Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. Новости Новости. С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс. Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости.
Вирусы как эволюционный фактор
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. Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Эволюционное учение.
Лекция 14. Бактерии
В 1934 г. Владимир Иванович Вернадский 1863—1945 гг. Автор учения о биосфере и ноосфере. Создатель науки биогеохимии. Карл Август Мёбиус 1825—1908 гг. Подробно описал взаимодействия различных организмов, обитающих на побережьях, и ввел понятие «биоценоз». Он сумел раскрыть многие закономерности формирования и развития естественных природных сообществ биоценозов. Тем самым были заложены основы важного направления в экологии — биоценологии. Артур Тенсли 1871—1955 гг. Ввел термин «экосистема» — совокупность организмов, обитающих в данном биотопе, которая, по его мнению, является именно системой с ее составными элементами, единой историей и со способностью к согласованному развитию.
Юджин Одум 1913—2002 гг. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков эти закономерности известны теперь как законы Менделя стало первым шагом на пути к современной генетике. Томас Хант Морган 1866—1945 гг. Работы Моргана и его школы обосновали хромосомную теорию наследственности; установленные закономерности расположения генов в хромосомах способствовали выяснению цитологических механизмов законов Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора. Получил Нобелевскую премию в 1933 г. Борис Львович Астауров 1904—1974 гг. Разработал эффективные методы получения искусственного партеногенеза и межвидового андрогенеза. Герман Джозеф Мёллер 1890—1967 гг. Экспериментально доказал возможность возникновения искусственных мутаций под действием рентгеновских лучей 1927 г.
Участвовал в разработке хромосомной теории наследственности. Нобелевская премия 1946 г. Xyгo Де Фриз 1848—1935 гг. Разработал метод определения осмотического давления у растений и показал, что оно зависит от числа молекул вещества в данном объеме 1877 г. Один из ученых, вторично открывших законы Менделя; один из основателей учения об изменчивости и эволюции 1900 г. Наблюдая изменчивость энотеры, Де Фриз пришел к выводу, что вид может внезапно распасться на большое число разных видов. Это явление он назвал мутациями и считал, что биологические виды периодически вступают в фазу мутирования. Воззрение это легло в основу «мутационной теории» Де Фриза, которая иногда необоснованно противопоставляется теории Ч. Происхождение приспособлений Де Фриз толковал согласно Ч.
Дарвину — как результат естественного отбора. Под видом он подразумевал более узкую систематическую категорию, чем Дарвин. Show likes Фоксфорд. Биология 16 Jul 2017 at 8:49 am Николай Иванович Вавилов 1887—1943 гг. Николай Вавилов организовал ботанико-агрономические экспедиции в страны Средиземноморья, Северной Африки, Северной и Южной Америки, установил на их территории древние очаги происхождения и разнообразия культурных растений. Собрал крупнейшую в мире мировую коллекцию семян культурных растений, заложил основы госсортоиспытания полевых культур. Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский 1900—1981 гг. В русле идей В.
Он первым доказал. Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы. В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах. Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р. Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов. Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции. Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь возникла из неживого вещества, то есть произошла в результате эволюции материи. 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.
Поэтому для классификации прокариотических организмов по группам использовались несколько специфических таксонометрических методов. К числу таких методов относится числовая таксономия, которая основана на сравнении ряда характеристик таких как присутствие или отсутствие капсульного слоя, дифференциальное окрашивание по Граму, требования к кислороду, сходство нуклеиновых кислот и белков, способность к спорообразованию, подвижность и наличие или отсутствие некоторых ферментов. Исследование этих показателей позволяет оценить степень сходства или различия между микробами. Однако, поскольку числовая таксономия предполагает достаточно полное знакомство с организмом, этот метод неприменим для микробов, которые не были культивированы и детально изучены в лабораторных условиях. Для классификации организмов, свойства которых изучены недостаточно был разработана метод молекулярной филогении. Этот метод предполагает, что эволюционные различия между организмами проявляются в вариациях их наследственного материала. Существует несколько путей классификации организмов на основании свойств их ДНК. Организмы можно сгруппировать исходя из соотношения оснований ДНК, входящей в состав их хромосом. Неудивительно, что содержание Г-Ц у близкородственных организмов также будет близким. Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными. Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует. Однако во многих случаях исследование содержания Г-Ц представляет собой относительно простой способ предварительной оценки эволюционного родства между организмами. Это универсальное филогенетическое дерево иллюстрирует взаимосвязи, существующие между организмами различных типов.
Но, по мере остывания планеты, испаряющиеся молекулы воды конденсировались в верхних слоях атмосферы, возвращаясь на поверхность в форме горячих ливней с растворенными органическими веществами. Таким образом формировался мировой океан, названный ученым «первичным бульоном». В нем содержались белковоподобные соединения, состоящие из аммиака, сероводорода, метана, углекислого газа, а также отдельных атомов водорода, углерода и азота. Со временем между ними стали происходить химические реакции. Их результатом стало образование высокомолекулярных форм, давших начало формированию сложных белковоподобных веществ. Приспособившись в процессе эволюции к развитию при низкой температуре, они стали обосабливаться, формировать так называемые коацерватные капли в форме коллоидных частиц. Теории происхождения прокариот Сформированные коацерватные капли представляли собой высокомолекулярные протеиновые образования, адсорбирующие из окружающей среды отдельные химические элементы. Эта способность положила начало обмену веществ, который является одним из признаков жизни. Растворенные в воде органические вещества, которые затем попадали внутрь коацерватов, увеличивали их массу. Когда она доходила до критической точки, связи, удерживающие молекулы вместе, разрывались, и коллоид распадался на более мелкие частицы. Так зарождался процесс размножения. Судьба «дочерних» капель могла быть различной. Одни погибали, а другие продолжали поглощать органические элементы, расти, делиться, становясь предшественниками живых структур. Такой естественный отбор обеспечивал их развитие и усложнение, приводя к появлению новых представителей живого мира и разнообразию его форм. Незначительные размеры и отсутствие твердых компонентов не позволили большинству примитивных живых организмов сохраниться до наших дней. Однако учеными были обнаружены породы возрастом 3. Строение безъядерных микроорганизмов Основной характеристикой прокариотов является отсутствие ядра. Их ДНК, являющаяся носителем генетической информации, заключена в нуклеоид, заменяющий хромосомы. Отсутствие других мембранных органоидов митохондрий, эндоплазматической сети и других компенсируется мезосомами, выполняющих аналогичные функции. Имеется небольшое количество мелких рибосом. В процессе эволюции некоторые бактерии утратили клеточную стенку и перешли в L-форму. Таким способом им удалось пережить возникшие неблагоприятные условия, а затем вернуться к исходному состоянию. Бактерии, у которых в естественном состоянии отсутствует клеточная стенка, называются микоплазмами. Появление в ходе эволюции жгутиковых форм бактерий определило способность микроорганизмов к передвижению. Впоследствии количество и расположение жгутиков на теле прокариот стало одним из признаков видовой принадлежности. Микробы приобрели самые разные формы и органоиды, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям. Чем питались и дышали древнейшие бактерии Одними из старейших микроорганизмов считаются бактерии, восстанавливающие сульфаты. Они способны поглощать ионы водорода и переносить их на сульфаты, восстанавливая те до сульфидов. Усовершенствованный в процессе эволюции метод переноса электронов, используемый бактериями, происходит с участием цитохромов крупных белков. Благодаря механизму фосфорилирования, протекающему в анаэробных бескислородных условиях, накапливается энергия.
Лекция 14. Бактерии
Относительный вклад горизонтального переноса оставался более или менее постоянным, зато постепенно, вплоть до современности, возрастала роль дупликаций генов. Наибольший вклад в архейский максимум новообразований внесли гены, связанные с использованием разных субстратов для дыхания микроорганизмов. Для содержательной интерпретации этих результатов необходимо участие специалистов по геохимии и геологии. В наше время есть несколько основных подходов к изучению древнейших этапов земной жизни. Первый из них — это поиск следов в каменной летописи. В породах протерозойского и даже, возможно, архейского возраста при пристальном исследовании можно обнаружить структуры, схожие с бактериями или одноклеточными грибами или эукариотами. Что это за структуры? Или бактерии, но окаменевшие совсем в другое время? Чаще всего исследователи ископаемой летописи не могут с уверенностью ответить на эти вопросы. Другой путь не менее скользкий имеет дело с реальными свидетелями тех непостижимых времен.
Эти свидетели — гены живущих ныне организмов. В генах отпечаталась история нашей планеты, так как они изменялись по мере планетарной эволюции, по ходу климатических нововведений, приспосабливаясь сами и приспосабливая своих носителей к текущим обстановкам. Поэтому, прослеживая ход изменений генов, ответственных за то или иное свойство организмов, можно реконструировать изменение во внешней среде, связанное с этим свойством. Например, этот подход помог ученым реконструировать палеотемпературы Земли см. Этот подход во многом основан на статистических приближениях и вероятностных оценках, поэтому идеологически он не слишком близок палеонтологам, привыкшим иметь дело с фактами. Однако именно он в условиях чрезвычайно скудных фактических данных по ископаемым объектам дает впечатляющие результаты. К таким результатам относится и работа Лоренса Дэвида Lawrence A. David и Эрика Альма Eric J. Alm из Массачусетского технологического института MIT.
Будучи специалистами в области биоинформатики, они смогли обрисовать динамику разнообразия генов в ходе земной эволюции. Иными словами, они оценили общее разнообразие генов, темпы их появления и элиминации, а также интенсивность горизонтальных переносов и дупликаций, то есть все те процессы, из которых складывается эволюция генов. Естественно, в этой обобщенной картине учитывались не каждая нуклеотидная замена и не каждый ген, пришлось работать широкими эволюционными мазками: обсчитывались не отдельные гены, а семейства генов. При этом все уникальные семейства генов вообще не принимались во внимание, так как их не с чем сравнить. Однако результат того стоил. Динамика темпов обновления семейств генов. Мы видим изменения скоростей появления, элиминации, дупликации и горизонтального переноса. Самые бурные события происходили в период 3,3—2,85 млрд лет назад это средний архей , который на графике затонирован серым цветом.
Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разноообразие бактерий в это время сокращается. Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась.
Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли. Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.. Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад. Эти доказательства были собраны путем секвенирования генов бактериальных нуклеоидов для реконструкции их филогении. Первое серьезное расхождение в филуме Thermotogales было между Thermotogaceae и Fervidobacteriaceae, однако, когда это произошло, еще предстоит определить. Затем семейство Thermotogaceae разделилось на род Thermotoga и род Pseudothermotoga. Род Thermotoga представляет собой большинство существующих гипертермофилов и уникален тем, что они заключены во внешнюю мембрану, которую называют «тогой».
К сожалению у бактерий и архей есть есть ограничение на максимальный размер их... Не самая плохая эрудиция. Образование среднее техническое... Нет, не в том виде, в котором её представлял Ч. Дарвин тогда ещё не знали о генах , и тем более не в том, как она описана в школьном учебнике биологии, полувековой давности в СССР генетику не жаловали на идеологическом уровне.
Бактерии (5–7 кл.)
Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9-1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии.
В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям.
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. Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая.
Выяснено, что развитие вирусов происходит в результате изменения последовательностей соединения участков ДНК или РНК под воздействием различных внешних факторов. Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных.
Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям. Особенности эволюции вирусов на современном этапе В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение. Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции. Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции. Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы.
Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра. В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения.
Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма.
По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения.
Такая скорость сохраняется миллиарды лет. Рисунок 1. Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий. Сверху показано филогенетическое разнообразие бактерий, для которых построены метаболические модели. Рисунок из [2]. Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально.
Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое. 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.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв. Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры.
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. Сейчас для исследования метаболических предпочтений бактерий совсем не обязательно выращивать их в лаборатории на всевозможных субстратах. Имея только геномные данные, можно довольно точно предсказать метаболический фенотип микроорганизма исключительно in silico. Так, для более чем 300 филогенетически очень разнообразных видов бактерий недавно построили полные модели метаболизма , опираясь только на последовательности геномов [2]. Для каждого вида определили спектр углеродных субстратов из 62 возможных , которые он может использовать для синтеза биомассы или производства АТФ — двух основных метаболических целей бактерий. На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще.
Что же мы теперь знаем? Теории и практики фенотипической эволюции Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении дивергенции видов. Анализ реконструированных метаболических фенотипов более чем 300 видов бактерий говорит о том, что долговременная фенотипическая эволюция бактерий протекает в две стадии рис. Первые 50 миллионов лет пара видов бактерий очень быстро теряет фенотипическое сходство. Примечательно, что на втором этапе за единицу времени меняется примерно одно и то же число фенотипических признаков. Такая скорость сохраняется миллиарды лет. Рисунок 1. Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий.
Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама. Отсюда один или, может быть, несколько шагов до появления эукариот. На этом примере мы видим только кооперацию. Возможно, изначально в природе между этими клетками конкуренция и была, но мы просто не видим ее следы. У нас ведь нет никаких ископаемых материальных свидетельств этих ранних этапов эволюции. От древнего прокариотного мира практически ничего не осталось, и мы в точности не знаем, что именно там происходило. Тем не менее за последние годы ученым удалось получить большое количество новой информации благодаря молекулярно-биологическим и биоинформатическим методам анализа природных экосистем: было найдено очень много микробов, неизвестных в лабораторных культурах. Биологи смогли собрать их полные геномы и исследовать присущие им свойства, существенно пополнив наши знания о метаболическом разнообразии прокариот.
Если экстраполировать ее назад, в точку, где количество замен равно нулю, то мы узнаем, когда жил общий предок всех этих вирусов. Так ученые выяснили дату, когда началась современная эпидемия СПИДа, — 1930-е годы. До сих пор речь шла о случайных изменениях в вирусе. Но ведь у него бывают и полезные замены: вирусу необходимо менять свои поверхностные белки, потому что он борется с иммунной системой, научившейся распознавать его предыдущую версию. Есть методы, позволяющие идентифицировать места в белке, которые эволюционируют быстрее, чем если бы это было случайно. Идея в том, что если мы хотим сделать вакцину от ВИЧ, то она должна быть разработана против такого места в вирусе, которое он не сможет легко и быстро поменять. Эволюция человека У одного чудесного белка — дофаминового рецептора — есть, грубо говоря, две формы — так называемая длинная и так называемая короткая. Длинный вариант часто бывает у людей, показывающих высокие значения по тесту на novelty seeking поиски нового. Короткий вариант часто встречается у людей в Китае, а длинный — в Америке и в Австралии у белого населения. Причины ясны. Кто едет на новый континент? В Америку отправлялись за теми самыми поисками нового, а в Австралию просто ссылали каторжников ясно, что поведение, связанное с поисками нового, часто приводит людей на каторгу. Другой пример: в начале прошлого века индейцы пима, живущие в Аризоне и в Мексике, были стройными, а сейчас у них тотальная эпидемия ожирения. Грубо говоря, человек забивал мамонта, наедался, запасал это в качестве жира и жил до следующего мамонта. Сейчас «Макдоналдс» на каждом углу, запасать ничего не надо. Старые приспособительные механизмы остались, а направление эволюции поменялось. Теперь отбор действует в другую сторону, и адаптивными оказываются варианты, способствующие сжиганию жира. Гены все время эволюционируют. Сейчас уже накопилось достаточно данных, чтобы проследить за человеческой эволюцией последнего времени. Ученые посмотрели, как действовал отбор в течение последних двух тысяч лет на Британских островах, и оказалось, что очень адаптивно быть высоким голубоглазым блондином или блондинкой. Сегодня развиваются медицина и социальная структура общества, и отбор происходит совсем не так, как когда племена охотников жили в лесу. Это влияет на эволюцию: увеличивается генетический груз, то есть доля вредных и слабовредных мутаций в популяции. Ухудшаются стартовые возможности — и физические, и когнитивные. Тем не менее с развитием медицины и педагогики и на таком субстрате потенциально мы можем добиваться лучших результатов. Что с этим делать — отдельный вопрос. Nesse, Stephen C. Stearns, Gilbert S. Medicine Needs Evolution. Science 24 Feb 2006: Vol. Detection of human adaptation during the past 2000 years. Мы публикуем сокращенные записи лекций, вебинаров, подкастов — то есть устных выступлений.
Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? 9 классы. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий.