Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. С точки зрения эволюционного учения, бактерии являются.
ANCIENT PROCARIOTES: ORIGIN, EVOLUTIONARY PATH AND ROLE IN EARTH''S HISTORY (REVIEW)
- Прокариоты (доядерные одноклеточные)
- Страница 131
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- Бактерии эволюционировали в лаборатории?
- Последние новости
Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?
Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). • Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток.
11. Бактерии. Эволюция или адаптация?
Потому что D-аминокислоты отсутствуют в структуре живого организма. И наконец, среда, в которой в ходе опыта образовались аминокислоты, состояла из смеси едких кислот, разрушающих возможные полезные молекулы, то есть эта среда неблагоприятна для появления в ней живого. Все это говорит только об одном — опыт Миллера не доказывает возможность происхождения жизни в первичных условиях Земли, а является лишь контролируемой и сознательной лабораторной работой, направленной на синтез аминокислот. Виды и количество использованных газов были подобраны в самой идеальной для образования аминокислоты пропорции. То же самое касается и количества энергии, использованной для получения желаемой химической реакции. Прибор, использованный в опыте, был изолирован от всевозможных вредных, разрушающих структуру аминокислоты элементов, присутствие которых в первичной среде не исключено. Минералы, соединения и элементы, присутствующие в ранней атмосфере и способные изменить ход реакции, также не были использованы в опыте. Одним из таких элементов является кислород, который в результате окисления способствует разрушению аминокислот. В конце концов, даже в идеальных условиях лаборатории невозможно обойтись без механизма «холодного капкана», чтобы предовратить расщепление аминокислот уже под влиянием собственной среды.
В результате, опытом Миллера эволюционисты собственными же руками загубили свою теорию. Потому что опыт доказал, что аминокислоту можно получить только в специальных лабораторных условиях при сознательном вмешательстве со стороны. То есть сила, создавшая живое, — Творец, а не слепое совпадение. Но предубеждения эволюционистов, полностью противоречащие науке, не позволяют им признать очевидную истину. Гарольд Ури, организовавший этот опыт вместе со своим учеником Миллером, признается в следующем: «Все мы, исследовавшие возникновение жизни, сколько бы исследований ни проводили, всегда приходили к выводу: жизнь настолько комплексна, что не могла эволюционировать на каком-либо этапе своего развития. Но, следуя своим убеждениям, мы верим в то, что жизнь произошла из неживого. Однако эта комплексность настолько велика, что даже представить эволюцию для нас очень сложно. Даже сегодня они продолжают вводить в заблуждение людей, создавая вид, будто этим опытом вопрос давно уже разрешен.
На второй стадии попыток разъяснения случайного возникновения жизни эволюционистов ждет проблема поважнее, чем аминокислоты — белки. То есть строительный материал жизни, образующийся путем последовательного соединения сотен различных аминокислот. Утверждение относительно самообразования белка еще нелогичнее и фантастичнее, чем утверждение случайного образования аминокислот. Невозможность соединения аминокислот в определенном порядке для образования белка была вычислена математически на предыдущих страницах с помощью теории вероятностей. Однако самообразование белка в условиях первичной атмосферы Земли невозможно и с точки зрения химии. Синтез белка невозможен в воде Как уже упоминалось ранее, при синтезе белка между аминокислотами образуется пептидная связь. Во время этого процесса выделяется одна молекула воды. Эта ситуация коренным образом опровергает утверждения эволюционистов о возникновении жизни в океане.
Потому что в химии, согласно принципу «Ле Шателье», реакция, которая образует воду реакция конденсации , не будет завершена в среде, состоящей из воды. Протекание этой реакции в водной среде характеризуется среди химических реакций, как «наименьшая вероятность». Отсюда следует, что океаны, в которых якобы возникла жизнь, отнюдь не подходящая среда для образования аминокислоты и впоследствии — белка. С другой стороны, они не могут изменить свои суждения перед этими фактами и утверждать, что жизнь возникла на суше. Потому что аминокислоты, предположительно образовавшиеся в ранней атмосфере Земли, могут быть защищены от ультрафиолетовых лучей только в море и океане. На суше же аминокислоты будут разрушены под воздействием ультрафиолетовых лучей. Принцип Ле Шателье опровергает возникновение жизни в море. А это в свою очередь — еще один тупик в теории эволюции.
Очередная безрезультатная попытка: опыт Фокса Оказавшись в безвыходном положении, исследователи-эволюционисты начали придумывать невиданные сценарии по «проблеме воды». Один из знаменитейших среди них Сидней Фокс вывел новую теорию, чтобы решить этот вопрос: аминокислоты, образовавшись в океане, сразу же перенеслись в скалистые места рядом с вулканами. Затем вода в смеси, в состав которой входили и аминокислоты, испарилась под воздействием высокой температуры скалистых мест. В результате «высохшие» аминокислоты могли соединяться для образования белка. Однако этот «тяжелый» выход из положения никем не был признан. Потому что аминокислоты не смогли бы выдержать температуру, о которой говорил Фокс. Исследования показали, что аминокислоты под воздействием высокой температуры непременно разрушаются. Но Фокс не сдавался.
В «специальных условиях» лаборатории, упрощенные аминокислоты были подогреты в сухой среде и соединены. Аминокислоты были соединены, но получить белок так и не удалось. Полученное представляло собой соединение простых, беспорядочных звеньев аминокислот и никоим образом не было похоже на белок. Более того, если бы Фокс подвергал аминокислоты постоянной температуре, то даже образовавшиеся бесполезные звенья аминокислот распались бы. Еще одна деталь, обессмысливающая опыт, заключается в том, что Фокс использовал в своем опыте аминокислоты, содержащиеся в живых организмах, а не те, которые в свое время получил Миллер. Между тем, он должен был отталкиваться именно от результатов опыта Миллера. Но ни Фокс, ни другие не использовали непригодные аминокислоты, полученные Миллером. Опыт Фокса не был воспринят положительно даже среди эволюционистов, так как полученные Фоксом непонятные цепи аминокислот протеиноиды не могли образоваться в естественных условиях.
А белок, являющийся строительным материалом живого, так и не был получен. Вопрос о происхождении белка оставался неразрешенным. В популярном научном журнале 70-х годов «Chemical Engineering News» была опубликована статья относительно опыта Фокса: «Сидней Фокс и другие исследователи, используя специальную технику нагревания, смогли получить соединения аминокислот, называемые «протеиноидами» в условиях, не существовавших на начальном этапе Земли. Вместе с тем, они никак не похожи на упорядоченные белки живых организмов и представляют собой лишь хаотичные, бессмысленные пятна. Даже если эти молекулы и присутствовали первоначально, то разрушение их впоследствии было неизбежно. Разница между ними подобна разнице между аппаратурой сложной технологии и кучей необработанного металла. Эта вера абсолютно противоречит науке, ибо все опыты и исследования показали, что материя не обладает подобными способностями. Известный английский астроном и математик сэр Фред Хойль объясняет это на следующем примере: «Если бы внутри материи был бы внутренний принцип, побуждающий ее к образованию жизни, то это можно было бы продемонстрировать в любой лаборатории.
Например, какой-нибудь исследователь мог бы использовать для опыта бассейн, который представлял бы собой первичный «бульон». Можно было бы заполнить этот бассейн всеми видами неживых химических веществ, закачать любые газы и облучить поверхность радиацией любого вида. Проделав этот опыт в течение целого года, проконтролируйте, сколько ферментов из 2000 жизненно необходимых видов смогло образоваться за этот период. Я отвечу вам сразу, чтобы вы не теряли времени на этот опыт. Вы не обнаружите ничего, может быть, только несколько аминокислот и других элементарных химических веществ». Биолог-эволюционист Эндрю Скотт признает этот факт следующим образом: «Возьмите немного вещества, перемешайте, подогрейте и немного подождите. Это современная версия происхождения жизни. А такие «основные» силы, как гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая ядерные силы довершат начатое вами дело до конца… Интересно, какая же доля этого простого повествования основана на правде и какая — на спекуляции, основанной на предположениях?
Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК. Одна их наиболее часто употребляемых плазмид для клонирования создана на основе плазмид, выделенных из E. Она содержит гены устойчивости к двум антибиотикам: ампициллину и тетрациклину, благодаря которым успешное встраивание фрагмента чужеродной ДНК в один из этих генов легко отследить по исчезновению у бактерий устойчивости к одному из этих антибиотиков. В клетках эукариот тоже присутствуют плазмиды, они располагаются в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах.
Впячивания клеточной мембраны или мезосомы — это внутрицитоплазматические мембранные структуры бактерий, выполняющие функции органоидов, характерных для клеток эукариот. Предполагают, что они участвуют в образовании клеточных перегородок и репликации ДНК нуклеоидов. На поверхности мембран мезосом находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Над клеточной стенкой у многих бактерий расположена слизистая капсула, предназначенная для дополнительной защиты бактерии от внешних воздействий.
При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса. Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция.
Генетический аппарат[ ] Гены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность, расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле ДНК — хромосоме иногда для обозначения бактериальных хромосом, чтобы подчеркнуть их отличия от эукариотических, используют термин генофор англ. Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены. Помимо хромосомы, в клетках бактерий часто находятся плазмиды — также замкнутые в кольцо ДНК, способные к независимой репликации. Они могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях. Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от присутствия лишь у одного вида-хозяина до плазмиды RP4, встречающейся почти у всех грамотрицательных бактерий.
В плазмидах кодируются механизмы устойчивости к антибиотикам, разрушения специфических веществ и т. В ДНК бактерий, как и в ДНК других организмов, выделяются транспозоны — мобильные сегменты, способные перемещаться из одной части хромосомы к другой, или во внехромосомные ДНК. В отличие от плазмид, они неспособны к автономной репликации и содержат IS-сегменты — участки, которые кодируют свой перенос внутри клетки. IS-сегмент может выступать в роли отдельной транспозоны. Горизонтальный перенос генов[ ] У прокариот может происходить частичное объединение геномов. При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта передаёт клетке-реципиенту часть своего генома в некоторых случаях весь.
Вероятность такого обмена значима только для бактерий одного вида. Аналогично бактериальная клетка может поглощать и свободно находящуюся в среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с собственной ДНК.
Если бы он не обладал такой группой тРНК, то мы однозначно не смогли бы получить текущие состояние взаимоотношений совпадения идентичных тРНК , которое имеется на графе «многовидового происхождения» выше. Таким образом, алгоритм построения такого дерева состоит из двух частей: 1.
Распределение тРНК по группам, так чтобы на всем анализируемом множестве можно было апеллировать только группами без перехода на единичные тРНК — это нужно для двух целей 1 на порядок удобнее иметь дело с группами, чем с большим множеством тРНК. Устраняется дублирующая информация, и группа является минимальной единицей дивергенции. Вероятность дивергенции разделения большей группы по разным родам выше при меньшем числе предковых дивергенций длины ветви. Собственно построение дерева предков.
Далее я опишу только общий принцип реализации эти двух частей. Разделение на группы: 1. На входе имеется информация вида: 1 10 000913,003420,006818,011215,013800,016316,017374, 2 10 000913,003420,006818,007509,011215,013800,016316,017374, 2 8 000487,003420,005891,006678,011163,013218,007509, она описывает граф «многовидового происхождения», а именно набор связей, где «1» идентификация одного рода, «10» — идентификация второго рода, «000913,003420,006818,011215,013800,016316,017374,» — те тРНК, которые идентичны как в первом, так и во втором роде. Создается первая группа, как набор из всех вообще различных тРНК 3.
Происходит распределение по группам, если тРНК на связи между родами относится к группе этот набор заменяется на идентификацию группы, но если вхождение частичное то помечается каких тРНК не хватает, или наоборот какие тРНК, только имеются из этой группы. Разделение группы на две. Анализируется выше сделанное распределение на группы, берется первое частичное вхождение — создается новая группа, а недостающая часть остается у предшествующей группы. Повторяется пункт 3.
Так постепенно, произойдет разделение на группы без частичных вхождений. Группы сортируются по величине 1 — группа это набор скажем 20 тРНК, а уже после 300 группы — вхождение 1-2 тРНК Построение дерева предков: 1. Так если между родами имеется такая связь 1 10 307 864 867 897 909 911 6 10 307 862 864 867 897 909 911 это означает, что группы 307 864 867 897 909 911 есть и у 1-го рода и у 10-го. Но 862 группа к примеру есть только у 10-го и 6-го, но нет у 1-го.
Все роды делаем листьями дерева 3. Берем 1-ю группу помним, что она наиболее крупная, значит она меньше дробилась и является более молодой. Находим наименьшего общего предка для всех родов, которые обладают этой группой тРНК. Если такого предка нет — создаем его.
Если есть, но наименьший общий предок не промаркирован соответствующим идентификатором группы тРНК — маркируем. Повторяем п. Я понимаю, что я не предоставил собственно результаты разделения на группы, что это за тРНК конкретно понять нельзя, а также метод описан лишь с «птичьего полета». Реально интересующимся я могу предоставить всю информацию, но я жду от них что они попробуют перепроверить меня хоть в чем — то и не постесняются это публично высказать.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Как перемещаются бактерии? №1. Каких химических эллементов больше всего в живом организме? №2. Что указывает на почему молекула воды является диполем. Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология. С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина.
Планета бактерий
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток. |
| Бактерии | Наука | Fandom | С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом. |
| Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов | Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. |
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
| Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской | С точки зрения эволюции они являются , 1. образовательная образовательные ткани, или меристемы, являются эмбриональными тканями. долго сохраняющейся способности. |
| Этапы эволюции микроорганизмов кратко | И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях. |
| Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов | Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
Роль бактерий в эволюции жизни на Земле
«Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Согласно третьей точке зрения, это был химерный организм, образовавшийся в результате слияния клеток нескольких разных архей и бактерий. С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. 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). С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях.
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
Кох и другие ученые значительно усовершенствовали методы идентификации этих патогенов и описали множество их видов. Строение: Это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением, не имеющие настоящего оформленного ядра. Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: почву, воду, воздух, внутреннюю среду организмов. Снаружи бактерии покрыты капсулой или клеточной стенкой из муреина. Плазматическая мембрана бактерий по структуре и функциям не отличается от мембран эукариотических клеток. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы.
Около 2,5 млрд лет они доминировали на Земле, формируя биосферу , участвовали в образовании кислородной атмосферы. После появления многоклеточных организмов между ними и бактериями образовались многочисленные связи, включая преобразование органических веществ органотрофами, и разного рода симбиотические отношения, паразитизм , иногда внутриклеточный риккетсии , и патогенез. Наличие бактерий и других микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологических систем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, бактерии могут представлять единственную форму жизни. Бактерии активно участвуют в биогеохимических циклах на нашей планете в том числе в круговороте большинства химических элементов. Современная геохимическая деятельность бактерий имеет также глобальный характер. Основная часть парникового газа — метана , поступающего в атмосферу, образуется метаногенами. Бактерии являются ключевым фактором почвообразования, зон окисления сульфидных и серных месторождений, образования железных и марганцевых осадочных пород и т. Некоторые бактерии вызывают тяжёлые заболевания у человека, животных и растений. Нередко они становятся причиной порчи сельскохозяйственной продукции, разрушения подземных частей зданий, трубопроводов, металлических конструкций шахт, подводных сооружений и т. Изучение особенностей жизнедеятельности этих бактерий позволяет разработать эффективные способы защиты от вызываемых ими повреждений. В то же время положительную роль бактерий для человека невозможно переоценить. С помощью бактерий получают вино, молочные продукты, закваски и другие продукты, ацетон и бутанол , уксусную и лимонную кислоты , некоторые витамины , ряд ферментов, антибиотики и каротиноиды ; бактерии участвуют в трансформации стероидных гормонов и других соединений. Их используют для получения белка в том числе ферментов и ряда аминокислот. Применение бактерий для переработки сельскохозяйственных отходов в биогаз или этанол даёт возможность создания принципиально новых возобновляемых энергетических ресурсов. Бактерии используют для извлечения металлов в том числе золота , увеличения нефтеотдачи пластов. Благодаря бактериям и плазмидам стало возможным развитие генетической инженерии. Изучение бактерий сыграло огромную роль в становлении многих направлений биологии , в медицине , агрономии и др. Велико их значение в развитии генетики , т. С бактериями связано установление путей метаболизма различных соединений и др. Потенциал бактерий в практическом отношении неисчерпаем. Углубление знаний об их жизнедеятельности открывает новые направления эффективного использования бактерий в биотехнологии и других отраслях промышленности. Нетрусов Александр Иванович. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2005. Опубликовано 4 июля 2022 г. Последнее обновление 8 февраля 2023 г. Связаться с редакцией.
Бактерии являются древнейшей группой организмов на нашей планете. Это микроскопические одноклеточные, которые встречаются почти повсеместно: в водоемах, почве, на предметах обихода, в кормах и продуктах питания, на поверхности скал и глубоко под землей, а также в организмах растений, животных и человека. Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений.
Справа схематичное строение эукариотической клетки пропорции не соблюдены — эукариотические клетки обычно в 10—20 раз больше бактериальных клеток. Кроме того, бактерии разделяются еще и между собой, и тоже радикальным образом в биохимическом плане. Настолько, что это потребовало разделения всех бактерий на два отдельных домена — эубактерии и архебактерии, несмотря на их морфологическое сходство друг с другом. Различия между тремя только что озвученными группами живых существ настолько радикальны, что сейчас некоторые авторы предлагают вообще разделять всю существующую на Земле жизнь на три разных формы: эубактерии, архебактерии и эукариоты Шаталкин, 2004. Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал. Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении. Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет. Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений? Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды. Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений!
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Страница 131
- Концепции происхождения и развития микроорганизмов
- Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции -
- Клеточное строение и жизнедеятельность бактерий.
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
- решение вопроса
Прокариоты: у подножья пирамиды жизни. Интервью с чл.-корр. РАН Е.А. Бонч-Осмоловской
Экологические группы бактерий по типу питания Размножение Бактерии размножаются путём деления клетки пополам, в результате чего образуются две одинаковые клетки — такие же, как материнская. Такой способ называют бинарным делением. Если условия окружающей среды благоприятны, то бактерии способны размножаться очень быстро. Несложно подсчитать, что потомство одной бактерии за 5 часов превысит 1 тысячу экземпляров, а за 10 часов почти достигнет 1 миллиона. Схема деления бактериальной клетки Узнать больше: передача генетической информации у бактерий Этот материал будет полезен тем, кто готовится к олимпиаде У эукариотических организмов, размножающихся половым путём, потомство сочетает признаки предков, поскольку получает гены от обоих родителей. У бактерий полового размножения не существует, а при бинарном делении обе образовавшиеся клетки идентичны материнской. Значит ли это, что все клетки бактерий одного вида совершенно одинаковы?
Оказывается, это не так. Бактерии способны передавать генетическую информацию друг другу. Для передачи наследственного материала от одной бактериальной клетки к другой у бактерий существуют специальные половые пили от лат. Одна из бактериальных клеток с помощью такого пиля присоединяется к другой, между цитоплазмами клеток устанавливается контакт, и присоединившаяся бактерия передаёт часть своей генетической информации соседней клетке. Размножения, то есть увеличения численности организмов, при этом процессе передачи генетической информации не происходит. Но благодаря обмену генами в популяции бактерий возникает генетическое разнообразие, как это происходит при половом размножении эукариотических организмов.
Спорообразование Некоторые бактерии способны образовывать споры. Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий — отсутствия пищи или воды, влияния слишком высокой или низкой температуры и т. Спора образуется внутри клетки. Часть цитоплазмы обособляется вокруг генетического материала клетки, затем отшнуровывается и одевается плотными оболочками, после чего оставшиеся внешние части клетки отмирают. В таком состоянии споры могут существовать очень долгое время — десятки и даже сотни лет. Когда споры попадают в благоприятные условия, они превращаются в обычные бактериальные клетки.
Вначале лопается оболочка споры, клетка выходит из оболочки, начинает питаться, расти, затем делиться. Схема образования бактериальной споры Споры бактерий очень устойчивы к воздействию низких и высоких температур: выдерживают замораживание и нагревание, а иногда даже кипячение. Уничтожить споры обычно удаётся только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называют стерилизацией от лат. Пищевые продукты стерилизуют и герметично упаковывают, чтобы увеличить срок их хранения. Стерилизуют также все медицинские инструменты, чтобы не занести в организм человека инфекцию.
Значение бактерий Значение бактерий в природе Бактерии — древнейшие обитатели Земли. Учёные считают, что первыми появившимися на нашей планете клеточными организмами были именно бактерии. Они распространены всюду. Их находят в атмосфере на высоте нескольких километров, на дне океанов, в нефтяных и угольных пластах. Несмотря на малые размеры, бактерии выполняют важные функции во всех природных сообществах Земли. Бактерии, обитающие в почве, разлагают мёртвое органическое вещество и превращают его в неорганические вещества, доступные растениям.
Таким образом, почвенные бактерии участвуют в создании почвы и сохраняют её плодородие. Клубеньковые бактерии — симбионты бобовых растений — обогащают почву азотом, повышая её плодородие. Корни бобового растения, в которых обитают симбиотические азотфиксирующие бактерии Цианобактерии производят органические вещества, потребляемые другими организмами, и выделяют в атмосферу кислород. Бактериями питаются многие одноклеточные животные, например амёбы и инфузории. Бактерии-симбионты, обитающие в кишечниках копытных животных, способны перерабатывать целлюлозу, содержащуюся в растительных кормах, и увеличивать их пищевую ценность. Паразитические бактерии могут поселяться в организмах животных и растений, ослаблять их, вызывать опасные заболевания и даже гибель.
Значение бактерий в жизни человека Бактерии играют важную роль в жизни человека. Микрофлора кишечника человека — это полезные бактерии-симбионты, обитающие в пищеварительном тракте. Эти микроорганизмы выполняют некоторые полезные функции, например препятствуют проникновению и размножению болезнетворных бактерий.
Да, если взять разнесенные во времени виды, то разница будет хорошо заметна, но если временной промежуток мал, изменения могут быть и не очевидны. Это почти как с городским ландшафтом: приехав в город детства через двадцать-тридцать лет, вы увидите, как сильно он изменился. А вернувшись через пару недель или месяц, вы никаких существенных отличий не увидите — они есть, но еще не накопились в таком количестве, чтобы стать заметными.
При этом существует такое явление, как эволюционный стазис , при котором вид не изменяется, причем очень долго, иногда на протяжении миллионов лет. Именно таким способом «дожили» до наших времен ископаемые виды, живые реликты вроде мечехвостов, гинкго билоба и выхухоли. Они не менялись тысячи лет, потому что достигли идеального баланса с окружающей средой. Одной из предполагаемых причин стазиса считается внутривидовое разнообразие. Еще некоторые исследователи отмечают существование хромосомного стазиса на уровне генов, например у птиц. Но встречаются и генетический, и обычный стазис, мягко говоря, нечасто — большая часть видов возникает, изменяется и исчезает, давая жизнь видам-потомкам.
Необратимость в данном случае не означает, что какое-то событие нельзя «откатить» назад. Китообразные вернулись в море, где жили их предки, — просто сделали это другим путем и благодаря другим мутациям. Проблема эволюционного процесса в том, что он… случайный. Да, по большей части закрепляются нужные для размножения и выживания гены. Но иногда происходит так, что остаются не нужные, а рандомно выбранные. Такое случается, например, при эффекте бутылочного горлышка — резкого и случайного сокращения популяции, например, из-за стихийных бедствий или необычной болезни.
Если у нас есть популяция животных, которые никогда не сталкивались с чумой, то с большой вероятностью в живых, после того как чума отступит, останутся несколько особей. И совсем не факт, что их гены лучше или влияют на повышение репродуктивного успеха, просто им повезло. Вторая проблема заключается в том, что эволюция — процесс исключительно долгий. Должны смениться поколения, чтобы какие-то признаки закрепились, а какие-то исчезли без следа. Эволюция большинства современных видов шла миллионы лет, и пронаблюдать ее, конечно, невозможно — слишком коротка человеческая жизнь. Что, впрочем, не означает, что человек не может увидеть эволюцию своими глазами.
Младшей сестрой эволюции служит… селекция. Выведение пород собак, кошек и скота ничем не отличается от стандартной эволюции, с той лишь разницей, что движущей силой здесь выступает не природа и естественные причины и требования окружающей среды, а человек. Селекцию мы можем наблюдать воочию, хотя она по сравнению со своей старшей сестрой менее выражена: мы вывели крупных мейн-кунов и маленьких коротколапых манчкинов, но это всё еще один и тот же вид. Лучше всего процесс селекции отслеживается на собаках: сложно осознать, что совсем недавно — в масштабах Вселенной — у чихуахуа и алабая был единый предок, однако это так. Человек специально отбирал из собак тех, кто подходил ему по каким-то параметрам. Такими параметрами могли быть, например, более короткие лапы и длинное тело, чтобы проникать в норы, или, наоборот, длинные ноги и обтекаемое тело, приспособленные к быстрому бегу.
Любопытно, что при искусственном отборе иногда проявляются не только искомые признаки, но и сцепленные с ними, случайно проявившиеся. Наглядный пример такого сцепления обнаружился в ходе эксперимента с домашними лисами. Опыт по их одомашниванию начался еще в 1959 году в Академгородке под Новосибирском. С тех пор появилось множество поколений, и ученые заметили, что, хотя главным критерием отбора лисиц было дружелюбие то есть стремление к контакту с человеком , вместе с дружелюбием они приобрели и другие качества.
Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни — на другую форму жизни? Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал. Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной в таксономическом отношении. Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам? Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей. Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл Gorilla beringei beringei , которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий — на эволюцию горилл? Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет. Итак, с одной стороны у бактерий колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны у эукариот , популяции меньшего размера сразу на несколько порядков , с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений? Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды. Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один или даже несколько необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях. А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений! Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15—20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции адаптации? Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности.
Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально. Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое. Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода. Для таксономических рангов выше семейства наблюдается ещё меньшее фенотипическое сходство. Всё это говорит о том, что полногеномные метаболические реконструкции можно использовать для уточнения бактериальной таксономии. Фенотипические часы? Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4]. А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях. Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают». На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными.