Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки.
Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика
- Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
- Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
- «Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?» — Яндекс Кью
- КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- Вход и регистрация
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Бактерии как и все организмы прошли эволюционный путь развития с точки зрения эволюции они являются. а)высокоорганизованными б) организмами способными дать начало новой группе организмов в)примитивными г)не способными изменяться. пж дайте ответ. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. 28. Из предложенной информации выберите сведения о бактериях и грибах: 1. отсутствует. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Таксономия прокариот характеризуется специфическими трудностями, поскольку методы, позволяющие оценивать морфологию и генетические особенности, или проводить реконструкцию ископаемых остатков, оказываются практически неприменимыми. Более того, мы практически ничего не знаем об огромном большинстве микробов, населяющих Землю. Поэтому для классификации прокариотических организмов по группам использовались несколько специфических таксонометрических методов. К числу таких методов относится числовая таксономия, которая основана на сравнении ряда характеристик таких как присутствие или отсутствие капсульного слоя, дифференциальное окрашивание по Граму, требования к кислороду, сходство нуклеиновых кислот и белков, способность к спорообразованию, подвижность и наличие или отсутствие некоторых ферментов. Исследование этих показателей позволяет оценить степень сходства или различия между микробами. Однако, поскольку числовая таксономия предполагает достаточно полное знакомство с организмом, этот метод неприменим для микробов, которые не были культивированы и детально изучены в лабораторных условиях. Для классификации организмов, свойства которых изучены недостаточно был разработана метод молекулярной филогении. Этот метод предполагает, что эволюционные различия между организмами проявляются в вариациях их наследственного материала. Существует несколько путей классификации организмов на основании свойств их ДНК.
Организмы можно сгруппировать исходя из соотношения оснований ДНК, входящей в состав их хромосом. Неудивительно, что содержание Г-Ц у близкородственных организмов также будет близким. Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными. Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует.
Смысл биологии микромира — это участие в геохимических планетарных циклах, а сама эволюция если она есть вторична. Высказанная Г. Заварзиным мысль исключительна по своей глубине и значимости. Однако она скорее описывает ситуацию после окончания грандиозной Архейской Экспансии. А до и во время нее гены переживали период своей самой бурной эволюции.
Что вызвало Архейскую экспансию, какие события привели к столь радикальным переменам генов микробного мира? Конечно, точного ответа на этот вопрос нет. Но авторы предложили свою версию. Они посмотрели, какие функциональные группы генов в этот период появлялись активнее всего, провели специальные вычисления, сравнивая темпы появления различных функциональных групп семейств генов до экспансии и во время экспансии. 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.
Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.
Образование спор у бактерий При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время Рис. Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться. Цианобактерии Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле. Некоторые ископаемые останки цианобактерий имеют возраст превышающий 3 мдрд лет Рис. У них отсутствует ядро, что объединяет их с бактериями, а возможность фотосинтезировать относит к водорослям. Именно благодаря фотосинтезу, они первыми обогатили атмосферу нашей планеты кислородом, что сделало ее пригодной для существования живых организмов. Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. Носток — съедобная синезеленая водоросль, употребляемая в пищу в разных странах Китай, Монголия, Южная Америка Рис. Побочным продуктом такой реакции — кислород. Некоторые цианобактерии не способны выделять кислород, так как при фотосинтезе они не используют воду. К автотрофным бактериям так же относят и хемосинтезирующие формы, использующие энергию химических реакций азотобактерии, железобактерии, серобактерии и др. Гетеротрофные от греч. В свою очередь эти бактерии подразделяются на паразитов и сапрофитов. Паразиты являются болезнетворными формами, которые питаются тканями своих хозяев, вызывая различные заболевания растений бактериозы , животных и человека. Для сапрофитных бактерий характерно питание отмершими остатками или выделениями других живых организмов. Благодаря сапрофитным бактериям происходит процесс гниения и брожения.
Вирусы как эволюционный фактор
объясните,почему,корнем уравнения 2(x-7)=2x-14 является хоть какое число. Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Вокруг прямого проводника с током (смотри рисунок) существует магнитное поле. определи направление линий этого магнитного поля в точках a и внимание, что точки a и b находятся с разных сторон от проводника (точка a — снизу, а точка b — сверху).
Лекция 14. Бактерии
| Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов | Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. |
| МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ — 3 ответов | форум Babyblog | С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. |
| Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить? | Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. |
| Вход и регистрация | С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. |
| Дарвиновская эволюция бактерий — полная картина / Хабр | С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. |
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Термофильных бактерий из глубоководных источников. Этот организм поедает серу и водород и связывает свой углерод из углекислого газа. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни. Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийской вершине Апекс-Черт возле древних гидротермальных источников. Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли. Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и все еще обитают вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.. Появились более свежие свидетельства того, что Thermotogales возникли примерно 3,2—3,5 миллиарда лет назад.
Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды которых достигает 90 градусов, в нефтеносных пластах, то есть они способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще. В 1 грамме чернозема содержится около 10 миллиардов бактерий. Они разлагают органические вещества, оставшиеся от мертвых животных и растений, которые поступают в грунт. Благодаря этому, образуются неорганические вещества, которые позднее могут употреблять другие организмы, в том числе растения, а также выделяется углекислый газ, необходимый растениям для фотосинтеза. Большое количество перегноя образуется бактериями при удобрении почвы навозом, при культивировании многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени подвергают превращению перегноя в минеральные вещества для питания растений , в том числе культурных. С целью обеспечить лучшие условия для жизнедеятельности полезных почвенных бактерий в сельском хозяйстве проводят обработку и удобрение почвы. Благодаря рыхлению верхнего слоя почвы, сохраняется влага, и происходит обогащение почвы воздухом, что необходимо как для жизни культурных растений, так и для почвенных бактерий. Также и внесение навоза питает не только культурные растения, но и бактерии. Цианобактерии и некоторые бактерии почвы способны усваивать азот воздуха и преобразовывать его в доступную для употребления растениями форму. Клубеньковые бактерии являются одной из таких групп бактерий. Они поселяются на корнях бобовых и некоторых других растений облепихи, шелковицы. Клубеньковые бактерии способны усваивать азот из воздуха и продуцировать органические азотсодержащие вещества, обогащая ими почву. Рисунок 5. Клубеньковые бактерии Усваивая органические вещества, бактерии обеспечивают очищение водоемов. Цианобактерии, зеленые и пурпурные серные бактерии вместе с растениями формируют запасы органических веществ в природе, образуя их из неорганических соединений. А цианобактерии еще и выделяют в атмосферу свободный кислород, которым дышат все живые существа. Образование залежей природного газа и нефти также происходило с участием определенных видов бактерий. Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так как они участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, не доступные ни животным, ни растениям. Роль бактерий в жизни человека Одной из сред жизни бактерий являются другие живые организмы, в том числе человек. Отношения, которые возникают при этом могут быть разными. Есть бактерии, которые приносят пользу. Так, в кишечнике человека живут бактерии к примеру, кишечная палочка, бифидобактерии , которые способствуют процессам пищеварения, синтезируют некоторые витамины и препятствуют деятельности болезнетворных бактерий. В случае чрезмерного приема антибактериальных препаратов эти полезные бактерии погибают, что негативно отражается на здоровье. Сами же бактерии, благодаря поселению в кишечнике человека, постоянно обеспечены питательными веществами. В кишечнике домашних жвачных животных, которые составляют основу животноводства, коров, коз, овец также живут бактерии.
В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам. Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете. Также бактерии выполняют почвообразовательную функцию. Видео по теме Обратите внимание В благоприятных условиях бактерии распространяются очень быстро. Они могут делиться каждые 20-30 минут.
Используя замороженные образцы бактерий из предыдущих поколений, они указали, что нечто произошло на приблизительно 20 000 поколении, и оно привело к тому, что всего одна из культур смогла перерабатывать цитрат. Это близко к тому, что Майкл Бихи называет «пределом эволюции» — предел того, что «эволюция» ненаправленный естественный процесс может сделать. Например, адаптивные случайные изменения, требующие одной мутации, могут происходить часто. Именно поэтому малярийный паразит может адаптироваться к большинству антималярийных препаратов; но на преобретение сопротивляемости хлорохину ушло больше времени, поскольу нужно было произойти двум мутациям одновременно в одном гене. Даже такое маленькое изменение находится за пределами возможностей организмов, таких как люди, у которых длительность поколений намного большая. В тоже время, популистский подход например New Scientist к этому исследованию создает впечатление, что E. Однако, это явно не тот случай, потому что цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот ЦТК или цикл Кребса разные названия одного и того же производит и использует цитрат в нормальном окислительном метаболизме глюкозы и других углеводов. Среди которых есть ген транспортера цитрата, кодирующий белок-транспортер, встроенный в клеточную стенку и отвечающий за транспорт цитрата в клетку. Так что же произошло? Еще не все очевидно, исходя из опубликованной информации, но скорее всего, мутации нарушили регуляцию этого оперона, в результате чего бактерия производит транспортер цитрата независимо от окислительного состояния окружающей среды то есть, он постоянно включён. Это можно сравнить с переключателем, который включается, когда солнце заходит, поскольку сенсор обнаруживает недостаток света и активирует переключатель. Нарушение в работе этого сенсора может привести к тому, что свет будет включен все время. Это именно тот тип изменения, о котором идет речь. Другая возможность состоит в том, что существующий ген-транспортер, например, тот, который доставляет тартрат,[3] который обычно не транспортирует цитрат, мутировал и в следствии этого он потерял специфичность и теперь способен к транспортировке цитрата в клетку. Подобная потеря специфичности также является следствием случайных мутаций. Потеря специфичности приравнивается к потере информации, но для эволюции требуется появление новой информации; информация, которая определяет инструкции по созданию ферментов и кофакторов в новых биохимических путях, например, как создавать перья, крылья, кости, нервы или сложные компоненты и способ сборки сложных двигателей, таких как АТФ-синтаза, например. Однако, мутации хорошо способны разрушать, а не созидать. Иногда разрушение может быть полезным адаптационным ,[7] но это не отвечает за создание огромнейшего количества информации в ДНК всех живых существ. Бихи в своей книге «Предел эволюции» приравнял роль мутаций в сопротивляемости антибиотиков и патогенов, к например, окопной войне, в результате которой мутации уничтожают некоторые функции, чтобы преодолеть восприимчивость. Это так, как если бы вы положили жевательную резинку в механические часы; они не могли быть созданы таким образом. Много шумихи без причины снова Бихи прав; здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», то есть все это не имеет никакого отношения к происхождению ферментов и каталитических путей, что должна объяснить эволюция. Блаунт обнаружил, что к использованию бактериями цитрата привели три шага: 1. Потенцирование: Шаг, включающий в себе по меньшей мере 2 мутации. Он обнаружил одну возможную мутацию, единичное изменение нуклеотида SNP , повреждающее ген, известный как arcB, который регулирует работу цикла Кербса ЦТК , что могло привести к ускоренному метаболизму цитрата.
Остались вопросы?
Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных. Как перемещаются бактерии? №1. Каких химических эллементов больше всего в живом организме? №2. Что указывает на почему молекула воды является диполем. Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро.
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Бактериальные заболевания. Эволюционное учение. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Теперь Ленски и его коллеги утверждают, что они уже наконец-то наблюдают то, на что он наделся. Наука: что они обнаружили? В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Science, Ленски и коллеги описали, как одна из 12 культур бактерий выработала способность усваивать цитрат в качестве источника энергии в аэробных условиях. Используя замороженные образцы бактерий из предыдущих поколений, они указали, что нечто произошло на приблизительно 20 000 поколении, и оно привело к тому, что всего одна из культур смогла перерабатывать цитрат. Это близко к тому, что Майкл Бихи называет «пределом эволюции» — предел того, что «эволюция» ненаправленный естественный процесс может сделать. Например, адаптивные случайные изменения, требующие одной мутации, могут происходить часто. Именно поэтому малярийный паразит может адаптироваться к большинству антималярийных препаратов; но на преобретение сопротивляемости хлорохину ушло больше времени, поскольу нужно было произойти двум мутациям одновременно в одном гене.
Даже такое маленькое изменение находится за пределами возможностей организмов, таких как люди, у которых длительность поколений намного большая. В тоже время, популистский подход например New Scientist к этому исследованию создает впечатление, что E. Однако, это явно не тот случай, потому что цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот ЦТК или цикл Кребса разные названия одного и того же производит и использует цитрат в нормальном окислительном метаболизме глюкозы и других углеводов. Среди которых есть ген транспортера цитрата, кодирующий белок-транспортер, встроенный в клеточную стенку и отвечающий за транспорт цитрата в клетку. Так что же произошло? Еще не все очевидно, исходя из опубликованной информации, но скорее всего, мутации нарушили регуляцию этого оперона, в результате чего бактерия производит транспортер цитрата независимо от окислительного состояния окружающей среды то есть, он постоянно включён.
Это можно сравнить с переключателем, который включается, когда солнце заходит, поскольку сенсор обнаруживает недостаток света и активирует переключатель. Нарушение в работе этого сенсора может привести к тому, что свет будет включен все время. Это именно тот тип изменения, о котором идет речь. Другая возможность состоит в том, что существующий ген-транспортер, например, тот, который доставляет тартрат,[3] который обычно не транспортирует цитрат, мутировал и в следствии этого он потерял специфичность и теперь способен к транспортировке цитрата в клетку. Подобная потеря специфичности также является следствием случайных мутаций. Потеря специфичности приравнивается к потере информации, но для эволюции требуется появление новой информации; информация, которая определяет инструкции по созданию ферментов и кофакторов в новых биохимических путях, например, как создавать перья, крылья, кости, нервы или сложные компоненты и способ сборки сложных двигателей, таких как АТФ-синтаза, например.
Однако, мутации хорошо способны разрушать, а не созидать. Иногда разрушение может быть полезным адаптационным ,[7] но это не отвечает за создание огромнейшего количества информации в ДНК всех живых существ. Бихи в своей книге «Предел эволюции» приравнял роль мутаций в сопротивляемости антибиотиков и патогенов, к например, окопной войне, в результате которой мутации уничтожают некоторые функции, чтобы преодолеть восприимчивость. Это так, как если бы вы положили жевательную резинку в механические часы; они не могли быть созданы таким образом. Много шумихи без причины снова Бихи прав; здесь нет ничего, что было бы за «пределами эволюции», то есть все это не имеет никакого отношения к происхождению ферментов и каталитических путей, что должна объяснить эволюция.
Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации.
Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147]. Однако даже с помощью молекулярных методов точно определить или хотя бы примерно оценить число существующих видов бактерий невозможно. По состоянию на 2018, год описано несколько тысяч видов бактерий, но лишь около 250 из них являются патогенами человека [148]. Общее число видов бактерий, по разным оценкам, составляет от 107 до 109, но даже эти оценки могут быть на порядки меньше настоящего количества видов [149] [150]. Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована.
Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов , невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин. Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий [151]. Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории. К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus [152]. Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты подтипы бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной [153].
Взаимодействия с другими организмами[ править править код ] Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители [154] [155] Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами. Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм , мутуализм и комменсализм , а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота , и их большие популяции придают запах телу [en]. Хищники[ править править код ] Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий [156] относится Myxococcus xanthus , формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию [157].
Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus [en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества [158]. Daptobacter проникает внутрь других бактериальных клеток и размножается в их цитозоле [159]. Вероятно, хищные бактерии произошли от сапрофагов , питающихся мёртвыми микроорганизмами, после того как приобрели приспособления для ловли и убийства других микробов [160]. Мутуалисты[ править править код ] Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания. Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты , такие как масляная и пропионовая кислоты , и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород. Бактерии из этой ассоциации не могут поглощать органические кислоты сами по себе, так как в ходе этой реакции образуется водород, накапливающийся вокруг.
Только благодаря метаногенным археям концентрация водорода поддерживается достаточно низкой, чтобы позволить бактериям расти [161]. Многие бактерии являются симбионтами людей и других организмов. У человека от бактерий полностью свободны только кровь и лимфа [162]. Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165]. Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166].
Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям.
Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов. На основании традиционных фенотипических характеристик включая данные, полученные методом числовой таксономии биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами. Напротив, с помощью молекулярной филогенетики было показано, что клеточные формы жизни развились в три основные линии или домены, два из которых принадлежат прокариотам.
Бактерии и Археи составляют два домена, присоединенные к одной эукариотической линии. Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии. Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям. Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов. Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле. Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни.
Таким образом, гены, кодирующие такие основные клеточные функции, как транскрипция и трансляция, по-видимому, свободно перемещались по популяциям простейших организмов. Этим предположением объясняется, почему во всех клетках, независимо от их принадлежности к тому или иному домену, присутствует много общих генов. По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются. Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток.
Однозначная и точная концепция вида бактерий так и не сформулирована. Это связано с невероятным разнообразием бактерий, широким распространением горизонтального переноса генов , невозможностью культивирования большинства бактерий и рядом других причин. Введение ПЦР и методов секвенирования в микробиологию позволило выделять виды бактерий на основании степени их сходства с геномами уже известных бактерий, однако и этот подход зачастую оказывается неэффективен из-за огромного разнообразия бактерий [151]. Помимо видов, при классификации бактерий иногда используют другие категории. К названию не до конца подтверждённых, а только предполагаемых видов добавляют слово Candidatus [152].
Многие виды подразделяются на так называемые штаммы — морфологические или генетические варианты подтипы бактерий в пределах одного вида. Однако ряд специалистов считает категорию «штамм» искусственной [153]. Взаимодействия с другими организмами[ править править код ] Основные бактериальные инфекции человека и их возбудители [154] [155] Несмотря на видимую простоту, бактерии могут вступать в сложные взаимоотношения с другими организмами. Такие симбиотические отношения можно подразделить на паразитизм , мутуализм и комменсализм , а также хищничество. Из-за небольших размеров бактерии-комменсалы распространены повсеместно и обитают на всевозможных поверхностях, в том числе на растениях и животных. Рост бактерий на теле человека ускоряется от тепла и пота , и их большие популяции придают запах телу [en]. Хищники[ править править код ] Некоторые бактерии убивают и поглощают другие микроорганизмы. К числу таких хищных бактерий [156] относится Myxococcus xanthus , формирующая скопления, которые убивают и переваривают любую попавшую на них бактерию [157]. Хищная бактерия Vampirovibrio chlorellavorus [en] прикрепляется к своей добыче, после чего постепенно переваривает её и всасывает высвобождающиеся питательные вещества [158].
Daptobacter проникает внутрь других бактериальных клеток и размножается в их цитозоле [159]. Вероятно, хищные бактерии произошли от сапрофагов , питающихся мёртвыми микроорганизмами, после того как приобрели приспособления для ловли и убийства других микробов [160]. Мутуалисты[ править править код ] Некоторые виды бактерий образуют скопления, которые необходимы для их выживания. Одна из таких мутуалистических ассоциаций, известная как межвидовая передача водорода, формируется между кластерами анаэробных бактерий, которые поглощают органические кислоты , такие как масляная и пропионовая кислоты , и выделяют водород, и метаногенными археями, которые используют водород. Бактерии из этой ассоциации не могут поглощать органические кислоты сами по себе, так как в ходе этой реакции образуется водород, накапливающийся вокруг. Только благодаря метаногенным археям концентрация водорода поддерживается достаточно низкой, чтобы позволить бактериям расти [161]. Многие бактерии являются симбионтами людей и других организмов. У человека от бактерий полностью свободны только кровь и лимфа [162]. Например, более тысячи видов бактерий, входящих в состав нормальной кишечной микрофлоры человека, участвуют в работе иммунитета, синтезируют витамины например, фолиевую кислоту , витамин K и биотин , превращают сахара в молочную кислоту , а также сбраживают сложные неперевариваемые углеводы [163] [164] [165].
Кроме того, кишечная микрофлора подавляет размножение патогенных организмов за счёт конкурентного исключения. Полезные микроорганизмы кишечной микрофлоры часто продают в виде пробиотических пищевых добавок [166]. Бактерии вступают в сложные мутуалистические отношения с самыми разными животными. Например, в мезохиле [en] губок обитает множество бактерий, причём все исследованные к настоящему времени виды губок имеют симбиотические ассоциации с одним или более видами бактериальных симбионтов [167] [168] [169] [170]. Многие моллюски имеют особые светящиеся органы, которые светятся благодаря обитающим в них бактериям. Бактерии получают надёжную защиту и благоприятные условия для питания, а моллюскам свечение помогает в привлечении полового партнёра [171]. Асцидии вступают в симбиотические отношения с цианобактериями рода Prochloron [en] , который фиксирует CO2, а животное обеспечивает ему защищённое местообитание [172]. У жвачных животных в сложно устроенном желудочно-кишечном тракте обитает множество микроорганизмов, благодаря которым животные могут питаться почти что безбелковой пищей. Разрушать целлюлозу способны лишь некоторые бактерии, в результате деятельности которых образуются органические кислоты муравьиная , уксусная , пропионовая , масляная , которые и усваиваются животными.
Выделяющиеся углекислый газ и водород обитающие тут же метаногены превращают в метан. В одной из секций сложного желудка жвачных, рубце , обитают не только бактерии, разрушающие целлюлозу, но также бактерии, расщепляющие крахмал , пектин , полисахариды и пептиды , сбраживающие разнообразные сахара , спирты , аминокислоты и жирные кислоты [173].
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии.
КОМПЛЕКСНОЕ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ
- Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
- Другие вопросы:
- Концепции происхождения и развития микроорганизмов
- Непременное условие – соответствующая связь
- Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Вирусы как эволюционный фактор
В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам. Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете. Также бактерии выполняют почвообразовательную функцию. Видео по теме Обратите внимание В благоприятных условиях бактерии распространяются очень быстро. Они могут делиться каждые 20-30 минут.
Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему.
У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску.
Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы.
Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть.
Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая. Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна.
Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций.
Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике.
Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода. Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается. Вот вы можете походить по комнате с пылесосом и засосать воздух, а потом с помощью современных машинок выделить из пыли все ДНК и определить так называемый метагеном комнаты. Метагеном — это набор генов всех организмов, которые присутствовали в анализируемом образце. И в нем вы обнаружите огромное количество генетических следов разнообразных неизвестных бактерий.
Если речь идет о метагеноме кишечника, то вы можете найти корреляции между какими-то кусками этих генетических текстов и какими-то свойствами человека — например, продолжительностью его жизни или какими-то патологиями. Это важно для диагностики и персональной медицины ближайшего будущего, например для разработки правильной диеты. Диета оказывает огромное влияние на что угодно. Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями. Есть такая замечательная вещь, как пересаживание кала, — этот метод в США прошел клиническое испытание на людях и уже используется. Оказывается, лучший способ похудеть — это пересадить себе какашку худого человека, которая, как известно, в основном состоит из его бактерий.
Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны — мезосомы.
В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. Размножение бактерий Бактерии размножаются с помощью равновеликого бинарного деления, представляющего собой ряд последовательных простых делений каждой клетки за короткий отрезок времени на две идентичные клетки. Также у бактерий известен процесс, напоминающий половое размножение. Половые клетки не образуются, как у растений или животных, но происходит обмен генетическим материалом генетическая рекомбинация. Это играет большую роль в жизни микроорганизмов, так как полезные признаки могут передаваться от бактерии к бактерии. Способы питания бактерий Гетеротрофные бактерии: Бактерии-сапрофиты сапротрофы — извлекают питательные вещества из мёртвых и разлагающихся тел. Бактерии-паразиты — живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями.
Среди бактерий-паразитов много болезнетворных, вызывающих различные заболевания у растений, животных и человека. Бактерии-симбионты — живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Например, особые бактерии, живущие в утолщениях корней в клубеньках бобовых растений, из атмосферного воздуха усваивают азот, служащий растению удобрением.
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. Было бы полезно сопоставить получившиеся графики с другими геохимическими изменениями планеты, однако эта задача требует специальной фактической информации. Авторы исследования представили результаты расчетов по появлению генов, связанных с определенными металлами, серой, азотом. Более или менее осмысленная картина получилась только с медью и молибденом. Согласно моделям, растворимость этих металлов по мере становления кислородной атмосферы постепенно повышалась. Параллельно увеличивалась и доля генов, обслуживающих эти металлы. С другими субстратами ситуация менее очевидная и требует привлечения дополнительных гипотез, альтернативных геохимических моделей или же геохимических данных другого типа. Нужно при этом подчеркнуть, что сама идея сопоставить эволюцию функциональных групп генов с данными по геохимии и геологии планеты видится исключительно плодотворной. Просто пока что работ, эксплуатирующих эту идею, практически нет, как нет и опыта сотрудничества геологов, геохимиков и биоинформатиков. Не случайно статья в Nature подписана только двумя авторами, оба они специалисты в области биоинформатики и микробиологии, и в этой компании явно недостает геолога.