Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. 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). Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Рассматриваются гипотетические этапы возникновения жизни на Земле.
Страница 131
- Задание Учи.ру
- Как шла эволюция бактерий
- Остались вопросы?
- БАКТЕРИИ | Энциклопедия Кругосвет
Планета бактерий
Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода. К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника - бескислородную среду обитания. Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии. Важно заметить, что клубеньковые бактерии азотфиксирующие не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам. Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями сине-зеленым водорослям.
Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания поглощение кислорода , которым мы сейчас с вами пользуемся : Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений - сапротрофы редуценты , либо же они питаются органами и тканями животных и растений - паразиты. Биотехнология Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии - генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ белков. В ДНК бактерии вставляют нужный ген к примеру, ген, кодирующий белковый гормон - инсулин , бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство. Бактерии используются для получения антибиотиков тетрациклина, стрептомицина, грамицидина , широко применяемых в медицине.
Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков. Классификация бактерий по форме При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.
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. Жвачные животные употребляют растительную пищу, богатую на клетчатку, но самостоятельно переваривать клетчатку не способны. Эту функцию выполняют бактерии. Среди бактерий есть также немало паразитических видов, которые поселяясь в организме человека, растений и животных, провоцируют развитие разнообразных заболеваний. От больного в другой организм бактерии могут проникать вместе с едой, водой, воздухом, через покровы тела. Болезнетворные бактерии могут переносить и кровососущие насекомые. Бактериальные заболевания лечат с помощью антибиотиков и других лекарственных средств. Бактериальные заболевания человека.
При этом древнейшими считаются бактерии и археи. Так как нет окончательного мнения насчет того, считать ли вирусы живыми, то роль вирусов в формировании и эволюции биосферы фактически не учитывается игнорируется. На сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, хотя предполагают, что их существует более ста миллионов. Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой многочисленной биологической формой. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей вирусы бактерий обычно называют бактериофагами. Геномы большинства видов позвоночных содержат от сотен до тысяч последовательностей полученных от древних ретровирусов. Если вирусами ретровирусами были заражены первичные бактерии и археи, то роль вирусов в эволюции живого фактически выходит на первый план, так как вирусы становятся таким же естественным фактором генетической изменчивости организмов включая мутации , как физические радиация различного вида и химические геохимические факторы. Следует сразу отметить, что микроорганизмы в силу своих размеров наиболее быстро реагируют на изменения в окружающей среде изменение физических и геохимических параметров.
Множество видов бактерий способны потреблять вещества мёртвых остатков и выделений других организмов. Таковы, например, почвенные бактерии гниения, использующие в качестве пищи органические вещества листового опада, навоза, трупов животных. Эту группу микроорганизмов называют бактериями-сапротрофами от греч. Ещё одну группу микроорганизмов составляют автотрофные бактерии. Они не нуждаются в органических веществах, но способны сами производить их. Цианобактерии — раньше их называли синезелёными «водорослями» — подобно растениям используют энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. Серобактерии, железобактерии, водородные бактерии способны преобразовывать неорганические вещества, использовать энергию, выделяющуюся при этих химических реакциях, и направлять её на синтез органических веществ. 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.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Что бактерии делают в организме человека? Какие причины комбинативной изменчивости 1)Случайное слияние гамет при оплодотвроении. Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле.
Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
Ответ 1 в результате мутаций появляются особи с новым проявлением признака, который в изменившихся условиях среды имеет адаптивный характер; 2 особи с новым признаком обладают преимуществом в борьбе за существование; 3 в процессе естественного отбора в течение многих поколений особи с полезными признаками выживали и оставляли потомство, это привело к закреплению нового адаптивного признака 8. Чем характеризуется географический способ видообразования? Укажите не менее трех элементов. Ответ 1 расширением ареала вида, популяции попадают в разные условия; 2 возникновением физических преград рельефа; 3 изоляцией популяций вида в связи с разрывом ареала, что приводит к изменению их генофонда в результате приспособления к разным условиям 9.
Лечение антибиотиками болезней человека, вызванных болезнетворными микроорганизмами, со временем становится малоэффективным. Необходимо вести поиски новых лекарственных препаратов. Объясните почему.
Ответ 1 в результате мутаций возникают особи с измененными свойствами; 2 устойчивость к антибиотикам является полезным признаком для микроорганизмов и поддерживается естественным отбором; 3 микроорганизмы обладают высокой скоростью размножения, и возникшие полезные мутации быстро распространяются; вскоре возникает новая популяция, невосприимчивая к антибиотику 10. Как с позиций современного эволюционного учения возникла зеленая покровительственная окраска тела у коричневых гусениц, перешедших на питание зелеными листьями? Ответ 1 коричневые гусеницы перешли на питание зелеными листьями; в популяции постоянно возникали мутации, среди множества мутантов по окраске появлялись особи с зеленой окраской; 2 в борьбе за существование зеленые гусеницы обладали преимуществом, они в меньшей степени склевывались птицами; 3 под действием естественного отбора выживали те гусеницы, которые обладали полезными признаками — зеленой окраской, они давали потомство, их число постепенно росло; 4 в последующих поколениях этот процесс продолжался, и окраска тела гусениц всё более соответствовала основному фону окружающей среды 11.
Почему географическая изоляция популяций может привести к образованию новых видов? Объясните, какие факторы эволюции этому способствуют. Ответ 1 в изолированных популяциях накапливаются новые мутации и изменяется генофонд; 2 в результате естественного отбора сохраняются особи с новыми признаками; 3 прекращается скрещивание между особями популяций, что приводит к репродуктивной изоляции и образованию нового вида.
Не небольшом вулканическом острове Оаху, изрезанном скальными гребнями и долинами, заросшими влажным тропическим лесом, обитает 25 видов улиток. Всего на острове 25 долин со схожими условиями обитания, в каждой из которых обитает свой вид улиток. Какой тип видообразования обусловил появление такого разнообразия видов улиток?
Какие факторы движущие силы эволюции обеспечили образование этих видов улиток и какова роль каждого из факторов? Ответ 2 разделение долин скальными гребнями; 3 низкая миграционная способность улиток невозможность преодолеть скальные гребни ; 4 изоляция; 5 изоляция популяций друг от друга препятствовала обмену генами; 6 мутации; 7 мутации приводили к изменению генофонда в каждой популяции; 8 дрейф генов эффект основателя ; 9 каждая изолированная группа отличалась изначальным генофондом 13. При каких условиях генетически разнообразная популяция организмов может со временем образовать два вида?
Укажите возможные причины разделения популяции с образованием двух видов. Ответ 1 Для того, чтобы образовались два вида, должна возникнуть изоляция: 2 географическая изоляция возникает в результате появления физической преграды между частями популяции; 3 экологическая изоляция возникает при смене экологической ниши частью популяции; 4 изоляция может привести к образованию двух видов в случае невозможности скрещивания и обмена генами между новыми популяциями репродуктивная изоляция. Объясните, как переселение человеком собак в Австралию привело к образованию нового вида Дикая собака динго.
Для объяснения используйте знания о факторах эволюции. Ответ 1 популяция собак, переселённых в Австралию, оказалась пространственно изолированной от популяций собак волков других континентов; 2 в изолированной популяции собак появились новые мутации признаки, аллели , которые оказались полезными в новых условиях жизни; 3 длительный естественный отбор сохранил полезные признаки мутации и привёл к изменению генофонда; 4 репродуктивная изоляция привела к формированию нового вида. Определите по рисунку вид изоляции севанской форели, приведший к образованию различных популяций.
Ответ обоснуйте. Почему учёные относят эти популяции к одному виду? Почему севанская форель требует пристального внимания со стороны природоохранных организаций?
Ответ 2 в исходном виде сформировались популяции с разными местами нереста; 3 в исходном виде сформировались популяции с разными сроками нереста; 4 между популяциями нет репродуктивной изоляции, поэтому это один вид; 5 этот вид-эндемик обитает только в озере Севан 16. Как с позиции современного эволюционного учения объясняется появление собачьих блох, устойчивых к противоблошиному шампуню? Ответ 1 в популяции блох присутствуют особи с различной степенью устойчивости к ядовитым веществам разными мутациями ; 2 при обработке шампунем в ходе борьбы за существование неустойчивые к яду шампуня блохи погибают, а устойчивые выживают; 3 выжившие блохи передают гены устойчивости к яду мутацию своим потомкам получим преимущество в размножении ; 4 в результате естественного отбора формируется новая популяция, устойчивая к яду шампуня 17.
Вид азиатской птицы зеленоватой камышевки Phylloscopus trochiloides распространился на восток и запад Тибетского плато с юга, огибая непроходимые Гималаи направление распространения вида указано стрелками , где миграция из-за высоты гор невозможна. При этом образовалось множество подвидов, которые различаются по мотивам песни и окраске. Соседние подвиды способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P.
Однако дальние подвиды не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство например, P. Какой тип видообразования иллюстрирует данный пример?
Целью эксперимента был поиск ответа на некоторые важные вопросы эволюционной биологии: Каким образом меняется во времени скорость эволюционных изменений; Какова повторяемость эволюционных изменений для различных популяций, существующих в одинаковой среде; Каково соотношение эволюции на генотипическом и фенотипическом уровнях. Слайд 4 Методика эксперимента В начале эксперимента были созданы 12 популяций исходного штамма. Каждая популяция размножалась в искусственной среде, где скорость размножения ограничивалась стрессовыми условиями.
Однако некоторые из них окрашены в красный, зеленый, синий и прочие цвета, что обусловлено пигментами, которые содержатся в цитоплазме, и веществами в слизистой капсуле. В зависимости от формы клетки бактерии различают: бациллы, палочковидные, шарообразные, изогнутые, спиралевидные и т.
Но больше всего энергии выделяется, если окислителем служит кислород. И поэтому кислородное дыхание стало основным энергетическим процессом, благодаря которому в процессе эволюции могли появляться все более сложные живые системы. Почему они так и не научились дышать им, как все остальные? Кислорода на всех не хватило? После появления кислородной атмосферы на Земле все еще оставалось много местообитаний, лишенных кислорода, где продолжали жить анаэробные микроорганизмы. Прочно занимая свою экологическую нишу, они не испытывали острой необходимости эволюционировать дальше, да и анаэробные процессы не давали достаточного количества энергии для усложнения жизненных форм. Несмотря на это, они прекрасно дожили до наших дней и, как и анаэробные местообитания, существуют на планете в значительном количестве. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории? Думаю, что никакого конфликта здесь нет. Во второй половине XIX в. Кстати, на текущий момент экспериментально доказано, что эукариоты, включая нас с вами, произошли от слияния клетки археи с клеткой бактерии. Согласно теории симбиогенеза, клетки бактерий, слившись с клетками архей, превратились в митохондрии, то есть внутриклеточные органеллы, снабжающие клетку археи энергией. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Это послужило мощным толчком для последующей эволюции. В 2019 г. Им удалось вырастить лабораторную культуру этой археи, которая может расти только в паре с бактерией. Их метаболизм тесно связан.
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Развернутый ответ на вопрос: Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции? по предмету Биология. 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). Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Этапы эволюции микроорганизмов кратко | Образовательные документы для учителей, воспитателей, учеников и родителей. И даже рак является результатом эволюционных процессов, происходящих в тканях.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма. По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов.
Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения. Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений. Данная форма «сожительства» носит название комменсализма. В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека. Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов. Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний. Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде. В дальнейшем появились факультативные шигеллы, менингококки, микобактерии , а затем облигатные патогенные простейшие, хламидии, риккетсии внутриклеточные паразиты.
По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора. Основные определения Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды. Микроэволюция — это эволюционный процесс в популяции, приводящий к видообразованию новых разновидностей микроорганизмов за короткий период времени. Фотолиз — это реакция разложения химического вещества под воздействием световой энергии. Гетеротрофы — это микроорганизмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Хемосинтезирующие автотрофы — это бактерии, источником энергии для которых служит реакция соединения железа и серы. Коацерватные капли — это высокомолекулярные протеиновые структуры, которые появились из раствора с коллоидными частицами.
Подвижные генетические элементы — это автономные образования, содержащие информацию о структуре определенных протеинов и обеспечивающие возможность их перемещения из одной части генома в другую. Сапрофитные бактерии — это микробы, использующие для питания органические вещества. Они являются антиподами паразитов. Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой.
У нас ведь нет никаких ископаемых материальных свидетельств этих ранних этапов эволюции. От древнего прокариотного мира практически ничего не осталось, и мы в точности не знаем, что именно там происходило. Тем не менее за последние годы ученым удалось получить большое количество новой информации благодаря молекулярно-биологическим и биоинформатическим методам анализа природных экосистем: было найдено очень много микробов, неизвестных в лабораторных культурах. Биологи смогли собрать их полные геномы и исследовать присущие им свойства, существенно пополнив наши знания о метаболическом разнообразии прокариот. Однако описывать геномы и предсказывать свойства микробов мы можем только на основании того, что уже известно благодаря работе с лабораторными культурами. Таким образом, многие свойства микроорганизмов как культивируемых, так и некультивируемых до сих пор остаются скрытыми от нас. Бактерии и археи осуществляют огромное количество биологических реакций на нашей планете. Например, азот на Земле в основном присутствует в свободном виде в атмосфере, его очень трудно мобилизовать, а ведь он необходим для построения белков и аминокислот. Доступным для всех живых существ азот делают прокариоты. Я думаю, что их роль в азотном питании животных и растений до сих пор недооценена. Работа прокариотных сообществ способствует окончательной переработке ископаемого органического вещества в природный газ. Но только бактерии и археи могут при отсутствии кислорода разлагать сложные полимерные субстраты, образованные растениями и животными, до простейших молекул, которые снова возвращаются в так называемые биогеохимические циклы. Невидимые микробы заставляют «крутиться» все циклы элементов на Земле, и их роль для нашей биосферы бесценна. А могут ли бактерии поедать пластик не в лабораторных условиях под присмотром ученых, а самостоятельно, в природе? Конечно, разложением пластика бактерии могут заниматься и в природных условиях, но эти процессы, к сожалению, протекают очень медленно. Совместно с коллегами из Института микробиологии им. Виноградского РАН мы пытаемся найти термофильные микроорганизмы, способные разлагать различные виды пластика, в первую очередь полиэтилен и полиэтилентерефталат. Высокая температура делает их более доступными для разложения: меняется структура полимера, пластик становится более рыхлым.
Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма. По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни. Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения. Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений. Данная форма «сожительства» носит название комменсализма. В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека. Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов. Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний. Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде. В дальнейшем появились факультативные шигеллы, менингококки, микобактерии , а затем облигатные патогенные простейшие, хламидии, риккетсии внутриклеточные паразиты. По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора. Основные определения Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды. Микроэволюция — это эволюционный процесс в популяции, приводящий к видообразованию новых разновидностей микроорганизмов за короткий период времени. Фотолиз — это реакция разложения химического вещества под воздействием световой энергии. Гетеротрофы — это микроорганизмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Хемосинтезирующие автотрофы — это бактерии, источником энергии для которых служит реакция соединения железа и серы. Коацерватные капли — это высокомолекулярные протеиновые структуры, которые появились из раствора с коллоидными частицами. Подвижные генетические элементы — это автономные образования, содержащие информацию о структуре определенных протеинов и обеспечивающие возможность их перемещения из одной части генома в другую. Сапрофитные бактерии — это микробы, использующие для питания органические вещества. Они являются антиподами паразитов.
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]. 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].
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
«Эксперимент Ленски является еще одним тычком в глаз антиэволюционистов», утверждает Джери Койн, эволюционный биолог в Чикагском Университете. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Новости Новости. Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. Мы поговорим ниже о построение дерева эволюции согласно Дарвину, посмотрим на сколько это справедливо и таки я в итоге дам полное дерево (в рамках имеющейся информации) эволюции бактерий на основании самых консервативных генов тРНК.
Ученые говорят, что все живое произошло от бактерий. Как это можно объяснить?
А вот о долговременной эволюции фенотипов известно крайне мало, хотя именно фенотипические признаки играют ключевую роль в естественном отборе и адаптациях к меняющимся условиям окружающей среды. Недавно был проведен беспрецедентный по масштабам анализ бактериальных фенотипов, реконструированных с помощью геномных данных. Оказалось, что фенотипы эволюционируют со своей особенной скоростью, а весь процесс условно делится на две стадии: быструю и медленную. Интересно, что во время медленной стадии, которая длится миллиарды лет, за единицу времени меняется постоянное число фенотипических признаков. Словарь терминов Фенотип — совокупность наблюдаемых внешних признаков организма. Генотип — совокупность генов, характерных для организма.
Приспособленность — способность выживать и оставлять потомство в определенных условиях. Дивергенция — расхождение в ходе эволюции признаков и свойств изначально родственных организмов. Ортологичные гены — гомологичные гены, произошедшие от одного и того же предкового гена и, как правило, кодирующие продукты со сходными функциями. Синтетическая леталь — пара генов, одновременная мутация которых приводит к летальному фенотипу, а каждого по отдельности — нет. Пангеном — суммарный набор генов каждого вида, который можно подразделить на три части: универсальные гены есть у всех штаммов , периферические гены есть у большей части штаммов и штамм-специфичные, уникальные, гены.
Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков , ставшее основой для понимания естественного отбора. Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1]. Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма.
Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков. У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода.
Исследования Тимофеева-Ресовского 1930-х гг. В конце 1950-1970-х гг. Дмитрий Константинович Беляев 1917—1985 гг. Вскрыл генетико-селекционные механизмы одомашнивания животных. Сформулировал представление о дестабилизирующем отборе — отборе, при котором преимущество получают мутации с более широкой нормой реакции. Георгий Дмитриевич Карпеченко 1899—1941 гг.
Как генетик известен своими работами в области отдаленной гибридизации. Путем искусственно вызванной полиплоидии он первым получил плодовитые гибриды растений, относящихся к разным родам. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира ламаркизм. Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии», опубликованная в 1809 г. Чарлз Роберт Дарвин 1809—1882 гг. Основные труды: «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» 1859 г. Учение Ч. Дарвина разрушило креационистскую концепцию о сотворении видов, подорвало основы представления о божественном происхождении человека, об его исключительном положении в системе органического мира. Август Вейсман 1834—1914 гг.
Выступал против витализма, отвергал ламаркизм. Вейсман справедливо утверждал, что вопрос о наследовании приобретенных признаков может быть решен только с помощью опыта, и экспериментально показал ненаследуемость механических повреждений. Автор умозрительных теорий наследственности и индивидуального развития, неверных в деталях, но в принципе предвосхитивших современные представления о дискретности носителей наследственной информации и их связи с хромосомами, а также концепции о роли наследственных задатков в индивидуальном развитии. Основоположник неодарвинизма. Сергей Сергеевич Четвериков 1880—1959 гг. Организовал экспериментальное изучение наследственных свойств у естественных популяций животных. Эти исследования позволили ему стать основоположником современной эволюционной генетики. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» 1926 г. Биология 16 Jul 2017 at 8:50 am Иван Иванович Шмальгаузен 1884—1963 гг.
Создал теорию стабилизирующего отбора. Изучал закономерности эмбрионального развития животных, факторы индивидуального развития и их роль в эволюции. Томас Генри Гексли 1825—1895 гг. Дарвина за свои яркие полемические выступления он получил прозвище «Бульдог Дарвина». Его исследовательские интересы были связаны со сравнительной анатомией и возможностями ее эволюционной интерпретации. Наиболее известны его дебаты с Ричардом Оуэном по вопросу о степени анатомической близости человекообразных обезьян и человека. Для описания своего отношения к господствовавшим в его время религиозным верованиям он ввел термин агностицизм. Владимир Онуфриевич Ковалевский 1842—1883 гг. Эрнст Геккель 1834—1919 гг.
Наиболее известны труды Геккеля по развитию и пропаганде эволюционного учения. На основе теории Ч. Дарвина развил учение о закономерностях происхождения и развития живой природы, пытаясь проследить генеалогические отношения между различными группами живых существ филогенез и представить эти отношения в виде «родословного древа».
Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку.
За исследования туберкулеза награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1905 году. Модель малой субъединицы рибосомы Thermus thermophilus.
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]. Целлюлозоразрушающие бактерии также населяют заднюю кишку термитов , образуя ацетат , который и усваивается насекомым [174]. В почве бактерии, входящие в состав ризосферы , осуществляют фиксацию азота, превращая его в различные азотсодержащие соединения [175].
Вход и регистрация
С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Бактерии Thermotogota обычно являются термофильными или гипертермофильными, грамотрицательно окрашивающимися, анаэробными организмами, которые могут жить вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. Другие бактерии, например, цианобактерии и некоторые пурпурные бактерии, являются автотрофами, то есть получают углерод, фиксируя углекислый газ[86]. Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов. Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад.
Остались вопросы?
Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии. Поскольку «эволюция бактерий» часто доказывается именно указанием на их способность приспосабливаться к воздействию антибиотиков, то в ряде исследований биологи проверили древних бактерий именно на устойчивость к этим самым антибиотикам. Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий.
Концепции происхождения и развития 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.
Учение Ч. Дарвина разрушило креационистскую концепцию о сотворении видов, подорвало основы представления о божественном происхождении человека, об его исключительном положении в системе органического мира. Август Вейсман 1834—1914 гг. Выступал против витализма, отвергал ламаркизм. Вейсман справедливо утверждал, что вопрос о наследовании приобретенных признаков может быть решен только с помощью опыта, и экспериментально показал ненаследуемость механических повреждений. Автор умозрительных теорий наследственности и индивидуального развития, неверных в деталях, но в принципе предвосхитивших современные представления о дискретности носителей наследственной информации и их связи с хромосомами, а также концепции о роли наследственных задатков в индивидуальном развитии. Основоположник неодарвинизма. Сергей Сергеевич Четвериков 1880—1959 гг. Организовал экспериментальное изучение наследственных свойств у естественных популяций животных. Эти исследования позволили ему стать основоположником современной эволюционной генетики. Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» 1926 г. Биология 16 Jul 2017 at 8:50 am Иван Иванович Шмальгаузен 1884—1963 гг. Создал теорию стабилизирующего отбора. Изучал закономерности эмбрионального развития животных, факторы индивидуального развития и их роль в эволюции. Томас Генри Гексли 1825—1895 гг. Дарвина за свои яркие полемические выступления он получил прозвище «Бульдог Дарвина». Его исследовательские интересы были связаны со сравнительной анатомией и возможностями ее эволюционной интерпретации. Наиболее известны его дебаты с Ричардом Оуэном по вопросу о степени анатомической близости человекообразных обезьян и человека. Для описания своего отношения к господствовавшим в его время религиозным верованиям он ввел термин агностицизм. Владимир Онуфриевич Ковалевский 1842—1883 гг. Эрнст Геккель 1834—1919 гг. Наиболее известны труды Геккеля по развитию и пропаганде эволюционного учения. На основе теории Ч. Дарвина развил учение о закономерностях происхождения и развития живой природы, пытаясь проследить генеалогические отношения между различными группами живых существ филогенез и представить эти отношения в виде «родословного древа». Геккель сформулировал теорию гастреи происхождение многоклеточных животных от гипотетического предка, напоминающего двуслойный зародыш — гаструлу. Связь между онтогенезом и филогенезом Геккель обосновал под названием биогенетического закона. Ввел термин «экология». Фриц Мюллер 1821—1897 гг. Наряду с Э. Геккелем автор биогенетического закона Геккеля—Мюллера. Алексей Николаевич Северцов 1866—1936 гг. Установил основные направления биологического прогресса: ароморфоз, идиоадапцию и общую дегенерацию. Чарлз Лайелль 1797—1875 гг. Сформулировал принцип актуализма, согласно которому на земле постоянно действуют сходные факторы среды. Альфред Рассел Уоллес 1823—1913 гг. В 1850-е гг.
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. В дальнейшем можно будет на своей странице в соцсетях выставлять не только геном, но и метагеном. И если какой-нибудь Цукерберг или Брин будут иметь доступ к этой информации, они смогут проводить исследования, например, о связи определенной бактерии с желанием, я не знаю, купить айфон. А медики, скажем, выяснят, что все, кто ел огурцы и имел такую-то бактерию, рано умерли. 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.
Так как вирусы не имеют общего предка и не образуют окаменелостей, то не существует единой теории их возникновения. Однако выделение вирусных элементов из геномов останков древних существ позволяет проследить их распространение и изменение. Откуда взялись бесклеточные организмы В настоящее время выдвинуты следующие теории происхождения вирусов в ходе эволюции: регрессия одноклеточных микроорганизмов; переход доклеточных форм к паразитическому способу жизни; отсоединение отдельных участков ДНК или РНК клеточных организмов с сохранением зависимости. У каждой теории существуют недостатки, не позволяющие ее принять за единую правильную версию. Изменчивость и наследственность вирусов Эволюцию вирусов ученые пытаются проследить, проводя анализ геномов современных микроорганизмов. Выяснено, что развитие вирусов происходит в результате изменения последовательностей соединения участков ДНК или РНК под воздействием различных внешних факторов. Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных. Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям. Особенности эволюции вирусов на современном этапе В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение. Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов. Почему вирусы называют двигателями эволюции Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека. Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции. Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции. Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы. Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости. Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра. В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты. Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур. У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции. Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных. К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие.