Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Так он сначала думал, что экстремофилы — это люди, которые катаются на горных лыжах вне подготовленных трасс. Экстремофилы — это и правда любители экстремальных условий, но только микробы. Условия жизни на планете очень разнообразны: от вечной мерзлоты до горячих источников, в которых может быть 110—120 градусов, а те из них, что на дне океана, находятся еще и под гигантским давлением. Есть места с безумной концентрацией соли, как Мёртвое море. Или с огромным количеством кислоты. И везде кипит жизнь, но единственные, кто там живет, — те самые микробы-экстремофилы. Происходит это потому, что они обладают удивительной генетической изменчивостью и адаптивностью. И в земле они есть, и в стратосфере. Вся планета, в духе учения Вернадского, живая.
Вон микроб пролетел, видите? Да, их много: в кубическом метре воздуха микробов примерно столько, сколько людей в Москве. А в кубическом сантиметре снега в Антарктиде от 10 до100 бактериальных клеток. Они могут не жить активно, а просто сидеть, словно пассажиры, и ждать, когда какой-нибудь айсберг отвалится и увезет их в Африку. Этот лабораторный сосуд был изобретён в 1877 году и назван так в честь изобретателя, немецкого бактериолога Юлиуса Петри, ассистента Роберта Коха Как эволюционируют микробы [КШ] Бактерии эволюционируют быстрее других существ? 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.
Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.
Они разлагают органические вещества, оставшиеся от мертвых животных и растений, которые поступают в грунт. Благодаря этому, образуются неорганические вещества, которые позднее могут употреблять другие организмы, в том числе растения, а также выделяется углекислый газ, необходимый растениям для фотосинтеза. Большое количество перегноя образуется бактериями при удобрении почвы навозом, при культивировании многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени подвергают превращению перегноя в минеральные вещества для питания растений , в том числе культурных.
С целью обеспечить лучшие условия для жизнедеятельности полезных почвенных бактерий в сельском хозяйстве проводят обработку и удобрение почвы. Благодаря рыхлению верхнего слоя почвы, сохраняется влага, и происходит обогащение почвы воздухом, что необходимо как для жизни культурных растений, так и для почвенных бактерий. Также и внесение навоза питает не только культурные растения, но и бактерии. Цианобактерии и некоторые бактерии почвы способны усваивать азот воздуха и преобразовывать его в доступную для употребления растениями форму.
Клубеньковые бактерии являются одной из таких групп бактерий. Они поселяются на корнях бобовых и некоторых других растений облепихи, шелковицы. Клубеньковые бактерии способны усваивать азот из воздуха и продуцировать органические азотсодержащие вещества, обогащая ими почву. Рисунок 5.
Клубеньковые бактерии Усваивая органические вещества, бактерии обеспечивают очищение водоемов. Цианобактерии, зеленые и пурпурные серные бактерии вместе с растениями формируют запасы органических веществ в природе, образуя их из неорганических соединений. А цианобактерии еще и выделяют в атмосферу свободный кислород, которым дышат все живые существа. Образование залежей природного газа и нефти также происходило с участием определенных видов бактерий.
Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так как они участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, не доступные ни животным, ни растениям. Роль бактерий в жизни человека Одной из сред жизни бактерий являются другие живые организмы, в том числе человек. Отношения, которые возникают при этом могут быть разными. Есть бактерии, которые приносят пользу.
Так, в кишечнике человека живут бактерии к примеру, кишечная палочка, бифидобактерии , которые способствуют процессам пищеварения, синтезируют некоторые витамины и препятствуют деятельности болезнетворных бактерий. В случае чрезмерного приема антибактериальных препаратов эти полезные бактерии погибают, что негативно отражается на здоровье. Сами же бактерии, благодаря поселению в кишечнике человека, постоянно обеспечены питательными веществами. В кишечнике домашних жвачных животных, которые составляют основу животноводства, коров, коз, овец также живут бактерии.
Жвачные животные употребляют растительную пищу, богатую на клетчатку, но самостоятельно переваривать клетчатку не способны. Эту функцию выполняют бактерии.
Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты. Значительна по составу и количеству микрофлора, использующая минеральный азот и превращающая его в органические формы процесс иммобилизации. Денитрифицирующие бактерии предопределяют невозвратимые потери газообразного азота.
Такие виды, как Azotobacter az. Следовательно, трансформация азота самым тесным образом связана с почвенной микрофлорой, от деятельности которой зависит азотный режим почвы, т. Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Новости Новости. Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. 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.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
| Лекция 14. Бактерии | Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология. |
| - Общая биология, ответы на билеты | Новости Новости. |
| Лекция 14. Бактерии | С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. |
| Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии | С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. |
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Через 10 лет потомство одной особи могло бы занять всю поверхность земного шара. Объясните, почему этого не происходит. Приведите не менее трех аргументов. Ответ 1 Многие семена одуванчика попадают в неблагоприятные условия отсутствие почвы, воды и т. Объясните, что такое популяционные волны и дрейф генов. В каких популяциях дрейф генов наиболее действенен? Ответ 1 Популяционные волны — периодические колебания численности популяции. Рассмотрите схемы 1 и 2, иллюстрирующие процессы видообразования. На какой схеме отражено географическое аллопатрическое видообразование?
Ответ поясните. Как происходит этот процесс видообразования? Ответ 2 исходный ареал оказался разделён преградой; 3 возникает географическая изоляция; 4 обмен генов становится невозможным; 5 происходит накопление мутаций в каждой популяции; 6 возникает репродуктивная изоляция особи из разных популяций теряют способность скрещиваться ; 7 образуются новые виды 5. Объясните, как сформировались в процессе эволюции рудиментарные органы зрения у почвенных животных слепышей. Ответ 1 За счет мутаций глаза у слепышей уменьшились недоразвились. Объясните с точки зрения микроэволюции этапы появления расчленяющей окраски у полосатой рыбы-бабочки. Ответ 1 появление в исходной популяции различных мутаций, которые обусловили расчленяющую окраску тела; 2 увеличение числа особей с расчленяющей окраской тела за счет большей выживаемости таких особей в процессе борьбы за существование меньшей заметности для хищников ; 3 закрепление естественным отбором полезной мутации, формирование адаптации и образование новой популяции 7. Объясните на основе эволюционной теории возникновение покровительственной окраски у животных.
Ответ 1 в результате мутаций появляются особи с новым проявлением признака, который в изменившихся условиях среды имеет адаптивный характер; 2 особи с новым признаком обладают преимуществом в борьбе за существование; 3 в процессе естественного отбора в течение многих поколений особи с полезными признаками выживали и оставляли потомство, это привело к закреплению нового адаптивного признака 8. Чем характеризуется географический способ видообразования? Укажите не менее трех элементов. Ответ 1 расширением ареала вида, популяции попадают в разные условия; 2 возникновением физических преград рельефа; 3 изоляцией популяций вида в связи с разрывом ареала, что приводит к изменению их генофонда в результате приспособления к разным условиям 9. Лечение антибиотиками болезней человека, вызванных болезнетворными микроорганизмами, со временем становится малоэффективным. Необходимо вести поиски новых лекарственных препаратов. Объясните почему. Ответ 1 в результате мутаций возникают особи с измененными свойствами; 2 устойчивость к антибиотикам является полезным признаком для микроорганизмов и поддерживается естественным отбором; 3 микроорганизмы обладают высокой скоростью размножения, и возникшие полезные мутации быстро распространяются; вскоре возникает новая популяция, невосприимчивая к антибиотику 10.
Как с позиций современного эволюционного учения возникла зеленая покровительственная окраска тела у коричневых гусениц, перешедших на питание зелеными листьями? Ответ 1 коричневые гусеницы перешли на питание зелеными листьями; в популяции постоянно возникали мутации, среди множества мутантов по окраске появлялись особи с зеленой окраской; 2 в борьбе за существование зеленые гусеницы обладали преимуществом, они в меньшей степени склевывались птицами; 3 под действием естественного отбора выживали те гусеницы, которые обладали полезными признаками — зеленой окраской, они давали потомство, их число постепенно росло; 4 в последующих поколениях этот процесс продолжался, и окраска тела гусениц всё более соответствовала основному фону окружающей среды 11. Почему географическая изоляция популяций может привести к образованию новых видов? Объясните, какие факторы эволюции этому способствуют. Ответ 1 в изолированных популяциях накапливаются новые мутации и изменяется генофонд; 2 в результате естественного отбора сохраняются особи с новыми признаками; 3 прекращается скрещивание между особями популяций, что приводит к репродуктивной изоляции и образованию нового вида. 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?
Контакты Концепции происхождения и развития микроорганизмов Среди главных теорий возникновения жизни обычно выделяют следующие: жизнь возникает неоднократно из неживого вещества абиогенез ; все живое возникает только от живого лат. Теория самопроизвольного зарождения жизни. В древние и средние века было широко распространено мнение, согласно которому низшие животные и даже некоторые позвоночные могут возникать путём самозарождения из разлагающихся органических остатков. Одним из первых такое предположение выдвинул греческий философ Аристотель.
В книге «Метафизика» он говорил об идее самозарождения как о единственно возможном объяснении происхождении жизни. В качестве примера он приводил светлячков, которые рождаются из утренней росы. Мировая литература не раз обращалась к этим верованиям. В трагедии Шекспира «Антоний и Клеопатра» Лепид говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заводятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот например, крокодил…». Однако подобные идеи не могли долго противостоять развивающейся науке и были опровергнуты следующим опытом итальянского врача Франческо Реди 1626-1697 : он покрыл свежее мясо кисеёй, и через некоторое время личинки мух появились не в мясе, а на поверхности кисеи. Этим было показано, что червячки образуются не самопроизвольно, а развиваются из яичек, откладываемых мухами.
Он высказал также тезис ошибочно приписываемый Гарвею , "Omne vivum ex ovo" - Всё живое из яйца". Но и после этого учёные разных стран защищали точку зрения, согласно которой из разлагающегося органического вещества зарождаются микроскопические существа. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. Поиски экспериментальных доказательств за и против учения о самозарождении жизни были наиболее сильным импульсом, способствующим бактериологическим исследованиям в 18 и 19 столетиях. В 18 веке русский учёный Тереховский и итальянец Лаццаро Спалланцани 1729-1799 показали, что если сосуды, в которых находится жидкость, хорошо прогреть, то в них живых существ не образуется. Ставились также опыты, при которых в сосуд с обеспложенной жидкостью воздух пропускался через крепкую серную кислоту или через слой стерилизованной ваты. Результаты этих опытов говорили против возможности самопроизвольного зарождения.
Французская академия учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит с этими спорами, волновавшими весь учёный мир. Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал.
Оформленного ядра нет. На поверхности бактерии имеются мелкие нитевидные выросты —пили, служащие для передачи наследственной информации между бактериями в ходе полового размножения см. Передвижение бактериальной клетки обеспечивает один или несколько жгутиков.
Формы и цвет бактерий: По форме бактерии подразделяют на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые. Наиболее простыми считаются шаровидные, их называют кокками. Формы в виде виноградной грозди называют — стафилококки, в виде цепочки — стрептококки. Большая часть бактерий обладает палочковидной формой, однако встречаются и в виде запятой — вибрионы, в виде спирали латинская буква «S» — спириллы. По цвету бактерии в основном бесцветны, однако есть и с пигментами зеленые и пурпурные, способные к фотосинтезу. Бактерии распространены повсеместно. Больше всего их можно встретить в плодородном слое почты чернозем.
Меньше всего их в воздухе на высоте более 5 км. Очень много бактерий находится на покровах живых и мертвых организмов. Хемосинтезирующие бактерии обнаружены в почве на глубине 5 и более метров, а также на глубине до 1000 метров дна океанов. Образование спор у бактерий При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время Рис. Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться.
Цианобактерии Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле.
Как правило, плазмиды имеют в составе гены устойчивости к антибиотикам и ионам тяжелых металлов. Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК.
Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах.
Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот. Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов. На поверхности мембран мезосом находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Форма клеток бактерий может быть. Как перемещаются бактерии? №1. Каких химических эллементов больше всего в живом организме? №2. Что указывает на почему молекула воды является диполем. 9 классы. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Новости Новости. Форма клеток бактерий может быть.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Новости Новости. Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166.
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
| Бактерии - Bio-Lessons | Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс. |
| На каком пути эволюционного развития находятся бактерии в настоящее время? - Универ soloBY | Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. |
| Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в | Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. |
| Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий | Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. |
| Бактерии эволюционировали в лаборатории? | С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс. |
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
| какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - Есть ответ на | Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. |
| Бактерии, подготовка к ЕГЭ по биологии | И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. |
| Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов | какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
| Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов | Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
Общие этапы эволюции микроорганизмов
- решение вопроса
- Экологические и биосферные функции бактерий
- Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
- Как шла эволюция бактерий 🚩 когда появились первые бактерии 🚩 Естественные науки
Развернутый ответ:
- Непременное условие – соответствующая связь
- МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
- Видео этапы эволюции, естественного отбора, искусственного отбора
- Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов
- Планета бактерий
- Знятие 1. Введение в биологию | VK
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
Стимулируя полимеризацию актина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд [131]. Коммуникация[ править править код ] У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами , и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам [132]. Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным [133] [134]. Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида [134]. Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя чувство кворума. За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы [en] или феромоны , концентрация которых повышается по мере роста популяции [135].
Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий. Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике. К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ. Международный комитет систематики прокариот [en] англ.
International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139]. Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат. Eubacteria и архебактерии лат. Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям.
Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141]. Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142]. В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения. По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии. В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки [62]. При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы , выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы. Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания.
Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами [en] после окрашивания по Цилю — Нильсену [143].
Эволюционируют вирусы, меняя свои поверхностные белки, для того чтобы убежать от нашей иммунной системы. Наконец, эволюционирует и сам человек. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Подробнее о непрекращающейся эволюции всего живого рассказал доктор биологических наук Михаил Гельфанд. Продолжается ли эволюция? Ответ — да. Собственно, на этом можно закончить. Было бы странно, если бы она три миллиарда лет продолжалась, а сейчас вдруг остановилась.
Эволюция бактерий Зимой был флешмоб в Facebook: люди показывали свои фотографии сейчас и десять лет назад. Какие-то два человека сфотографировали положенные в чашку Петри таблеточки антибиотиков. В 2009-м вокруг них бактерий не было, а сейчас картина изменилась из-за лекарственной устойчивости, которую бактерии приобретают в результате продолжающейся у них эволюции. Устойчивость не возникла в тот момент, когда мы начали употреблять антибиотики. Химическая война между разными микроорганизмами происходила всегда. Нас заботит вопрос, когда лекарственную устойчивость, которой раньше у них не было, приобрели наши патогены. Можно посчитать, что проходит примерно 10—15 лет между началом клинического употребления антибиотика и появлением значительного количества штаммов патогенов, устойчивых к этому антибиотику. Самая сильная борьба идет между представителями одного вида, потому что они занимают одну экологическую нишу и соревнуются за один и тот же ресурс. Есть антибиотики — колицины, — которыми разные штаммы кишечной палочки травят друг друга.
Если в одну пробирку поместить дикий штамм, чувствительный к антибиотику, и продуцент колицина, то последний сделает антибиотик и быстро убьет чувствительный штамм: А что будет, если в одну пробирку поместить продуцент и устойчивый штамм? Производство антибиотика — штука небезобидная, оно чего-то стоит, и поэтому через некоторое время выяснится, что устойчивый штамм размножается быстрее и вытесняет продуцента. Но устойчивость тоже дается не просто так, а ценой порчи некоторых клеточных механизмов: вместе с антибиотиком из клетки выкидывается и что-то полезное. Поэтому если поместить в одну пробирку устойчивый и дикий тип, то последний постепенно вытеснит устойчивого. Наконец, если всех троих посадить в одну банку, то продуцент сразу сделает антибиотик и убьет дикого типа потому что отравиться — это быстро , после чего их остается двое. А что бывает в такой ситуации, мы уже знаем. Останется устойчивый. В 2002 году исследователи провели соответствующий эксперимент: взяли чашку Петри, в узлы треугольной сетки на чашке случайным образом нанесли представителей этих трех штаммов и дали им расти. На третий день колонии выросли настолько, что начали соприкасаться.
В отличие от банки, где бактерии плавают и встречаются все вместе в общей среде, в чашке Петри плоская среда и антибиотик по ней не распространяется — где его произвели, он там и остается. Поэтому каждая граница смещается туда, куда ей и положено смещаться. Спустя пару лет те же ученые сделали другой эксперимент. Они взяли 12 клеток, в каждую из них посадили трех мышек, каждую мышку заразили своим штаммом кишечной палочки и создали такие условия, чтобы мышки свободно друг друга заражали. В итоге в каждой клетке оставался всегда какой-то один штамм — и это никогда не был продуцент.
Останется устойчивый. В 2002 году исследователи провели соответствующий эксперимент: взяли чашку Петри, в узлы треугольной сетки на чашке случайным образом нанесли представителей этих трех штаммов и дали им расти. На третий день колонии выросли настолько, что начали соприкасаться.
В отличие от банки, где бактерии плавают и встречаются все вместе в общей среде, в чашке Петри плоская среда и антибиотик по ней не распространяется — где его произвели, он там и остается. Поэтому каждая граница смещается туда, куда ей и положено смещаться. Спустя пару лет те же ученые сделали другой эксперимент. Они взяли 12 клеток, в каждую из них посадили трех мышек, каждую мышку заразили своим штаммом кишечной палочки и создали такие условия, чтобы мышки свободно друг друга заражали. В итоге в каждой клетке оставался всегда какой-то один штамм — и это никогда не был продуцент. Если кому-то нужна мораль — вот она: гадости делать плохо. Подчеркну две существенные идеи этих экспериментов. Во-первых, продукция антибиотика микроорганизмом и устойчивость к антибиотику всегда даются ценой чего-то.
А, во-вторых, то, как происходит отбор, зависит от условий. Когда мы вносим антибиотик, мы на самом деле добавляем новый фактор отбора. С одного края антибиотика не было совсем, в следующей части емкости была минимальная доза, которую бактерии не могут переносить, затем в десять раз больше, в сто раз больше и, наконец, в тысячу раз больше. Сверху повесили камеру, на края нанесли бактерии и стали снимать, что происходит. Сначала ничего не происходило. Через 44 часа бактерии заняли зону, свободную от антибиотиков, а еще через 44 часа отдельные представители прорвались в зону, где антибиотик уже был, получили возможность там размножаться значит, что-то у них поменялось и постепенно заполнили следующую зону. Прошло еще 44 часа, появились еще более устойчивые и затем еще более устойчивые. Через 11 суток образовались бактерии, способные перенести тысячекратную смертельную дозу антибиотиков.
Представим человека, у которого заболело горло. Он принял антибиотик. Горло прошло через день, зачем травиться? Что случилось? Колесико провернулось на одно деление. Следующий человек, который заразился этой же бактерией, принимал антибиотик уже два дня, следующему пришлось принимать уже недельный курс — и т. О наличии бактерий, устойчивых к пенициллину, было известно еще до того, как он начал широко применяться в клинической практике во время Второй мировой войны. Уже Флеминг понимал, что «человек, который бездумно играет с пенициллином, будет морально ответственным за смерть того, кто умрет от пенициллин-устойчивой инфекции», потому что его нечем будет лечить.
Чего не надо делать? По мысли Флеминга, «не надо использовать пенициллин без установленного диагноза, в недостаточных дозах, в течение малого времени, потому что это именно те условия, в которых вырабатывается устойчивость». И это ровно то, что мы радостно делали все 60 лет после изобретения пенициллина. У нас есть косметика с малыми дозами антибиотиков.
Но иногда происходит так, что остаются не нужные, а рандомно выбранные. Такое случается, например, при эффекте бутылочного горлышка — резкого и случайного сокращения популяции, например, из-за стихийных бедствий или необычной болезни. Если у нас есть популяция животных, которые никогда не сталкивались с чумой, то с большой вероятностью в живых, после того как чума отступит, останутся несколько особей.
И совсем не факт, что их гены лучше или влияют на повышение репродуктивного успеха, просто им повезло. Вторая проблема заключается в том, что эволюция — процесс исключительно долгий. Должны смениться поколения, чтобы какие-то признаки закрепились, а какие-то исчезли без следа. Эволюция большинства современных видов шла миллионы лет, и пронаблюдать ее, конечно, невозможно — слишком коротка человеческая жизнь. Что, впрочем, не означает, что человек не может увидеть эволюцию своими глазами. Младшей сестрой эволюции служит… селекция. Выведение пород собак, кошек и скота ничем не отличается от стандартной эволюции, с той лишь разницей, что движущей силой здесь выступает не природа и естественные причины и требования окружающей среды, а человек.
Селекцию мы можем наблюдать воочию, хотя она по сравнению со своей старшей сестрой менее выражена: мы вывели крупных мейн-кунов и маленьких коротколапых манчкинов, но это всё еще один и тот же вид. Лучше всего процесс селекции отслеживается на собаках: сложно осознать, что совсем недавно — в масштабах Вселенной — у чихуахуа и алабая был единый предок, однако это так. Человек специально отбирал из собак тех, кто подходил ему по каким-то параметрам. Такими параметрами могли быть, например, более короткие лапы и длинное тело, чтобы проникать в норы, или, наоборот, длинные ноги и обтекаемое тело, приспособленные к быстрому бегу. Любопытно, что при искусственном отборе иногда проявляются не только искомые признаки, но и сцепленные с ними, случайно проявившиеся. Наглядный пример такого сцепления обнаружился в ходе эксперимента с домашними лисами. Опыт по их одомашниванию начался еще в 1959 году в Академгородке под Новосибирском.
С тех пор появилось множество поколений, и ученые заметили, что, хотя главным критерием отбора лисиц было дружелюбие то есть стремление к контакту с человеком , вместе с дружелюбием они приобрели и другие качества. В частности, закрученный колечком хвост и свисающие уши — совсем как у собак! Даже цвет шкуры стал светлее, а глаза у некоторых особей стали голубыми. Получается, что искусственный отбор сделал, по сути, из лисиц почти собак, причем совершенно случайно. Искусственный отбор — это любопытный процесс, но у подвергаемых ему видов нет времени, чтобы развиться в совершенно другие формы: ни разу еще при искусственном отборе не получался настоящий новый вид, отличающийся от предковой формы. Есть много разных пород и подвидов. Были даже попытки скрещивать разные виды, но их потомство в большинстве своем оказывалось нефертильным и дать начало новому таксону не могло.
Возможно, когда-нибудь, через тысячи лет, домашняя лиса станет совершенно не похожа на своего дикого предка, полностью поменяет внешний вид и даже количество хромосом. Но пока что в целом это та же самая лиса — слишком мало времени прошло. За всё это время она, хоть и изменилась, не «получила» совсем уж новых признаков — не стала, грубо говоря, травоядной и не отрастила перепонки на лапах. А можно ли хоть на ком-то увидеть жизненно важные изменения? Мировое поле экспериментов Нет ничего лучше для эволюции, чем что-то маленькое, активное и быстро размножающееся. Речь, разумеется, о бактериях — в рамках эволюции они стали своеобразной экспериментальной установкой, а потому именно на них можно исследовать эволюционный процесс, причем буквально в лаборатории под собственным микроскопом! При достаточно благоприятных условиях окружающей среды бактерии способны делиться каждые 20—40 минут, то есть за одни сутки они могут «выдать» исследователям сразу несколько десятков поколений!
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики. Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. Их эволюция и становление происходили до этого периода. Зато вся ферментная машина, связанная с работой нуклеотидных последовательностей зеленые столбики , сформировалась до Архейской экспансии. Это вполне очевидно: какими бы ни были условия на планете, живые организмы должны были уметь копировать себя, поэтому в первую очередь они обязаны были упрочить инструменты для репликации. Также примечательно, что ферменты, участвующие в собственно метаболизме, появлялись с равной скоростью и до и после экспансии. Кстати, именно они и составляют основу начального этапа эволюции генных семейств красная полоса до архейского пика. Таким образом, во время Архейской экспансии организмы осваивали различные способы и субстраты для получения энергии, совершенствуя варианты дыхательной электронтранспортной цепи.
Микроорганизмы встраивались в различные геохимические циклы. Этот процесс мог происходить как по ходу становления геохимических циклов, так и по мере эволюции бактерий. Какая из этих возможностей реализовывалась во время Архейской экспансии? Вот ключевой вопрос дальнейших исследований эволюции микромира. Что же касается становления кислородной атмосферы на Земле, то этот процесс, по всей видимости, не связан напрямую с Архейской экспансией. Дэвид и Альм привели график появления генов, обслуживающих процесс переноса электронов на кислород и связанных с этим реакций рис. Синяя линия показывает долю новых генов, отвечающих за связывание кислорода, среди всех новых генов, отвечающих за связывание любых субстратов.
Нижний красный отрезок показывает период до Архейской экспансии, верхний красный отрезок — Архейскую экспансию, средний отрезок — весь архей. Хорошо видно, что пик появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец Архейской экспансии. График из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature График показывает, что максимум появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец периода Архейской экспансии. Так что, скорее всего, не этот процесс повлиял на взрывную эволюцию бактерий в архее. Было бы полезно сопоставить получившиеся графики с другими геохимическими изменениями планеты, однако эта задача требует специальной фактической информации. Авторы исследования представили результаты расчетов по появлению генов, связанных с определенными металлами, серой, азотом. Более или менее осмысленная картина получилась только с медью и молибденом.
Согласно моделям, растворимость этих металлов по мере становления кислородной атмосферы постепенно повышалась. Параллельно увеличивалась и доля генов, обслуживающих эти металлы. С другими субстратами ситуация менее очевидная и требует привлечения дополнительных гипотез, альтернативных геохимических моделей или же геохимических данных другого типа. Нужно при этом подчеркнуть, что сама идея сопоставить эволюцию функциональных групп генов с данными по геохимии и геологии планеты видится исключительно плодотворной. Просто пока что работ, эксплуатирующих эту идею, практически нет, как нет и опыта сотрудничества геологов, геохимиков и биоинформатиков.
Капсулы образованы полисахаридами.
Иногда в состав капсулы входят полипептиды. Как правило, капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку от действия неблагоприятных факторов среды. Кроме того, она может способствовать прикреплению к субстрату и участвовать в передвижении. Клеточная стенка выполняет роль наружного барьера клетки, устанавливающего контакт микроорганизма со средой. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарида — муреин. По содержанию муреина все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные 1.
Известны также и формы, не имеющие клеточной стенки — микоплазмы. Цитоплазматическая мембрана и ее производные Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки. Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками. Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью.
Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки. Это приводит к тому, что мембрана часто образует многочисленные инвагинации впячивания различной формы — мезосомы. Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы. Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул пузырьков , более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки.
Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза.
РАН Е.
Бонч-Осмоловской 23. С тех пор прошло более 2 млрд лет, но эти невидимые существа по-прежнему выполняют незаменимые функции в круговороте жизни на Земле. О микробах и их роли в развитии биосферы рассказывает микробиолог Елизавета Александровна Бонч-Осмоловская. Ломоносова, заведующая отделом биологии экстремофильных микроорганизмов в Институте микробиологии им.
Они действительно самые древние организмы на Земле. При этом бактерии и археи в отличие от вирусов способны к самостоятельному существованию в природной среде. Клетки и тех и других крайне маленького размера и очень похожи, но эти две группы безъядерных микроорганизмов, прокариот, имеют большие различия в базовых механизмах жизнедеятельности и поэтому отнесены к разным доменам: Archaea и Bacteria. К ним относимся и мы с вами.
Бактерии и археи были первыми живыми организмами на Земле и оставались ее полноправными хозяевами на протяжении более 2 млрд лет. Строение бактериальной клетки. Источник: Foxford. Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их.
Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера.
Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков.
Большая часть бактерий обладает палочковидной формой, однако встречаются и в виде запятой — вибрионы, в виде спирали латинская буква «S» — спириллы. По цвету бактерии в основном бесцветны, однако есть и с пигментами зеленые и пурпурные, способные к фотосинтезу. Бактерии распространены повсеместно. Больше всего их можно встретить в плодородном слое почты чернозем. Меньше всего их в воздухе на высоте более 5 км.
Очень много бактерий находится на покровах живых и мертвых организмов. Хемосинтезирующие бактерии обнаружены в почве на глубине 5 и более метров, а также на глубине до 1000 метров дна океанов. Образование спор у бактерий При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время Рис. Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться.
Цианобактерии Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле. Некоторые ископаемые останки цианобактерий имеют возраст превышающий 3 мдрд лет Рис. У них отсутствует ядро, что объединяет их с бактериями, а возможность фотосинтезировать относит к водорослям. Именно благодаря фотосинтезу, они первыми обогатили атмосферу нашей планеты кислородом, что сделало ее пригодной для существования живых организмов. Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. Носток — съедобная синезеленая водоросль, употребляемая в пищу в разных странах Китай, Монголия, Южная Америка Рис.
Побочным продуктом такой реакции — кислород.