Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Бактериальные заболевания. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии.
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. В результате этого анатомирования Архейской экспансии четко выявились лидеры экспансии рис. Семейства генов здесь сгруппированы по своим функциям, точнее по тем субстратам, с которыми они работают. Группы показаны цветом.
Высота каждого столбика гистограмм показывает отношение семейств генов определенной функциональной группы, появившихся во время архейской экспансии, к числу семейств этой группы, появившихся до экспансии. Шкала логарифмическая log2. То есть это своего рода анатомия Архейской экспансии. График из обсуждаемой статьи в Nature Среди ведущих функциональных семейств оказались гены, связанные с работой электронтранспортной цепи синие столбики.
Особенно важными оказались инновации, позволяющие связывать серу, железо и кислород. Их эволюция и становление происходили до этого периода. Зато вся ферментная машина, связанная с работой нуклеотидных последовательностей зеленые столбики , сформировалась до Архейской экспансии. Это вполне очевидно: какими бы ни были условия на планете, живые организмы должны были уметь копировать себя, поэтому в первую очередь они обязаны были упрочить инструменты для репликации.
Также примечательно, что ферменты, участвующие в собственно метаболизме, появлялись с равной скоростью и до и после экспансии. Кстати, именно они и составляют основу начального этапа эволюции генных семейств красная полоса до архейского пика. Таким образом, во время Архейской экспансии организмы осваивали различные способы и субстраты для получения энергии, совершенствуя варианты дыхательной электронтранспортной цепи. Микроорганизмы встраивались в различные геохимические циклы.
Этот процесс мог происходить как по ходу становления геохимических циклов, так и по мере эволюции бактерий. Какая из этих возможностей реализовывалась во время Архейской экспансии? Вот ключевой вопрос дальнейших исследований эволюции микромира. Что же касается становления кислородной атмосферы на Земле, то этот процесс, по всей видимости, не связан напрямую с Архейской экспансией.
Дэвид и Альм привели график появления генов, обслуживающих процесс переноса электронов на кислород и связанных с этим реакций рис. Синяя линия показывает долю новых генов, отвечающих за связывание кислорода, среди всех новых генов, отвечающих за связывание любых субстратов. Нижний красный отрезок показывает период до Архейской экспансии, верхний красный отрезок — Архейскую экспансию, средний отрезок — весь архей. Хорошо видно, что пик появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец Архейской экспансии.
График из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature График показывает, что максимум появления генов, связанных с кислородным дыханием, приходится на самый конец периода Архейской экспансии. Так что, скорее всего, не этот процесс повлиял на взрывную эволюцию бактерий в архее.
В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры. В то же время микрофлора участвует в детоксикации пестицидов в почве и в ее очистке от загрязнения некоторыми химикатами. Антропогенное влияние на почву особенно возрастает в интенсивном земледелии, когда изменяются питательный, воздушный и водный режимы.
Необходимость изучения этих изменений связана с вопросами сохранения и повышения почвенного плодородия. Микрофлору можно использовать в качестве показателя для определения направлений течения различных процессов в почве. Роль бактерий в образовании природного газа Метан — широко распространенный компонент газовой фазы почвы входит и в состав атмосферы Земли.
Одной из предполагаемых причин стазиса считается внутривидовое разнообразие. Еще некоторые исследователи отмечают существование хромосомного стазиса на уровне генов, например у птиц. Но встречаются и генетический, и обычный стазис, мягко говоря, нечасто — большая часть видов возникает, изменяется и исчезает, давая жизнь видам-потомкам. Необратимость в данном случае не означает, что какое-то событие нельзя «откатить» назад. Китообразные вернулись в море, где жили их предки, — просто сделали это другим путем и благодаря другим мутациям. Проблема эволюционного процесса в том, что он… случайный. Да, по большей части закрепляются нужные для размножения и выживания гены. Но иногда происходит так, что остаются не нужные, а рандомно выбранные. Такое случается, например, при эффекте бутылочного горлышка — резкого и случайного сокращения популяции, например, из-за стихийных бедствий или необычной болезни. Если у нас есть популяция животных, которые никогда не сталкивались с чумой, то с большой вероятностью в живых, после того как чума отступит, останутся несколько особей. И совсем не факт, что их гены лучше или влияют на повышение репродуктивного успеха, просто им повезло. Вторая проблема заключается в том, что эволюция — процесс исключительно долгий. Должны смениться поколения, чтобы какие-то признаки закрепились, а какие-то исчезли без следа. Эволюция большинства современных видов шла миллионы лет, и пронаблюдать ее, конечно, невозможно — слишком коротка человеческая жизнь. Что, впрочем, не означает, что человек не может увидеть эволюцию своими глазами. Младшей сестрой эволюции служит… селекция. Выведение пород собак, кошек и скота ничем не отличается от стандартной эволюции, с той лишь разницей, что движущей силой здесь выступает не природа и естественные причины и требования окружающей среды, а человек. Селекцию мы можем наблюдать воочию, хотя она по сравнению со своей старшей сестрой менее выражена: мы вывели крупных мейн-кунов и маленьких коротколапых манчкинов, но это всё еще один и тот же вид. Лучше всего процесс селекции отслеживается на собаках: сложно осознать, что совсем недавно — в масштабах Вселенной — у чихуахуа и алабая был единый предок, однако это так. Человек специально отбирал из собак тех, кто подходил ему по каким-то параметрам. Такими параметрами могли быть, например, более короткие лапы и длинное тело, чтобы проникать в норы, или, наоборот, длинные ноги и обтекаемое тело, приспособленные к быстрому бегу. Любопытно, что при искусственном отборе иногда проявляются не только искомые признаки, но и сцепленные с ними, случайно проявившиеся. Наглядный пример такого сцепления обнаружился в ходе эксперимента с домашними лисами. Опыт по их одомашниванию начался еще в 1959 году в Академгородке под Новосибирском. С тех пор появилось множество поколений, и ученые заметили, что, хотя главным критерием отбора лисиц было дружелюбие то есть стремление к контакту с человеком , вместе с дружелюбием они приобрели и другие качества. В частности, закрученный колечком хвост и свисающие уши — совсем как у собак! Даже цвет шкуры стал светлее, а глаза у некоторых особей стали голубыми. Получается, что искусственный отбор сделал, по сути, из лисиц почти собак, причем совершенно случайно. Искусственный отбор — это любопытный процесс, но у подвергаемых ему видов нет времени, чтобы развиться в совершенно другие формы: ни разу еще при искусственном отборе не получался настоящий новый вид, отличающийся от предковой формы. Есть много разных пород и подвидов. Были даже попытки скрещивать разные виды, но их потомство в большинстве своем оказывалось нефертильным и дать начало новому таксону не могло.
Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб. Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез. В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса. Гипергенез — путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным пере развитием органов. В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов. Соотношение направлений эволюции. Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптаций, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания. Клетка — элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки свойства живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными например, бактерии, простейшие, водоросли или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве У сырья Ф, и выводить наружу накапливающиеся У отходы Ф. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т. У многоклеточных организмов разные клетки например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством главных структурных особенностей. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы — обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. В ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие особей. Строение растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком. Наличие пластид — главная особенность растительной клетки. Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды. Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков. Митохондрии — органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ — богатое энергией органическое вещество. Пластиды хлоропласты, лейкопласты, хромопласты , их содержание в клетке — главная особенность растительного организма. Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты — граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты. Комплекс Гольджи — система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Лизосомы — тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке. Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Строение животной клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами. Наружная, или плазматическая, мембрана — отграничивает содержимое клетки от окружающей среды других клеток, межклеточного вещества , состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку пиноцитоз, фагоцитоз и из клетки. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. Органоиды клетки: 1 эндоплазматическая сеть ЭПС — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, ли-пидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке; 2 рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка; 3 митохондрии — Усиловые станцииФ клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы складки , увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией; 4 комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов; 5 лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных -. В лизосомах разрушаются отмершие части клетки, целые и клетки. Клеточные включения — скопления запас- иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов. Ядро — наиболее важная часть клетки. Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а Другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам. Ядро — место синтеза ДНК. Формы естественного отбора В природе естественный отбор, без сомнения, выступает как единый фактор, действующий в пределах популяций. Однако в зависимости от изменений условий среды и взаимодействия популяций и видов не только его направление, но и формы могут меняться. Механизм действия естественного отбора при этом остается неизменным — выживание и более эффективное размножение индивидуумов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Выделяют несколько форм отбора: — движущий — стабилизирующий — разрывающий. Движущая форма отбора. Способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм. Популяции, находящиеся достаточно долго в стабильных, мало меняющихся условиях, достигают высокой степени приспособленности и могут длительное время пребывать в равновесном состоянии, не испытывая значительных изменений генотипического состава. Однако изменение внешних условий может быстро привести к значительным сдвигам в генотипической структуре популяций. Огромный запас генотипического разнообразия дает очень широкие возможности для изменения большинства морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков. Яркий пример, доказывающий существование движущей формы естественного отбора, — так называемый индустриальный меланизм. Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными. Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие. Любая адаптация приспособление никогда не бывает абсолютной. Приспособление всегда относительно в связи с постоянной изменчивостью организмов и условий среды. Стабилизирующая форма отбора Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака. Приспособленность к определенным условиям среды не означает прекращения действия отбора в популяции. Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками. При стабилизирующем отборе устраняются такие особи. Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов. Во многих случаях осуществляется отбор организмов с наибольшей выраженностью гомеостаза индивидуального развития, что в значительной степени препятствует проявлению в фенотипе мутаций и неблагоприятных сочетаний аллелей, так же как и вредными воздействиями среды. В результате стабилизирующего отбора отбираются организмы с такими генотипами, которые обеспечивают устойчивое развитие признаков, имеющих среднее значение для данной популяции. Разрывающий отбор Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим. Его можно объяснить на примере появления распогремка — раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции. Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Марков А. Опарин А. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. Розанов А.
Сергеев В. Сорохтин О. Глобальная эволюция Земли.
Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Фокс С. Молекулярная эволюция и возникновение жизни: пер.
Яковлев Г. Ботаника: учебник для вузов. Bonner J.
Brasier [et al. Bridgwater [et al. Brocks [et al.
Dolan [et al. Hoover R. Hoover, editor.
Kellogg [et al. Methanopyrus kandleri, gen. Kurr [et al.
Martins [et al. McKay [et al. Nisbet E.
Rasmussen [et al. Rhawn J. Rossi [et al.
Sand W. Schopf J. Shu [et al.
Stetter K. Vellai T. Walsh M.
Wainwright [et al. Westall [et al. Whitman W.
Woese C. Astafeva M. Iskopaemye bakterii i drugie mikroorganizmy v zemnykh porodakh i astromate-rialakh [Fossil bacteria and other microorganisms in ground terrestrial rock and astromaterial].
Rozanov A. Gerasimenko L. Paleontological Journal 1999; 33 4 :439-459.
Zavarzin G. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk 2001; 71 11 :988—1001. Vvedenie v prirodovedcheskuyu mikrobiologiyu [Introduction to the natural history microbiology].
Moscow: Universitet; 2001. Osobennosti evolyutsii prokariot. V knige: L.
Tatarinov, A. Rasnitsyn red. Evolyutsiya i biotsenoticheskie krizisy [The features of prokaryotic evolution.
In: Tatarinov L. Evolution and biocenotic crises]. Moscow: Nauka; 1987.
Zvyagintsev I. Uspekhi mikrobiologii 1992; 25:3- 27. Krylov I.
Na zare zhizni [At the dawn of life]. Moscow: Nauka; 1972. Kusakin O.
Filema organicheskogo mira [Phylema of the living things]. Petersburg: Nauka; 1994. Lysenko S.
Uspekhi mikrobiologii 1981; 16:231253. Margelis L. Moscow: Mir; 1983.
Markov A. Paleontological Journal 2005; 39 2 :109-116.
Но иногда, в результате мутаций , эта ДНК теряет способность выходить из хромосомы и становится постоянным компонентом генома. Появление новых генов может быть также обусловлено генетическим переносом в результате однонаправленной передачи ДНК из клетки-донора в клетку-реципиент аналог полового процесса.
Такая передача может осуществляться при прямом контакте двух клеток конъюгация , при участии бактериофагов трансдукция или путём попадания генов в клетку из внешней среды без межклеточного контакта. Всё это имеет большое значение для микроэволюции бактерий и приобретения ими новых свойств. Размножение Большинство бактерий размножаются путём деления надвое, реже почкованием, а некоторые например, актиномицеты — с помощью экзоспор или обрывков мицелия. Известен способ множественного деления с образованием мелких репродуктивных клеток-баеоцитов у ряда цианобактерий.
Многоклеточные прокариоты могут размножаться отделением от трихом одной или нескольких клеток. Некоторые бактерии характеризуются сложным циклом развития, в процессе которого могут меняться морфология клеток и образовываться покоящиеся формы: цисты , эндоспоры, акинеты. Миксобактерии способны образовывать плодовые тела, часто причудливых конфигураций и окрасок. Отличительной особенностью бактерий является способность к быстрому размножению.
Например, время удвоения клеток кишечной палочки Escherichia coli составляет 20 мин. Подсчитано, что потомство одной клетки в случае неограниченного роста уже через 48 ч превысило бы массу Земли в 150 раз. Условия обитания Бактерии приспособились к разным условиям существования. Некоторые бактерии чрезвычайно устойчивы к ионизирующему излучению и живут даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов Deinococcus radiodurans.
Ряд бактерий барофилы, или пьезофилы хорошо переносят гидростатическое давление до 101 тыс. В то же время есть бактерии, не выдерживающие даже незначительного увеличения атмосферного давления. Как правило, бактерии предпочитают нейтральные условия среды обитания рН около 7,0 , хотя встречаются как экстремальные ацидифилы, способные к росту при рН 0,1—0,5, так и алкалифилы, развивающиеся при рН до 13,0. Подавляющее большинство изученных бактерий — аэробы.
Факультативные анаэробы растут как в присутствии O2, так и в его отсутствие; они способны переключать метаболизм с аэробного дыхания на брожение или анаэробное дыхание энтеробактерии. Рост аэротолерантных анаэробов не угнетается в присутствии небольшого количества O2, т. Для строгих анаэробов даже следы O2 в среде обитания являются губительными. Многие бактерии переживают неблагоприятные условия среды, образуя покоящиеся формы.
Типы питания Для бактерий характерны интенсивный обмен веществами между клеткой и внешней средой и пластичность метаболизма. Они обладают высокой способностью к адаптации, легко приспосабливаясь к различным в том числе экстремальным условиям среды, способны переключаться с одного типа питания на другой. Как и другие организмы, бактерии запасают энергию главным образом в форме АТФ , образующегося в процессе фотосинтеза, дыхания и различных типов брожения. В зависимости от источника используемого углерода они делятся на автотрофов полностью удовлетворяют свои потребности за счёт CO2 и гетеротрофов нуждаются в готовых органических соединениях.
Однако эти термины не отражают всё многообразие типов питания у бактерий. Поэтому при их характеристике указывают на источник энергии, доноров водорода электронов и вещества, используемые в биосинтетических процессах.
При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ. После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны. Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов. Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий. Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов.
То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут. Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ. Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ. Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей. Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы. Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями.
Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2 кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов. Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление тепло кровности — все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествовавших классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение Уразумного типаФ, позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных.
Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых сосущий, колющий, грызущий они приспособились к питанию самой разнообразной пищей Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания. Аллогенез — путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией.
Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб. Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез. В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса. Гипергенез — путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным пере развитием органов.
В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов. Соотношение направлений эволюции. Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптаций, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания. Клетка — элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки свойства живого.
Известно, что организмы бывают одноклеточными например, бактерии, простейшие, водоросли или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве У сырья Ф, и выводить наружу накапливающиеся У отходы Ф. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т. У многоклеточных организмов разные клетки например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством главных структурных особенностей.
В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы — обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. В ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие особей. Строение растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком. Наличие пластид — главная особенность растительной клетки. Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды. Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме.
Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков. Митохондрии — органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ — богатое энергией органическое вещество. Пластиды хлоропласты, лейкопласты, хромопласты , их содержание в клетке — главная особенность растительного организма. Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты — граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты. Комплекс Гольджи — система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной.
Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Лизосомы — тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке. Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Строение животной клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами. Наружная, или плазматическая, мембрана — отграничивает содержимое клетки от окружающей среды других клеток, межклеточного вещества , состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку пиноцитоз, фагоцитоз и из клетки.
Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. Органоиды клетки: 1 эндоплазматическая сеть ЭПС — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, ли-пидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке; 2 рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка; 3 митохондрии — Усиловые станцииФ клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы складки , увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией; 4 комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов; 5 лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных -. В лизосомах разрушаются отмершие части клетки, целые и клетки. Клеточные включения — скопления запас- иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов. Ядро — наиболее важная часть клетки.
Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а Другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам. Ядро — место синтеза ДНК. Формы естественного отбора В природе естественный отбор, без сомнения, выступает как единый фактор, действующий в пределах популяций. Однако в зависимости от изменений условий среды и взаимодействия популяций и видов не только его направление, но и формы могут меняться. Механизм действия естественного отбора при этом остается неизменным — выживание и более эффективное размножение индивидуумов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Выделяют несколько форм отбора: — движущий — стабилизирующий — разрывающий. Движущая форма отбора. Способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм.
Популяции, находящиеся достаточно долго в стабильных, мало меняющихся условиях, достигают высокой степени приспособленности и могут длительное время пребывать в равновесном состоянии, не испытывая значительных изменений генотипического состава. Однако изменение внешних условий может быстро привести к значительным сдвигам в генотипической структуре популяций. Огромный запас генотипического разнообразия дает очень широкие возможности для изменения большинства морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков. Яркий пример, доказывающий существование движущей формы естественного отбора, — так называемый индустриальный меланизм. Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными. Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие. Любая адаптация приспособление никогда не бывает абсолютной. Приспособление всегда относительно в связи с постоянной изменчивостью организмов и условий среды. Стабилизирующая форма отбора Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака.
Приспособленность к определенным условиям среды не означает прекращения действия отбора в популяции. Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками. При стабилизирующем отборе устраняются такие особи. Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов. Во многих случаях осуществляется отбор организмов с наибольшей выраженностью гомеостаза индивидуального развития, что в значительной степени препятствует проявлению в фенотипе мутаций и неблагоприятных сочетаний аллелей, так же как и вредными воздействиями среды. В результате стабилизирующего отбора отбираются организмы с такими генотипами, которые обеспечивают устойчивое развитие признаков, имеющих среднее значение для данной популяции. Разрывающий отбор Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим. Его можно объяснить на примере появления распогремка — раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции.
Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами. Творческая роль естественного отбора: В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью. Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору: — достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений; многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений; — не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве. Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей; изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; — широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие. Обмен веществ и энергии в клетке Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений. Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке. Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений.
Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки. Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы.
Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О. Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам.
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. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплиментарной цепи. В результате получаются две молекулы ДНК, у каждой из них одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной, то есть две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов — главная причина борьбы за существование. Виды борьбы за существование. Внутривидовая борьба. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорна между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности. Широкое распространение в природе конкуренции организмов за ограниченные ресурсы — типичный способ естественного отбора, благоприятствующего победителям в конкуренции. Кроме того, естественный отбор может осуществляться и без непосредственной конкуренции, например вследствие действия неблагоприятных факторов среды. Способность переносить низкие и высокие температуры, воздействие других параметров среды также приводит к выживанию более приспособленных или к их более успешному размножению. Иногда косвенные формы борьбы за существование дополняются прямой борьбой. Примером могут служить турнирные бои самцов за право обладать гаремом. Взаимоотношения особей в пределах вида не ограничиваются борьбой и конкуренцией, существует также и взаимопомощь. Межвидовая борьба. Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания. В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо, наконец, их территориальное разобщение. Межвидовая борьба ведет к экологическому и географическому разобщению видов. При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита — тоже примеры межвидовой борьбы. Борьба с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор оценивает прежде всего фенотип особи. Поскольку за одинаковыми фенотипами могут скрываться различные генотипы например, АА и Аа при полном доминировании , то сходные фенотипы, наиболее приспособленные к конкретной ситуации, могут формироваться на различной генетической основе. Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других — рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом. Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования. Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др. Направление, в котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве. У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски — бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор — единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами. Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой АТФ. Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений например, у люминесцентных бактерий , то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20—30 сокращений. При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ. После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны. Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов. Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий. Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов. То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут. Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ. Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ. Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей. Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы. Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2 кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов. Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление тепло кровности — все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествовавших классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение Уразумного типаФ, позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых сосущий, колющий, грызущий они приспособились к питанию самой разнообразной пищей Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания. Аллогенез — путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб. Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез. В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса. Гипергенез — путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным пере развитием органов. В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов. Соотношение направлений эволюции. Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптаций, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания. Клетка — элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки свойства живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными например, бактерии, простейшие, водоросли или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве У сырья Ф, и выводить наружу накапливающиеся У отходы Ф. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки. Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т. У многоклеточных организмов разные клетки например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством главных структурных особенностей. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы — обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. В ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие особей. Строение растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком. Наличие пластид — главная особенность растительной клетки. Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды. Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков. Митохондрии — органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ — богатое энергией органическое вещество. Пластиды хлоропласты, лейкопласты, хромопласты , их содержание в клетке — главная особенность растительного организма. Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты — граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты. Комплекс Гольджи — система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Лизосомы — тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке. Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Строение животной клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами.
Задание Учи.ру
| Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить? | В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. |
| Прокариоты (доядерные одноклеточные) | Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. |
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Как выше было сказано, на сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, которые относят к патогенным или паразитарным. Совершенно очевидно, что вирусы так называемые — патогенные играют видную роль в естественном отборе вместе с иными патогенными микроорганизмами. Патогенные микроорганизмы убирают из биосферы неустойчивые в данных конкретных условиях окружающей среды живые организмы то есть организмы с пониженным иммунитетом, в том числе стареющие. Организмы с хорошим иммунитетом не только выживают, но и изменяют сами вирусы. То есть идет взаимное совершенствование. Одна из важнейших функций микроорганизмов - это связь биосферы и геосферы в обмене веществ: микроорганизмы поставляют из геосферы в биосферу питательные элементы развивающимся многоклеточным организма, а из биосферы в геосферу различные компоненты путем разложения отживших организмов. Это важнейшая функция — осуществление кругооборота веществ в условиях ограниченности веществ параметрами Земли.
Вирусы, наряду с бактериями, участвуют в горизонтальном обмене генов организмов.
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. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплиментарной цепи. В результате получаются две молекулы ДНК, у каждой из них одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной, то есть две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы. Несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов — главная причина борьбы за существование.
Виды борьбы за существование. Внутривидовая борьба. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорна между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности. Широкое распространение в природе конкуренции организмов за ограниченные ресурсы — типичный способ естественного отбора, благоприятствующего победителям в конкуренции. Кроме того, естественный отбор может осуществляться и без непосредственной конкуренции, например вследствие действия неблагоприятных факторов среды. Способность переносить низкие и высокие температуры, воздействие других параметров среды также приводит к выживанию более приспособленных или к их более успешному размножению. Иногда косвенные формы борьбы за существование дополняются прямой борьбой. Примером могут служить турнирные бои самцов за право обладать гаремом.
Взаимоотношения особей в пределах вида не ограничиваются борьбой и конкуренцией, существует также и взаимопомощь. Межвидовая борьба. Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания. В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах единого ареала, либо, наконец, их территориальное разобщение. Межвидовая борьба ведет к экологическому и географическому разобщению видов. При попытках переселения в новые зоны обитания большинство не выдерживает влияния других видов и факторов внешней среды, лишь некоторые способны закрепиться и выдержать конкуренцию. Сложные взаимоотношения хищника и жертвы, хозяина и паразита — тоже примеры межвидовой борьбы.
Борьба с неблагоприятными условиями среды. В ходе естественного отбора основное значение имеет фенотип организма: окраска, способность быстро перемещаться, устойчивость к действию высоких или низких температур и многое другое. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор оценивает прежде всего фенотип особи. Поскольку за одинаковыми фенотипами могут скрываться различные генотипы например, АА и Аа при полном доминировании , то сходные фенотипы, наиболее приспособленные к конкретной ситуации, могут формироваться на различной генетической основе. Широкое распространение инсектицидов привело к возникновению у многих видов насекомых устойчивости к ним. Однако генетические механизмы устойчивости оказались неодинаковыми в различных популяциях. В одних случаях устойчивость определялась доминантным геном, в других — рецессивным, отмечено не только аутосомное наследование, но и наследование, сцепленное с полом. Обнаружены, кроме того, случаи полигенного и цитоплазматического наследования.
Соответственно и физиологические механизмы устойчивости к инсектицидам оказались различными. Среди них накопление яда кутикулой; повышенное содержание липидов, способствующих растворению инсектицида; повышение устойчивости нервной системы к действию ядов; снижение двигательной активности и др. Направление, в котором действует естественный отбор, и его интенсивность в природных популяциях не являются строго фиксированным, неизменным показателем. Они существенно изменяются как во времени, так и в пространстве. У обыкновенного хомяка обнаруживаются две основные формы окраски — бурая и черная. Их распространение от Украины до Урала показывает, что существует как большое разнообразие в сезонной изменчивости черных и бурых форм, так и значительные различия в их концентрации на видовом ареале. Итак, естественный отбор — единственный фактор эволюции, осуществляющий направленное изменение фенотипического облика популяции и ее генотипического состава вследствие избирательного размножения организмов с разными генотипами. Аденозинфосфорные кислоты.
Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой АТФ. Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений например, у люминесцентных бактерий , то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке невелик. Так, в мышце запаса АТФ хватает на 20—30 сокращений. При усиленной, но кратковременной работе мышцы работают исключительно за счет расщепления содержащейся в них АТФ.
После окончания работы человек усиленно дышит — в этот период происходит расщепление углеводов и других веществ происходит накопление энергии и запас АТФ в клетках восстанавливается. Митохондрии окружены наружной мембраной и, следовательно, уже являются компартментом, будучи отделенными от окружающей цитоплазмы; кроме того, внутреннее пространство митохондрий также подразделено на два компартмента с помощью внутренней мембраны. Наружная мембрана митохондрий очень похожа по составу на мембраны эндоплазматической сети; внутренняя мембрана митохондрий, образующая складки кристы , очень богата белками - пожалуй, эта одна из самых насыщенных белками мембран в клетке; среди них белки Удыхательной цепиФ, отвечающие за перенос электронов; белки-переносчики для АДФ, АТФ, кислорода, СО у некоторых органических молекул и ионов. Продукты гликолиза, поступающие в митохондрии из цитоплазмы, окисляются во внутреннем отсеке митохондрий. Белки, отвечающие за перенос электронов, расположены в мембране так, что в процессе переноса электронов протоны выбрасываются по одну сторону мембраны - они попадают в пространство между наружной и внутренней мембраной и накапливаются там. Это приводит к возникновению электрохимического потенциала вследствие разницы в концентрации и зарядах. Эта разница поддерживается благодаря важнейшему свойству внутренней мембраны митохондрии - она непроницаема для протонов. То есть при обычных условиях сами по себе протоны пройти сквозь эту мембрану не могут.
Но в ней имеются особые белки, точнее белковые комплексы, состоящие из многих белков и формирующие канал для протонов. Протоны проходят через этот канал под действием движущей силы электрохимического градиента. Энергия этого процесса используется ферментом, содержащимся в тех же самых белковых комплексах и способным присоединить фосфатную группу к аденозиндифосфату АДФ , что и приводит к синтезу АТФ. Митохондрия, таким образом, исполняет в клетке роль Уэнергетической станцииФ. Принцип образования АТФ в хлоропластах клеток растений в общем тот же - использование протонного градиента и преобразование энергии электрохимического градиента в энергию химических связей. Направления эволюции На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфофизиологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп перед другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы.
Биологический прогресс, то есть расширение ареала, увеличение количества особей данного вида и количества новых систематических единиц внутри вида или более крупной систематической единицы, достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции : — арогенез ароморфоз или морфофизиологический прогресс аллогенез идиоадаптацию — гипергенез Арогенез — такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием 2 кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов. Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление тепло кровности — все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара.
Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествовавших классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение Уразумного типаФ, позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых сосущий, колющий, грызущий они приспособились к питанию самой разнообразной пищей Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания. Аллогенез — путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды.
Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни уплощение тела у многих рыб. Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп. Общая дегенерация катагенез.
В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса. Гипергенез — путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным пере развитием органов. В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы.
Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов. Соотношение направлений эволюции. Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптаций, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания. Клетка — элементарная единица живой системы.
Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки свойства живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными например, бактерии, простейшие, водоросли или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве У сырья Ф, и выводить наружу накапливающиеся У отходы Ф. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана. Она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки.
Функции в клетке распределены между различными органоидами, такими, как клеточное ядро, митохондрии и т. У многоклеточных организмов разные клетки например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством главных структурных особенностей. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы — обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. В ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие особей. Строение растительной клетки: целлюлозная оболочка, мембрана, цитоплазма с органоидами, ядро, вакуоли с клеточным соком.
Наличие пластид — главная особенность растительной клетки. Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды. Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности. Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков.
Рисунок 1.
Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий. Сверху показано филогенетическое разнообразие бактерий, для которых построены метаболические модели. Рисунок из [2]. Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально. Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис.
Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое. Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода. Для таксономических рангов выше семейства наблюдается ещё меньшее фенотипическое сходство. Всё это говорит о том, что полногеномные метаболические реконструкции можно использовать для уточнения бактериальной таксономии. Фенотипические часы? Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4]. А как относительно них меняются фенотипы?
Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис.
Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков. Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. 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.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
Это вовсе не пример эволюционного скачка вперед! В действительности, все это подчеркивает ограничения, которые есть у созидательных способностей мутаций на создание новых семейств генов, требуемое для того, чтобы эволюция могла объяснить происхождение живых организмов. Количество поколений кишечных палочек в лабораторном эксперименте, на данный момент уже превысило 60 000. Это является эквивалентом 1. Глядя на то, как мало эволюции произошло у бактерий кишечной палочки, какие выводы можно сделать об эволюции посредством мутаций и естественного отбора? Длительный эксперимент с кишечной палочкой создает серьезную проблему для эволюционной истории и подчеркивает дилемму Холдейна, состоящую в том, что даже при самых лучших эволюционных сценариях, времени не достаточно на накопление достаточных изменений посредством эволюции.
Это интересное исследование, но в нем нет ничего, что поддерживало бы эволюцию от микроба к человеку. Как я уже указывал, здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», которые описывал майкл Бихи в своей книге на эту тему. Однако оно так сильно взволновало атеистов и теистических эволюционистов. Потому, я думаю, что оно станет популярным в эволюционных учебниках, потому что это самое лучшее что у них есть, чтобы распространять мирской миф об эволюции. Личная заметка: В одном из постов на блоге Ричарда Ленски telliamedrevisited.
По всей видимости, он один из тех, кто потерял веру. Или, возможно, что его родители потеряли веру, поскольку Захарий говорит только о своей бабушке. И опять же, мы видим, как эволюционный миф вовлечен в секуляризацию христианского общества. Как когда-то высказался Найлз Элдридж, «Дарвин сделал больше для того чтобы секуляризировать [отвернуть от христианства] западный мир, чем какой-либо другой отдельный мыслитель». Они показали, что на то, чтобы переработка цитрата началась, требуется всего 12 поколений, а чтобы появилось ее усовершенствование, всего 100 поколений.
И снова, никаких новых генов не появилось, кроме копирования и перемещения уже существующих, как и было описано выше. Авторы пришли к выводу: «Мы приходим к заключению, что редкий мутант, полученный посредством долгосрочного эксперимента Ленски, был артефактом экспериментальных условий, а не уникальным эволюционным событием. Никакой новой генетической информации новых функций генов не появилось». Holmes, Bob, Bacteria make major evolutionary shift in the lab , com news service, 09 June 2008. Это объяснено в статье Weasel, a flexible program for investigating deterministic computer demonstrations of evolution — смотрите секцию — катастрофа ошибок.
Скорость мутаций, состоящая в 1 на миллион нуклеотидов в поколение, производит одну или две мутации в клетке обычной бактерии с вероятностью, что одна может быть разрушительной, но та же скорость мутаций у человека произведет более тысячи новых на особь и каждая особь получит несколько разрушающих мутаций. Blount, Z. Это инаугурационная работа Ленски — атеиста-эволюциониста, как недавно выбранного члена Национальной академии наук США see: National Academy of Science is godless to the core Nature survey.
По форме и размерам эти микросферы часто сравнивают с бактериями. Таким образом, все предположения относительно того, каким образом могли возникнуть первые структуры, подобные клеткам, являются весьма спорными. В этой области, лежащей на стыке химии и биологии, проводилось много исследований, но получено мало чётких результатов. Примитивные организмы, возникшие в первичных океанах Земли, были анаэробными и, вероятнее всего, гетеротрофными; океаны в изобилии поставляли им пищу, и первым микроорганизмам оставалось лишь пожирать её.
Но с течением времени мощные потоки солнечной энергии уже не могли достигнуть близких к поверхности океана нижних слоёв земной атмосферы мешал озон. Дальнейший синтез органических соединений стал невозможен. Наступила пора голодания, и тут-то, по-видимому, началась борьба не на жизнь, а на смерть. Только наиболее приспособленные организмы развили в себе способность к фотосинтезу с использованием того света, что пробивался сквозь озоновый слой. В результате свободный кислород продолжал выделяться в атмосферу. Так началось накопление кислорода. В переходный период от первичной, восстановительной, атмосферы Земли метан, аммиак, пары воды к современной, кислородосодержащей, жизнь уже возникла и включилась в медленный процесс эволюции.
Результаты изучения микрофоссилий позволяют предположить, что микроорганизмы возникли в очень ранний геологический период, примерно 4,5-3. Если водоросли появились в первобытном океане 3,5 млрд. В докембрийский период ранние формы жизни были совершенно примитивными. Они встречаются в виде отдельных клеток, а их первые колонии обнаруживаются лишь с появлением жгутиковых форм. Однако в эпоху среднего докембрия в отдельных местах планктонные водоросли, возможно, образовывали весьма обильные скопления. Появились сине-зелёные водоросли и большое количество хемосинтезирующих бактерий. Предполагается, что тогда же получили широкое распространение фотосинтезирующие микроорганизмы и началось образование кислородной атмосферы.
В позднем докембрии, видимо, уже возникли группы организмов, морфологически сравнимых с существующими ныне. Например, сине-зелёные водоросли достигли в своём развитии большого разнообразия, появились клетки с обособленным ядром. Это событие заслуживает особого внимания, ибо оно возвестило возникновение клеточного деления и разнообразия форм. Среди множества теорий есть одна, приписываема Сванте Аррениусу: он предположил, что «семена жизни» могли быть заброшены на Землю с других планет.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко Обновлено: 25. Первоначально они имели минимальное количество структур, которые обеспечивали жизнедеятельность. Но постепенные изменения на протяжении 1-1. Вторая половина ХХ столетия после изобретения антибиотиков отмечена ускорением эволюционного развития свободноживущих и паразитических микроорганизмов, появлением новых инфекционных агентов, мутациями уже известных форм.
Широко распространилась микрофлора, устойчивая к антибактериальным, противовирусным, дезинфицирующим и химиопрепаратам. Общие этапы эволюции микроорганизмов Первичная атмосфера Земли, по сравнению с другими планетами Солнечной системы — Сатурном, Нептуном или Ураном, содержащими большое количество благородных газов, состояла преимущественно из водорода, азота, углекислоты. Кислород, выделяющийся в результате фотолиза паров воды, сразу соединялся с другими элементами, а не присутствовал в воздухе свободном состоянии. Теорий происхождения микробов множество, но почти все сходятся в том, что жизнь зародилась именно в воде. Под воздействием солнечных радиоактивных лучей, электромагнитных волн, электрических разрядов, температурных факторов из них формировались органические вещества, накапливающиеся в водоемах. При достижении определенной концентрации возникли первые самовоспроизводящиеся организмы. Предположительно ими были сине-зеленые водоросли, которые, научившись использовать энергию солнечного света явление фотосинтеза , стали выделять кислород. Насыщение атмосферы кислородом кардинально изменило Землю, создав условия для дальнейшей эволюции живых существ от микроба до человека.
Ученые, занимающиеся биологией, уверены, что за 3 миллиарда лет в ходе эволюции бактерий были усовершенствованы следующие факторы: морфология и химический состав клеток; принципы обменных процессов; взаимодействие микроорганизмов между собой и с объектами неживой природы. Эволюция микробов сыграла ведущую роль в формировании биосферы Земли и создании экологического баланса. Эволюция бактерий Пытаясь объяснить, как шла эволюция бактерий, ученые выдвигали многочисленные версии. Вероятнее всего, процесс развития начался с анаэробных микроорганизмов, разделившихся впоследствии на факультативных анаэробов, аэробов, хемосинтезирующих аутотрофов. Эти формы дошли до наших дней, получив широкое распространение в современных экосистемах. Разнообразие видов, форм и способов приспособления микроорганизмов указывает на сложный путь, пройденный ими от сгустка вещества до живой клетки. Необходимые условия для появления живой клетки Приспособившись в процессе эволюции к развитию при низкой температуре, они стали обосабливаться, формировать так называемые коацерватные капли в форме коллоидных частиц. Теории происхождения прокариот Сформированные коацерватные капли представляли собой высокомолекулярные протеиновые образования, адсорбирующие из окружающей среды отдельные химические элементы.
Эта способность положила начало обмену веществ, который является одним из признаков жизни. Растворенные в воде органические вещества, которые затем попадали внутрь коацерватов, увеличивали их массу. Когда она доходила до критической точки, связи, удерживающие молекулы вместе, разрывались, и коллоид распадался на более мелкие частицы. Так зарождался процесс размножения. 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.
Например, если Вы голодны, а Вам в этот момент протягивают шампур с жареным шашлыком Вы видите жареное мясо и чувствуете его запах , то в это время было бы полезно, если бы у Вас уже «потекли слюнки». То есть, чтобы Ваш организм немедленно начал готовиться к успешному поглощению пищи. В этом случае Вы работаете как бы на опережение событий — выделяете слюну уже при виде жареного мяса. Благодаря нашему знаменитому соотечественнику Ивану Петровичу Павлову, все мы уже со школьной скамьи узнаём, благодаря чему наш организм может эффективно предугадывать события.
Это происходит благодаря выработке условных рефлексов в нашей нервной системе. А вот бактерии — не имеют нервной системы. И соответственно, не имеют и условных рефлексов. Однако «работать» на опережение событий они умеют. Без всякой нервной системы. Потому что они имеют громадную численность колоний. Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение». Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову Марков, 2009б : …Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула.
В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений. Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции. Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК. Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных… Как видим, даже самые верующие дарвинисты в лице Александра Маркова понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы. В связи с этим возникает вопрос. А что мы, собственно, наблюдаем у бактерий, когда они демонстрируют нам очередное приспособление к «сиюминутным» изменениям среды с помощью мелких генетических изменений и естественного отбора?
Мы наблюдаем эволюцию этих бактерий? Или же мы наблюдаем просто адаптацию этих бактерий? То есть, может быть, обсуждаемые генетические изменения бактерий и не ведут никуда дальше таких вот мелких приспособлений к локальным особенностям окружающей среды? Возможно, конкретно у бактерий — это просто способ выживания такой — всё время подвергаясь мелким генетическим изменениям… тем не менее, оставаться всё теми же бактериями с незапамятных времен и до сегодняшнего дня. То есть, этакий «бег на месте». Можно ли назвать это эволюцией? Действительно, получается противоречие — «эволюция» бактерий путем случайных мутаций и естественного отбора идет так быстро, что позволяет бактериальным колониям отвечать на постоянно изменяющиеся вызовы среды чуть ли не в режиме реального времени, почти заменяя в этом отношении формирование рефлексов у высших животных… Но когда мы смотрим на конечные результаты подобной «эволюции», то тут выясняется, что бактерии так и не удосужились измениться хотя бы как-нибудь за 2 миллиарда лет! Этих 2-миллиардолетних бактерий можно определять по современным определителям. Причем некоторые группы бактерий никак не изменялись целыми сообществами см.
Так может быть, бактерии — это просто такие организмы, которые имеют такую специфическую стратегию реагирования на мелкие изменения окружающей среды — с помощью случайных мутаций и естественного отбора.
Планета бактерий
Микоплазмы являются отдельным классом микроорганизмов, отличающимся как от вирусов, так и от бактерий. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. Эволюционное учение. Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
Бактерии (5–7 кл.)
| Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий | Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. |
| Планета бактерий | Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс. |
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид CO2. Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак NH3 , нитраты NO—3 и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы «питающиеся другим» используют в качестве основного источника углерода некоторым видам нужен и CO2 органические углеродсодержащие вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком. Главные источники энергии. Если для образования синтеза клеточных компонентов используется в основном световая энергия фотоны , то процесс называется фотосинтезом , а способные к нему виды — фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения — органические или неорганические — служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии сине-зеленые водоросли , как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды H2O.
У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода H2S. В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке — окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода — органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами. Клеточное дыхание — процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях.
Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или при одной из форм такого дыхания — брожении к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно.
В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов. Gracilicutes тонкостенные грамотрицательные бактерии Класс 1. Scotobacteria нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии Класс 2. Anoxyphotobacteria не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии Класс 3. Oxyphotobacteria выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии Тип II. Firmicutes толстостенные грамположительные бактерии Класс 1. Firmibacteria формы с жесткой клеткой, например клостридии Класс 2.
Thallobacteria разветвленные формы, например актиномицеты Тип III. Tenericutes грамотрицательные бактерии без клеточной стенки Класс 1. Mollicutes формы с мягкой клеткой, например микоплазмы Тип IV. Mendosicutes бактерии с неполноценной клеточной стенкой Класс 1. Archaebacteria древние формы, например метанобразующие Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий Archaebacteria — «древние бактерии» и всех остальных, называемых эубактериями Eubacteria — «истинные бактерии». Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК pРНК , участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов жироподобных веществ и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ.
В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию таксон еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена — Eucarya эукариоты , Archaea архебактерии и Bacteria нынешние эубактерии. Связывание молекулярного азота N2 с образованием аммиака NH3 называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита NO—2 и нитрата NO—3 — нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний.
Азот воздуха, составляющий ок. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений семейство Leguminosae , к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т. Из растения бактерии получают органические вещества питание , а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными.
Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода CO2 , воды H2O и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.
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. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками. Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки. Это приводит к тому, что мембрана часто образует многочисленные инвагинации впячивания различной формы — мезосомы. Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы. Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул пузырьков , более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки. Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза. Цитоплазма и цитоплазматические включения Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. В цитоплазме различают: цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма; структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид.
Они могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях. Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от присутствия лишь у одного вида-хозяина до плазмиды RP4, встречающейся почти у всех грамотрицательных бактерий. В плазмидах кодируются механизмы устойчивости к антибиотикам, разрушения специфических веществ и т. В ДНК бактерий, как и в ДНК других организмов, выделяются транспозоны — мобильные сегменты, способные перемещаться из одной части хромосомы к другой, или во внехромосомные ДНК. В отличие от плазмид, они неспособны к автономной репликации и содержат IS-сегменты — участки, которые кодируют свой перенос внутри клетки. IS-сегмент может выступать в роли отдельной транспозоны. Горизонтальный перенос генов[ ] У прокариот может происходить частичное объединение геномов. 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.
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. 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.
Остались вопросы?
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. Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий. Получите быстрый ответ на свой вопрос, уже ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знание Сайт.
Задание Учи.ру
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? |
| Бактерии (5–7 кл.) | Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. |