Таким образом, благодаря древней прокариотной биосфере на современной Земле в сложных биогеоценозах существуют и взаимодействуют, помимо бактерий, грибов и вирусов, 860000 видов насекомых, 350000 -растений, 8600 - птиц и 3200 - млекопитающих. Астафьева [и др. Герасименко [и др. Заварзин Г. Введение в природоведческую микробиологию. Татаринова, А.
Звягинцев И. Крылов И. На заре жизни. Кусакин О. Филема органического мира. Лысенко С.
Маргелис Л.
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. Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии.
Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям. Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов. Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле. Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни.
Таким образом, гены, кодирующие такие основные клеточные функции, как транскрипция и трансляция, по-видимому, свободно перемещались по популяциям простейших организмов. Этим предположением объясняется, почему во всех клетках, независимо от их принадлежности к тому или иному домену, присутствует много общих генов. По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются. Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток.
В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Морфология бактерий
- Прокариоты на сайте Игоря Гаршина. Доядерные одноклеточные микроорганизмы
- Иллюстрации
- Бактерии (5–7 кл.)
- Вход и регистрация
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - Биология »
- Эволюция бактерий
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Эти микроорганизмы выполняют некоторые полезные функции, например препятствуют проникновению и размножению болезнетворных бактерий. Многие болезни человека — ангина, коклюш, сальмонеллёз — вызываются болезнетворными бактериями. Бактерии, живущие в зубном налёте, питаются остатками пищи и могут вызывать кариес от лат. С патогенными бактериями люди борются с помощью антибиотиков от лат. Полезные и вредные бактерии в организме человека Молочнокислые и уксуснокислые бактерии используются для приготовления продуктов брожения — простокваши, йогурта, сметаны, сыра, квашеной капусты, соевого соуса, уксуса. Силос — сочный корм для сельскохозяйственных животных — тоже получают с помощью бактерий, путём заквашивания зелёной массы кормовых растений. Бактерии гниения и брожения могут вызывать порчу пищевых продуктов — скисание молока, прогоркание масла, протухание мяса и рыбы. Употребление в пищу испорченных продуктов может вызывать отравление. Для сохранения продуктов их подвергают специальной обработке — консервации от лат. В результате такой обработки создаются условия, не подходящие для развития микроорганизмов, а упаковка предотвращает попадание на продукты новых бактерий и их спор.
Учёными используют бактерий как объект для исследования. Клетки бактерий относительно просто устроены, но обладают процессами жизнедеятельности, сходными с клетками других организмов. Генетики и биохимики на клетках бактерий как на модельных организмах изучают деятельность генов и особенности обмена веществ. Учёные смогли «научить» бактерии производить нужные людям вещества, например инсулин лекарство для больных диабетом , витамины, пищевой и кормовой белок. Главное Бактерии — микроскопические одноклеточные организмы, которых можно встретить везде — в воде, воздухе, почве, на поверхности тел других организмов и даже внутри них. Клетки бактерий окружены прочной оболочкой, но не имеют ядер и сложно устроенных органоидов. Бактерии очень устойчивы к воздействиям внешней среды. Они способны образовывать споры и переносить неблагоприятные условия в течение длительного времени. У разных видов бактерий разные потребности к условиям окружающей среды.
Среди них есть паразиты, симбионты и свободноживущие организмы; нуждающиеся в кислороде и способные жить без него; потребители готовых органических веществ и их производители. Бактерии имеют большое значение в природе и жизни человека. Они разрушают мёртвое органическое вещество, поддерживают плодородие почв, участвуют в пищевых цепях, являясь пищей для одноклеточных животных. Некоторые бактерии вызывают опасные заболевания, другие полезны для человека и используются им. Вакцинация — введение в организм вакцины. Цитоплазма представляет собой прозрачное гелеобразное вещество и находящиеся в нём обязательные клеточные структуры — органоиды, а также непостоянные образования — включения. Включения имеют вид зёрен, комочков, капель разной величины и формы. В виде включений в клетке могут накапливаться запасы питательных веществ, ненужные продукты обмена веществ, пигменты красители. Эукариотами являются животные, растения и грибы.
Прокариотами являются бактерии и археи. К аэробам относятся все растения, большинство животных, грибов и бактерий. К анаэробам относятся некоторые виды животных, грибов и бактерий. Неорганические вещества ещё называют минеральными. Среди них есть как простые состоящие из одного химического элемента, например железо, кислород, алмаз , так и сложные вещества состоящие из атомов двух и более видов, например углекислый газ, пищевая сода, поваренная соль. Самые распространённые в телах живых существ неорганические вещества — это вода и минеральные соли. Органические вещества — так в начале XIX в. Позднее было установлено, что органические вещества содержатся и образуются не только в живых организмах, но и в неживой природе, но название уже закрепилось за этой группой веществ, и учёные-химики решили его не менять. Органические вещества очень разнообразны по своим свойствам и строению молекул, но химики установили, что в состав органических веществ обязательно входят атомы углерода.
Самые значимые для живых организмов группы органических веществ — это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Раньше цианобактерий называли синезелёными «водорослями» и относили к царству растений, но в настоящее время известно, что клетки этих организмов не имеют ядер, а значит, относятся к прокариотам. Свернуть Антони ван Лёвенгук.
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. Данная форма «сожительства» носит название комменсализма. В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека. Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов. Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний. Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде. В дальнейшем появились факультативные шигеллы, менингококки, микобактерии , а затем облигатные патогенные простейшие, хламидии, риккетсии внутриклеточные паразиты.
По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора. Основные определения Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды.
Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя». В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики.
В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают. А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне. Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов. Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто.
Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез. Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико. Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты.
Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения. Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно. С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик. При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий.
Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас. Прямо сейчас никто не вымирает. Новых болезней немного, а вот масса заболеваний, которые до недавних пор воспринимались как генетические или связанные с какими-либо дефектами, как выясняется, имеют бактериальную природу: от диабета до колитов и даже шизофрении — оказывается, чтобы завелись тараканы в голове, нужны кое-какие бактерии в животе. Взять те же антибиотики: если они очищают от микробов какую-то нишу, где те спокойно жили, там обязательно заводится кто-нибудь другой. Все-таки жизнь существует уже 3,5 миллиарда лет и научилась приспосабливаться ко всяким разностям. Особенно учитывая, что бактерии постоянно обмениваются своими генами и вирусами. А мы — та среда, в которой происходит их отбор. Когда среда меняется, меняются и они. Бактериям в этом смысле жить гораздо тяжелее, чем нам.
Поскольку каждый бактериофаг специфичен к той бактерии, на которой паразитирует, они могут быть эффективнее, чем антибиотики. Бактериофаги открыли лет сто назад, и изначально именно их планировали использовать против бактерий. Но открытие антибиотиков позволило на время забыть про бактериофагов. Потом, правда, удрал, говорят, не поделил женщину с каким-то энкавэдэшником. Но институт остался, там же был завод, где делались таблетки, такие заводы и сейчас есть в Нижнем Новгороде и Перми. У советского солдата в личном пакетике всегда была таблетка интестифага. Кстати, большинство войн сегодня проигрывается, как и во времена Римской империи, не из-за поражений, а из-за поносов. Но он сам по себе вызывает иммунный ответ организма. Еще одна проблема — конструирование новых бактерий: бактериофаги часто переносят ДНК от одной бактерии к другой.
И масса новых патогенов — это обычные бактерии, которые просто подцепили вирус. Поэтому есть сильное подозрение, что широкое использование бактериофагов могло бы привести к развитию новых опасных патогенов. Точных ответов никто не знает, слишком мало было надежных исследований. На Западе интерес к этой теме сейчас возрос: например, бактериофагами лечат «ножки Буша», на которых развивается сальмонелла, — опрыскивают их, как спреем, и увеличивают срок годности. У бактериофагов есть гены, которые позволяют убить клетку. И если вы умеете читать геномы бактериофагов и определять нужные гены, то можете просто применять их как инструмент для выделения генов, продукты которых могут быть использоваться как кандидаты в антибиотики.
Они словно самим господом богом созданы для эффективного естественного отбора. Кишечная палочка делится за 15 минут. Если вы посадили одну бактерию кишечной палочки в чашку, то через 8 часов обнаружите колонию ее потомков размером с булавочную головку — в ней будет 10 миллионов бактерий, это опять-таки — столько, сколько человек живет в Москве. Чтобы попытаться выработать у москвичей устойчивость к радиации, придется взорвать над столицей атомную бомбу и ждать потомства от выживших. С бактериями всё гораздо проще — вырастили колонию за 8 часов, облучили ее, и вот уже можно изучать потомство наиболее жизнестойких особей. С ними удобно работать! Быстрее ли они эволюционируют? Нет, просто быстрее размножаются. Горизонтальный перенос генов— передача генетического материала другому организму, не являющемуся потомком. Митохондрия — органелла орган клетки размером с бактерию, запасающая и высвобождающая по мере надобности энергию. У нее есть свой геном. Считается, что митохондрии — это бывшие бактерии, которые внедрились в клетки более продвинутых организмов. Ретровирусы — вирусы, генетическая информация которых содержится в на молекуле РНК. Самый известный представитель — ВИЧ. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек. Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются. Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим. Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть. Допустим, сидят себе бактерии, и тут вдруг становится очень плохо — среда изменилась. Большинство бактерий умирает, и вся их ДНК вытекает наружу. А некоторые выживают и встраивают в себя части этой ДНК. Большинству это ничего не дает, а кто-то получает новые возможности — он растет, и ему становится совсем хорошо, потому что все вокруг погибли: еды куча, никто не мешает. Они могут выдержать долгое кипячение и подолгу не гибнут в дезинфицирующих препаратах [КШ] У людей довольно большая часть ДНК вирусного происхождения. Значит, тут тоже речь идет о горизонтальном переносе. Возможен ли перенос генов от бактерий к людям? У нас нет бактериальных генов, кроме тех, что мы когда-то получили от бактерий, ставших митохондриями в клетках нашего организма. Помните, как возникли клетки, от которых произошли мы и все, кого мы видим в зоопарке? Наш одноклеточный предок захватил некую древнюю бактерию и заставил ее кашу варить — энергию вырабатывать. Но чтобы эта бактерия не прибила нашего предка, большинство генов из нее было перенесено в ядро. А гены вирусов, про которые вы говорите, действительно составляют у нас солидную часть генома. Это остатки ретровирусов, которые встроились в разные места нашей ДНК. Они встроились так, чтобы мешать работе наших генов, но испортились потихонечку. Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше. Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать.
Остались вопросы?
Некоторые виды бактерий имеют один или несколько жгутиков, с помощью которых они передвигаются. Узнать больше: пили бактерий Этот материал будет полезен тем, кто готовится к олимпиаде Иногда клетки бактерий бывают покрыты многочисленными тонкими выростами — пилями от лат. Пили представляют собой нитевидные белковые образования и бывают двух видов. Одни, более короткие и тонкие, участвуют в прикреплении бактериальных клеток к различным поверхностям и друг к другу.
Другие, длинные и более толстые, служат для передачи наследственного материала от одной бактериальной клетки к другой. Жизнедеятельность бактерий Дыхание Большинство видов бактерий используют для дыхания кислород, их называют аэробными бактериями. Но есть виды прокариот, не нуждающиеся в кислороде, — это анаэробные бактерии.
Бактерии-анаэробы способны жить на дне водоёмов, в глубоких слоях почвы, в желудках и кишечниках животных, то есть в местообитаниях, где совсем немного или вообще нет кислорода. Некоторые бактерии могут приспосабливаться к жизни в средах с разным содержанием кислорода. Если кислорода достаточно, то дыхание у таких бактерий протекает как у аэробных организмов, а если кислорода мало или он отсутствует, то их обмен веществ перестраивается, и они на время становятся анаэробными организмами.
Питание Для разных видов бактерий характерны самые разнообразные способы питания. Большую группу составляют микроорганизмы, питающиеся готовыми органическими веществами, — гетеротрофные бактерии. Среди них есть как паразиты и симбионты других организмов, так и свободноживущие сапротрофы.
Всем известны болезнетворные бактерии, поселяющиеся в организмах животных, в том числе человека, и вызывающие различные заболевания, например туберкулёз, холеру. Это бактерии-паразиты, они питаются за счёт ресурсов организма-хозяина, поедая органические вещества его тела и нанося ему вред. В организмах животных и растений можно также обнаружить бактерий-симбионтов.
Эти бактерии не вредят организму, в котором обитают, а наоборот, приспособились к взаимовыгодному обмену с ним. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений клевера, гороха, фасоли , не только используют органические вещества организма-хозяина, но и снабжают растение соединениями азота, принося ему пользу. Дело в том, что клубеньковые бактерии — это уникальные организмы, способные усваивать из воздуха азот и превращать его в доступную растениям форму.
Сами растения такой способностью не обладают. Таким образом, из сожительства выгоду извлекают и симбиотические бактерии, и бобовые растения. 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.
Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое.
Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода. Для таксономических рангов выше семейства наблюдается ещё меньшее фенотипическое сходство. Всё это говорит о том, что полногеномные метаболические реконструкции можно использовать для уточнения бактериальной таксономии. Фенотипические часы? Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4].
А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях. Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают».
На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными. Рисунок 3. Изменение сходства существенных генов a и синтетических леталей b c ростом генетического расстояния.
Это явление, которое нельзя приписать какому-то определённому месту и времени, результат последовательных процессов, действовавших на земле невероятно долго, миллионы лет, и завершившихся образованием современной биосферы. От неорганических соединений - к органическим, от органических — к биологическим: так последовательно совершался процесс зарождения жизни. Чарлз Дарвин был один из первых, кто рассматривал эту проблему с научной точки зрения. После Дарвина Тиндаль ставил опыты по самозарождению, Томас Гексли высказывал идеи о живой протоплазме. После Гексли в течение полувека интерес к этой проблеме был невелик.
Успех в одной области знаний сдерживал дальнейшее развитие в другой. В 1924 году Алекс. Опарин, советский биохимик, опубликовал брошюру, в которой говорилось « …вещества с большими, сложными частицами очень склонны давать коллоидные растворы в воде. Рано или поздно, но такие коллоидные растворы органических веществ должны были возникнув в первичной водной оболочке Земли, и раз возникнув, они оставались существовать, усложняя и увеличивая свою молекулу всё дальше и дальше… и …. Развиваясь и совершенствуясь дальше, они дали, наконец, те формы организмов, которые мы наблюдаем и в настоящее время». Существует обширная литература по вопросам накопления растворов органических веществ, которое сопровождалось образованием структур, напоминающих клетки. Однако такое перепрыгивание от морфологического сходства к функциональному весьма опасно, особенно, если речь идёт об объектах, возраст которых несколько миллиардов лет. Экспериментально Опарин и его сотрудники получили коацерватные капли из большого количества различных биологических веществ. Коацерваты - мельчайшие коллоидные частицы, обладающие осмотическим свойствами.
Благодаря проницаемости стенок происходит селективное проникновение молекул из окружающей среды внутрь системы и обратно. Своеобразная модель «протоклеток». Изменчивость структур коацерватов, легкость их возникновения и способность концентрироваться в слабых растворах, возможно позволили им играть исключительную роль в доклеточной эволюции. Согласно другому учёному Фоксу, возможным путём возникновения на Земле первых клеток было образование микросфер — маленьких твёрдых шариков, полученных из протеиноидов. По форме и размерам эти микросферы часто сравнивают с бактериями. Таким образом, все предположения относительно того, каким образом могли возникнуть первые структуры, подобные клеткам, являются весьма спорными. В этой области, лежащей на стыке химии и биологии, проводилось много исследований, но получено мало чётких результатов. Примитивные организмы, возникшие в первичных океанах Земли, были анаэробными и, вероятнее всего, гетеротрофными; океаны в изобилии поставляли им пищу, и первым микроорганизмам оставалось лишь пожирать её.
Митохондрия — органелла орган клетки размером с бактерию, запасающая и высвобождающая по мере надобности энергию. У нее есть свой геном. Считается, что митохондрии — это бывшие бактерии, которые внедрились в клетки более продвинутых организмов. Ретровирусы — вирусы, генетическая информация которых содержится в на молекуле РНК. Самый известный представитель — ВИЧ. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек. Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются. Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим. Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть. Допустим, сидят себе бактерии, и тут вдруг становится очень плохо — среда изменилась. Большинство бактерий умирает, и вся их ДНК вытекает наружу. А некоторые выживают и встраивают в себя части этой ДНК. Большинству это ничего не дает, а кто-то получает новые возможности — он растет, и ему становится совсем хорошо, потому что все вокруг погибли: еды куча, никто не мешает. Они могут выдержать долгое кипячение и подолгу не гибнут в дезинфицирующих препаратах [КШ] У людей довольно большая часть ДНК вирусного происхождения. Значит, тут тоже речь идет о горизонтальном переносе. Возможен ли перенос генов от бактерий к людям? У нас нет бактериальных генов, кроме тех, что мы когда-то получили от бактерий, ставших митохондриями в клетках нашего организма. Помните, как возникли клетки, от которых произошли мы и все, кого мы видим в зоопарке? Наш одноклеточный предок захватил некую древнюю бактерию и заставил ее кашу варить — энергию вырабатывать. Но чтобы эта бактерия не прибила нашего предка, большинство генов из нее было перенесено в ядро. А гены вирусов, про которые вы говорите, действительно составляют у нас солидную часть генома. Это остатки ретровирусов, которые встроились в разные места нашей ДНК. Они встроились так, чтобы мешать работе наших генов, но испортились потихонечку. Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше. Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию?
Как шла эволюция бактерий
С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки.
Материалы по теме
- - Общая биология, ответы на билеты
- Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? кратко
- Теории и практики фенотипической эволюции
- Вирусы как эволюционный фактор
- Эволюция всего: как развиваются бактерии, вирусы и люди — T&P
- - Общая биология, ответы на билеты
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
А вот что Г. Заварзин написал по поводу целых бактериальных сообществ Заварзин, 2001 : … Поверхность строматолита возраст 2. Более того, микропалеонтологи утверждают, что микрофоссилии цианобактерий, возраст которых более 2 млрд. Не происходило ни изменений, ни эволюции, выходящей за рамки изменчивости, приуроченной к местообитаниям. Следовательно, изучая современные циано-бактериальные сообщества можно составить представление о микробной биосфере протерозоя… То есть, мало того, что цианобактерии никак не изменялись на протяжении практически всей истории жизни на Земле.
Так они не изменялись еще и целыми бактериальными сообществами. Помимо поразительных фактов, приведенных академиком Заварзиным, совсем новая научная публикация Schopf et al. Из этой публикации мы узнаем, что окаменевшие сообщества древнейших серобактерий возрастом 1. А во-вторых, эти же древнейшие бактериальные сообщества оказались идентичны сообществам современных серобактерий, открытых у побережья Южной Америки в 2007 году Schopf et al.
Со стороны верующих дарвинистов это весьма зажигательно — доказывать эволюцию живых существ на примере таких биологических созданий, которые вообще не изменялись на протяжении 2 млрд. Кроме этого, имеются и другие серьезные особенности бактерий, которые наводят на размышления — а корректно ли вообще рассматривать примеры с «эволюцией бактерий» в качестве аналогии эволюции любых других живых существ? Прежде всего, бактерии радикальным образом отличаются от эукариот[179] строением своих клеток. Бактерии устроены гораздо проще и имеют массу отличий от эукариотических клеток, как биохимически, так и морфологически Рис.
Слева схематичное строение бактериальной клетки. Справа схематичное строение эукариотической клетки пропорции не соблюдены — эукариотические клетки обычно в 10—20 раз больше бактериальных клеток. Кроме того, бактерии разделяются еще и между собой, и тоже радикальным образом в биохимическом плане. Настолько, что это потребовало разделения всех бактерий на два отдельных домена — эубактерии и архебактерии, несмотря на их морфологическое сходство друг с другом.
Различия между тремя только что озвученными группами живых существ настолько радикальны, что сейчас некоторые авторы предлагают вообще разделять всю существующую на Земле жизнь на три разных формы: эубактерии, архебактерии и эукариоты Шаталкин, 2004. Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал.
Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении.
Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно.
В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл?
Не небольшом вулканическом острове Оаху, изрезанном скальными гребнями и долинами, заросшими влажным тропическим лесом, обитает 25 видов улиток. Всего на острове 25 долин со схожими условиями обитания, в каждой из которых обитает свой вид улиток.
Какой тип видообразования обусловил появление такого разнообразия видов улиток? Какие факторы движущие силы эволюции обеспечили образование этих видов улиток и какова роль каждого из факторов? Ответ 2 разделение долин скальными гребнями; 3 низкая миграционная способность улиток невозможность преодолеть скальные гребни ; 4 изоляция; 5 изоляция популяций друг от друга препятствовала обмену генами; 6 мутации; 7 мутации приводили к изменению генофонда в каждой популяции; 8 дрейф генов эффект основателя ; 9 каждая изолированная группа отличалась изначальным генофондом 13. При каких условиях генетически разнообразная популяция организмов может со временем образовать два вида? Укажите возможные причины разделения популяции с образованием двух видов.
Ответ 1 Для того, чтобы образовались два вида, должна возникнуть изоляция: 2 географическая изоляция возникает в результате появления физической преграды между частями популяции; 3 экологическая изоляция возникает при смене экологической ниши частью популяции; 4 изоляция может привести к образованию двух видов в случае невозможности скрещивания и обмена генами между новыми популяциями репродуктивная изоляция. Объясните, как переселение человеком собак в Австралию привело к образованию нового вида Дикая собака динго. Для объяснения используйте знания о факторах эволюции. Ответ 1 популяция собак, переселённых в Австралию, оказалась пространственно изолированной от популяций собак волков других континентов; 2 в изолированной популяции собак появились новые мутации признаки, аллели , которые оказались полезными в новых условиях жизни; 3 длительный естественный отбор сохранил полезные признаки мутации и привёл к изменению генофонда; 4 репродуктивная изоляция привела к формированию нового вида. Определите по рисунку вид изоляции севанской форели, приведший к образованию различных популяций.
Ответ обоснуйте. Почему учёные относят эти популяции к одному виду? Почему севанская форель требует пристального внимания со стороны природоохранных организаций? Ответ 2 в исходном виде сформировались популяции с разными местами нереста; 3 в исходном виде сформировались популяции с разными сроками нереста; 4 между популяциями нет репродуктивной изоляции, поэтому это один вид; 5 этот вид-эндемик обитает только в озере Севан 16. Как с позиции современного эволюционного учения объясняется появление собачьих блох, устойчивых к противоблошиному шампуню?
Ответ 1 в популяции блох присутствуют особи с различной степенью устойчивости к ядовитым веществам разными мутациями ; 2 при обработке шампунем в ходе борьбы за существование неустойчивые к яду шампуня блохи погибают, а устойчивые выживают; 3 выжившие блохи передают гены устойчивости к яду мутацию своим потомкам получим преимущество в размножении ; 4 в результате естественного отбора формируется новая популяция, устойчивая к яду шампуня 17. Вид азиатской птицы зеленоватой камышевки Phylloscopus trochiloides распространился на восток и запад Тибетского плато с юга, огибая непроходимые Гималаи направление распространения вида указано стрелками , где миграция из-за высоты гор невозможна. При этом образовалось множество подвидов, которые различаются по мотивам песни и окраске. Соседние подвиды способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P. Однако дальние подвиды не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P.
Какой тип видообразования иллюстрирует данный пример? Почему у дальних подвидов P. Дайте аргументированный ответ. Ответ 2 дальние подвиды долгое время не контактировали между собой отсутствовал поток генов ; 3 в результате между подвидами накопились значимые генетические различия генофонд подвидов стал различаться ; 4 поэтому возникла репродуктивная изоляция. Виды тихоокеанской саламандры Ensatina распространены вокруг долины в Калифорнии, которая ограничена горным массивом.
В процессе эволюции последовательно образовались виды, которые отличались друг от друга по окраске и другим морфологическим признакам направление распространения видов указано на рисунке стрелками. 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.
Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений! Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация. Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации — прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет. Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай как и у всех позвоночных животных имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез в лимфоцитах , в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции. Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми. Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим. В таком случае живое существо имеет возможность заранее подготовиться к изменению среды, опираясь на уже имеющуюся информацию. Например, если Вы голодны, а Вам в этот момент протягивают шампур с жареным шашлыком Вы видите жареное мясо и чувствуете его запах , то в это время было бы полезно, если бы у Вас уже «потекли слюнки». То есть, чтобы Ваш организм немедленно начал готовиться к успешному поглощению пищи. В этом случае Вы работаете как бы на опережение событий — выделяете слюну уже при виде жареного мяса. Благодаря нашему знаменитому соотечественнику Ивану Петровичу Павлову, все мы уже со школьной скамьи узнаём, благодаря чему наш организм может эффективно предугадывать события. Это происходит благодаря выработке условных рефлексов в нашей нервной системе. А вот бактерии — не имеют нервной системы. И соответственно, не имеют и условных рефлексов. Однако «работать» на опережение событий они умеют. Без всякой нервной системы. Потому что они имеют громадную численность колоний. Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение». Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову Марков, 2009б : …Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула.
Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке. Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Строение животной клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами. Наружная, или плазматическая, мембрана — отграничивает содержимое клетки от окружающей среды других клеток, межклеточного вещества , состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку пиноцитоз, фагоцитоз и из клетки. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. Органоиды клетки: 1 эндоплазматическая сеть ЭПС — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, ли-пидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке; 2 рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка; 3 митохондрии — Усиловые станцииФ клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы складки , увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией; 4 комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов; 5 лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных -. В лизосомах разрушаются отмершие части клетки, целые и клетки. Клеточные включения — скопления запас- иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов. Ядро — наиболее важная часть клетки. Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а Другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам. Ядро — место синтеза ДНК. Формы естественного отбора В природе естественный отбор, без сомнения, выступает как единый фактор, действующий в пределах популяций. Однако в зависимости от изменений условий среды и взаимодействия популяций и видов не только его направление, но и формы могут меняться. Механизм действия естественного отбора при этом остается неизменным — выживание и более эффективное размножение индивидуумов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Выделяют несколько форм отбора: — движущий — стабилизирующий — разрывающий. Движущая форма отбора. Способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм. Популяции, находящиеся достаточно долго в стабильных, мало меняющихся условиях, достигают высокой степени приспособленности и могут длительное время пребывать в равновесном состоянии, не испытывая значительных изменений генотипического состава. Однако изменение внешних условий может быстро привести к значительным сдвигам в генотипической структуре популяций. Огромный запас генотипического разнообразия дает очень широкие возможности для изменения большинства морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков. Яркий пример, доказывающий существование движущей формы естественного отбора, — так называемый индустриальный меланизм. Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными. Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие. Любая адаптация приспособление никогда не бывает абсолютной. Приспособление всегда относительно в связи с постоянной изменчивостью организмов и условий среды. Стабилизирующая форма отбора Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака. Приспособленность к определенным условиям среды не означает прекращения действия отбора в популяции. Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками. При стабилизирующем отборе устраняются такие особи. Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов. Во многих случаях осуществляется отбор организмов с наибольшей выраженностью гомеостаза индивидуального развития, что в значительной степени препятствует проявлению в фенотипе мутаций и неблагоприятных сочетаний аллелей, так же как и вредными воздействиями среды. В результате стабилизирующего отбора отбираются организмы с такими генотипами, которые обеспечивают устойчивое развитие признаков, имеющих среднее значение для данной популяции. Разрывающий отбор Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим. Его можно объяснить на примере появления распогремка — раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции. Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл. Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.. Бактерии используют для синтеза энергию химических реакций. Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом. Из хемосинтетиков важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтетиками являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. Роль хемосинтетиков очень велика, особенно азотфиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот, находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак ,который хорошо ими усваивается. Приспособленность организмов и ее относительность Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут. Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. В это понятие входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым имифункциям. Например, совершенны приспособления стрижа к полету, а дятла — к жизни в лесу. Характер их приспособлений к жизни в своеобразной среде различен. Стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв. Дятел добывает из-под коры личинок насекомых: у него крепкий длинный клюв и длинный язык. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров. Приспособительное многообразие — доказательство изменчивости. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Некоторые животные наделены ярким узором окраска у зебры, тигра, жирафа, змей и т. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и тоже делает животных менее заметными. Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки. Насекомых, живущих на коре дерева жуки, усачи и др. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида или предметам среды. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия — результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование. Предупреждающая угрожающая окраска. Некоторые виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников. Приспособления к экстремальным условиям существования. Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев и др. Чем более жесткие и более определенные требования предъявляет среда, тем более сходные адаптации конвергенция развиваются у организмов, зачастую очень далеких друг от друга. Генотипы организмов, имеющих много общего в строении, при этом сильно отличаются. Например, передвижение в водной среде вызывает сходство в строении тела у пингвинов и тюленей, а также рыб и дельфинов, которые относятся к разным классам позвоночных. Широкое распространение конвергентного сходства между не родственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний. Любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Следовательно, приспособленность носит относительный характер. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. У многих животных имеются рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение. В частности, рудиментарны пальцы у копытных и на задней конечности кита. Наличие рудиментов служит примером относительной целесообразности.
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Конспект: Как сохранить земноводных в природе? Сходство строения семян однодольных и двудольных растений состоит в том что продолжите Вред бактерий в природе. 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. Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию?