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.
Вход и регистрация
Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
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? Укажите возможные причины разделения популяции с образованием двух видов. Ответ 1 Для того, чтобы образовались два вида, должна возникнуть изоляция: 2 географическая изоляция возникает в результате появления физической преграды между частями популяции; 3 экологическая изоляция возникает при смене экологической ниши частью популяции; 4 изоляция может привести к образованию двух видов в случае невозможности скрещивания и обмена генами между новыми популяциями репродуктивная изоляция. Объясните, как переселение человеком собак в Австралию привело к образованию нового вида Дикая собака динго. Для объяснения используйте знания о факторах эволюции. Ответ 1 популяция собак, переселённых в Австралию, оказалась пространственно изолированной от популяций собак волков других континентов; 2 в изолированной популяции собак появились новые мутации признаки, аллели , которые оказались полезными в новых условиях жизни; 3 длительный естественный отбор сохранил полезные признаки мутации и привёл к изменению генофонда; 4 репродуктивная изоляция привела к формированию нового вида. Определите по рисунку вид изоляции севанской форели, приведший к образованию различных популяций.
Ответ обоснуйте. Почему учёные относят эти популяции к одному виду? Почему севанская форель требует пристального внимания со стороны природоохранных организаций? Ответ 2 в исходном виде сформировались популяции с разными местами нереста; 3 в исходном виде сформировались популяции с разными сроками нереста; 4 между популяциями нет репродуктивной изоляции, поэтому это один вид; 5 этот вид-эндемик обитает только в озере Севан 16. Как с позиции современного эволюционного учения объясняется появление собачьих блох, устойчивых к противоблошиному шампуню? Ответ 1 в популяции блох присутствуют особи с различной степенью устойчивости к ядовитым веществам разными мутациями ; 2 при обработке шампунем в ходе борьбы за существование неустойчивые к яду шампуня блохи погибают, а устойчивые выживают; 3 выжившие блохи передают гены устойчивости к яду мутацию своим потомкам получим преимущество в размножении ; 4 в результате естественного отбора формируется новая популяция, устойчивая к яду шампуня 17. Вид азиатской птицы зеленоватой камышевки Phylloscopus trochiloides распространился на восток и запад Тибетского плато с юга, огибая непроходимые Гималаи направление распространения вида указано стрелками , где миграция из-за высоты гор невозможна. При этом образовалось множество подвидов, которые различаются по мотивам песни и окраске.
Соседние подвиды способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P. Однако дальние подвиды не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P. Какой тип видообразования иллюстрирует данный пример?
Окрашивание по Граму. Для идентификации болезнетворных бактерий крайне полезным оказался метод окрашивания препаратов, разработанный в 1884 датским бактериологом Х. Он основан на устойчивости бактериальной клеточной стенки к обесцвечиванию после обработки особыми красителями.
Если она не обесцвечивается, бактерию называют грамположительной, в противном случае — грамотрицательной. Это различие связано с особенностями строения клеточной стенки и некоторыми метаболическими признаками микроорганизмов. Отнесение патогенной бактерии к одной из двух данных групп помогает врачам назначить нужный антибиотик или другое лекарство. Так, бактерии, вызывающие фурункулы, всегда грамположительны, а возбудители бактериальной дизентерии — грамотрицательны. Типы патогенов. Некоторые патогены, то есть болезнетворные микроорганизмы, могут быть облигатными паразитами, то есть они способны жить только в теле организма-хозяина.
Такова, к примеру, вызывающая сифилис бледная трепонема, или бледная спирохета Treponema pallidum , которая быстро погибает во внешней среде. Еще сильнее такая особенность выражена у риккетсий сыпной тиф, пятнистая лихорадка Скалистых гор и др. Эти организмы могут жить только внутри других клеток и так мелки, что их долгое время относили к вирусам. Другие виды обычно живут независимо от каких-либо хозяев, но в особых условиях становятся паразитами. Пример — Pseudomonas aeruginosa, почвенная бактерия, способная иногда инфицировать раны или просто заражать людей с ослабленным здоровьем. Зачастую патогены живут в организме хозяев, не причиняя им вреда, и вызывают болезни лишь при особых обстоятельствах, роль которых не всегда ясна.
Бактерии не могут преодолеть барьер, создаваемый неповрежденной кожей; они проникают внутрь организма через раны и тонкие слизистые оболочки, выстилающие изнутри ротовую полость, пищеварительный тракт, дыхательные и мочеполовые пути и проч. Поэтому от человека к человеку они передаются с зараженной пищей или питьевой водой брюшной тиф, бруцеллез, холера, дизентерия , с вдыхаемыми капельками влаги, попавшими в воздух при чихании, кашле или просто разговоре больного дифтерия, легочная чума, туберкулез, стрептококковые инфекции, пневмония или при прямом контакте слизистых оболочек двух людей гонорея, сифилис, бруцеллез. Попав на слизистую оболочку, патогены могут поражать только ее например, возбудители дифтерии в дыхательных путях или проникать глубже, как, скажем, трепонема при сифилисе. Симптомы заражения бактериями часто объясняют действием токсичных веществ, вырабатываемых этими микроорганизмами. Их принято подразделять на две группы. Экзотоксины выделяются из бактериальной клетки, например, при дифтерии, столбняке, скарлатине причина красной сыпи.
Интересно, что во многих случаях экзотоксины вырабатываются только бактериями, которые сами заражены вирусами, содержащими соответствующие гены. Эндотоксины входят в состав бактериальной клеточной стенки и высвобождаются лишь после гибели и разрушения патогена. Пищевые отравления. Анаэробная бактерия Clostridium botulinum, обычно живущая в почве и иле, — причина ботулизма. Она образует очень устойчивые к нагреванию споры, которые могут прорастать после пастеризации и копчения продуктов. В ходе своей жизнедеятельности бактерия образует несколько близких по строению токсинов, относящихся к сильнейшим из известных ядов.
Эта бактерия изредка заражает фабричные консервы и несколько чаще — домашние. Выявить на глаз ее присутствие в овощных или мясных продуктах обычно невозможно. К счастью, ботулинотоксин — это белок, поэтому его можно инактивировать непродолжительным кипячением. Гораздо шире распространены пищевые отравления, вызываемые токсином, который вырабатывается некоторыми штаммами золотистого стафилококка Staphylococcus aureus. Симптомы — понос и упадок сил; смертельные исходы редки. Этот токсин — также белок, но, к сожалению, очень термостойкий, поэтому кипячением пищи его инактивировать трудно.
Бактерии рода Salmonella также способны, заражая пищу, причинять вред здоровью. Строго говоря, это не пищевое отравление, а кишечная инфекция сальмонеллез , симптомы которой обычно возникают через 12—24 ч после попадания патогена в организм. Смертность от нее довольно высокая. Стафилококковые отравления и сальмонеллез связаны в основном с потреблением постоявших при комнатной температуре мясных продуктов и салатов, особенно на пикниках и праздничных застольях. Естественная защита организма. В организме животных существует несколько «линий обороны» против патогенных микроорганизмов.
Одну из них образуют белые кровяные тельца, фагоцитирующие, то есть поглощающие, бактерии и вообще чужеродные частицы, другую — иммунная система. Обе они действуют взаимосвязанно. Иммунная система очень сложна и существует только у позвоночных. Если в кровь животного проникает чужеродный белок или высокомолекулярный углевод, то он становится здесь антигеном, то есть веществом, стимулирующим выработку организмом «противодействующего» вещества — антитела. Антитело — это белок, который связывает, то есть инактивирует, специфический для него антиген, часто вызывая его преципитацию осаждение и удаление из кровотока. Каждому антигену соответствует строго определенное антитело.
Бактерии, как правило, тоже вызывают образование антител, которые стимулируют лизис, то есть разрушение, их клеток и делают их более доступными для фагоцитоза. Часто можно заранее иммунизировать индивида, повысив его естественную сопротивляемость бактериальной инфекции. Кроме «гуморального иммунитета», обеспечиваемого циркулирующими в крови антителами, существует иммунитет «клеточный», связанный со специализированными белыми кровяными тельцами, т. T-клетками, которые убивают бактерии при прямом контакте с ними и с помощью токсичных веществ. T-клетки нужны и для активации макрофагов — белых кровяных телец другого типа, также уничтожающих бактерии. Химиотерапия и антибиотики.
Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств химиотерапевтических препаратов. Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное. Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию. Кроме того, рибосомы прокариот, несколько отличные от наших эукариотических , специфически инактивируются антибиотиками типа стрептомицина и хлоромицетина.
Далее, некоторые бактерии должны сами обеспечивать себя одним из витаминов — фолиевой кислотой, а ее синтез в их клетках подавляют синтетические сульфамидные препараты. Сами мы получаем этот витамин с пищей, поэтому при таком лечении не страдаем. Сейчас против почти всех бактериальных патогенов существуют природные или синтетические лекарственные средства. Борьба с патогенами на уровне индивидуального больного — только один из аспектов применения медицинской бактериологии. Не менее важно изучение развития бактериальных популяций вне организма больного, их экологии, биологии и эпидемиологии, то есть распространения и динамики численности. Известно, например, что возбудитель чумы Yersinia pestis живет в теле грызунов, служащих «природным резервуаром» этой инфекции, и переносчиками ее между животными являются блохи.
Если в водоем попадают канализационные стоки, там в течение некоторого периода времени, зависящего от различных условий, сохраняют жизнеспособность возбудители ряда кишечных инфекций.
Так как вирусы не имеют общего предка и не образуют окаменелостей, то не существует единой теории их возникновения. Однако выделение вирусных элементов из геномов останков древних существ позволяет проследить их распространение и изменение.
Откуда взялись бесклеточные организмы В настоящее время выдвинуты следующие теории происхождения вирусов в ходе эволюции: регрессия одноклеточных микроорганизмов; переход доклеточных форм к паразитическому способу жизни; отсоединение отдельных участков ДНК или РНК клеточных организмов с сохранением зависимости. У каждой теории существуют недостатки, не позволяющие ее принять за единую правильную версию. Изменчивость и наследственность вирусов Эволюцию вирусов ученые пытаются проследить, проводя анализ геномов современных микроорганизмов.
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 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.
Наследственная информация, представленная в виде кольцевой реже — линейной молекулы ДНК, расположена в центральной части клетки. Размножаются бактерии митозом — простым делением надвое.
Предполагается, что в появлении каких-либо приспособлений имеет место горизонтальный перенос генов — передача генетического материала от одного организма к другому, не являющемуся его потомком. В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам. Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете.
Задание Учи.ру
Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями. Есть такая замечательная вещь, как пересаживание кала, — этот метод в США прошел клиническое испытание на людях и уже используется. Оказывается, лучший способ похудеть — это пересадить себе какашку худого человека, которая, как известно, в основном состоит из его бактерий. В дальнейшем можно будет на своей странице в соцсетях выставлять не только геном, но и метагеном. И если какой-нибудь Цукерберг или Брин будут иметь доступ к этой информации, они смогут проводить исследования, например, о связи определенной бактерии с желанием, я не знаю, купить айфон.
А медики, скажем, выяснят, что все, кто ел огурцы и имел такую-то бактерию, рано умерли. То есть бактерии могут служить диагностическими маркерами заболеваний или какого-то поведения. Таков размер самой крупной бактерии Thiomargarita namibiensis. Большинство же бактерий имеют размер 0,5—5 мкм.
Кстати, проанализировав геном, тоже почти ничего пока нельзя сказать. К сожалению, это сложно. Любой человек с точки зрения геномики — это, в общем, одна и та же книжка. Если вы возьмете «Войну и мир» и увеличите ее в тысячу раз, там будет три миллиарда букв.
Эти «опечатки» обеспечивают нашу индивидуальность и предрасположенность к болезням. Есть очень простые заболевания, как гемофилия у Романовых, причиной которой служит одна-единственная опечатка. Но на возникновение шизофрении или рака влияют десятки и сотни опечаток — пока вычленить все влияния не представляется возможным. С микробиомом то же самое.
Получается, они разрушают всё наше уникальное сообщество бактерий? Возможно, это связано с аппендиксом. Некоторые ученые утверждают, что аппендикс — это такой резервуар, маленький домик для нашей микрофлоры. Считается, что именно эта бактерия виновна в развитии язвы желудка О чем микробы говорят друг с другом [КШ] Почему разные страшные эпидемии обычно приходят из Африки?
В Африке просто разнообразные условия и биоразнообразие очень большое. Это такая гигантская лаборатория, в которой можно обкатывать всякие новые варианты. И одна из причин, почему Африку так тяжело было завоевать или покорить. Европейская цивилизация развивалась в схожих климатических условиях.
А когда вы движетесь с севера на юг, возникают новые климатические зоны с новыми микробами. То же самое в вытянутой с севера на юг Америке: майя, инки, ацтеки почти не общались друг с другом, потому что не могли пройти этот барьер — в новых природных условиях их убивали непривычные для их организма микробы. Антибиотики ведь не люди изобрели — это вещества, с помощью которых микробы общаются друг с другом. Ученые всегда изучали бактерий в чистой культуре определенного вида, но в природе такого не бывает: у любого места обитания свой микробиом, сообщество разных микробов, где все зависят друг от друга.
У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя».
В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики.
В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают. А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне.
Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов. Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо.
Во-вторых, новые найти очень непросто. Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез. Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться.
В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико.
Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты. Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается.
Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения.
Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий — отсутствия пищи или воды, влияния слишком высокой или низкой температуры и т. Спора образуется внутри клетки. Часть цитоплазмы обособляется вокруг генетического материала клетки, затем отшнуровывается и одевается плотными оболочками, после чего оставшиеся внешние части клетки отмирают. В таком состоянии споры могут существовать очень долгое время — десятки и даже сотни лет. Когда споры попадают в благоприятные условия, они превращаются в обычные бактериальные клетки. Вначале лопается оболочка споры, клетка выходит из оболочки, начинает питаться, расти, затем делиться.
Схема образования бактериальной споры Споры бактерий очень устойчивы к воздействию низких и высоких температур: выдерживают замораживание и нагревание, а иногда даже кипячение. Уничтожить споры обычно удаётся только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называют стерилизацией от лат. Пищевые продукты стерилизуют и герметично упаковывают, чтобы увеличить срок их хранения. Стерилизуют также все медицинские инструменты, чтобы не занести в организм человека инфекцию. Значение бактерий Значение бактерий в природе Бактерии — древнейшие обитатели Земли. Учёные считают, что первыми появившимися на нашей планете клеточными организмами были именно бактерии.
Они распространены всюду. Их находят в атмосфере на высоте нескольких километров, на дне океанов, в нефтяных и угольных пластах. Несмотря на малые размеры, бактерии выполняют важные функции во всех природных сообществах Земли. Бактерии, обитающие в почве, разлагают мёртвое органическое вещество и превращают его в неорганические вещества, доступные растениям. Таким образом, почвенные бактерии участвуют в создании почвы и сохраняют её плодородие. Клубеньковые бактерии — симбионты бобовых растений — обогащают почву азотом, повышая её плодородие. Корни бобового растения, в которых обитают симбиотические азотфиксирующие бактерии Цианобактерии производят органические вещества, потребляемые другими организмами, и выделяют в атмосферу кислород.
Бактериями питаются многие одноклеточные животные, например амёбы и инфузории. Бактерии-симбионты, обитающие в кишечниках копытных животных, способны перерабатывать целлюлозу, содержащуюся в растительных кормах, и увеличивать их пищевую ценность. Паразитические бактерии могут поселяться в организмах животных и растений, ослаблять их, вызывать опасные заболевания и даже гибель. Значение бактерий в жизни человека Бактерии играют важную роль в жизни человека. Микрофлора кишечника человека — это полезные бактерии-симбионты, обитающие в пищеварительном тракте. Эти микроорганизмы выполняют некоторые полезные функции, например препятствуют проникновению и размножению болезнетворных бактерий. Многие болезни человека — ангина, коклюш, сальмонеллёз — вызываются болезнетворными бактериями.
Бактерии, живущие в зубном налёте, питаются остатками пищи и могут вызывать кариес от лат. С патогенными бактериями люди борются с помощью антибиотиков от лат. Полезные и вредные бактерии в организме человека Молочнокислые и уксуснокислые бактерии используются для приготовления продуктов брожения — простокваши, йогурта, сметаны, сыра, квашеной капусты, соевого соуса, уксуса. Силос — сочный корм для сельскохозяйственных животных — тоже получают с помощью бактерий, путём заквашивания зелёной массы кормовых растений. Бактерии гниения и брожения могут вызывать порчу пищевых продуктов — скисание молока, прогоркание масла, протухание мяса и рыбы. Употребление в пищу испорченных продуктов может вызывать отравление. Для сохранения продуктов их подвергают специальной обработке — консервации от лат.
В результате такой обработки создаются условия, не подходящие для развития микроорганизмов, а упаковка предотвращает попадание на продукты новых бактерий и их спор. Учёными используют бактерий как объект для исследования. Клетки бактерий относительно просто устроены, но обладают процессами жизнедеятельности, сходными с клетками других организмов. Генетики и биохимики на клетках бактерий как на модельных организмах изучают деятельность генов и особенности обмена веществ. Учёные смогли «научить» бактерии производить нужные людям вещества, например инсулин лекарство для больных диабетом , витамины, пищевой и кормовой белок. Главное Бактерии — микроскопические одноклеточные организмы, которых можно встретить везде — в воде, воздухе, почве, на поверхности тел других организмов и даже внутри них.
Нашел и описал ряд коловраток, почкование гидр и т. Открыл инфузории и описал многие их формы.
Роберт Гук 1635—1703 гг. В 1665 г. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчел, и он назвал эти ячейки клетками по-английски cell означает «ячейка, клетка». Роберт Броун 1773—1858 гг. Изучая растительные клетки, открыл клеточное ядро 1831 г. Альберт фон Кёлликер 1817—1905 гг. Автор термина «цитоплазма». Труды связаны с изучением строения и развития тканей, создал 1852 г.
Маттиас Шлейден 1804—1881 гг. Способствовал созданию клеточной теории 1838—1839 гг. Теодор Шванн 1810—1882 гг. Рудольф Вирхов 1821—1902 гг. В 1858 г. Фридрих Мишер 1844—1895 гг. В 1869 г. Фридрих Мишер открыл ДНК.
Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это «вещество» обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота. Сергей Гаврилович Навашин 1857—1930 гг. Биологического института им. Тимирязева в Москве. Фундаментальное значение имело открытие им у покрытосеменных растений двойного оплодотворения, объяснившего природу их триплоидного эндосперма. Лауреаты Нобелевской премии. Карл Лайнус Полинг 1901—1994 гг. Сформулировал теорию вторичной структуры белка и открыл альфа-спираль.
Лауреат Нобелевской премии. Владимир Александрович Энгельгардт 1894—1984 гг. Изучал закономерности превращения фосфорных соединений в процессах клеточного обмена. Открыл дыхательное фосфорилирование на уровне клетки. Дмитрий Иосифович Ивановский 1863—1920 гг. Основоположник вирусологии. Луи Пастер 1822—1895 гг. Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении жизни, опытным путем доказав невозможность этого.
Разработал способ обеззараживания пищевых продуктов; выделил возбудителя сибирской язвы; заложил научные основы виноделия и пивоварения. Александр Иванович Опарин 1894—1980 гг.
Самый известный представитель — ВИЧ. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек. Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются. Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим.
Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть. Допустим, сидят себе бактерии, и тут вдруг становится очень плохо — среда изменилась. Большинство бактерий умирает, и вся их ДНК вытекает наружу. А некоторые выживают и встраивают в себя части этой ДНК. Большинству это ничего не дает, а кто-то получает новые возможности — он растет, и ему становится совсем хорошо, потому что все вокруг погибли: еды куча, никто не мешает. Они могут выдержать долгое кипячение и подолгу не гибнут в дезинфицирующих препаратах [КШ] У людей довольно большая часть ДНК вирусного происхождения.
Значит, тут тоже речь идет о горизонтальном переносе. Возможен ли перенос генов от бактерий к людям? У нас нет бактериальных генов, кроме тех, что мы когда-то получили от бактерий, ставших митохондриями в клетках нашего организма. Помните, как возникли клетки, от которых произошли мы и все, кого мы видим в зоопарке? Наш одноклеточный предок захватил некую древнюю бактерию и заставил ее кашу варить — энергию вырабатывать. Но чтобы эта бактерия не прибила нашего предка, большинство генов из нее было перенесено в ядро. А гены вирусов, про которые вы говорите, действительно составляют у нас солидную часть генома. Это остатки ретровирусов, которые встроились в разные места нашей ДНК.
Они встроились так, чтобы мешать работе наших генов, но испортились потихонечку. Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше. Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу.
Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии.
Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем.
Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая.
Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Бактериальные заболевания.
Остались вопросы?
| Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад | Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете. |
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. |
| Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в | 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. |
| Происхождение и эволюция микроорганизмов - YouTube | Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. |
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты).
Планета бактерий
| Бактерии — Википедия | Бактерии с точки зрения эволюции являются довольно сложно организованными организмами и представляют высокий уровень развития. |
| Бактерии, подготовка к ЕГЭ по биологии | Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. |
| Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов | Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. |
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — | Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. |
| Вход и регистрация | История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. |
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166. Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
| Эволюция всего: как развиваются бактерии, вирусы и люди — T&P | Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс. |
| БАКТЕРИИ | Энциклопедия Кругосвет | Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. |
| Эволюция бактерий - Evolution of bacteria | Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении. |
Иллюстрации
- Непременное условие – соответствующая связь
- учитель биологии - Бактерии
- Бактерии (5–7 кл.)
- Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
- Эволюция всего: как развиваются бактерии, вирусы и люди
Непременное условие – соответствующая связь
- Видео этапы эволюции, естественного отбора, искусственного отбора
- КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- Знятие 1. Введение в биологию | VK
- Происхождение и эволюция микроорганизмов - YouTube
- Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
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. Другими представителями микромира были: бактерии, обладавшие способностью фиксировать углеводородные соединения и аммиак; водородные бактерии, окислявшие молекулярный водород; микроскопические сине-зеленые водоросли, использовавшие углеводород для строительства своего тела и выделявшие кислород. Их жизнедеятельность привела к обогащению биосферы Земли кислородом с одновременным снижением концентрации в ней углекислого газа. Такая эволюция фотосинтеза привела к массовой гибели анаэробных микроорганизмов и дала возможность развиваться аэробам. Таким образом, произошло четкое разделение между прокариотами и эукариотами. Безъядерные бактерии продолжали использовать сульфатное дыхание, формировать и потреблять метан, фиксировать азот и выполнять другие важные для экологии функции. Жизнедеятельность ядерных микроорганизмов базировалась в основном на фотосинтезе и существовании в присутствии кислорода.
Как передается генетическая информация Отсутствие полового размножения у бактерий привело к возможности не только воспроизводить потомство путем простого деления, но и делиться генетическим материалом с другими микроорганизмами. Данное явление получило название горизонтального переноса. Оно создает значительные трудности для ученых в отслеживании развития определенного вида бактерий и архей. Изучение подвижных генетических элементов и их роли в эволюции бактерий позволило установить, что они могут оказывать влияние на процесс преобразования наследственной информации в РНК или протеин. В результате этого происходит блокировка определенных действующих и активизация неактивных генов, вызывая мутации и создавая этим определенные эволюционные преимущества.
Снаружи бактерии покрыты капсулой или клеточной стенкой из муреина. Плазматическая мембрана бактерий по структуре и функциям не отличается от мембран эукариотических клеток. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы. На поверхности мезосомы находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Во время деления бактериальной клетки, мезосомы связываются с ДНК, что облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК.
Генетический материал бактерий содержится в одной кольцевой молекуле ДНК.
Открыли 6 видов-двойников малярийного комара, раньше считавшихся одним видом. Таким образом, одни морфологические признаки не обеспечивают выделения вида. Для определения вида важное значение имеет генетический критерий", имеется в виду набор хромосом, свойственный конкретному виду. Виды обычно отличаются по числу хромосом или по особенностям их строения, поэтому генетический критерий достаточно надежен. Однако и он не абсолютен. Встречаются случаи, когда виды имеют практически неразличимые по строению хромосомы.
Кроме того, в пределах вида могут быть широко распространены хромосомные мутации, что затрудняет его точное определение. В основе физиологического критерия лежит сходство всех процессов жизнедеятельности особей одного вида, прежде всего сходство размножения. Представители разных видов, как правило, не скрещиваются, или потомство их бесплодно. Не скрещиваемость видов объясняется различиями в строении полового аппарата, сроках размножения и др. Однако в природе есть виды, которые скрещиваются и дают плодовитое потомство некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив. Следовательно, физиологический критерий недостаточен для определения видовой принадлежности особей. Географический критерий — это определенный ареал, занимаемый видом в природе.
Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным. Есть виды, распространенные повсеместно и нередко в связи с деятельностью человека многие виды сорных растений, насекомых-вредителей. Географический критерий также не может быть решающим. Основа экологического критерия — совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид. Например, лютик едкий распространен на лугах и полях; в более сырых местах растет лютик ползучий; по берегам рек и прудов, на болотистых местах встречается лютик жгучий прыщинец. В настоящее время ученые разработали и другие критерии вида, которые позволяют точнее определить место вида в системе органического мира по различию белков и нуклеиновых кислот. Для установления видовой принадлежности недостаточно использовать какой-нибудь один критерий; только совокупность их, взаимное подтверждение правильно характеризует вид.
Популяция — единица вида и эволюции Каждый вид характеризуется определенным ареалом — территорией обитания. Внутри ареала могут быть самые разнообразные преграды реки, горы, пустыни и т. Совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, называютпопуляцией. Таким образом, вид состоит из популяций. Каждая популяция занимает определенную территорию часть ареала вида. В течение многих поколений, за продолжительное время популяция успевает накопить те аллели, которые обеспечивают высокую приспособленность особей к условиям данной местности. Так как из-за разницы условий естественному отбору подвергаются различные комплексы генов аллелей , популяции одного вида генетически неоднородны.
Они отличаются друг от друга частотой встречаемости тех или иных аллелей. По этой причине в разных популяциях одного вида один и тот же признак может проявляться по-разному. Например, северные популяции млекопитающих обладают более густым мехом, а южные чаще темно-окрашенные. В зонах ареала, где граничат разные популяции одного вида, встречаются как особи контактирующих популяций, так и гибриды. Таким образом осуществляется обмен генами между популяциями и реализуются связи, обеспечивающие генетическое единство вида. Обмен генами между популяциями способствует большей изменчивости организмов, что обеспечивает более высокую приспособленность вида в целом к условиям обитания. Иногда изолированная популяция в силу различных случайных причин наводнение, пожар, массовое заболевание и недостаточной численности может полностью погибнуть.
Таким образом, каждая популяция эволюционирует независимо от других популяций того же вида, обладает собственной эволюционной судьбой. Популяция — наименьшее подразделение вида, изменяющееся во времени. Вот почему популяция представляет собой элементарную единицу эволюции. Начальный этап эволюционных преобразований популяции — от возникновения наследственных изменений до формирования адаптаций и возникновения новых видов — называют микро эволюцией БИЛЕТ 3 Органические соединения. Белки — обязательная составная часть всех клеток. В жизни всех организмов белки имеют первостепенное значение. В состав белка входят углерод, водород, азот, некоторые белки содержат еще и серу.
Роль мономеров в белках играют аминокислоты. Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Между соединившимися аминокислотами возникает связь называемая пептидной, а образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют пептидом. Соединение из большого числа аминокислот называют полипептидом. В белках встречаются 20 аминокислот, отличающихся друг от друга своим строением. Разные белки образуются в результате соединения аминокислот в разной последовательности. Огромное разнообразие живых существ в значительной степени определяется различиями в составе имеющихся у них белков.
В строении молекул белков различают четыре уровня организации: Первичная структура — полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности ковалентными прочными пептидными связями. Вторичная структура — полипептидная цепь, закрученная в виде спирали. В ней между соседними витками возникают мало прочные водородные связи. В комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию — глобулу. Она удерживается мало прочными гидрофобными связями или силами сцепления между неполярными радикалами, которые встречаются у многих аминокислот. Благодаря их многочисленности они обеспечивают достаточную устойчивость белковой макромолекулы и ее подвижность.
Третичная структура белков поддерживается также ковалентными S-S-связями возникающими между удаленными друг от друга радикалами серосодержащей аминокислоты — цистеина. Благодаря соединению нескольких молекул белков между собой образуется четвертичная структура. Если пептидные цепи уложены в виде клубка, то такие белки называются глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков. Нарушение природной структуры белка называют денатурацией. Она может возникать под действием высокой температуры, химических веществ, радиации и т. Денатурация может быть обратимой частичное нарушение четвертичной структуры и необратимой разрушение всех структур.
Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Освободившаяся при этом энергия используется на поддержание процессов жизнедеятельности организма. Такие системы вносили некоторую упорядоченность, но не отражали родственных связей между организмами. Вершиной искусственной систематики явилась система, разработанная шведским натуралистом Карлом Линнеем 1707-1778 Его основные работы посвящены проблемам систематики растений. В предложенной К. Линнеем системе классификации было принято деление растений и животных на несколько соподчиненных групп: классы, отряды, роды, виды и разновидности.
Им была узаконена бинарная, или двойная, номенклатура видовых названий. Согласно бинарной номенклатуре, наименование вида состоит из родового названия и видового эпитета: пшеница мягкая, пшеница твердая и т. Недостатки системы Линнея состояли в том, что при классификации он учитывал лишь 1-2 признака у растений число тычинок, у животных строение дыхательной и кровеносной систем , не отражающих подлинного родства, поэтому далекие роды оказывались в одном классе, а близкие — в разных. Работы К. Линнея сыграли важную роль в развитии биологии и способствовали формированию исторического взгляда на природу. Действительно, применение бинарной номенклатуры способствует формированию представлений о родстве форм в пределах рода, а соподчиненность таксономических единиц в конце концов приводят к мысли об общности происхождения органических форм. Французский биолог Жан-Батист Ламарк в 1809 году выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и не упражнение частей организма и наследование приобретенных признаков.
Изменения среды, по его мнению, могут вести к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно или, наоборот, перестать ими пользоваться. В случае интенсивного использования эффективность и или величина органа будет возрастать, а при не использовании может наступить дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течение его жизни, согласно Ламарку, наследуются, то есть передаются потомкам. С точки зрения ламаркизма, длинная шея и ноги жирафа — результат того, что многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше. Незначительное удлинение шеи и ног, происходившее в каждом поколений, передавалось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Хотя теория Ламарка способствовала подготовке почвы для принятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения никогда не получали широкого признания. Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипических изменений у данной особи.
Например, занятия физкультурой увеличивают объем мышц, но хотя эти приобретенные признаки затрагивают фенотип, они не являются генетическими и, не оказывая влияние на генотип, не могут передаваться потомству. Разрабатывая систематику животных, Ламарк совершенно правильно подметил основное направление эволюционного процесса — постепенное усложнение организации от низших форм к высшим градация. Но причиной градации Ламарк считал заложенное всевышним стремление организмов к совершенствованию, что в корне неверно. Выдающаяся заслуга Ламарка заключается в создании первого эволюционного учения. Он отверг идею постоянства видов, противопоставив ей представление об изменяемости видов. Его учение утверждало существование эволюции как исторического развития от простого к сложному. Впервые был поставлен вопрос о факторах эволюции.
Ламарк совершенно правильно считал, что условия среды оказывают важное влияние на ход эволюционного процесса. Он был одним из первых, кто верно оценил значение времени в процессе эволюции и отметил чрезвычайную длительность развития жизни на Земле. Однако Ламарк допустил серьезные ошибки прежде всего в понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего всему живому стремления к совершенству. Он также неверно понимал причины возникновения приспособленности, прямо связывал их с влиянием условий окружающей среды. Это породило очень распространенные, но научно совершенно не обоснованные представления о наследовании признаков, приобретаемых организмами под непосредственным воздействием среды. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина Выделяют такие факторы эволюционного процесса: наследственная изменчивость, естественный отбор, дрейф генов, изоляция, миграция особей и др.
Основные принципы эволюционного учения Ч. Дарвина сводятся к следующим положениям: 1. Каждый вид способен к неограниченному размножению. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности беспредельного размножения. Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства. Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга совокупностью признаков.
В природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые имеют наиболее удачное для данных условий сочетание признаков, то есть лучше приспособлены. Избирательное выживание размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором. Под действием естественного отбора находящиеся в разных условиях группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды принцип расхождения признаков. Эволюционная теории Дарвина совершила переворот в биологической науке. На основе изучения гигантского материала, собранного во время путешествия на корабле УБиглФ, Дарвину удается вскрыть причины изменения видов.
Изучив геологию Южной Америки, Дарвин убедился в несостоятельности теории катастроф и подчеркнул значение естественных факторов в истории земной коры и ее животного и растительного населения. Благодаря палеонтологическим находкам он отмечает сходство между вымершими и современными животными Южной Америки. Он находит так называемые переходные формы, которые совмещают признаки нескольких современных отрядов. Таким образом был установлен факт преемственности между современными и вымершими формами. На Галапагосских островах он нашел нигде более не встречающиеся виды ящериц, черепах, птиц. Они близки к южноамериканским. Галапагосские острова имеют вулканическое происхождение, и поэтому Ч.
Дарвин предположил, что виды попали на них с материка и постепенно изменились. В Австралии его заинтересовали сумчатые и яйцекладущие, которые вымерли в других местах земного шара. Австралия как материк обособилась, когда еще не возникли высшие млекопитающие. Сумчатые и яйцекладущие развивались здесь независимо от эволюции млекопитающих на других материках. Так постепенно крепло убеждение в изменяемости видов и происхождении одних от других. Однако в естественных условиях численность взрослых особей каждого вида длительно сохраняется примерно на одном уровне, следовательно, большинство появляющихся на свет особей гибнет в борьбе за существование — внутривидовой, межвидовой и в борьбе с неблагоприятными абиотическими факторами условиями неживой природы. Сопоставив два вывода — о перепроизводстве потомства и о всеобщей изменчивости, Дарвин пришел к главному заключению: больше шансов выжить и достичь взрослого состояния имеют особи, отличающиеся от множества других какими-либо полезными свойствами.
Так был открыт принцип естественного отбора как главной движущей силы эволюции. Хотя эволюция протекает как единый процесс, обычно выделяют два уровня — микроэволюционный и макроэволюционный. Процессы, протекающие на популяционном и внутривидовом уровне, называют микро эволюцией, на уровне выше видового — макро эволюцией. Биополимеры - белки. Полимеры- высокомалекулярные соединения состоящие из молекул мономеров. Мономеры- низкомалеккулярные соединения. Регулярные полимеры- молекула состоит из мономеров одного вида.
Нерегулярные полимеры- молекула состоит из мономеров нескольких видов. Белки- это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислот — 20 видов из них 8 незаменимые, не синтезируются в организме человека, а поступают в него вместе с пищей. Нуклеиновые кислоты. Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Нуклеотиды, входящие в состав РНК, содержат пяти-углеродный сахар — рибозу, одно из четырех органических соединений, которые называют азотистымиоснованиями: аденин, гуанин, цитозин, урацил А, Г, Ц, У — и остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пяти-углеродный сахар — дезоксирибозу, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин А, Г, Ц, Т —и остаток фосфорной кислоты. В составе нуклеотидов к молекуле рибозы или дезокси-рибозы с одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой — остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и органических фосфатов, а боковые группы этой цепи — четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований. Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Гвсегда расположено азотистое основаниеЦ.
А аденин — Т тимин Т тимин — А аденин Г гуанин — Ц цитозин Ц цитозин -Г гуанин Эти пары оснований называют комплиментарными основаниями дополняющими друг друга. Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другуФ называют комплиментарными нитями. Расположение четырех типов нуклеотидов в цепях ДНК несет важную информацию. Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, то есть их первичную структуру. Набор белков ферментов, гормонов и др. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их в поколения потомков. Другими словами, ДНК является носителем наследственной информации.
Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток. Однако небольшое их количество содержится в митохондриях и хлоропластах. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов — рибосом — идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы — рибоза и вместо тимина — урацил.
Значение РНК определяется тем, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков. Удвоение ДНК. Перед каждым клеточным делением при абсолютно точном соблюдении нуклеотидной последовательности происходит самоудвоение редупликация молекулы ДНК. Редупликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается. Это происходит под действием фермента ДНК-полимеразы в среде, в которой содержатся свободные нуклеотиды. Каждая одинарная цепь по принципу химического сродства А-Т, Г-Ц притягивает к своим нуклеотидным остаткам и закрепляет водородными связями свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке.
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.