Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. Главной причиной необъяснимости случайного возникновения клетки теорией эволюции является «неупрощаемая комплексность» клетки. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. Конспект: Как сохранить земноводных в природе? Сходство строения семян однодольных и двудольных растений состоит в том что продолжите Вред бактерий в природе. Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов.
Морфология бактерий
- Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
- - Общая биология, ответы на билеты
- Прокариоты (доядерные одноклеточные)
- Этапы эволюции микроорганизмов кратко
- КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131
Например, для идентификации возбудителя пневмонии для дальнейшего культивирования берут образец мокроты , для идентификации возбудителя диареи для выращивания на селективной среде берут образец стула , причём во всех случаях рост непатогенных бактерий будет подавляться. Образцы, которые в норме стерильны например, кровь , моча , спинномозговая жидкость , культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов [97] [145]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста например, аэробный или анаэробный рост , характер гемолиза [en] , а также окрашивать его разными методами. Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147]. Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно.
По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека [148]. Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов [149] [150]. Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована. Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов , невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин. Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий [151]. Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории.
К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus [152]. Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты подтипы бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной [153]. Взаимодействия с другими организмами[ править править код ] Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители [154] [155] Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами. Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм , мутуализм и комменсализм , а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных.
Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота , и их большие популяции придают запах телу [en]. Хищники[ править править код ] Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий [156] относится Myxococcus xanthus , формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию [157]. Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus [en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества [158]. Daptobacter проникает внутрь других бактериальных клеток и размножается в их цитозоле [159]. Вероятно, хищные бактерии произошли от сапрофагов , питающихся мёртвыми микроорганизмами, после того как приобрели приспособления для ловли и убийства других микробов [160].
Мутуалисты[ править править код ] Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания. Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты , такие как масляная и пропионовая кислоты , и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород. Бактерии из этой ассоциации не могут поглощать органические кислоты сами по себе, так как в ходе этой реакции образуется водород, накапливающийся вокруг. Только благодаря метаногенным археям концентрация водорода поддерживается достаточно низкой, чтобы позволить бактериям расти [161]. Многие бактерии являются симбионтами людей и других организмов. У человека от бактерий полностью свободны только кровь и лимфа [162].
Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165]. Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166].
Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.
COM - образовательный портал Наш сайт это площадка для образовательных консультаций, вопросов и ответов для школьников и студентов. Наша доска вопросов и ответов в первую очередь ориентирована на школьников и студентов из России и стран СНГ, а также носителей русского языка в других странах.
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. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций.
Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода.
Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается.
Вирусы как эволюционный фактор
При резкой смене условий существования среди бактерий быстро появляются мутантные формы, способные существовать в новых условиях среды. Морфология бактерий Все бактерии — исключительно одноклеточные организмы. Некоторые способны образовывать колонии. Размер и форма Размеры их клеток колеблются в пределах от 1 до 15 мкм. По форме клеток различают рис. Форма и взаимное расположение бактерий: 1 — палочек; 2, 3, 4 — кокков; 5 — спирилл. Шаровидные — кокки: микрококки — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; диплококки — делятся в одной плоскости, образуют пары; тетракокки — делятся в двух плоскостях, образуют тетрады; стрептококки — делятся в одной плоскости, образуют цепочки; стафилококки — делятся в разных плоскостях, образуют скопления, напопоминающие грозди винограда; сарцины — делятся в трех плоскостях, образуют пакеты по 8 особей. Вытянутые — палочки: бациллы палочковидные — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно; Извитые: спириллы — имеют от 4 до 6 витков; спирохеты — длинные и тонкие извитые формы с числом витков от 6 до 15.
Помимо основных, в природе встречаются и другие, весьма разнообразные, формы бактериальных клеток. Среди структур бактериальных клеток различают: основные структуры — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид; временные структуры имеются лишь на определенных этапах жизненного цикла — капсула, жгутики, фимбрии, у некоторых — эндоспоры рис. Капсула У многих бактерий поверх клеточной стенки располагается слизистый матрикс — капсула. Капсулы образованы полисахаридами. Иногда в состав капсулы входят полипептиды. Как правило, капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку от действия неблагоприятных факторов среды. Кроме того, она может способствовать прикреплению к субстрату и участвовать в передвижении.
Клеточная стенка выполняет роль наружного барьера клетки, устанавливающего контакт микроорганизма со средой. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарида — муреин. По содержанию муреина все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные 1. Известны также и формы, не имеющие клеточной стенки — микоплазмы. Цитоплазматическая мембрана и ее производные Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки. Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток.
Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии. Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям. Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов.
Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле. Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни. Таким образом, гены, кодирующие такие основные клеточные функции, как транскрипция и трансляция, по-видимому, свободно перемещались по популяциям простейших организмов.
Этим предположением объясняется, почему во всех клетках, независимо от их принадлежности к тому или иному домену, присутствует много общих генов. По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются. Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток.
В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях. Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства.
Например, царство Протеобактерий содержит организмы, характеризующиеся смешанными физиологическими чертами, напоминающими черты, характерные почти для всех известных прокариот.
Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент.
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. Деление грамположительной бактериальной клетки осуществляется после репликации удвоения ДНК. Рисунок 3. Деление бактериальной клетки Особенность бесполого способа размножения грамотрицательных бактерий состоит в том, что деление происходит путем формирования перетяжки при втягивании мембраны и клеточной стенки внутрь клетки. Почкование представляет собой процесс образования и роста почки на одном из полюсов материнской клетки, которая проявляет признаки старения и не дает более дочерних клеток. Половое размножение у бактерий осуществляется в примитивной форме. У бактерий не образуются гаметы, и нет слияния клеток. При половом процессе часть ДНК бактериальной клетки донора транспортируется в клетку реципиента и замещает аналогичную часть ДНК реципиента под воздействием необходимых ферментов. Новообразованная рекомбинантная ДНК бактерии содержит гены обеих родительских клеток. Особенностью клеток, образованных при половом размножении, является то, что у них наблюдается разнообразие признаков, благодаря соединению генов разных организмов. Это является основой эволюционных преобразований и появления новых видов бактерий. Изучены три способа образования рекомбинантов: трансформация, трансдукция и конъюгация. Рисунок 4. Схема конъюгации бактерий Роль бактерий в природе Бактерии распространены повсеместно: в воздухе, в воде, в почве, в живых организмах. Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды которых достигает 90 градусов, в нефтеносных пластах, то есть они способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще. В 1 грамме чернозема содержится около 10 миллиардов бактерий. Они разлагают органические вещества, оставшиеся от мертвых животных и растений, которые поступают в грунт.
Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
Слайд 2 Долговременный эксперимент по эволюции E. В процессе эксперимента прослежены генетические изменения, происходившие в 12 популяциях E. Целью эксперимента был поиск ответа на некоторые важные вопросы эволюционной биологии: Каким образом меняется во времени скорость эволюционных изменений; Какова повторяемость эволюционных изменений для различных популяций, существующих в одинаковой среде; Каково соотношение эволюции на генотипическом и фенотипическом уровнях.
Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: почву, воду, воздух, внутреннюю среду организмов. 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.
Термофильных бактерий из глубоководных источников. Этот организм поедает серу и водород и связывает свой углерод из углекислого газа. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни. Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийской вершине Апекс-Черт возле древних гидротермальных источников. Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли. Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.. Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад.
Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан.
Задание Учи.ру
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. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются. Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной? Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал. Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы. В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах.
Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р. Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов.
Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции. Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь возникла из неживого вещества, то есть произошла в результате эволюции материи. Это явление, которое нельзя приписать какому-то определённому месту и времени, результат последовательных процессов, действовавших на земле невероятно долго, миллионы лет, и завершившихся образованием современной биосферы. От неорганических соединений - к органическим, от органических — к биологическим: так последовательно совершался процесс зарождения жизни.
Чарлз Дарвин был один из первых, кто рассматривал эту проблему с научной точки зрения. После Дарвина Тиндаль ставил опыты по самозарождению, Томас Гексли высказывал идеи о живой протоплазме. После Гексли в течение полувека интерес к этой проблеме был невелик. Успех в одной области знаний сдерживал дальнейшее развитие в другой.
В 1924 году Алекс. Опарин, советский биохимик, опубликовал брошюру, в которой говорилось « …вещества с большими, сложными частицами очень склонны давать коллоидные растворы в воде. Рано или поздно, но такие коллоидные растворы органических веществ должны были возникнув в первичной водной оболочке Земли, и раз возникнув, они оставались существовать, усложняя и увеличивая свою молекулу всё дальше и дальше… и …. Развиваясь и совершенствуясь дальше, они дали, наконец, те формы организмов, которые мы наблюдаем и в настоящее время».
Существует обширная литература по вопросам накопления растворов органических веществ, которое сопровождалось образованием структур, напоминающих клетки.
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 В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение.
Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции. Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции. Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы. Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации.
Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра. В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты.
Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма.
По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов.
Они также воспроизводятся посредством двойного деления. Они по-прежнему могут обмениваться генетической информацией между людьми посредством трансдукции , трансформации или конъюгации. Процесс эволюции бактерий Бактерии эволюционируют так же, как и другие организмы. Это происходит в процессе естественного отбора , посредством которого полезные адаптации передаются будущим поколениям до тех пор, пока этот признак не станет общим для всей популяции. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения , что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Это делает бактерии восприимчивыми к воздействию окружающей среды.
Это преодолевается путем обмена генетической информацией путем трансдукции, трансформации или конъюгации. Это позволяет эволюционировать новым генетическим и физическим приспособлениям, позволяя бактериям адаптироваться к окружающей среде и развиваться.
Строение: Это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением, не имеющие настоящего оформленного ядра. Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: почву, воду, воздух, внутреннюю среду организмов. 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.
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась. Экологические и биосферные функции бактерий Количество клеток прокариот оценивается в 4-6 1030, их суммарная биомасса составляет 350—550 млрд. В то же время бактерии характеризуются коротким жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы. Уже на основании этого можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов. Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода аэробы , так и при отсутствии анаэробы. Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере. Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами Многие бактерии находятся в мутуалистических и даже симбиотических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней.
При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта передаёт клетке-реципиенту часть своего генома в некоторых случаях весь. Вероятность такого обмена значима только для бактерий одного вида. Аналогично бактериальная клетка может поглощать и свободно находящуюся в среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с собственной ДНК.
Данный процесс носит название трансформация. В природных условиях протекает обмен генетической информацией при помощи умеренных фагов трансдукция. Кроме этого, возможен перенос нехромосомных генов при помощи плазмид определённого типа, кодирующих этот процесс, процесс обмена другими плазмидами и передачи транспозон. При горизонтальном переносе новых генов не образуется как то имеет место при мутациях , однако осуществляется создание разных генных сочетаний. Это важно по той причине, что естественный отбор действует на всю совокупность признаков организма. Клеточная дифференциация[ Клеточная дифференциация — изменение набора белков обычно также проявляющееся в изменении морфологии при неизменном генотипе. Образование покоящихся форм[ Файл:Bakterien Sporen. Образование особо устойчивых форм с замедленным метаболизмом, служащих для сохранения в неблагоприятных условиях и распространения реже для размножения является наиболее распространённым видом дифференциации у бактерий. Наиболее устойчивыми из них являются эндоспоры, формируемые представителями Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter образует 7 эндоспор из одной клетки и может размножаться с их помощью [6] и Heliobacterium. Образование этих структур начинается как обычное деление и на первых стадиях может быть превращено в него некоторыми антибиотиками.
Менее устойчивыми являются экзоспоры, цисты Azotobacter, скользящие бактерии и др. Другие типы морфологически дифференцированных клеток[ ] Актиномицеты и цианобактерии образуют дифференцированные клетки, служащие для размножения споры, а также гормогонии и баеоциты соответственно. Необходимо также отметить структуры, подобные бактероидам клубеньковых бактерий и гетероцистам цианобактерий, служащие для защиты нитрогеназы от воздействия молекулярного кислорода. Классификация[ ] Основная статья: Систематика эубактерий Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий, основанная на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX издание Определителя бактерий Берджи 1984—1987. Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4 отдела: Gracilicutes грамотрицательные , Firmicutes грамположительные , Tenericutes микоплазмы и Mendosicutes археи. В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая классификация бактерий и именно она используется в Википедии , основанная на данных молекулярной биологии. Одним из первых методов оценки родства по сходству генома был предложенный ещё в 1960-х годах метод сравнения содержания гуанина и цитозина в ДНК.
Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165]. Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166]. Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям. Бактерии получают надёжную защиту и благоприятные условия для питания, а моллюскам свечение помогает в привлечении полового партнёра [171]. Асцидии вступают в симбиотические отношения с цианобактериями рода Prochloron [en] , который фиксирует CO2, а животное обеспечивает ему защищённое местообитание [172]. У жвачных животных в сложно устроенном желудочно-кишечном тракте обитает множество микроорганизмов, благодаря которым животные могут питаться почти что безбелковой пищей. Разрушать целлюлозу способны лишь некоторые бактерии, в результате деятельности которых образуются органические кислоты муравьиная , уксусная , пропионовая , масляная , которые и усваиваются животными. Выделяющиеся углекислый газ и водород обитающие тут же метаногены превращают в метан. В одной из секций сложного желудка жвачных, рубце , обитают не только бактерии, разрушающие целлюлозу, но также бактерии, расщепляющие крахмал , пектин , полисахариды и пептиды , сбраживающие разнообразные сахара , спирты , аминокислоты и жирные кислоты [173]. Целлюлозоразрушающие бактерии также населяют заднюю кишку термитов , образуя ацетат , который и усваивается насекомым [174]. В почве бактерии, входящие в состав ризосферы , осуществляют фиксацию азота, превращая его в различные азотсодержащие соединения [175]. Они являются единственной усваиваемой формой азота для многих растений, которые сами не могут фиксировать азот. Множество бактерий обнаруживается на поверхности и внутри семян [176]. Патогены[ править править код ] Раскрашенное изображение клеток Salmonella typhimurium красные в культуре клеток человека, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии Бактерии, паразитирующие на других организмах, называют патогенами. Патогенные бактерии являются причиной множества человеческих смертей и вызывают такие инфекции, как столбняк , брюшной тиф , дифтерия , сифилис , холера , пищевые отравления , проказа и туберкулёз. Патоген, вызывающий заболевание, может быть описан много лет спустя после описания самой болезни, как, например, произошло с Helicobacter pylori и язвенной болезнью желудка. Бактерии ответственны за многие болезни культурных растений бактериозы , в числе которых пятнистость листьев [177] , ожог плодовых культур и увядание. Бактериальную основу имеют такие заболевания домашнего скота , как паратуберкулёз , мастит , сальмонеллёз и сибирская язва [178] [179]. Каждый патоген характеризуется особыми взаимодействиями с организмом хозяина. Некоторые возбудители, такие как виды родов Staphylococcus и Streptococcus, вызывают кожные инфекции, пневмонию, менингит и даже сепсис , системный воспалительный ответ, переходящий в шок , массивную вазодилатацию сосудов и заканчивающийся смертью [180]. При этом те же самые микроорганизмы входят в состав нормальной микрофлоры человека и зачастую обитают на коже и внутри полости носа , не вызывая никакого заболевания. Другие бактерии всегда вызывают болезнь, например, риккетсии , которые являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри клеток организма-хозяина. Один вид риккетсий вызывает сыпной тиф , другой является возбудителем пятнистой лихорадки Скалистых гор. Другой род облигатных внутриклеточных паразитов, Chlamydia , включает возбудителей пневмонии, инфекций мочевыводящих путей и коронарной недостаточности [181]. Некоторые бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa , Burkholderia cenocepacia [en] и Mycobacterium avium , являются оппортунистическими патогенами и вызывают заболевания преимущественно у людей, страдающих от иммунодефицита или муковисцидоза [182] [183]. Бактериальные инфекции можно лечить антибиотиками, в числе которых выделяют бактерицидные препараты, которые убивают бактерии, и бактериостатики [en] , только подавляющие их рост. Существует несколько классов антибиотиков, которые действуют на процессы, которые есть у бактерии-патогена, но нет у организма-хозяина. Так, антибиотики хлорамфеникол и пуромицин подавляют работу бактериальной рибосомы, но не действуют на эукариотические рибосомы [184]. Антибиотики используются не только в медицине, но и в животноводстве для стимуляции роста животных, что стало причиной повсеместного распространения устойчивости к антибиотикам в популяциях бактерий [185]. Некоторые бактерии, например, молочнокислые бактерии Lactobacillus и Lactococcus [en] , наряду с дрожжами и плесневыми грибками в течение нескольких тысяч лет использовались людьми для приготовления продуктов брожения, в числе которых сыры, квашеная капуста , соевый соус , уксус , вино и йогурт [186] [187]. Способность бактерий разлагать разнообразные органические соединения находит применение в переработке отходов и биоремедиации.
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.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Бактериальные заболевания. Форма клеток бактерий может быть. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии.