3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами.
Популярные статьи:
- Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии — все самое интересное на ПостНауке
- Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
- Другие вопросы:
- Лекция 14. Бактерии
- Из Википедии — свободной энциклопедии
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ
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. Некоторые бактерии, живущие внутри кишечника животных, в том числе и человека, потребляя и перерабатывая их пищу, поставляют им витамины группы B и K. Автотрофные бактерии: Фотобактерии — используют солнечный свет для синтеза органических веществ из неорганических. Этот процесс называется фотосинтез.
К фотобактериям относятся цианобактерии.
Сергей Гаврилович Навашин 1857—1930 гг. Биологического института им.
Тимирязева в Москве. Фундаментальное значение имело открытие им у покрытосеменных растений двойного оплодотворения, объяснившего природу их триплоидного эндосперма. Лауреаты Нобелевской премии.
Карл Лайнус Полинг 1901—1994 гг. Сформулировал теорию вторичной структуры белка и открыл альфа-спираль. Лауреат Нобелевской премии.
Владимир Александрович Энгельгардт 1894—1984 гг. Изучал закономерности превращения фосфорных соединений в процессах клеточного обмена. Открыл дыхательное фосфорилирование на уровне клетки.
Дмитрий Иосифович Ивановский 1863—1920 гг. Основоположник вирусологии. Луи Пастер 1822—1895 гг.
Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении жизни, опытным путем доказав невозможность этого. Разработал способ обеззараживания пищевых продуктов; выделил возбудителя сибирской язвы; заложил научные основы виноделия и пивоварения. Александр Иванович Опарин 1894—1980 гг.
Основоположник эволюционной биохимии. Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн 1892—1964 гг. Удостоен Нобелевской премии по химии совместно с Сидни Олтменом «за открытие рибозимов — молекул РНК с каталитическими свойствами» в 1989 г.
Важнейшие научные работы посвящены экологии и протозоологии, а также поиску антибиотиков и установлению механизма их действия. Подтвердил экспериментально принцип конкурентного исключения закон Гаузе , согласно которому два вида не могут устойчиво существовать в ограниченном пространстве, если численность обоих лимитирована одним жизненно важным ресурсом. В 1934 г.
Владимир Иванович Вернадский 1863—1945 гг. Автор учения о биосфере и ноосфере. Создатель науки биогеохимии.
Карл Август Мёбиус 1825—1908 гг. Подробно описал взаимодействия различных организмов, обитающих на побережьях, и ввел понятие «биоценоз». Он сумел раскрыть многие закономерности формирования и развития естественных природных сообществ биоценозов.
Тем самым были заложены основы важного направления в экологии — биоценологии. Артур Тенсли 1871—1955 гг. Ввел термин «экосистема» — совокупность организмов, обитающих в данном биотопе, которая, по его мнению, является именно системой с ее составными элементами, единой историей и со способностью к согласованному развитию.
Юджин Одум 1913—2002 гг. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков эти закономерности известны теперь как законы Менделя стало первым шагом на пути к современной генетике. Томас Хант Морган 1866—1945 гг.
Работы Моргана и его школы обосновали хромосомную теорию наследственности; установленные закономерности расположения генов в хромосомах способствовали выяснению цитологических механизмов законов Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора.
Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий. Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136].
В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике. К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ.
Международный комитет систематики прокариот [en] англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ. International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139]. Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам.
Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат. Eubacteria и архебактерии лат. Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140].
Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям. Впрочем, высказывается мнение, что археи и эукариоты произошли от грамположительных бактерий [141]. Поскольку количество отсеквенированных последовательностей бактериальных геномов очень быстро растёт, классификация бактерий постоянно меняется [3] [142]. В медицине идентификация бактерий имеет огромное значение, поскольку от неё зависит схема лечения.
По этой причине ещё до эры молекулярной биологии учёные активно разрабатывали методы, позволяющие быстро идентифицировать патогенные бактерии. В 1884 году Ганс Кристиан Грам предложил метод дифференциального окрашивания бактерий на основе строения их клеточной стенки [62]. При окрашивании по Граму грамположительные бактерии с толстым слоем пептидогликана имеют фиолетовый цвет, а грамотрицательные бактерии с тонким слоем пептидогликана окрашены в розовый. Комбинируя окрашивание по Граму и морфотипы , выделяют четыре основные группы бактерий: грамположительные кокки, грамположительные бациллы, грамотрицательные кокки, грамотрицательные бациллы.
Однако для идентификации некоторых бактерий больше подходят другие методы окрашивания. Например, микобактерии и бактерии рода Nocardia не обесцвечиваются кислотами [en] после окрашивания по Цилю — Нильсену [143]. Некоторых бактерий можно идентифицировать по их росту на специфических средах и при помощи других методов, например, серологии [144]. Методы культивирования бактерий [en] разработаны так, чтобы способствовать росту определённых бактерий, но подавлять рост других бактерий из того же образца.
Часто эти методы разрабатываются специально для определённых образцов, откуда берутся микробы. Например, для идентификации возбудителя пневмонии для дальнейшего культивирования берут образец мокроты , для идентификации возбудителя диареи для выращивания на селективной среде берут образец стула , причём во всех случаях рост непатогенных бактерий будет подавляться. Образцы, которые в норме стерильны например, кровь , моча , спинномозговая жидкость , культивируются в условиях, подходящих для роста любых микроорганизмов [97] [145]. После изоляции патогенного микроорганизма можно изучать его морфологию, особенности роста например, аэробный или анаэробный рост , характер гемолиза [en] , а также окрашивать его разными методами.
Как и для классификации бактерий, молекулярные методы всё чаще применяют и для их идентификации. Диагностика, использующая такие молекулярные методы, как полимеразная цепная реакция ПЦР , набирает всё большую популярность благодаря своей скорости и специфичности [146]. С помощью этих методов можно обнаруживать и идентифицировать бактерии, которые, хотя и сохраняют метаболическую активность, не делятся и поэтому не могут быть выращены в культуре [147].
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. А вовсе не эволюционируют подобным способом? Тем более что бактерии отличаются еще одной уникальной особенностью, которая позволяет им, в отличие от высших организмов, свободно использовать в качестве источника полезных инноваций обычный поток случайных мутаций. Дело в том, что бактерии имеют геном очень маленького размера.
Поэтому они устойчивы к так называемому «храповику Мёллера». Действительно, проблема «храповика Мёллера» весьма актуальна для организмов с огромным размером генома и слабыми темпами размножения. Понятно, что если геном имеет большой размер, а энергия размножения при этом низка, то поток случайных мутаций скорее «разломает» этот геном, чем чего-то там улучшит, даже если естественный отбор будет стараться изо всех сил противодействовать поломке генов. Всё равно поток слабо-вредных мутаций будет постепенно ухудшать качество геномов большого размера, за счет постепенного накопления слабо-вредных мутаций если темпы размножения данного организма низки. А вот бактерии, имея крошечный геном и одновременно огромную энергию размножения, вполне могут позволить себе роскошь терять огромное число особей вплоть до целых линий или даже колоний , оказавшихся чересчур нагруженными вредными мутациями.
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Это описывается классическими эволюционными построениями. Можно сравнить картинку из обзора 1965 года просто про отбор и изображение из обзора 2006 года про отбор в раке. Прошло 40 лет, но, кроме цвета, они ничем не отличаются. Современные методы позволяют брать образцы из разных участков опухоли, определять последовательность генома клеток и смотреть, какие мутации произошли. На получающемся эволюционном дереве становится видно, как постепенно опухоль набирает мутации, делающие ее все более и более злокачественной. Несколько лет назад редакционная статья в Science, одном из самых гламурных научных журналов, была посвящена тому, что врачей надо учить эволюционной теории, потому что без этого понимания лечить многие болезни уже не получается. Даже жизнь лимфоцитов в нашей иммунной системе, процесс возникновения иммунитета происходит в той же эволюционной парадигме. Фактор отбора — это качество узнавания антигена: когда мы чем-то заболели или вакцинировались, быстрее делятся лимфоциты, которые лучше узнают антиген, и у нас появляется иммунитет к данному возбудителю. Эволюция вирусов Вирусом иммунодефицита человека ВИЧ мы заразились от обезьян, причем несколько раз: вирусом первого типа основным, который вызвал эпидемию синдрома приобретенного иммунодефицита — СПИД — от шимпанзе, а вирусом второго типа — от макак. Так выглядит эволюционное дерево разных штаммов ВИЧ, взятых от обезьян и людей: Длина веточки — это количество мутаций, произошедших в вирусе за это время, прошедшее с момента появления ВИЧ.
Образец, который взят раньше, еще не накопил всех мутаций, которые могли бы случиться. Если один образец взят 15 лет назад, а другой сейчас, то по сравнению с предком у современного образца замен будет больше. Существует общий предок всех этих вирусов, и по количеству замен мы можем понять, сколько времени прошло от каждого современного образца до этого общего предка. Если по одной оси отложить расстояние по эволюционному дереву, а по другой — дату, когда взят образец, то мы увидим линейную зависимость. Если экстраполировать ее назад, в точку, где количество замен равно нулю, то мы узнаем, когда жил общий предок всех этих вирусов. Так ученые выяснили дату, когда началась современная эпидемия СПИДа, — 1930-е годы. До сих пор речь шла о случайных изменениях в вирусе. Но ведь у него бывают и полезные замены: вирусу необходимо менять свои поверхностные белки, потому что он борется с иммунной системой, научившейся распознавать его предыдущую версию. Есть методы, позволяющие идентифицировать места в белке, которые эволюционируют быстрее, чем если бы это было случайно.
Идея в том, что если мы хотим сделать вакцину от ВИЧ, то она должна быть разработана против такого места в вирусе, которое он не сможет легко и быстро поменять. Эволюция человека У одного чудесного белка — дофаминового рецептора — есть, грубо говоря, две формы — так называемая длинная и так называемая короткая. Длинный вариант часто бывает у людей, показывающих высокие значения по тесту на novelty seeking поиски нового. Короткий вариант часто встречается у людей в Китае, а длинный — в Америке и в Австралии у белого населения. Причины ясны. Кто едет на новый континент? В Америку отправлялись за теми самыми поисками нового, а в Австралию просто ссылали каторжников ясно, что поведение, связанное с поисками нового, часто приводит людей на каторгу. Другой пример: в начале прошлого века индейцы пима, живущие в Аризоне и в Мексике, были стройными, а сейчас у них тотальная эпидемия ожирения. Грубо говоря, человек забивал мамонта, наедался, запасал это в качестве жира и жил до следующего мамонта.
Сейчас «Макдоналдс» на каждом углу, запасать ничего не надо. Старые приспособительные механизмы остались, а направление эволюции поменялось. Теперь отбор действует в другую сторону, и адаптивными оказываются варианты, способствующие сжиганию жира.
То есть бактерии могут служить диагностическими маркерами заболеваний или какого-то поведения. Таков размер самой крупной бактерии Thiomargarita namibiensis.
Большинство же бактерий имеют размер 0,5—5 мкм. Кстати, проанализировав геном, тоже почти ничего пока нельзя сказать. К сожалению, это сложно. Любой человек с точки зрения геномики — это, в общем, одна и та же книжка. Если вы возьмете «Войну и мир» и увеличите ее в тысячу раз, там будет три миллиарда букв.
Эти «опечатки» обеспечивают нашу индивидуальность и предрасположенность к болезням. Есть очень простые заболевания, как гемофилия у Романовых, причиной которой служит одна-единственная опечатка. Но на возникновение шизофрении или рака влияют десятки и сотни опечаток — пока вычленить все влияния не представляется возможным. С микробиомом то же самое. Получается, они разрушают всё наше уникальное сообщество бактерий?
Возможно, это связано с аппендиксом. Некоторые ученые утверждают, что аппендикс — это такой резервуар, маленький домик для нашей микрофлоры. Считается, что именно эта бактерия виновна в развитии язвы желудка О чем микробы говорят друг с другом [КШ] Почему разные страшные эпидемии обычно приходят из Африки? В Африке просто разнообразные условия и биоразнообразие очень большое. Это такая гигантская лаборатория, в которой можно обкатывать всякие новые варианты.
И одна из причин, почему Африку так тяжело было завоевать или покорить. Европейская цивилизация развивалась в схожих климатических условиях. А когда вы движетесь с севера на юг, возникают новые климатические зоны с новыми микробами. То же самое в вытянутой с севера на юг Америке: майя, инки, ацтеки почти не общались друг с другом, потому что не могли пройти этот барьер — в новых природных условиях их убивали непривычные для их организма микробы. Антибиотики ведь не люди изобрели — это вещества, с помощью которых микробы общаются друг с другом.
Ученые всегда изучали бактерий в чистой культуре определенного вида, но в природе такого не бывает: у любого места обитания свой микробиом, сообщество разных микробов, где все зависят друг от друга. У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя».
В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики. В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают.
А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне. Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов.
Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто. Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез.
Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико.
Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты. Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения.
Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно. С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик.
При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий.
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. Возможно, когда-нибудь, через тысячи лет, домашняя лиса станет совершенно не похожа на своего дикого предка, полностью поменяет внешний вид и даже количество хромосом. Но пока что в целом это та же самая лиса — слишком мало времени прошло. За всё это время она, хоть и изменилась, не «получила» совсем уж новых признаков — не стала, грубо говоря, травоядной и не отрастила перепонки на лапах.
А можно ли хоть на ком-то увидеть жизненно важные изменения? Мировое поле экспериментов Нет ничего лучше для эволюции, чем что-то маленькое, активное и быстро размножающееся. Речь, разумеется, о бактериях — в рамках эволюции они стали своеобразной экспериментальной установкой, а потому именно на них можно исследовать эволюционный процесс, причем буквально в лаборатории под собственным микроскопом! При достаточно благоприятных условиях окружающей среды бактерии способны делиться каждые 20—40 минут, то есть за одни сутки они могут «выдать» исследователям сразу несколько десятков поколений! Одним из ярких примеров современной эволюции бактерий является развитие устойчивости к антибиотикам. Бактерии, которые подвергаются частому и несмертельному воздействию антибиотиков, нередко мутируют: выживают в популяции именно те, которые оказываются устойчивыми, а потом передают свои «способности» потомству. Антибиотики всё менее эффективны, а некоторые инфекции становится трудно или даже невозможно лечить. Это явление называется антибиотикорезистентностью , и его масштабы растут с каждым годом из-за неправомерного использования лекарственных препаратов в сельском хозяйстве и распространенности самолечения. В самом начале эры антибиотиков больному, чья патогенная флора никогда не сталкивалась с такими препаратами, хватало буквально капли пенициллина для быстрого излечения. Сейчас же антибиотики помогают, только если их пить курсом, а иногда и вовсе не помогают — за свою жизнь человек пробует столько препаратов, что его бактериям уже все их уловки знакомы.
Читайте также Почему инфекций, устойчивых к антибиотикам, становится все больше — и как с этим бороться Помимо развития бактериальной устойчивости есть и другие примеры быстрой эволюции, причем примеры рукотворные. В 1988 году американский микробиолог Ричард Ленски начал длительный эксперимент, который показал, как быстро может происходить эволюция, если дело касается маленьких и активно размножающихся кишечных палочек. У них не только маленький геном, но еще и невероятная популярность: кишечные палочки служили модельными объектами практически весь ХХ век, а потому научное сообщество знает о них куда больше, чем о многих других. Ленски взял популяцию бактерий E. В течение нескольких поколений бактерии, которые успешнее использовали другие источники пищи, стали доминировать в популяции. Оказалось , что через несколько десятков тысяч поколений геном бактерий изменился, обеспечивая адаптивность. Во всех популяциях при этом наблюдался быстрый рост относительной приспособленности в течение первых поколений, но со временем он замедлялся. Всего лишь несколько мгновений, с нашей точки зрения, — но бактерии эволюционировали. Эксперимент Ленски и его команды всё еще продолжается, и кто знает, что еще удастся обнаружить. Кроме бактерий, эволюцией активно «пользуются» вирусы, которые постоянно изменяются, чтобы избежать атак иммунной системы организма и лекарственных средств.
В последние годы эволюция вирусов происходит всё более быстрыми темпами, как все мы могли заметить. Этому способствует и мобильность населения планеты, самая высокая в истории, и частые контакты с животными, и даже изменение климата!
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. Сегодня микробиологи используют вирусы для создания генномодифицированных организмов, тем самым признавая фактически вирусы в качестве эволюционного фактора.
Ископаемые свидетельства.
- Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
- Происхождение и эволюция микроорганизмов - YouTube
- Похожие презентации
- Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Остались вопросы?
Задание Учи.ру
Заходи и смотри, ответил 1 человек: какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции — Знания Сайт. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Найди верный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов.
Вирусы как эволюционный фактор
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. |
| Бактерии – доядерные организмы — что это, определение и ответ | * * * Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. |
| Бактерии. Большая российская энциклопедия | Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. |
| Остались вопросы? | ответ на этот и другие вопросы получите онлайн на сайте |
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Новости Новости. Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Популяция, дивергенция, изоляция, видообразование»
Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
| Прокариоты на сайте Игоря Гаршина. Доядерные одноклеточные микроорганизмы | Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
| МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТУПИК ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ | Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. |
| ГДЗ по биологии 7 класс Пасечник ФГОС | Страница 131 | Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении. |
| Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? | Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. |
Задание Учи.ру
Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв. Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре.
Мат, располагающийся на верхней поверхности создаваемого строматолита, представляет собой плотный многослойный "ковер" общей толщиной до 2 см; основу его составляют нитчатые либо пальмеллоидные цианобактерии, однако помимо них в формировании сообщества участвуют и другие бактерии. Маты существуют во многих районах мира, однако в современное время настоящие строматолиты существуют только в Акульем заливе на западном побережье Австралии и на атлантическом побережье Багамских островов.
Многослойная расцветка строматолитов может меняться в течении суток, поскольку обитатели нижних слоев могут подниматься в темное время наверх и наоборот. Скользят бактерии вверх и вниз со скоростью до 2см в час. Строматолиты достоверно появляются в геологической летописи в древнейших осадочных формациях Уарравуна Западная Австралия возрастом в 3,5 млрд лет — это древнейшая известная форма [прокариотической] жизни. Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Строматолиты обитали в соленых и пресных водах. В протерозое из строматолитов состояли огромные рифы мощностью в сотни метров. Отдельные глубоководные строматолиты достигали высоты 75 м. Протерозойские строматолиты достигли высокого уровня сложности: появились формы со всевозможными ветвящимися столбиками, козырьками, разнообразной слоистостью и микроструктурой и т. Современные строматолиты, образуемые бактериальными матами, устроены намного проще.
Микростроматолиты строматолиты-столбики Министроматолиты - мельчайшие столбчатые строматолиты с диаметром столбиков Представительный комплекс раннепротерозойских министроматолитов имеет возраст 2. Следующий возрастной комплекс министроматолитов, развитый в раннем и начале среднего рифея 1. В целом рифейские министроматолиты однообразнее раннепротерозойских из-за исчезновения одной сложно построенной надродовой дорифейской группировки, преобладания в рифее форм с цилиндрическими вертикальными колонками и появления короткостолбчатых построек, связанных протяженными наслоениями. Наряду с этим, рифейские министроматолиты проявляют явную тенденцию к уменьшению диаметра и высоты колонок и к увеличению количества переходных мостиков. Имеются и возрастом 775 млн. Тенденции морфологических изменений министроматолитов, зафиксированные в протерозое, не находят продолжения в их раннепалеозойском комплексе и не совпадают с тенденциями изменения протерозойского комплекса столбчатых строматолитов обычной размерности. Поэтому можно предполагать, что ответственность за формирование каждого из упомянутых комплексов несли специфические ассоциации микроорганизмов. Prochlorales — «дохлорофильные дробянки» — порядок прокариот, обычно относимый к царству бактерий, отличительной особенностью представителей которого является способность к оксигенному фотосинтезу, сходному с таковым у цианобактерий при отличном от цианобактерий составе фотосинтезирующих пигментов. Возможно, вместе с цианобактериями участвовали в строительстве строматолитов.
В силу своей редкости прохлорофиты не имеют какого-либо существенного практического значения, однако представляют немалый научный интерес как возможные «предки» хлоропластов эукариот. Предполагается, что симбиоз каких-то других прокариот с прохлорофитами дал начало зеленым водорослям - предкам многоклеточных растений. Археобактерии археи - анаэробные бактерии От гипотетических протобионтов следует строго отличать археобактерии археи. Недавно они были признаны отдельной самостоятельной группой. Они настолько отличаются от всех остальных живых существ, что представляют собой целый "мир", отдельный от других бактерий эубактерий и организмов с ядросодержащими клетками эукариотов. Кроме того, это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Царство архей ранее архебактерии , впервые описано в 1977 г. Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия известна лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому строится эволюционное дерево прокариот. Ветвь архей - это новая, неизвестная группа, степень родства которой с известными микробами можно определить только приблизительно, так как одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов.
С точки зрения эволюционной теории эти существа подходят в качестве кандидатов, которые в наибольшей степени похожи на предполагаемые первые живые формы, так как окружающая их среда, вероятно, наиболее близка условиям раннего периода развития "остывающей" Земли с многочисленными вулканическими процессами. В эту картину хорошо вписывается и встречающееся у некоторых особей, рассматриваемое как "первичное", серное дыхание энергия выделяется при распаде H2S на Н2, и S. Поэтому эту группу и назвали "археобактерии" древние бактерии. Есть мнение, что от археобактерий произошли независимо как эубактерии, так и эукариоты [серобактерии, азото-фосфорные бактерии, "экстремальные" микробактерии и ультрамикробактерии - археи? Геном архебактерий Царство архебактерий представляет собой своеобразную и наименее изученную таксономическую группу прокариот. По своей морфологии Archeabacteria похожи на эубактерии, но на молекулярном уровне они сближены с эукариотами. Эти микроорганизмы рассматривают как прокариотические эволюционные предшественники эукариот. Архебактерия Methanococcus jannaschii, первичная структура генома которой была определена в 1996 г. Энергию для жизнедеятельности этот микроорганизм получает при восстановлении двуокиси углерода до метана молекулярным водородом.
Температура, близкая к температуре кипящей воды, является оптимальной для его роста, который может происходить при давлении более 200 атм. Геном M. Подобные размеры геномов типичны для архе- и эубактерий.
Когда период бурных инноваций закончился, постепенно всё большее значение стала приобретать дупликация генов; темпы этого процесса постепенно увеличиваются даже и в современности. Роль горизонтальных переносов росла вместе с нововведениями, а с прекращением образования de novo семейств оставалась более или менее постоянной.
Всё складывается в логичную схему: после появления жизни на планете организмы начали быстро приспосабливаться к различным экологическим нишам, изобретая для этого необходимые ферменты и реакции. После накопления достаточного массива ферментативного инструментария всё лишнее быстро вышло из употребления. Зато в дальнейшем удобнее было при необходимости перетасовывать уже имеющийся массив, чем изобретать что-то новое. Отсюда и устойчиво высокая роль горизонтальных переносов. Зато если возникала нужда в освоении новой экологической ниши, надежнее было продублировать уже имеющийся ген и изменить его в угоду новым условиям, чем изобретать новый ген, еще не приспособленный ни к внутренней генной среде, ни к внешней абиотической.
Учитывая эту картину, мы можем пересмотреть вопрос, поставленный Г. Заварзиным: Составляет ли эволюция смысл биологии? Заварзин, на основе изучения эволюции микроорганизмов, подводил нас к мысли, что в мире бактерий эволюция в целом не обязательна. Обязательно приспособление к геохимическим обстановкам, встраивание в геохимические круговороты. Именно это и заставляет микромир меняться.
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.
Этим было показано, что червячки образуются не самопроизвольно, а развиваются из яичек, откладываемых мухами. Он высказал также тезис ошибочно приписываемый Гарвею , "Omne vivum ex ovo" - Всё живое из яйца". Но и после этого учёные разных стран защищали точку зрения, согласно которой из разлагающегося органического вещества зарождаются микроскопические существа. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии.
Поиски экспериментальных доказательств за и против учения о самозарождении жизни были наиболее сильным импульсом, способствующим бактериологическим исследованиям в 18 и 19 столетиях. В 18 веке русский учёный Тереховский и итальянец Лаццаро Спалланцани 1729-1799 показали, что если сосуды, в которых находится жидкость, хорошо прогреть, то в них живых существ не образуется. Ставились также опыты, при которых в сосуд с обеспложенной жидкостью воздух пропускался через крепкую серную кислоту или через слой стерилизованной ваты. Результаты этих опытов говорили против возможности самопроизвольного зарождения.
Французская академия учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит с этими спорами, волновавшими весь учёный мир. Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал.
Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы. В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах. Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р.
Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов. Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции. Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь возникла из неживого вещества, то есть произошла в результате эволюции материи.
Это явление, которое нельзя приписать какому-то определённому месту и времени, результат последовательных процессов, действовавших на земле невероятно долго, миллионы лет, и завершившихся образованием современной биосферы. От неорганических соединений - к органическим, от органических — к биологическим: так последовательно совершался процесс зарождения жизни.