В основе всех эволюционных исследований лежат данные, позволяющие возможно более точно установить, насколько близкими друг к другу являются организмы. Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами.
Вход и регистрация
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 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. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Как перемещаются бактерии? №1. Каких химических эллементов больше всего в живом организме? №2. Что указывает на почему молекула воды является диполем. Конспект: Как сохранить земноводных в природе? Сходство строения семян однодольных и двудольных растений состоит в том что продолжите Вред бактерий в природе.
Планета бактерий
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. Основоположник эволюционной биохимии. Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн 1892—1964 гг.
Эволюция бактерий Зимой был флешмоб в Facebook: люди показывали свои фотографии сейчас и десять лет назад. Какие-то два человека сфотографировали положенные в чашку Петри таблеточки антибиотиков.
В 2009-м вокруг них бактерий не было, а сейчас картина изменилась из-за лекарственной устойчивости, которую бактерии приобретают в результате продолжающейся у них эволюции. Устойчивость не возникла в тот момент, когда мы начали употреблять антибиотики. Химическая война между разными микроорганизмами происходила всегда. Нас заботит вопрос, когда лекарственную устойчивость, которой раньше у них не было, приобрели наши патогены. Можно посчитать, что проходит примерно 10—15 лет между началом клинического употребления антибиотика и появлением значительного количества штаммов патогенов, устойчивых к этому антибиотику.
Самая сильная борьба идет между представителями одного вида, потому что они занимают одну экологическую нишу и соревнуются за один и тот же ресурс. Есть антибиотики — колицины, — которыми разные штаммы кишечной палочки травят друг друга. Если в одну пробирку поместить дикий штамм, чувствительный к антибиотику, и продуцент колицина, то последний сделает антибиотик и быстро убьет чувствительный штамм: А что будет, если в одну пробирку поместить продуцент и устойчивый штамм? Производство антибиотика — штука небезобидная, оно чего-то стоит, и поэтому через некоторое время выяснится, что устойчивый штамм размножается быстрее и вытесняет продуцента. Но устойчивость тоже дается не просто так, а ценой порчи некоторых клеточных механизмов: вместе с антибиотиком из клетки выкидывается и что-то полезное.
Поэтому если поместить в одну пробирку устойчивый и дикий тип, то последний постепенно вытеснит устойчивого. Наконец, если всех троих посадить в одну банку, то продуцент сразу сделает антибиотик и убьет дикого типа потому что отравиться — это быстро , после чего их остается двое. А что бывает в такой ситуации, мы уже знаем. Останется устойчивый. В 2002 году исследователи провели соответствующий эксперимент: взяли чашку Петри, в узлы треугольной сетки на чашке случайным образом нанесли представителей этих трех штаммов и дали им расти.
На третий день колонии выросли настолько, что начали соприкасаться. В отличие от банки, где бактерии плавают и встречаются все вместе в общей среде, в чашке Петри плоская среда и антибиотик по ней не распространяется — где его произвели, он там и остается. Поэтому каждая граница смещается туда, куда ей и положено смещаться. Спустя пару лет те же ученые сделали другой эксперимент. Они взяли 12 клеток, в каждую из них посадили трех мышек, каждую мышку заразили своим штаммом кишечной палочки и создали такие условия, чтобы мышки свободно друг друга заражали.
В итоге в каждой клетке оставался всегда какой-то один штамм — и это никогда не был продуцент. Если кому-то нужна мораль — вот она: гадости делать плохо. Подчеркну две существенные идеи этих экспериментов. Во-первых, продукция антибиотика микроорганизмом и устойчивость к антибиотику всегда даются ценой чего-то. А, во-вторых, то, как происходит отбор, зависит от условий.
Когда мы вносим антибиотик, мы на самом деле добавляем новый фактор отбора. С одного края антибиотика не было совсем, в следующей части емкости была минимальная доза, которую бактерии не могут переносить, затем в десять раз больше, в сто раз больше и, наконец, в тысячу раз больше. Сверху повесили камеру, на края нанесли бактерии и стали снимать, что происходит. Сначала ничего не происходило.
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. И это все — классическая эволюция, описанная Дарвином еще 150 лет назад в книге «Происхождение видов», без всяких современных надстроек. Рак как эволюционный процесс Рак на самом деле тоже эволюционная болезнь.
Каждая опухоль неоднородна, разные клоны раковых клеток соревнуются за ресурс, которым является организм человека, заболевшего раком. В разных клонах происходят разные мутации, и быстрее всего делящийся клон становится большинством в опухоли. Это описывается классическими эволюционными построениями. Можно сравнить картинку из обзора 1965 года просто про отбор и изображение из обзора 2006 года про отбор в раке. Прошло 40 лет, но, кроме цвета, они ничем не отличаются. Современные методы позволяют брать образцы из разных участков опухоли, определять последовательность генома клеток и смотреть, какие мутации произошли. На получающемся эволюционном дереве становится видно, как постепенно опухоль набирает мутации, делающие ее все более и более злокачественной. Несколько лет назад редакционная статья в Science, одном из самых гламурных научных журналов, была посвящена тому, что врачей надо учить эволюционной теории, потому что без этого понимания лечить многие болезни уже не получается.
Даже жизнь лимфоцитов в нашей иммунной системе, процесс возникновения иммунитета происходит в той же эволюционной парадигме. Фактор отбора — это качество узнавания антигена: когда мы чем-то заболели или вакцинировались, быстрее делятся лимфоциты, которые лучше узнают антиген, и у нас появляется иммунитет к данному возбудителю. Эволюция вирусов Вирусом иммунодефицита человека ВИЧ мы заразились от обезьян, причем несколько раз: вирусом первого типа основным, который вызвал эпидемию синдрома приобретенного иммунодефицита — СПИД — от шимпанзе, а вирусом второго типа — от макак.
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. Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации.
Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно. С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик. При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий. Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас.
Прямо сейчас никто не вымирает. Новых болезней немного, а вот масса заболеваний, которые до недавних пор воспринимались как генетические или связанные с какими-либо дефектами, как выясняется, имеют бактериальную природу: от диабета до колитов и даже шизофрении — оказывается, чтобы завелись тараканы в голове, нужны кое-какие бактерии в животе. Взять те же антибиотики: если они очищают от микробов какую-то нишу, где те спокойно жили, там обязательно заводится кто-нибудь другой. Все-таки жизнь существует уже 3,5 миллиарда лет и научилась приспосабливаться ко всяким разностям.
Особенно учитывая, что бактерии постоянно обмениваются своими генами и вирусами. А мы — та среда, в которой происходит их отбор. Когда среда меняется, меняются и они. Бактериям в этом смысле жить гораздо тяжелее, чем нам.
Поскольку каждый бактериофаг специфичен к той бактерии, на которой паразитирует, они могут быть эффективнее, чем антибиотики. Бактериофаги открыли лет сто назад, и изначально именно их планировали использовать против бактерий. Но открытие антибиотиков позволило на время забыть про бактериофагов. Потом, правда, удрал, говорят, не поделил женщину с каким-то энкавэдэшником.
Но институт остался, там же был завод, где делались таблетки, такие заводы и сейчас есть в Нижнем Новгороде и Перми. У советского солдата в личном пакетике всегда была таблетка интестифага. Кстати, большинство войн сегодня проигрывается, как и во времена Римской империи, не из-за поражений, а из-за поносов. Но он сам по себе вызывает иммунный ответ организма.
Еще одна проблема — конструирование новых бактерий: бактериофаги часто переносят ДНК от одной бактерии к другой. И масса новых патогенов — это обычные бактерии, которые просто подцепили вирус. Поэтому есть сильное подозрение, что широкое использование бактериофагов могло бы привести к развитию новых опасных патогенов. Точных ответов никто не знает, слишком мало было надежных исследований.
На Западе интерес к этой теме сейчас возрос: например, бактериофагами лечат «ножки Буша», на которых развивается сальмонелла, — опрыскивают их, как спреем, и увеличивают срок годности.
Планета бактерий
Если один образец взят 15 лет назад, а другой сейчас, то по сравнению с предком у современного образца замен будет больше. Существует общий предок всех этих вирусов, и по количеству замен мы можем понять, сколько времени прошло от каждого современного образца до этого общего предка. Если по одной оси отложить расстояние по эволюционному дереву, а по другой — дату, когда взят образец, то мы увидим линейную зависимость. Если экстраполировать ее назад, в точку, где количество замен равно нулю, то мы узнаем, когда жил общий предок всех этих вирусов.
Так ученые выяснили дату, когда началась современная эпидемия СПИДа, — 1930-е годы. До сих пор речь шла о случайных изменениях в вирусе. Но ведь у него бывают и полезные замены: вирусу необходимо менять свои поверхностные белки, потому что он борется с иммунной системой, научившейся распознавать его предыдущую версию.
Есть методы, позволяющие идентифицировать места в белке, которые эволюционируют быстрее, чем если бы это было случайно. Идея в том, что если мы хотим сделать вакцину от ВИЧ, то она должна быть разработана против такого места в вирусе, которое он не сможет легко и быстро поменять. Эволюция человека У одного чудесного белка — дофаминового рецептора — есть, грубо говоря, две формы — так называемая длинная и так называемая короткая.
Длинный вариант часто бывает у людей, показывающих высокие значения по тесту на novelty seeking поиски нового. Короткий вариант часто встречается у людей в Китае, а длинный — в Америке и в Австралии у белого населения. Причины ясны.
Кто едет на новый континент? В Америку отправлялись за теми самыми поисками нового, а в Австралию просто ссылали каторжников ясно, что поведение, связанное с поисками нового, часто приводит людей на каторгу. Другой пример: в начале прошлого века индейцы пима, живущие в Аризоне и в Мексике, были стройными, а сейчас у них тотальная эпидемия ожирения.
Грубо говоря, человек забивал мамонта, наедался, запасал это в качестве жира и жил до следующего мамонта. Сейчас «Макдоналдс» на каждом углу, запасать ничего не надо. Старые приспособительные механизмы остались, а направление эволюции поменялось.
Теперь отбор действует в другую сторону, и адаптивными оказываются варианты, способствующие сжиганию жира. Гены все время эволюционируют. Сейчас уже накопилось достаточно данных, чтобы проследить за человеческой эволюцией последнего времени.
Ученые посмотрели, как действовал отбор в течение последних двух тысяч лет на Британских островах, и оказалось, что очень адаптивно быть высоким голубоглазым блондином или блондинкой. Сегодня развиваются медицина и социальная структура общества, и отбор происходит совсем не так, как когда племена охотников жили в лесу. Это влияет на эволюцию: увеличивается генетический груз, то есть доля вредных и слабовредных мутаций в популяции.
Ухудшаются стартовые возможности — и физические, и когнитивные. Тем не менее с развитием медицины и педагогики и на таком субстрате потенциально мы можем добиваться лучших результатов. Что с этим делать — отдельный вопрос.
Nesse, Stephen C. Stearns, Gilbert S. Medicine Needs Evolution.
В эксперименте использовалась линия E. Таким образом, круг исследуемых явлений ограничивался вновь возникшими мутациями.
Тем не менее, в течение ХХ века одни ученые ее принимали, другие критиковали и опровергали. Сторонником панспермии был мыслитель и геохимик В. Вернадский 1863 -1945 , противником - биолог и биохимик А. Опарин 1894-1980. С развитием астробиологии, биохимии и молекулярной палеонтологии, эффективным исследованием различных метеоритов, упавших на Землю в разное время в различных местах, интерес к ней продолжает возрастать рис. А В Рис.
Сканирующая электронная микроскопия: А - гипотетические бактерии в метеорите АЬН 84001 скан-микрофото Rhawn, Schild ; Б - фрагмент метеорита Оргэй, на котором видны микрофоссилии колоний нитчатых бактерий сканмикрофото R. Hoover ; В - кокковидные и нитчатые цианобактерии и грибы из метеорита Ефре-мовка сканмикрофото А. В марсианском метеорите АЬН 84001, упавшем в Антарктиде 13 тыс. McKay et а1. Одновременно идентифицировали полиароматические гидрокарбонаты, которые появляются при распаде мертвых микроорганизмов, кристаллы карбонатов, сульфидов и микрочастицы магнетита, содержащиеся у бактерий и животных. Как и следовало ожидать, сообщение было воспринято неоднозначно. По мнению оппонентов, артефакты не являются окаменевшими бактериями, поскольку в малом объёме не могут разместиться Б молекулы ДНК и РНК. Hoover [26] выявил множество структур, расцененных как цианобактерии. Эти работы перепроверила независимая группа палеонтологов, руководимых А.
Розановым, и подтвердила подлинность выводов [3, 14]. Кроме того, в матрице метеорита Murchison, разбившегося в Австралии в 1969 году, они констатировали присутствие не только микроструктур, похожих на современных цианобактерий рода Gloe-capsa - вместе с ними просматривались нитчатые формы, сходные с низшими грибами, сохранившие даже детали своего клетчатого строения. Кокковидные и нитчатые морфотипы содержались также в метеорите Ефремовка, найденном в 1962 году в Казахстане [14]. Проанализировав все приведенные факты, А. Роза-нов предположил, что бактерии и низшие грибы существуют за пределами Земли, хотя его мнение разделяют не все специалисты. Внутри метеорита Murchison многими исследователями распознаны аланин, валин, сар-козин, глютаминовая кислота, большое количество глицина и жирные кислоты, часть которых встречается А в лунном грунте. Из этого сообщения вытекает важное следствие - распространенные в космосе аминокислоты и нуклеиновые основания могли привноситься на Землю, где индуцировали формирование генетического кода с последующим переходом к ДНК- РНК- белковой жизни. На основании многочисленных исследований J. Несмотря на наличие в метеоритах органических веществ, аналогичных таковым на Земле, и структур, удивительно схожих с земными бактериями, отдельные российские и зарубежные специалисты их не воспринимают.
Они аргументируют свое несогласие тем, что на Земле известны абиогенные процессы, порождающие такие бактериеподобные конструкции. В Г Рис. Сканирующая электронная микроскопия: А - микрофоссилии в кремнистом сланце сканмикрофото Л. Маргелис ; Б - микрофоссилия в некоторых фациях сканмикрофото Л. Маргелис ; В - остатки древнейших архейских бактерий из Южной Африки сканмикрофото J. Б Время заселения Земли прокариотами, то есть, регистрация следов жизни, определено в древних породах с помощью палеонтологических и геологических данных. По концепции О. Сорохтина и соавт. Однако спустя 600 млн лет в архее около 4-2,6 млрд лет тому началась дифференцировка земного вещества, вызвавшая формирование железного ядра, силикатной мантии и земной коры.
С началом же дегазации мантии, в атмосферу, ранее состоящую из инертных и благородных газов, начал поступать водяной пар, углерод, азот, сероводород, аммиак, серный и другие газы, образовавшие горячую восстановительную углекислотно-азотно-метановую атмосферу. Именно в мелких лагунах и гидротермах 3,5 млрд лет тому распространились первые земляне - прокариотные сообщества [8, 15, 16, 17, 40]. Некоторые авторы временем их появления называют 3,8 млрд лет [1, 2], но находки окаменевших бактерий в кварцитах данного возраста формации Исуа, Гренландия вызывают сомнения [21, 22, 23]. Об огромном эволюционном шаге в начале архея свидетельствуют такие формы жизни рис. Отметим, что диагностика ископаемых бактерий является не простой задачей. С одной стороны, они редко выявляются, часто разрушены или похожие на одноклеточные грибы, эукариоты и кристаллы. С другой стороны, требуется точная датировка места их пребывания. Все указанные выше наземные биомаркеры обнаружены рис. Сорохтин и соавт.
Они имели различную морфологию, могли восстанавливать углекислый газ и серу, окислять водород, выделять сероводород и метан и, не образуя кислород, создавать из неорганических веществ органические. Иначе, выполняли роль первичных продуцентов в аноксигенных экологических нишах. По мнению Г. Заварзина [4] и С. Woese [46] в дальнейшем архебактерии эволюционировали самостоятельно. Сравнение архейских микроструктур со структурами, которые формируют современные цианобактерии, позволяет рассматривать древних прокариотов как дифференцированное, морфологически разнообразное сообщество, в котором 2,2-2 млрд лет назад доминировали цианобактерии Nostocales, Chroococcales, OscШatoriales и пр. С появлением первых бактерий с генофором в виде кольцевой молекулы ДНК на Земле установилась прокариотная биосфера продолжительностью 1 млрд лет [4, 6]. Используя в качестве источника энергии солнечный свет, фотосинтетики, включая цианобактерии, из воды и углекислоты синтезировали органическое вещество и выделяли в атмосферу молекулярный кислород. Сначала он связывался с неокисленными компонентами литосферы - железом и другими металлами, поэтому биосфера оставалась преимущественно анаэробной.
Примерно 2 млрд лет назад в ней быстро увеличилась концентрация кислорода и образовалась кислородная атмосфера, что привело к появлению ок-сибактерий. Изменение среды обитания жизнедеятельностью прокариот обеспечило переход от геохимического к биогеохимическому круговороту веществ. При этом ведущим стал цикл органического углерода, которого было много и, главное, способного создавать миллионы растворимых в воде органических соединений. С ним были сопряжены циклы кислорода, азота, фосфора, серы и железа [4, 5]. После выделения у Земли железного ядра форсировались конвекционные течения в мантии, тектоническая активность литосферы, уменьшилось содержание углекислого газа продукта питания фотосинтетиков , произошли другие перемены [16, 17]. В итоге одни архейские цианобактериальные сообщества, в первую очередь те, кто не выработал механизмов защиты от токсичного кислорода, стали разрушаться, другие адаптировались к нему, формируя смешанные прокариотно-эукариотные сообщества [12]. Так началось селективное преимущество, экспансия и эволюция эукариот. Brocks et а1. Позже выяснилось, что их образцы были загрязнены [33].
Наиболее убедительные палеонтологические останки эукариотных клеток обнаружены только в породах возрастом 1-1,4 млрд лет. Согласно популярной ныне симбиотической теории, хорошо обоснованной совокупностью молекулярно-генетических, цитологических и иных данных, эукариотная клетка, давшая начало всем эукариотам, произошла в результате интеграции первоначально независимых нескольких прокариот с оксибактериями. Прокариоты утрачивали способность к фотосинтезу, а оксибактерии трансформировались в митохондрии и хлоропласты с небольшими ДНК-геномами. Но по поводу природы клетки-хозяина, происхождения цитоплазмы и ядра единого согласия нет. Свободноживущей формой митохондрий Л. Маргелис [11] называет аэробную бактерию, имеющую цикл Кребса и соединившуюся с анаэробным прокариотом. Марков [12] считает предком эукариот целое про- кариотное сообщество, состоящее из анаэробных гете-ротрофов архебактерий , аэробных эубактерий и анаэробных фотосинтетиков цианобактерий. Каждый из членов сообщества получает от такого симбиоза прямую выгоду: цианобактерии и археобактерии избавляются от излишков токсичного кислорода, археобактерии и аэробные эубактерии получают необходимую для питания органику. Более того, с переходом к внутриклеточному симбиозу эубактерии будущие митохондрии и пластиды переводят свои геномы «под защиту» репарационных систем клетки-хозяина архебактерии.
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.
Усовершенствование: дальнейшая дупликация этой последовательности два или три раза известна как амплификация. Этот процесс увеличил «дозу генов», что привело к росту количества произведенного белка-транспортера цитрата, таким образом увеличивая общее потребление цитрата. Прежде чем это исследование было проведено, я предположил выше , что скорее всего мутации привели к тому, что бактерия стала способна перерабатывать цитрат в присутствии кислорода. Первым моим предположением было то, что контролирующая система, останавливающая переработку цитрата в присутствии кислорода, была поломана.
Несмотря на то, что все намного сложнее, чем просто поломка контролирующей системы останавливающей производство белка-транспортера в присутствии кислорода , все же оказалось, что на самом деле предположение было близким к тому, что произошло, что указывает на то, что мышление о сотворении делает хорошие научные предсказания. В то время как существующие контрольные системы не были сломаны, ген-транспортер был реплицирован скопирован в другое место без контролирующих систем, потому производство транспортера уже больше не было подавлено в присутствии кислорода. Скопированный ген-транспортер попал под контроль уже существующего промотора последовательность промотора rnk , включенного в присутствии кислорода. Потому способность клетки контролировать транспортер цитрата была вправду нарушена клетка уже была не способна отключить производство транспортера.
Потому теперь клетка производит белок-транспортер цитрата независимо от нужды клетки. Это связано с тем, что контролирующая система была поломана. Мутировавшая клетка не может выключить производство гена-транспортера цитрата. Несмотря на все фанфары на блогах эволюционистов, включая самого Блаунта, я не говорил, что «эволюционные инновации» невозможны и так же никто из известных мне креационных биологов; смотрите статью: Can mutations create new information?
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
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. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. 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?
Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий.
Эволюция бактерий
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Планета бактерий
- Бактерии — Википедия
- Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
- Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?
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. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. 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.
Задание Учи.ру
Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. С точки зрения эффективной эволюции это гораздо круче, чем наш секс. Эволюция микроорганизмов Главная проблема – Эволюция 3 доменов жизни: Бактерий, Археев и Эукариот и создание универсального дерева жизни. Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной? Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям. Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт.
ANCIENT PROCARIOTES: ORIGIN, EVOLUTIONARY PATH AND ROLE IN EARTH''S HISTORY (REVIEW)
- Непременное условие – соответствующая связь
- Похожие презентации
- Определение Бактерии
- Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
- 11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство. Бактерии используются для получения антибиотиков тетрациклина, стрептомицина, грамицидина , широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков. Классификация бактерий по форме При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий. По форме бактериальные клетки подразделяются на: Стафилококки - их скопления похожи на виноградные грозди Диплококки - округлой формы, расположенные попарно Стрептококки - объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга Палочки Вибрионы - изогнутые в виде запятой Спириллы - спирально извитые палочки Спирохеты - сильно извитые до 10-15 витков палочки Размножение бактерий Бактерии, как прокариоты доядерные организмы , не могут делиться митозом, так как основное условие митоза - наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.
При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии - видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри. Бактериальные инфекции Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект. От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.
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. Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК.
Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков.
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. Многие бактерии лишены полового процесса, и размножение у них протекает только путем деления или почкования.
Так, практически всем видам бактерий присуще множественное равновеликое бинарное деление, представляющее собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки.
Ими был в корне изменен состав атмосферы, который значительно приблизился к геологическая работа по образованию многих осадочных горных пород и руд, накоплено много органического вещества. Рассмотрим подробнее роль бактерий в образовании почвы Почва — сложный субстрат и точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней, довольно, трудно. Количественные и качественные изменения микрофлоры связаны с питательным режимом почвы и с условиями питания растений. Определение микробиологических процессов, оказывающих существенное влияние на содержание отдельных питательных элементов в почве, является важной задачей, решение которой обусловливает повышение почвенного плодородия и эффективности удобрения.
Органические остатки в агроэкосистемах это, в основном, пожнивные остатки служат субстратом и главным источником энергии для почвенной микрофлоры. От их количества и химического состава зависит характер и интенсивность микробиологических процессов в почве. Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты.
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
| Бактерии. Большая российская энциклопедия | • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. |
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
| МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ | Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. |
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | 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. |
| Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить? | И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. |