Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро. Мы поговорим ниже о построение дерева эволюции согласно Дарвину, посмотрим на сколько это справедливо и таки я в итоге дам полное дерево (в рамках имеющейся информации) эволюции бактерий на основании самых консервативных генов тРНК. Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Он пришелся на поздний архей — 3,3—2,85 млрд лет назад. 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.
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.
Портрет работы Яна Верколье, около 1680 г. Антони ван Лёвенгук 1632—1723 — голландский естествоиспытатель, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии. Первым открыл эритроциты красные клетки крови , рассмотрел и описал строение сложного глаза мухи, процесс почкования гидры, чешуйки эпидермиса кожи, мышечные волокна; увидел и зарисовал мужские половые клетки — сперматозоиды, а также бактерии, дрожжи, простейших, коловраток, инфузорий и др.
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. Антибиотики свободно продаются в аптеках и используются в животноводстве и птицеводстве.
На фермах патогены встречаются с почвенными бактериями. Химическая война в почве происходила всегда, но раньше патогены никогда не встречались с антибиотиками, у них не было этого фактора отбора. Теперь же в результате горизонтального переноса генов, когда один вид бактерий может получить ДНК другого, получился биореактор — ровно те условия, которые нужны, чтобы вырастить лекарственно-устойчивый штамм. В результате растет доля заболеваний, вызванных такими бактериями.
У этого явления есть и экономическое следствие: разработка антибиотиков становится невыгодной. Затраты на их разработку колоссальные, а время жизни антибиотиков, когда они действительно работают и когда их покупают, не очень большое. В результате количество новых антибиотиков, введенных в клиническую практику, уменьшается год от года. В 1990 году фармкомпаний, которые занимались антибиотиками, было 18, в 2011 году их было уже только четыре.
Сегодня существуют штаммы бактерий, обладающие множественной лекарственной устойчивостью. Терапия как у Антона Павловича Чехова — кумыс и свежий воздух. Дело в том, что классический советский, а теперь и российский курс лечения туберкулеза очень длительный. В России много тюрем и колоний, человек попадает в одну из них, там у него диагностируют заболевание и начинают лечить.
Не долечившись, человек выходит на свободу, и у него ни денег нет, ни желания тратить их на лекарства. В результате у нас куча недолеченных людей, тот же самый биореактор, что и в опытах.
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. 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.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. 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.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Интервью с чл. 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.
Условия обитания Бактерии приспособились к разным условиям существования.
Некоторые бактерии чрезвычайно устойчивы к ионизирующему излучению и живут даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов Deinococcus radiodurans. Ряд бактерий барофилы, или пьезофилы хорошо переносят гидростатическое давление до 101 тыс. В то же время есть бактерии, не выдерживающие даже незначительного увеличения атмосферного давления. Как правило, бактерии предпочитают нейтральные условия среды обитания рН около 7,0 , хотя встречаются как экстремальные ацидифилы, способные к росту при рН 0,1—0,5, так и алкалифилы, развивающиеся при рН до 13,0. Подавляющее большинство изученных бактерий — аэробы. Факультативные анаэробы растут как в присутствии O2, так и в его отсутствие; они способны переключать метаболизм с аэробного дыхания на брожение или анаэробное дыхание энтеробактерии. Рост аэротолерантных анаэробов не угнетается в присутствии небольшого количества O2, т. Для строгих анаэробов даже следы O2 в среде обитания являются губительными.
Многие бактерии переживают неблагоприятные условия среды, образуя покоящиеся формы. Типы питания Для бактерий характерны интенсивный обмен веществами между клеткой и внешней средой и пластичность метаболизма. Они обладают высокой способностью к адаптации, легко приспосабливаясь к различным в том числе экстремальным условиям среды, способны переключаться с одного типа питания на другой. Как и другие организмы, бактерии запасают энергию главным образом в форме АТФ , образующегося в процессе фотосинтеза, дыхания и различных типов брожения. В зависимости от источника используемого углерода они делятся на автотрофов полностью удовлетворяют свои потребности за счёт CO2 и гетеротрофов нуждаются в готовых органических соединениях. Однако эти термины не отражают всё многообразие типов питания у бактерий. Поэтому при их характеристике указывают на источник энергии, доноров водорода электронов и вещества, используемые в биосинтетических процессах. Для большинства бактерий источником энергии служит окисление химических веществ хемотрофы.
Ряд бактерий в том числе пурпурные и зелёные бактерии , цианобактерии в ходе фотосинтеза преобразуют энергию света в энергию химических связей органических соединений фототрофы. Если окислению подвергаются неорганические вещества т. Исходя из этого выделяют 8 типов питания и соответствующих им групп бактерий: фотолитоавтотрофы цианобактерии, анаэробные пурпурные бактерии , фотолитогетеротрофы некоторые анаэробные бактерии , фотоорганогетеротрофы несерные пурпурные бактерии , фотоорганоавтотрофы редкий тип питания, свойственный некоторым пурпурным бактериям , хемолитоавтотрофы например, нитрификаторы, тионовые бактерии , хемолитогетеротрофы многие сульфатвосстанавливающие бактерии , хемоорганоавтотрофы многие водородные бактерии , хемоорганогетеротрофы основной массив бактерий-органотрофов. Известны облигатные паразиты паратрофы , использующие только сложные органические вещества, образуемые организмом-хозяином. Большинство бактерий, утилизирующих соединения азота, как правило, используют его восстановленные формы чаще всего соли аммония , некоторые нуждаются в готовых аминокислотах , а другие усваивают и его окислённые формы главным образом нитраты. Значит, число свободноживущих и симбиотических бактерий способны фиксировать молекулярный азот. Фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот и других соединений клетки, бактерии получают преимущественно из фосфатов. Источником серы, необходимой для биосинтеза аминокислот и некоторых кофакторов ферментов, чаще всего являются сульфаты ; некоторые виды бактерий нуждаются в восстановленных соединениях серы.
Систематика Официально принятой классификации бактерий нет. Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков. Более совершенная филогенетическая естественная классификация объединяет родственные формы, исходя из общности их происхождения.
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. Среди бактерий есть также немало паразитических видов, которые поселяясь в организме человека, растений и животных, провоцируют развитие разнообразных заболеваний. От больного в другой организм бактерии могут проникать вместе с едой, водой, воздухом, через покровы тела.
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.
Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства. Например, царство Протеобактерий содержит организмы, характеризующиеся смешанными физиологическими чертами, напоминающими черты, характерные почти для всех известных прокариот. Второй прокариотический домен составляют Археи, состоящие из трех основных типов: Кренархеот, Эвриархиот и Корархеот. Физиологически бактерии и археи легко дифференцируются по наличию у бактерий или отсутствию у археев клеточной стенки, содержащей пептидогликан. Представители домена Эукариот в составе своей клеточной стенки также не содержат пептидогликан. Подобные организмы могли сохраниться с того времени, когда Земля еще находилась на ранних этапах формирования, которые характеризовались экстремальными условиями, и эти прокариоты или близкие к ним археи могут представлять собой реликты ранних форм жизни.
Первоначально, некоторые формы Археев были обнаружены при анализе рибосомальных генов организмов, обитающих в экзотической среде, например в открытом океане, Антарктических водах, и в водах глубоководных гидротермальных источников. Однако они также находятся в обычной почве и в озерных водах. Наша информация об универсальном дереве жизни продолжает расширяться. В современной филогенетике к числу трудных относится вопрос, каким образом классифицировать организмы по видам, и второй, с ним связанный, как группировать виды в основные домены или царства. По мере обнаружения новых видов, может быть пересмотрена и скорректирована структура основных доменов. Видео этапы эволюции, естественного отбора, искусственного отбора Редактор: Искандер Милевски.
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Именно поэтому малярийный паразит может адаптироваться к большинству антималярийных препаратов; но на преобретение сопротивляемости хлорохину ушло больше времени, поскольу нужно было произойти двум мутациям одновременно в одном гене. Даже такое маленькое изменение находится за пределами возможностей организмов, таких как люди, у которых длительность поколений намного большая. В тоже время, популистский подход например New Scientist к этому исследованию создает впечатление, что E. Однако, это явно не тот случай, потому что цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот ЦТК или цикл Кребса разные названия одного и того же производит и использует цитрат в нормальном окислительном метаболизме глюкозы и других углеводов. Среди которых есть ген транспортера цитрата, кодирующий белок-транспортер, встроенный в клеточную стенку и отвечающий за транспорт цитрата в клетку. Так что же произошло? Еще не все очевидно, исходя из опубликованной информации, но скорее всего, мутации нарушили регуляцию этого оперона, в результате чего бактерия производит транспортер цитрата независимо от окислительного состояния окружающей среды то есть, он постоянно включён. Это можно сравнить с переключателем, который включается, когда солнце заходит, поскольку сенсор обнаруживает недостаток света и активирует переключатель. Нарушение в работе этого сенсора может привести к тому, что свет будет включен все время. Это именно тот тип изменения, о котором идет речь.
Другая возможность состоит в том, что существующий ген-транспортер, например, тот, который доставляет тартрат,[3] который обычно не транспортирует цитрат, мутировал и в следствии этого он потерял специфичность и теперь способен к транспортировке цитрата в клетку. Подобная потеря специфичности также является следствием случайных мутаций. Потеря специфичности приравнивается к потере информации, но для эволюции требуется появление новой информации; информация, которая определяет инструкции по созданию ферментов и кофакторов в новых биохимических путях, например, как создавать перья, крылья, кости, нервы или сложные компоненты и способ сборки сложных двигателей, таких как АТФ-синтаза, например. Однако, мутации хорошо способны разрушать, а не созидать. Иногда разрушение может быть полезным адаптационным ,[7] но это не отвечает за создание огромнейшего количества информации в ДНК всех живых существ. Бихи в своей книге «Предел эволюции» приравнял роль мутаций в сопротивляемости антибиотиков и патогенов, к например, окопной войне, в результате которой мутации уничтожают некоторые функции, чтобы преодолеть восприимчивость. Это так, как если бы вы положили жевательную резинку в механические часы; они не могли быть созданы таким образом. Много шумихи без причины снова Бихи прав; здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», то есть все это не имеет никакого отношения к происхождению ферментов и каталитических путей, что должна объяснить эволюция. Блаунт обнаружил, что к использованию бактериями цитрата привели три шага: 1.
Потенцирование: Шаг, включающий в себе по меньшей мере 2 мутации. Он обнаружил одну возможную мутацию, единичное изменение нуклеотида SNP , повреждающее ген, известный как arcB, который регулирует работу цикла Кербса ЦТК , что могло привести к ускоренному метаболизму цитрата. Актуализация: дупликация гена, производящего белок-транспортер цитрата, что позволило использовать цитрат. Дупликация гена в месте без обычной контролирующей его последовательности позволило его экспрессии в присутствии кислорода поскольку он попал под контроль уже существующего промотора, который был «включен» в присутствии кислорода. Это важнейший шаг, позволивший появиться ограниченной способности использовать цитрат в аэробной среде.
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.
Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса.
Самые бурные события происходили в период 3,3—2,85 млрд лет назад это средний архей , который на графике затонирован серым цветом. График из обсуждаемой статьи в Nature Справа на графике рис. Мы видим, что в истории земной жизни был особый период, когда скорость появления новых генных семейств резко возросла; вслед за этим резко возросла и скорость выпадения генных семейств. Этот период приходится на средний—верхний архей — 3,3—2,85 млрд лет назад. Авторы назвали его «Архейская экспансия генов». После события Архейской экспансии к середине протерозоя появление новых семейств стало совсем незначительным. Когда период бурных инноваций закончился, постепенно всё большее значение стала приобретать дупликация генов; темпы этого процесса постепенно увеличиваются даже и в современности. Роль горизонтальных переносов росла вместе с нововведениями, а с прекращением образования de novo семейств оставалась более или менее постоянной.
Всё складывается в логичную схему: после появления жизни на планете организмы начали быстро приспосабливаться к различным экологическим нишам, изобретая для этого необходимые ферменты и реакции. После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов. Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической. Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты.
Именно это и заставляет микромир меняться. Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции. Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию.
Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии.
У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог. Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку. За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году.
Планета бактерий
| Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить? | Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
| Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий | Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной? |
| Планета бактерий | Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении. |
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Таким образом, бактерии объединяются в царство мельчайших организмов очень простого строения. Бактерии большей частью питаются органическими веществами; среди них встречаются сапрофиты и паразиты. Бактерии растут и размножаются очень быстро. Поэтому они быстро распространяются. Исключением являются такие растения , как нитчатые цианобактерии и актиномицеты. Рисунок 1. Формы бактерий В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки микоплазмы , так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма.
Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов. Рисунок 2. Строение клетки бактерии От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеоид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот.
У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли аэросомы , функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки. У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых. Размножение Бактерий По достижении определенных параметров клетки бактерии начинают размножаться бесполым и половым способом.
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. Это говорит о высокой чувствительности синтетических леталей к изменениям бактериальных генотипов. Обнаруженное поведение долговременной фенотипической дивергенции бактерий напоминает молекулярные часы белковой эволюции [5].
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]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии [144]. Методы культивирования бактерий [en] разработаны так, чтобы способствовать росту определённых бактерий, но подавлять рост других бактерий из того же образца.
Многие бактерии способны образовывать на питательной среде колонии характерной формы. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. Формы бактериальных клеток Это интересно: форма бактериальных клеток Бактериальные клетки бывают разной формы. Палочковидные бактерии называют бациллами от лат. Диплококки от др. Названия стафилококков и стрептококков происходят от греческих слов staphylоs [стафилос] — «виноград, гроздь» и streptos [стрептос] — «цепочка». В бактериальных клетках нет ядер Все представители царства бактерий являются прокариотами. Прокариоты, или Доядерные, — это надцарство одноклеточных организмов, не имеющих клеточных ядер. Бактериальные клетки окружены клеточной стенкой из муреина Муреин от лат. Прочная и достаточно жёсткая клеточная стенка располагается поверх клеточной мембраны и определяет характерную для каждого вида форму бактериальных клеток. Бактерий можно выращивать в лабораторных условиях Микробиологи, изучающие разные виды бактерий, выращивают их на особых средах — в жидком питательном бульоне, на поверхности или в толще особых плотных желеобразных сред. Колонии бактерий на поверхности питательных сред в чашках Петри Строение бактериальной клетки Клетки бактерий устроены гораздо проще клеток других организмов — животных, растений, грибов. В них нет не только ядер, но и многих органоидов. В цитоплазме можно обнаружить только мелкие округлые органоиды — рибосомы, осуществляющие сборку белковых молекул, и включения в виде зёрен, капель, кристаллов или комочков разной формы — отложенные впрок запасы питательных веществ или изолированные уже ненужные клетке продукты обмена веществ. В цитоплазме располагается также генетический материал — вещество, содержащее наследственную информацию о строении и жизнедеятельности бактериальной клетки. В отличие от клеток эукариотических организмов, генетический материал в клетках бактерий не окружён ядерной оболочкой. У некоторых видов бактерий поверх клеточной стенки имеется дополнительный внешний слой — слизистая капсула. В отличие от стенки, капсула неплотная, полужидкая, полупрозрачная. Капсула обеспечивает дополнительную защиту бактериальных клеток от повреждений. Схема строения бактериальной клетки. 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.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Конспект: Как сохранить земноводных в природе? Сходство строения семян однодольных и двудольных растений состоит в том что продолжите Вред бактерий в природе. Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
Бактерии размножаются делением надвое. Сходства Клетки всех живых организмов всех царств живой природы содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы. К надцарству прокариот относятся царства бактерий эубактерий , архебактерий и цианобактерий цианей, синезеленых водорослей. К надцарству эукариот относятся царства растений, животных и грибов. Левенгуком в конце 17 в.
Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий.
Карл Вёзе — создатель молекулярной филогенетики и первооткрыватель архей Окислитель — вещество, в состав которого входят атомы, присоединяющие к себе электроны во время химической реакции. Клубеньки небольшие утолщения на корнях многих растений, в которых живут симбиотические азотфиксирующие бактерии. У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог.
Палочки Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы. Клостридии Clostridium botulinum — возбудитель ботулизма. Clostridium tetani столбнячная палочка — возбудитель столбняка. Не окрашиваются по методу Грама Менингококки Neisseria meningitidis — возбудитель менингита. Палочки Escherichia coli кишечная палочка — кишечный симбионт человека, сальмонеллы — возбудители сальмонеллёза, Rhizobium клубеньковые бактерии — симбионты корней бобовых растений, способные усваивать атмосферный азот. Вибрионы Спириллы Спирилла — обитатель пресных и соленых водоемов. Помимо основной ДНК хромосомы бактерии обычно содержат большое количество очень маленьких кольцевых молекул ДНК длиной несколько тысяч пар, так называемых плазмид, участвующих в обмене генетическим материалом между бактериями. Как правило, плазмиды имеют в составе гены устойчивости к антибиотикам и ионам тяжелых металлов.
В процессе эксперимента прослежены генетические изменения, происходившие в 12 популяциях E. Целью эксперимента был поиск ответа на некоторые важные вопросы эволюционной биологии: Каким образом меняется во времени скорость эволюционных изменений; Какова повторяемость эволюционных изменений для различных популяций, существующих в одинаковой среде; Каково соотношение эволюции на генотипическом и фенотипическом уровнях. Слайд 4 Методика эксперимента В начале эксперимента были созданы 12 популяций исходного штамма.
Остались вопросы?
Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете. объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Мы поговорим ниже о построение дерева эволюции согласно Дарвину, посмотрим на сколько это справедливо и таки я в итоге дам полное дерево (в рамках имеющейся информации) эволюции бактерий на основании самых консервативных генов тРНК. Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной?
Планета бактерий
| Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий | Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. |
| Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле | Найдите правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует. |
| Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле | Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. |
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции - | Найдите правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует. |
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). |