Бактериальные заболевания.
какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Отличительной особенностью бактерий является способность к быстрому размножению. Например, время удвоения клеток кишечной палочки Escherichia coli составляет 20 мин. Подсчитано, что потомство одной клетки в случае неограниченного роста уже через 48 ч превысило бы массу Земли в 150 раз. Условия обитания Бактерии приспособились к разным условиям существования. Некоторые бактерии чрезвычайно устойчивы к ионизирующему излучению и живут даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов Deinococcus radiodurans. Ряд бактерий барофилы, или пьезофилы хорошо переносят гидростатическое давление до 101 тыс. В то же время есть бактерии, не выдерживающие даже незначительного увеличения атмосферного давления. Как правило, бактерии предпочитают нейтральные условия среды обитания рН около 7,0 , хотя встречаются как экстремальные ацидифилы, способные к росту при рН 0,1—0,5, так и алкалифилы, развивающиеся при рН до 13,0.
Подавляющее большинство изученных бактерий — аэробы. Факультативные анаэробы растут как в присутствии O2, так и в его отсутствие; они способны переключать метаболизм с аэробного дыхания на брожение или анаэробное дыхание энтеробактерии. Рост аэротолерантных анаэробов не угнетается в присутствии небольшого количества O2, т. Для строгих анаэробов даже следы O2 в среде обитания являются губительными. Многие бактерии переживают неблагоприятные условия среды, образуя покоящиеся формы. Типы питания Для бактерий характерны интенсивный обмен веществами между клеткой и внешней средой и пластичность метаболизма. Они обладают высокой способностью к адаптации, легко приспосабливаясь к различным в том числе экстремальным условиям среды, способны переключаться с одного типа питания на другой.
Как и другие организмы, бактерии запасают энергию главным образом в форме АТФ , образующегося в процессе фотосинтеза, дыхания и различных типов брожения. В зависимости от источника используемого углерода они делятся на автотрофов полностью удовлетворяют свои потребности за счёт CO2 и гетеротрофов нуждаются в готовых органических соединениях. Однако эти термины не отражают всё многообразие типов питания у бактерий. Поэтому при их характеристике указывают на источник энергии, доноров водорода электронов и вещества, используемые в биосинтетических процессах. Для большинства бактерий источником энергии служит окисление химических веществ хемотрофы. Ряд бактерий в том числе пурпурные и зелёные бактерии , цианобактерии в ходе фотосинтеза преобразуют энергию света в энергию химических связей органических соединений фототрофы. Если окислению подвергаются неорганические вещества т.
Исходя из этого выделяют 8 типов питания и соответствующих им групп бактерий: фотолитоавтотрофы цианобактерии, анаэробные пурпурные бактерии , фотолитогетеротрофы некоторые анаэробные бактерии , фотоорганогетеротрофы несерные пурпурные бактерии , фотоорганоавтотрофы редкий тип питания, свойственный некоторым пурпурным бактериям , хемолитоавтотрофы например, нитрификаторы, тионовые бактерии , хемолитогетеротрофы многие сульфатвосстанавливающие бактерии , хемоорганоавтотрофы многие водородные бактерии , хемоорганогетеротрофы основной массив бактерий-органотрофов. Известны облигатные паразиты паратрофы , использующие только сложные органические вещества, образуемые организмом-хозяином. Большинство бактерий, утилизирующих соединения азота, как правило, используют его восстановленные формы чаще всего соли аммония , некоторые нуждаются в готовых аминокислотах , а другие усваивают и его окислённые формы главным образом нитраты. Значит, число свободноживущих и симбиотических бактерий способны фиксировать молекулярный азот. Фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот и других соединений клетки, бактерии получают преимущественно из фосфатов. Источником серы, необходимой для биосинтеза аминокислот и некоторых кофакторов ферментов, чаще всего являются сульфаты ; некоторые виды бактерий нуждаются в восстановленных соединениях серы.
Основателями биосферы являются — бактерии и археи, вирусы. По крайней мере, так обозначено в составленном биологами древе жизни. 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.
В трагедии Шекспира «Антоний и Клеопатра» Лепид говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заводятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот например, крокодил…». Однако подобные идеи не могли долго противостоять развивающейся науке и были опровергнуты следующим опытом итальянского врача Франческо Реди 1626-1697 : он покрыл свежее мясо кисеёй, и через некоторое время личинки мух появились не в мясе, а на поверхности кисеи. Этим было показано, что червячки образуются не самопроизвольно, а развиваются из яичек, откладываемых мухами. Он высказал также тезис ошибочно приписываемый Гарвею , "Omne vivum ex ovo" - Всё живое из яйца". Но и после этого учёные разных стран защищали точку зрения, согласно которой из разлагающегося органического вещества зарождаются микроскопические существа. История роли микроорганизмов в спорном вопросе о возникновении жизни регулярно описывается в большинстве учебников по микробиологии. Поиски экспериментальных доказательств за и против учения о самозарождении жизни были наиболее сильным импульсом, способствующим бактериологическим исследованиям в 18 и 19 столетиях. В 18 веке русский учёный Тереховский и итальянец Лаццаро Спалланцани 1729-1799 показали, что если сосуды, в которых находится жидкость, хорошо прогреть, то в них живых существ не образуется. Ставились также опыты, при которых в сосуд с обеспложенной жидкостью воздух пропускался через крепкую серную кислоту или через слой стерилизованной ваты. Результаты этих опытов говорили против возможности самопроизвольного зарождения. Французская академия учредила премию тому, кто раз и навсегда покончит с этими спорами, волновавшими весь учёный мир. Луи Пастер провёл серию тщательно продуманных опытов. Сейчас его колбы с S —образным горлышком являются символом исследования, которое вынесло смертный приговор теории самозарождения. Он первым доказал. Что в воздухе содержатся видимые под микроскопом живые организмы. В 1864 году Пастер доложил Французской академии о своих результатах. Окончательное решение вопроса стало возможным в 19 веке после открытий Ф. Коном и Р. Кохом устойчивых к нагреванию спор бактерий, работ Листера, Тиндаля. Таким образом, вопрос о возникновении жизни долгое время служил импульсом исследований бактерий и других микроорганизмов. Возможно, есть несообразие в том, что говоря об экспериментах Пастера как о победе разума над мистицизмом, мы тем не менее, вынуждены вернуться к идее о самопроизвольном зарождении, пусть в её более совершенном, научном понимании, а именно к химической эволюции.
Так как эти газы не могли вступить в реакцию в естественных условиях, он подвергал их воздействию электрической энергии, имитируя грозовые разряды, от которых, как предполагалось, была получена энергия в ранней атмосфере. При температуре 100 0С смесь кипятилась в течении недели, систематично подвергаясь воздействию электрических разрядов. Проведенный в конце недели анализ хемосинтеза показал, что из двадцати аминокислот, составляющих основу любого белка, образовались только три. Эволюционистов переполнила радость, и опыт был признан успешным. А некоторые издания даже готовы были поместить на первых страницах своих газет надпись «Миллер создал жизнь». Между тем, полученные при опыте Миллера молекулы были «неживыми». Воодушевленные опытом эволюционисты принялись за новый сценарий. Монтаж последующих стадий синтеза белка не заставил себя долго ждать. Согласно новому сценарию, аминокислоты по воле случая соединяются в соответствующем порядке и образуют белок. Некоторые же из случайно образовавшихся белков обнаруживают себя внутри «каким-то образом»! А клетки в свою очередь, постепенно сближаясь друг с другом, соединяются и образуют живой организм. Тогда как самая главная опора вышеупомянутого сценария — опыт Миллера, на самом деле, просто ложь. Факты, опровергающие опыт Миллера Опыт Миллера, проведенный с целью доказательства возможности самообразования аминокислот в первичной среде Земли, всесторонне опровергается следующим: 1. Образовавшиеся аминокислоты сразу же были изолированы с помощью механизма «холодного капкана». В противном случае условия среды, где образовались аминокислоты, сразу же разрушили бы эти молекулы. И конечно же, в первичной среде Земли не было подобного сознательного механизма. А без него расщепление белков неизбежно. Как отметил химик Ричард Блисс: « Если бы не было «холодного капкана», химические вещества были бы разрушены под воздействием электрической энергии. Первичная атмосфера в опыте Миллера была фиктивной. В восьмидесятых годах ХХ века ученые сошлись во мнении, что ранняя атмосфера Земли состояла не из метана и аммиака, а из азота и двуокиси углерода. После долгих лет молчания Миллер сам признал, что среда, которую он использовал в своем опыте, была не настоящей. Почему же Миллер в свое время настаивал на этой газовой смеси? Ответ прост: без аммиака синтез аминокислоты невозможен. Кевин Мак Кин в своей статье, помещенной в журнале «Discover», объясняет это следующим образом: «Миллер и Ури, смешав метан и аммиак, скопировали старую атмосферу Земли. Между тем, последние исследования показали, что начальный климат Земли характеризовался высокой температурой, и Земля состояла из сплава никеля и железа. Это означало, что атмосфера должна была состоять скорее всего из азота, двуокиси углерода и водяного пара, которые не столь благоприятны для образования органических молекул, сколько аммиак и метан. Еще одна важная деталь, опровергающая опыт Миллера — в период, когда предположительно образовались аминокислоты, в атмосфере было достаточно кислорода для того, чтобы разрушить все аминокислоты. Этот факт, которым пренебрег Миллер, объясняется окисями железа и урана на камнях, возраст которых определен в 3,5 миллиарда лет. Самые последние источники эволюционистов опровергают опыт Миллера Стенли Миллер вместе с экспериментальным аппаратом. Опыт Миллера, который все еще преподносится эволюционистами как самое веское доказательство правоты теории эволюции, на самом деле полностью утерял всякую научную значимость даже среди самих сторонников теории. Одной из причин является признание геологов, что первичная атмосфера Земли состояла из двуокиси углерода и азота. Эти газы менее активны, чем те, которые были использованы в 1953 году в опыте Миллера. Допустим даже возникновение представленной Миллером атмосферы, но каким образом могли произойти химические реакции, способные превратить такие простые молекулы как аминокислоты в гораздо более сложные соединения - полимеры, такие как белок? Здесь даже Миллер разводит руками и, вздыхая, говорит: «Это проблема. Как получить полимеры? Ведь это не так просто». В такой ситуации рвение, с которым эволюционисты ухватились за этот опыт, лучше всего демонстрирует их безысходность. А в марте 1998 года журнал «National Geographic» опубликовал статью под заголовком «Возникновение жизни на Земле», в которой говорилось: «Сегодня многие ученые догадываются, что первичная атмосфера была отличной от того состава, которую выдвигал Миллер и склоняются к мнению, что эта атмосфера, скорее всего, состояла из двуокиси углерода и азота, а не из водорода, метана и аммиака. Что является очень плохой новостью для химиков! При взаимодействии двуокиси углерода и азота количество получаемых органических соединений весьма незначительно. Их концентрацию можно сравнить с каплей пищевого красителя, добавленного в бассейн... Ученым трудно даже представить, как жизнь могла зародиться в таком ненасыщенном «бульоне»? Одним словом, ни опыт Миллера, ни другие эволюционисты не в состоянии ответить на вопрос о происхождении жизни. Все исследования показали, что самовозникновение жизни невозможно, тем самым, подтверждая факт ее сотворения. Другие находки и исследования также показали, что в этот период количество кислорода было намного больше, чем предполагалось. Воздействие ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли было в 10 тысяч раз больше, чем утверждалось эволюционистами. А плотные ультрафиолетовые лучи расщепляют водяной пар и двуокись углерода, образуя кислород. Этот случай делал опыт Миллера, упустившего из вида кислород, недействительным. Если бы в опыте был использован кислород, то метан превратился бы в двуокись углерода и воду, а аммиак — в азот и воду. С другой стороны, в среде, где отсутствует кислород из-за отсутствия озонового слоя , очевидно разрушение аминокислот под воздействием прямых ультрафиолетовых лучей. В конечном счете, присутствие или же отсутствие кислорода в первичной атмосфере Земли является разрушительным фактором для аминокислот. В результате опыта Миллера одновременно образовались и органические кислоты, нарушающие целостность и функции живого организма. Если бы эти аминокислоты не были изолированы, то в результате химической реакции они были бы разрушены или превращены в другие соединения. Плюс ко всему, в результате опыта было получено множество D-аминокислот. Присутствие же этих аминокислот сокрушает теорию эволюции в самой основе. 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.
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
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. Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе.
Войдите , пожалуйста.
У некоторых бактерий есть всего один жгутик монотрихи , у других два жгутика располагаются на двух противоположных концах клетки амфитрихи , у третьих на полюсах клетки находятся пучки жгутиков лофотрихи , а у четвёртых жгутики покрывают всю поверхность клетки перитрихи. У спирохет жгутик находится в периплазматическом пространстве между двумя мембранами. Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении [123]. Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям [en] англ. При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд [127]. Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис.
К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис , фототаксис , энергетический таксис и магнитотаксис [128] [129] [130]. Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел. Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов [en] Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет , который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризацию актина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд [131]. Коммуникация[ править править код ] У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами , и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам [132]. Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным [133] [134].
Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида [134]. Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя чувство кворума. За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы [en] или феромоны , концентрация которых повышается по мере роста популяции [135]. Основная статья: Систематика бактерий Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК , показывает разделение бактерий, архей и эукариот Бактерий можно классифицировать на основе строения клетки, метаболизма, а также различий в химическом составе клеток наличия или отсутствия некоторых жирных кислот , пигментов , антигенов, хинонов [97]. В то время как перечисленные характеристики подходят для выделения штаммов, непонятно, можно ли их использовать для разделения видов бактерий.
Дело в том, что у большинства бактерий нет отличительных структур, а из-за широко распространённого горизонтального переноса генов родственные виды могут сильно отличаться по морфологии и метаболизму [136]. В связи с этим в настоящее время современная классификация базируется на молекулярной филогенетике. К числу её методов относят определение GC-состава генома, гибридизация геномов, а также секвенирование генов, которые не подверглись интенсивному горизонтальному переносу, такие как гены рРНК [137]. Релевантная классификация бактерий публикуется «Международным журналом систематической бактериологии» англ. International Journal of Systematic Bacteriology [138] и руководством по систематической бактериологии Берджи англ. Международный комитет систематики прокариот [en] англ. International Committee on Systematics of Prokaryotes регулирует международные правила именования таксонов бактерий и определение их рангов согласно правилам Международного кодекса номенклатуры прокариот [en] англ.
International Code of Nomenclature of Prokaryotes [139]. Термин «бактерии» традиционно применяли по отношению к микроскопическим одноклеточным прокариотам. Однако данные молекулярной филогенетики свидетельствуют о том, что в действительности прокариоты подразделяются на два независимых домена, которые первоначально получили названия эубактерии лат. Eubacteria и архебактерии лат. Archaebacteria , но в настоящее время называются бактерии и археи [15]. Эти два домена, наряду с доменом эукариоты, составляют основу трёхдоменной системы , которая является наиболее популярной системой классификации живых организмов [140]. Археи и эукариоты состоят в более близком родстве, чем каждый из этих доменов к бактериям.
На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще. Что же мы теперь знаем? Теории и практики фенотипической эволюции Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении дивергенции видов.
Анализ реконструированных метаболических фенотипов более чем 300 видов бактерий говорит о том, что долговременная фенотипическая эволюция бактерий протекает в две стадии рис. Первые 50 миллионов лет пара видов бактерий очень быстро теряет фенотипическое сходство. Примечательно, что на втором этапе за единицу времени меняется примерно одно и то же число фенотипических признаков.
Такая скорость сохраняется миллиарды лет. Рисунок 1. Изменение фенотипического сходства с ростом генетического расстояния между парой видов бактерий.
Сверху показано филогенетическое разнообразие бактерий, для которых построены метаболические модели. Рисунок из [2]. Полученные закономерности попробовали подтвердить экспериментально.
Для этого выбрали 40 видов бактерий и протестировали их способность расти на всё тех же 62 возможных углеродных субстратах. Старое новыми словами Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях.
На разных уровнях принятой таксономической классификации рис. Штаммы одного вида, как правило, имеют очень похожие фенотипы, однако некоторые виды фенотипически сильно неоднородны. Такой возможный разброс внутри вида перекликается с концепцией пангенома [3] : заметное, но допустимое, генетическое разнообразие внутри вида может повлечь за собой и фенотипическое.
Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода.
Клубеньки небольшие утолщения на корнях многих растений, в которых живут симбиотические азотфиксирующие бактерии. У бобовых растений это бактерии рода Rhizobium Генрих Роберт Кох — немецкий микробиолог.
Открыл бациллу сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулезную палочку.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)? Его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 г.) лег в основу синтетической теории эволюции. Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. С позиций эволюционного учения Ч. Дарвина любое приспособление организмов является результатом. 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. Почему бактериальную клетку считают простоорганизованной?
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
Теории и практики фенотипической эволюции. Для начала условимся понимать под фенотипической эволюцией уменьшение внешнего сходства с увеличением генетического расстояния при расхождении (дивергенции) видов. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки. В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных.
Почему, обладая примитивной организацией, бактерии сохранились в ходе эволюции?
Таким образом, все предположения относительно того, каким образом могли возникнуть первые структуры, подобные клеткам, являются весьма спорными. В этой области, лежащей на стыке химии и биологии, проводилось много исследований, но получено мало чётких результатов. Примитивные организмы, возникшие в первичных океанах Земли, были анаэробными и, вероятнее всего, гетеротрофными; океаны в изобилии поставляли им пищу, и первым микроорганизмам оставалось лишь пожирать её. Но с течением времени мощные потоки солнечной энергии уже не могли достигнуть близких к поверхности океана нижних слоёв земной атмосферы мешал озон. Дальнейший синтез органических соединений стал невозможен. Наступила пора голодания, и тут-то, по-видимому, началась борьба не на жизнь, а на смерть.
Только наиболее приспособленные организмы развили в себе способность к фотосинтезу с использованием того света, что пробивался сквозь озоновый слой. В результате свободный кислород продолжал выделяться в атмосферу. Так началось накопление кислорода. В переходный период от первичной, восстановительной, атмосферы Земли метан, аммиак, пары воды к современной, кислородосодержащей, жизнь уже возникла и включилась в медленный процесс эволюции. Результаты изучения микрофоссилий позволяют предположить, что микроорганизмы возникли в очень ранний геологический период, примерно 4,5-3.
Если водоросли появились в первобытном океане 3,5 млрд. В докембрийский период ранние формы жизни были совершенно примитивными. Они встречаются в виде отдельных клеток, а их первые колонии обнаруживаются лишь с появлением жгутиковых форм. Однако в эпоху среднего докембрия в отдельных местах планктонные водоросли, возможно, образовывали весьма обильные скопления. Появились сине-зелёные водоросли и большое количество хемосинтезирующих бактерий.
Предполагается, что тогда же получили широкое распространение фотосинтезирующие микроорганизмы и началось образование кислородной атмосферы. В позднем докембрии, видимо, уже возникли группы организмов, морфологически сравнимых с существующими ныне. Например, сине-зелёные водоросли достигли в своём развитии большого разнообразия, появились клетки с обособленным ядром. Это событие заслуживает особого внимания, ибо оно возвестило возникновение клеточного деления и разнообразия форм. Среди множества теорий есть одна, приписываема Сванте Аррениусу: он предположил, что «семена жизни» могли быть заброшены на Землю с других планет.
Это теория пансмермии, согласно которой под действием солнечной радиации споры могут перемещаться в космическом вакууме до тех пор, пока не попадут в благоприятные условия, и тогда они прорастают.
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.
Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение. Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий, относятся ко времени 2,2-2,0 млрд лет назад. Благодаря им в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны.
Общее видовое разноообразие бактерий в это время сокращается.
По сути сапрофиты — это санитары нашей планеты, разлагающие остатки пищи, трупы животных, экскременты, сухие листья, ветки и др. Отношение бактерий к кислороду По отношению к кислороду все бактерии, как и другие организмы, делятся на две большие группы: 1. Анаэробы — бактерии способные обходиться без кислорода полностью или частично. Бактерии, которые могут жить как в присутствии кислорода, так и без него — называют факультативными от фр. К ним относят бактерии гниения или уксуснокислые бактерии. Микроаэрофильные бактерии лучше растут в атмосфере с низким содержанием кислорода. Бактерии, для которых кислород губителен, называют облигатными от лат. К ним относят винные бактерии или бактерии ботулизма. Аэробы — дышащие кислородом бактерии синегнойные, лактобактерии и др.
Дыхание многих бактерий похоже на дыхание растений и животных. Они поглощают кислород воздуха и выделяют углекислый газ и энергию. Отношение бактерий к азоту Определенная часть бактерий способна обходиться без органического азота, входящего в состав белковой пищи, так как они самостоятельно могут его усваивать из атмосферы. Благодаря такой группе азотфиксирующих бактерий, азот входящий в состав воздуха, усваивается растениями, далее через пищевую цепь он поступает в другие живые организмы, встраиваясь в органические соединения белки и нуклеиновые кислоты. Подобные бактерии образуют симбиоз с корнями бобовых растений клубеньковые бактерии. Размножение бактерий Размножаются бактерии простым поперечным делением клеток перетяжкой. Цитоплазма клетки «перешнуровывается», и клетка делится пополам. Перед делением, наследственный материал бактерии, представленный кольцевой молекулой ДНК, удваивается реплицируется. Репликация может происходит несколько раз, именно поэтому в клетке бактерии иногда встречается больше одного нуклеотида Рис.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Как с точки зрения биологии можно объяснить эту ситуацию? Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Основателями биосферы являются – бактерии и археи, вирусы. 3)Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции (примитивные, высокоорганизованными)?
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану нуклеоид кольцевая молекула ДНК рибосомы Почти все бактерии имеют внешнюю оболочку — клеточную стенку, благодаря которой форма бактерий постоянна. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Ее главный структурный элемент — биополимер муреин. Главная функция внешней оболочки — транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из углеводов или белков От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция — регуляция транспорта веществ в клетку и из клетки. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот.
Также в клетках бактерий могут быть плазмиды. Плазмиды — мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК бактерий воспроизводиться.
Большинство бактерий бесцветны.
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.
Большинство же бактерий имеют размер 0,5—5 мкм. Кстати, проанализировав геном, тоже почти ничего пока нельзя сказать. К сожалению, это сложно. Любой человек с точки зрения геномики — это, в общем, одна и та же книжка. Если вы возьмете «Войну и мир» и увеличите ее в тысячу раз, там будет три миллиарда букв.
Эти «опечатки» обеспечивают нашу индивидуальность и предрасположенность к болезням. Есть очень простые заболевания, как гемофилия у Романовых, причиной которой служит одна-единственная опечатка. Но на возникновение шизофрении или рака влияют десятки и сотни опечаток — пока вычленить все влияния не представляется возможным. С микробиомом то же самое. Получается, они разрушают всё наше уникальное сообщество бактерий? Возможно, это связано с аппендиксом. Некоторые ученые утверждают, что аппендикс — это такой резервуар, маленький домик для нашей микрофлоры.
Считается, что именно эта бактерия виновна в развитии язвы желудка О чем микробы говорят друг с другом [КШ] Почему разные страшные эпидемии обычно приходят из Африки? В Африке просто разнообразные условия и биоразнообразие очень большое. Это такая гигантская лаборатория, в которой можно обкатывать всякие новые варианты. И одна из причин, почему Африку так тяжело было завоевать или покорить. Европейская цивилизация развивалась в схожих климатических условиях. А когда вы движетесь с севера на юг, возникают новые климатические зоны с новыми микробами. То же самое в вытянутой с севера на юг Америке: майя, инки, ацтеки почти не общались друг с другом, потому что не могли пройти этот барьер — в новых природных условиях их убивали непривычные для их организма микробы.
Антибиотики ведь не люди изобрели — это вещества, с помощью которых микробы общаются друг с другом. Ученые всегда изучали бактерий в чистой культуре определенного вида, но в природе такого не бывает: у любого места обитания свой микробиом, сообщество разных микробов, где все зависят друг от друга. У них сложные отношения, всё как у людей, хотя конечная цель каждого вида — победить, всё захватить. Но другие бактерии не дают — возникает какой-то баланс. Самая важная информация для бактерий — это есть ли еда, сколько вокруг других представителей твоего вида и других видов. Определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, — некоторые переводят это как «чувство локтя». В небольшом объеме среды каждая бактерия выпускает наружу какое-то вещество, которое ее собратья могут почувствовать.
Если бактерий много, то и вещества будет много — они поймут, что здесь тесно и, вместо того чтобы размножаться как бешеные, образуют споры или биопленку. Так, например, происходит в легких больного муковисцидозом — микробы говорят другу: «Нам здесь стало очень тесно» и образуют пленки, а больной при этом умирает. Для таких сообщений им и нужны антибиотики. В природе антибиотики, как правило, не достигают такой концентрации, при которой убивают. А поскольку антибиотики были изобретены бактериями для общения между собой, то и гены устойчивости к антибиотикам возникли давным-давно, задолго до всяких врачей. Именно поэтому победить устойчивость к антибиотикам всё равно никогда не удастся. Гены устойчивости появились не потому, что злые бактерии вдруг решили наступить на горло нашей песне.
Если вы возьмете образцы бактериальной ДНК из скважины, пробуренной в вечной мерзлоте, то, конечно, найдете гены устойчивости ко всем антибиотикам. Ведь бактерия, которая их производит, по определению к ним устойчива, то есть сама является источником антигенов. Война с микробами: антибиотики и бактериофаги [КШ] Что-то в последние десятилетия ничего не слышно о новых антибиотиках. Во-первых, до недавнего времени антибиотики, которые были, и так работали хорошо. Во-вторых, новые найти очень непросто. Золотой век антибиотиков закончился. Вот я, например, работаю в Институте микробиологии Ваксмана [подразделение Университета Ратгерса — КШ] , а Ваксман — это человек, который получил Нобелевскую премию за стрептомицин, которым изначально лечили туберкулез.
Так вот, он отправлял своих друзей и сотрудников по городам и весям за образцами земли, потому что большинство антибиотиков производится почвенными бактериями: их там слишком много живет — вынуждены общаться. В институте, построенном на его Нобелевскую премию, эти почвенные бактерии до сих пор болтаются — работать там невозможно, потому что они всё перезаразили. Крупные фармкомпании тоже собирали образцы почвы по миру и потом из найденных в ней бактерий выделяли антибиотики. Выделяли-выделяли — так возникло большинство антибиотиков, но постепенно новые перестали появляться. Потому что количество культивируемых бактерий невелико. Для того чтобы выделять новые антибиотики, по-видимому, будет использоваться та самая геномика, которая позволяет смотреть генетическую информацию «темной материи» неизвестных бактерий. Биоинформатика может выделить кластеры генов, которые потенциально могут кодировать антибиотики, потом генные инженеры будут создавать специальные штаммы-продуценты.
Собственно, этим и я занимаюсь — мы делаем предсказания: мол, такая-то бактерия, такие-то гены могут быть ответственны за производство таких-то веществ. Потом мы это вещество должны получить, поймать, охарактеризовать, выявить его структуру, показать, что это вещество действует на клетку, понять, как именно действует, почему оно проходит в клетку, почему убивает клетки и при этом не убивает ту клетку, которая его производит, как вещество делается. Но мы изучаем их с точки зрения механизмов действия, а не с точки зрения практического применения. Понимаете, найти какое-то вещество, которое убивает бактерию, несложно, таких веществ десятки тысяч. Проблема в том, что антибиотик не должен вызывать в клетках человека никаких разрушений. Еще вы должны будете доказать, что, если он попадет в кровь, то будет поглощаться и доставляться к источнику инфекции в требуемой концентрации. Он должен быть достаточно стабилен, его нужно произвести в больших количествах, и это должно быть экономически выгодно.
С точки зрения промышленного производства всё это гораздо важнее, чем просто найти антибиотик. При среднем поцелуе партнеры обмениваются примерно 80 миллионами бактерий. Появляются новые болезни, бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам… [КС] Это, конечно, ужас, но не ужас-ужас-ужас. Прямо сейчас никто не вымирает.
Как получить полимеры? Ведь это не так просто». В такой ситуации рвение, с которым эволюционисты ухватились за этот опыт, лучше всего демонстрирует их безысходность. А в марте 1998 года журнал «National Geographic» опубликовал статью под заголовком «Возникновение жизни на Земле», в которой говорилось: «Сегодня многие ученые догадываются, что первичная атмосфера была отличной от того состава, которую выдвигал Миллер и склоняются к мнению, что эта атмосфера, скорее всего, состояла из двуокиси углерода и азота, а не из водорода, метана и аммиака. Что является очень плохой новостью для химиков! При взаимодействии двуокиси углерода и азота количество получаемых органических соединений весьма незначительно. Их концентрацию можно сравнить с каплей пищевого красителя, добавленного в бассейн... Ученым трудно даже представить, как жизнь могла зародиться в таком ненасыщенном «бульоне»? Одним словом, ни опыт Миллера, ни другие эволюционисты не в состоянии ответить на вопрос о происхождении жизни. Все исследования показали, что самовозникновение жизни невозможно, тем самым, подтверждая факт ее сотворения. Другие находки и исследования также показали, что в этот период количество кислорода было намного больше, чем предполагалось. Воздействие ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли было в 10 тысяч раз больше, чем утверждалось эволюционистами. А плотные ультрафиолетовые лучи расщепляют водяной пар и двуокись углерода, образуя кислород. Этот случай делал опыт Миллера, упустившего из вида кислород, недействительным. Если бы в опыте был использован кислород, то метан превратился бы в двуокись углерода и воду, а аммиак — в азот и воду. С другой стороны, в среде, где отсутствует кислород из-за отсутствия озонового слоя , очевидно разрушение аминокислот под воздействием прямых ультрафиолетовых лучей. В конечном счете, присутствие или же отсутствие кислорода в первичной атмосфере Земли является разрушительным фактором для аминокислот. В результате опыта Миллера одновременно образовались и органические кислоты, нарушающие целостность и функции живого организма. Если бы эти аминокислоты не были изолированы, то в результате химической реакции они были бы разрушены или превращены в другие соединения. Плюс ко всему, в результате опыта было получено множество D-аминокислот. Присутствие же этих аминокислот сокрушает теорию эволюции в самой основе. 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.
Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
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. По форме бактериальные клетки подразделяются на: Стафилококки - их скопления похожи на виноградные грозди Диплококки - округлой формы, расположенные попарно Стрептококки - объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга Палочки Вибрионы - изогнутые в виде запятой Спириллы - спирально извитые палочки Спирохеты - сильно извитые до 10-15 витков палочки Размножение бактерий Бактерии, как прокариоты доядерные организмы , не могут делиться митозом, так как основное условие митоза - наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки.
В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии. При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии - видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри. Бактериальные инфекции Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека.
Стафилококки Золотистый стафилококк — возбудитель множества гнойных инфекций. Палочки Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы. Клостридии Clostridium botulinum — возбудитель ботулизма. Clostridium tetani столбнячная палочка — возбудитель столбняка. Не окрашиваются по методу Грама Менингококки Neisseria meningitidis — возбудитель менингита. Палочки Escherichia coli кишечная палочка — кишечный симбионт человека, сальмонеллы — возбудители сальмонеллёза, Rhizobium клубеньковые бактерии — симбионты корней бобовых растений, способные усваивать атмосферный азот. Вибрионы Спириллы Спирилла — обитатель пресных и соленых водоемов. Помимо основной ДНК хромосомы бактерии обычно содержат большое количество очень маленьких кольцевых молекул ДНК длиной несколько тысяч пар, так называемых плазмид, участвующих в обмене генетическим материалом между бактериями.
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. Бактерия поглощает продукты жизнедеятельности археи, тем самым облегчая ей рост, и при этом питается сама. Отсюда один или, может быть, несколько шагов до появления эукариот. На этом примере мы видим только кооперацию. Возможно, изначально в природе между этими клетками конкуренция и была, но мы просто не видим ее следы. 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.
В общем, обсуждать эволюцию форм у бактерий — весьма неблагодарное занятие вследствие крайней бедности этих самых форм. И только актинобактерии с цианобактериями вносят хоть какое-то дополнительное разнообразие в это «царство шариков и палочек». Но самое главное не это. А то, что бактерии по крайней мере, некоторые морфологически никак не изменились за 2—3 млрд. Вот что по этому поводу сказал академик РАН Георгий Александрович Заварзин в своем докладе:[177] Палеонтологически время появления цианобактерий, морфологически сходных с современными, относят к 2,7 млрд. Эти цианобактерии можно определить по современным определителям. Таким образом, цианобактерии представляют персистентную группу и если оценивать эволюцию по численности особей биомассе и устойчивости, то они представляют вершину прогрессивной эволюции. А вот что Г. Заварзин написал по поводу целых бактериальных сообществ Заварзин, 2001 : … Поверхность строматолита возраст 2. Более того, микропалеонтологи утверждают, что микрофоссилии цианобактерий, возраст которых более 2 млрд. Не происходило ни изменений, ни эволюции, выходящей за рамки изменчивости, приуроченной к местообитаниям. Следовательно, изучая современные циано-бактериальные сообщества можно составить представление о микробной биосфере протерозоя… То есть, мало того, что цианобактерии никак не изменялись на протяжении практически всей истории жизни на Земле. Так они не изменялись еще и целыми бактериальными сообществами. Помимо поразительных фактов, приведенных академиком Заварзиным, совсем новая научная публикация Schopf et al. Из этой публикации мы узнаем, что окаменевшие сообщества древнейших серобактерий возрастом 1. А во-вторых, эти же древнейшие бактериальные сообщества оказались идентичны сообществам современных серобактерий, открытых у побережья Южной Америки в 2007 году Schopf et al. Со стороны верующих дарвинистов это весьма зажигательно — доказывать эволюцию живых существ на примере таких биологических созданий, которые вообще не изменялись на протяжении 2 млрд. Кроме этого, имеются и другие серьезные особенности бактерий, которые наводят на размышления — а корректно ли вообще рассматривать примеры с «эволюцией бактерий» в качестве аналогии эволюции любых других живых существ? Прежде всего, бактерии радикальным образом отличаются от эукариот[179] строением своих клеток. Бактерии устроены гораздо проще и имеют массу отличий от эукариотических клеток, как биохимически, так и морфологически Рис. Слева схематичное строение бактериальной клетки. 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.