Другие микроорганизмы — и археи, и бактерии — могут использовать водород для восстановления сульфата или серы, в результате чего образуется сероводород. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина. 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).
Ускоренная эволюция бактерий происходила 3 млрд лет назад
Исходя из концепции химической эволюции, рассмотрены возможные этапы появления бактерий, отмечены положительные стороны теории и ее недостатки. Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости.
Презентация, доклад на тему Методы эволюционной биологии: исследование эволюции бактерий
| Почерневшие бабочки, неуязвимые бактерии. Эволюция в наши дни и как ее «увидеть» — Нож | MOGZ ответил. Қaзaқ тілі мен әдебиеті Т2» пәнінен 3-тоқсaн бойыншa тоқсандық жиынтық 1) Какое из представленнах множеств является перссечением множества. |
| Прокариоты на сайте Игоря Гаршина. Доядерные одноклеточные микроорганизмы | Некоторые бактерии, выращиваемые в лаборатории, получили способность использовать цитрат как энергетический ресурс. |
| Эволюция микроорганизмов - молекулярная филогенетика | Клетка археи, поглотившая бактерию и ставшая затем эукариотной клеткой, получила много преимуществ с точки зрения эффективности метаболизма, устойчивости, выживаемости. |
Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции
| Вход и регистрация | Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполого размножения, что означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. |
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | С этой точки зрения, они взяли одну из широко распространенных моделей, так что никаких претензий. |
| Бактерии эволюционировали в лаборатории? | Объясните с точки зрения эволюционного учения Дарвина, как смертельный рак может превратиться в несмертельный. |
| Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции | Онтонио Веселко. какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. |
Продолжается ли эволюция?
- Вирусы как эволюционный фактор
- Эволюция бактерий - Evolution of bacteria
- какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции -
- Знятие 1. Введение в биологию | VK
Бактерии эволюционировали в лаборатории?
| Бактерии – доядерные организмы — что это, определение и ответ | 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. |
| Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле | Как называется состояние зрения, при котором человек лучше видит предметы на удалении. |
| Вход и регистрация | MOGZ ответил. Қaзaқ тілі мен әдебиеті Т2» пәнінен 3-тоқсaн бойыншa тоқсандық жиынтық 1) Какое из представленнах множеств является перссечением множества. |
Прокариоты (доядерные одноклеточные)
Тело первых бактерий имело примитивное строение. Со временем структура микроорганизмов усложнилась, но и сейчас они являются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Бактерии являются не только редуцентами, но и продуцентами (создателями) органического вещества, которое может быть использовано другими организмами. Эволюционное учение. Бактерии (греч. bakterion — палочка) — царство прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных или колониальных. Из перечисленных признаков, общим для клеток растений и животных является а) наличие. Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами.
Концепции происхождения и развития микроорганизмов
Цитоплазматическая мембрана и ее производные Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки. Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками. Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки. Это приводит к тому, что мембрана часто образует многочисленные инвагинации впячивания различной формы — мезосомы. Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы. Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул пузырьков , более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки.
Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры , обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза. Цитоплазма и цитоплазматические включения Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. В цитоплазме различают: цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма; структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид. Рибосомы Рибосомы свободно лежат в цитоплазме и не связаны с мембранами как у эукариот. Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S. Рибосомы бактериальных клеток собраны в полисомы, образованные десятками рибосом. Цитоплазматические включения Бактериальные клетки могут иметь разнообразные цитоплазматические включения — газовые вакуоли, пузырьки, содержащие бактериохлорофилл, полисахариды , отложения серы и другие. Нуклеоид Бактерии не имеют структурно оформленного ядра.
Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом.
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]. Они являются единственной усваиваемой формой азота для многих растений, которые сами не могут фиксировать азот.
Множество бактерий обнаруживается на поверхности и внутри семян [176]. Патогены[ править править код ] Раскрашенное изображение клеток Salmonella typhimurium красные в культуре клеток человека, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии Бактерии, паразитирующие на других организмах, называют патогенами. Патогенные бактерии являются причиной множества человеческих смертей и вызывают такие инфекции, как столбняк , брюшной тиф , дифтерия , сифилис , холера , пищевые отравления , проказа и туберкулёз.
Ими был в корне изменен состав атмосферы, который значительно приблизился к геологическая работа по образованию многих осадочных горных пород и руд, накоплено много органического вещества. Рассмотрим подробнее роль бактерий в образовании почвы Почва — сложный субстрат и точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней, довольно, трудно.
Количественные и качественные изменения микрофлоры связаны с питательным режимом почвы и с условиями питания растений. Определение микробиологических процессов, оказывающих существенное влияние на содержание отдельных питательных элементов в почве, является важной задачей, решение которой обусловливает повышение почвенного плодородия и эффективности удобрения. Органические остатки в агроэкосистемах это, в основном, пожнивные остатки служат субстратом и главным источником энергии для почвенной микрофлоры. От их количества и химического состава зависит характер и интенсивность микробиологических процессов в почве. Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота.
Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты.
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. Как правило, плазмиды имеют в составе гены устойчивости к антибиотикам и ионам тяжелых металлов. Поскольку плазмидная ДНК значительно меньше хромосомной, ее довольно легко выделить в чистом виде для дальнейшего использования в создании рекомбинантных ДНК.
Бактерии (5–7 кл.)
Бактерии, микроорганизмы с прокариотным типом строения клетки: генетический аппарат у них не заключён в обособленное мембраной клеточное ядро. Сервис вопросов и ответов по учебе для школьников и студентов Студворк №1009166. Ответил 1 человек на вопрос: Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции. Вместе с тем плазмидные элементы придают бактериям ряд свойств, представляющх большой интерес, с точки зрения инфекционной патологии.
Вход и регистрация
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. Бактерии — микроорганизмы, клетки которых не содержат ядра (прокариоты). Правильный ответ на вопрос«Какими организмами являются бактерии с точки зрения эволюции » по предмету Биология.
Физиология бактерий
- Старое новыми словами
- Основные аспекты теории эволюции микроорганизмов
- Публикации
- БАКТЕРИИ | Энциклопедия Кругосвет
- Эволюция всего: как развиваются бактерии, вирусы и люди — T&P
Остались вопросы?
Что это за структуры? Или бактерии, но окаменевшие совсем в другое время? Чаще всего исследователи ископаемой летописи не могут с уверенностью ответить на эти вопросы. Другой путь не менее скользкий имеет дело с реальными свидетелями тех непостижимых времен. Эти свидетели — гены живущих ныне организмов. В генах отпечаталась история нашей планеты, так как они изменялись по мере планетарной эволюции, по ходу климатических нововведений, приспосабливаясь сами и приспосабливая своих носителей к текущим обстановкам. Поэтому, прослеживая ход изменений генов, ответственных за то или иное свойство организмов, можно реконструировать изменение во внешней среде, связанное с этим свойством. Например, этот подход помог ученым реконструировать палеотемпературы Земли см. Этот подход во многом основан на статистических приближениях и вероятностных оценках, поэтому идеологически он не слишком близок палеонтологам, привыкшим иметь дело с фактами. Однако именно он в условиях чрезвычайно скудных фактических данных по ископаемым объектам дает впечатляющие результаты.
К таким результатам относится и работа Лоренса Дэвида Lawrence A. David и Эрика Альма Eric J. Alm из Массачусетского технологического института MIT. Будучи специалистами в области биоинформатики, они смогли обрисовать динамику разнообразия генов в ходе земной эволюции. Иными словами, они оценили общее разнообразие генов, темпы их появления и элиминации, а также интенсивность горизонтальных переносов и дупликаций, то есть все те процессы, из которых складывается эволюция генов. Естественно, в этой обобщенной картине учитывались не каждая нуклеотидная замена и не каждый ген, пришлось работать широкими эволюционными мазками: обсчитывались не отдельные гены, а семейства генов. При этом все уникальные семейства генов вообще не принимались во внимание, так как их не с чем сравнить. Однако результат того стоил. Динамика темпов обновления семейств генов.
Мы видим изменения скоростей появления, элиминации, дупликации и горизонтального переноса. Самые бурные события происходили в период 3,3—2,85 млрд лет назад это средний архей , который на графике затонирован серым цветом. График из обсуждаемой статьи в Nature Справа на графике рис. Мы видим, что в истории земной жизни был особый период, когда скорость появления новых генных семейств резко возросла; вслед за этим резко возросла и скорость выпадения генных семейств. Этот период приходится на средний—верхний архей — 3,3—2,85 млрд лет назад. Авторы назвали его «Архейская экспансия генов». После события Архейской экспансии к середине протерозоя появление новых семейств стало совсем незначительным. Когда период бурных инноваций закончился, постепенно всё большее значение стала приобретать дупликация генов; темпы этого процесса постепенно увеличиваются даже и в современности.
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. Конечно, это не единственный класс фенотипических признаков микроорганизмов, однако такой метаболический «портрет» всегда определяет стиль жизни микробов и вносит весомый вклад в их общую приспособленность. Сейчас для исследования метаболических предпочтений бактерий совсем не обязательно выращивать их в лаборатории на всевозможных субстратах. Имея только геномные данные, можно довольно точно предсказать метаболический фенотип микроорганизма исключительно in silico. Так, для более чем 300 филогенетически очень разнообразных видов бактерий недавно построили полные модели метаболизма , опираясь только на последовательности геномов [2]. Для каждого вида определили спектр углеродных субстратов из 62 возможных , которые он может использовать для синтеза биомассы или производства АТФ — двух основных метаболических целей бактерий. На данный момент это, пожалуй, самое масштабное исследование фенотипической эволюции микроорганизмов и фенотипической эволюции вообще. Что же мы теперь знаем?
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. Систематика Официально принятой классификации бактерий нет. Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков. Более совершенная филогенетическая естественная классификация объединяет родственные формы, исходя из общности их происхождения. Такой подход стал возможным после выбора в качестве универсального маркера гена 16S рРНК и появления методов определения и сравнения нуклеотидных последовательностей. Ген, кодирующий 16S рРНК входит в состав малой субчастицы прокариотической рибосомы , присутствует у всех прокариот, характеризуется высокой степенью консервативности нуклеотидной последовательности, функциональной стабильностью. Наиболее употребимой является классификация, публикуемая в периодическом издании определителя Берджи Бэрджи; Берги. По одной из существующих систем организмов, бактерии вместе с археями составляют парафилетическую группу организмов. Многие исследователи рассматривают их как домен или надцарство , наряду с доменами или надцарствами архей и эукариот. В пределах домена наиболее крупными таксонами бактерий являются следующие типы: протеобактерии , включающие 6 классов и 43 порядка; актинобактерии 1 класс и 10 порядков и фирмикуты 6 классов и 9 порядков по данным на 2022. Кроме того, выделяются таксономические категории более низкого ранга: семейства, роды, виды и подвиды. Описано не более 5 тыс. Значение бактерий Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд лет назад в архее.
Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая. Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций. Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода. Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается. Вот вы можете походить по комнате с пылесосом и засосать воздух, а потом с помощью современных машинок выделить из пыли все ДНК и определить так называемый метагеном комнаты. Метагеном — это набор генов всех организмов, которые присутствовали в анализируемом образце. И в нем вы обнаружите огромное количество генетических следов разнообразных неизвестных бактерий. Если речь идет о метагеноме кишечника, то вы можете найти корреляции между какими-то кусками этих генетических текстов и какими-то свойствами человека — например, продолжительностью его жизни или какими-то патологиями. Это важно для диагностики и персональной медицины ближайшего будущего, например для разработки правильной диеты. Диета оказывает огромное влияние на что угодно. Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями. Есть такая замечательная вещь, как пересаживание кала, — этот метод в США прошел клиническое испытание на людях и уже используется. Оказывается, лучший способ похудеть — это пересадить себе какашку худого человека, которая, как известно, в основном состоит из его бактерий. В дальнейшем можно будет на своей странице в соцсетях выставлять не только геном, но и метагеном.
Этапы эволюции микроорганизмов кратко
Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений называется энергетическим обменом, или диссимиляцией. Запас органических веществ, расходуемых в процессе диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при использовании энергии света у растений. Приток органических веществ необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки.
Энергетический обмен в клетке Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами фотонами , поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными животные клетки , получают энергию из различных питательных веществ углеводов, жиров и белков , синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха то есть окисления в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О.
Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к получению химической энергии АТФ. Большинство клеток использует в первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза у растений Гликоген у животных. Жиры составляют Упервый резервФ и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании. Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый из них — подготовительный.
На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды крахмал, гликоген — на моносахариды глюкозу , жиры — на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. Примером может служить ферментативное окисление глюкозы гликолиз , которая является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных бескислородных условиях до пировиноградной кислоты ПВК , а затем до молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки. При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна.
В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение при списании молока, образовании сметаны, кефира и т. При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ. Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны.
Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы — носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на УзарядкуФ АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов.
Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией молекул АТФ. Пластический обмен. Ассимиляция По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света фотосинтез или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений хемосинтез. К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии.
Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл. Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения. В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте. Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл.
Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты. Темновая фаза : фотосинтеза связана с использованием макроэргических веществ АТФ, НАДФ Х Н и некоторых других для синтеза различных органических соединений главным образом углеводов. Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез. Способность синтезировать органические вещества из неорганических свойственна также некоторым видам бактерий, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток.. Бактерии используют для синтеза энергию химических реакций.
Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называют хемосинтезом. Из хемосинтетиков важны азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Источником энергии у одной группы этих бактерий служит реакция окисления аммиака в азотистую кислоту; другая группа использует энергию, выделяющуюся при окислении азотистой кислоты в азотную. Хемосинтетиками являются железобактерии и серобактерии. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты. Роль хемосинтетиков очень велика, особенно азотфиксирующих бактерий.
Они имеют важное значение для повышения урожайности, так как в результате жизнедеятельности этих бактерий азот, находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак ,который хорошо ими усваивается. Приспособленность организмов и ее относительность Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут. Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. В это понятие входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым имифункциям. Например, совершенны приспособления стрижа к полету, а дятла — к жизни в лесу.
Характер их приспособлений к жизни в своеобразной среде различен. Стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв. Дятел добывает из-под коры личинок насекомых: у него крепкий длинный клюв и длинный язык. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров. Приспособительное многообразие — доказательство изменчивости. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности.
Некоторые животные наделены ярким узором окраска у зебры, тигра, жирафа, змей и т. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и тоже делает животных менее заметными. Маскировка — приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки. Насекомых, живущих на коре дерева жуки, усачи и др. Мимикрия — подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида или предметам среды. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т.
Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия — результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование. Предупреждающая угрожающая окраска. Некоторые виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников.
Приспособления к экстремальным условиям существования. Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев и др. Чем более жесткие и более определенные требования предъявляет среда, тем более сходные адаптации конвергенция развиваются у организмов, зачастую очень далеких друг от друга. Генотипы организмов, имеющих много общего в строении, при этом сильно отличаются. Например, передвижение в водной среде вызывает сходство в строении тела у пингвинов и тюленей, а также рыб и дельфинов, которые относятся к разным классам позвоночных. Широкое распространение конвергентного сходства между не родственными формами есть прямое следствие дивергентного развития большинства естественных групп в пределах сходных местообитаний.
Любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Следовательно, приспособленность носит относительный характер. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. У многих животных имеются рудиментарные органы, то есть органы, утратившие свое приспособительное значение. В частности, рудиментарны пальцы у копытных и на задней конечности кита. Наличие рудиментов служит примером относительной целесообразности. Относительность приспособленности обеспечивает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у данного вида адаптаций, то есть бесконечность эволюционного процесса.
У первых, называемых аутотрофными зеленые растения , СО2 и Н2Опревращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносахаридов: Крахмал у растений ,Гликоген у животных. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров. Этапы энергетического обмена Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа: Первый этап : - расщепление органических вещ-в в пищеварительной системе до промежуточных продуктов распада. Глюкоза под воздействием ферментов расщипляется до двух молекул С3Н6О3 С свыделением энергии. Третий этап: кислородное расщепление в митохондриях На кислородном этапе: с внутренней стороны мембраны крист находятся молекулы переносчики. Электрон подхватывается молекулами переносчиками и перетаскивается с одной молекулы на другую окисление , при этом он теряет энергию.
Этот процесс называется окислительное фосфорилирование. В конце цепи переносчиков стоит кислород он является акцептором. Анионы накапливаются с внутренней стороны мембраны , ионы с наружной стороны. Когда разность потенциалов между ними достигнет критического уровня ион через ферментативный канал проходит на внутреннею сторону мембраны. В итоге на кислородном этапе образуется 36 АТФ. Многие сторонники учения о постоянстве и неизменяемости видов считали, что каждая порода, каждый сорт произошли от отдельного дикого вида. В книгах УПроисхождение видовФ и УИзменения домашних животных и культурных растенийФ Дарвин подробно описал многообразие пород домашних животных и проанализировал их происхождение.
Он отмечает, что человек сам создал многообразие пород и сортов культурных растений путем искусственного отбора, то есть изменения в разных направлениях одного или нескольких родоначальных диких видов. Особенно подробно Дарвин исследовал происхождение пород домашнего голубя. Несмотря на большие различия, породы домашних голубей имеют очень важные общие признаки. Все домашние голуби — общественные птицы, гнездятся на зданиях, а не на деревьях, как дикие. Голуби разных пород легко скрещиваются и дают плодовитое потомство. При скрещивании особей, принадлежащих к разным породам, Дарвин получил потомство, по окраске удивительно сходное с диким скалистым голубем. Таким образом, было показано, что в процессе одомашнивания человек может добиться больших изменений у растений и животных.
Ученый сделал вывод, что все породы домашних голубей произошли от одного вида — дикого сизого скалистого голубя, обитающего на крутых утесах Средиземноморского побережья и севернее, до Англии и Норвегии. Обыкновенный сизый голубь похож на него окраской оперения. Дарвин различает два вида искусственного отбора — методический сознательный и бессознательный. Бессознательный отбор — это отбор, направленный на улучшение породы или сорта, когда не ставится задача вывести совершенно новый сорт или породу. Например, хозяйка использует на мясо плохих несушек, а яйценоских кур оставляет, то есть идет частичная выбраковка. Методический отбор заключается в научной разработке всей селекционной работы. Используя этот метод, селекционер, как скульптор, лепит новые органические формы по заранее продуманному плану.
Искусственный отбор протекает успешнее, по мнению Дарвина, в крупных хозяйствах: среди большого количества особей больше и наследственного материала, следовательно, возможности отбора и выбраковки расширяются. Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых сортов и пород, то есть никогда ранее не существовавших органических форм с признаками и свойствами, сформированными самим человеком, поэтому он является главной движущей силой в образовании новых пород животных и растений, приспособленных к интересам человека. Учение об искусственном отборе теоретически обобщило тысячелетнюю практику человека по созданию пород домашних животных и сортов культурных растений и стало одной из основ современной селекции. Естественный отбор Великая заслуга Ч. Дарвина состоит в открытии роли отбора как направляющего и движущего фактора эволюционного процесса. Благодаря мутационному процессу, колебанию численности и изоляции возникает генетическая неоднородность внутри вида. Дарвин считал, что благодаря естественному отбору осуществляется процесс сохранения и преимущественного размножения организмов, которые обладают признаками, наиболее полезными в данных условиях окружающей среды.
Естественный отбор — результат борьбы за существование, под которой понимают отклонения особей внутри видов, между видами, а также влияние природно-климатических факторов. Биосинтез белка Информационная РНК, несущая сведения о первичной структуре белковых молекул, синтезируется в ядре. Пройдя через поры ядерной оболочки, и-РНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации — перевод ее с УязыкаФ нуклеотидов на УязыкФ аминокислот. Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными т-РНК. Такая последовательность нуклеотидов в структуре т-РНК называется антикодоном. В этом состоит первый этап синтеза. Для того чтобы аминокислота включилась в цепь белка, она должна оторваться от т-РНК.
Такой перевод происходит на рибосоме. Третий этап синтеза белка заключается в том, что фермент синтетаза присоединяет оторвавшуюся от т-РНК аминокислоту к растущей белковой молекуле. Информационная РНК непрерывно скользит по рибосоме, каждый триплет сначала попадает в первый участок, где узнается антикодоном т-РНК, затем на второй участок. Сюда же переходит т-РНК с присоединенной к ней аминокислотой, здесь аминокислоты отрываются от т-РНК и соединяются друг с другом в той последовательности, в которой триплеты следуют один за другим. Когда на рибосоме в первом участке оказывается один из трех триплетов, являющихся знаками препинания между генами, это означает, что синтез белка завершен. Готовая цепь белка отходит от рибосомы. Процесс синтеза белковой молекулы требует больших затрат энергии.
Для увеличения производства белков и-РНК часто одновременно проходит не через одну, а через несколько рибосом последовательно. Такую структуру, объединенную одной молекулой и-РНК, называют полисомой. На каждой рибосоме в таком, похожем на нитку бус, конвейере последовательно синтезируются несколько молекул одинаковых белков. Синтез белка на рибосомах носит название трансляции.
Герасименко [и др. Заварзин Г. Введение в природоведческую микробиологию. Татаринова, А. Звягинцев И. Крылов И.
На заре жизни. Кусакин О. Филема органического мира. Лысенко С. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки: пер. Марков А. Опарин А. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. Розанов А.
Сергеев В. Сорохтин О. Глобальная эволюция Земли. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Фокс С. Молекулярная эволюция и возникновение жизни: пер. Яковлев Г. Ботаника: учебник для вузов. Bonner J. Brasier [et al.
Bridgwater [et al. Brocks [et al. Dolan [et al. Hoover R. Hoover, editor. Kellogg [et al. Methanopyrus kandleri, gen. Kurr [et al. Martins [et al. McKay [et al.
Nisbet E. Rasmussen [et al. Rhawn J. Rossi [et al. Sand W. Schopf J. Shu [et al. Stetter K. Vellai T. Walsh M.
Wainwright [et al. Westall [et al. Whitman W. Woese C. Astafeva M. Iskopaemye bakterii i drugie mikroorganizmy v zemnykh porodakh i astromate-rialakh [Fossil bacteria and other microorganisms in ground terrestrial rock and astromaterial]. Rozanov A. Gerasimenko L. Paleontological Journal 1999; 33 4 :439-459. Zavarzin G.
Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk 2001; 71 11 :988—1001. Vvedenie v prirodovedcheskuyu mikrobiologiyu [Introduction to the natural history microbiology]. Moscow: Universitet; 2001. Osobennosti evolyutsii prokariot. V knige: L. Tatarinov, A. Rasnitsyn red. Evolyutsiya i biotsenoticheskie krizisy [The features of prokaryotic evolution. In: Tatarinov L. Evolution and biocenotic crises].
Moscow: Nauka; 1987. Zvyagintsev I. Uspekhi mikrobiologii 1992; 25:3- 27.
Предполагается, что в появлении каких-либо приспособлений имеет место горизонтальный перенос генов — передача генетического материала от одного организма к другому, не являющемуся его потомком. В частности, горизонтальный перенос способствует распространению у бактерий устойчивости к антибиотикам, поскольку «гены устойчивости», появившись у одной бактерии, могут быстро передаваться другим видам. Благодаря своей способности преобразовывать перегной и гумус в безвредные неорганические вещества они незаменимы в круговороте веществ на планете. Также бактерии выполняют почвообразовательную функцию. Видео по теме Обратите внимание В благоприятных условиях бактерии распространяются очень быстро.
Горло прошло через день, зачем травиться? Что случилось? Колесико провернулось на одно деление. Следующий человек, который заразился этой же бактерией, принимал антибиотик уже два дня, следующему пришлось принимать уже недельный курс — и т. О наличии бактерий, устойчивых к пенициллину, было известно еще до того, как он начал широко применяться в клинической практике во время Второй мировой войны. Уже Флеминг понимал, что «человек, который бездумно играет с пенициллином, будет морально ответственным за смерть того, кто умрет от пенициллин-устойчивой инфекции», потому что его нечем будет лечить. Чего не надо делать? По мысли Флеминга, «не надо использовать пенициллин без установленного диагноза, в недостаточных дозах, в течение малого времени, потому что это именно те условия, в которых вырабатывается устойчивость». И это ровно то, что мы радостно делали все 60 лет после изобретения пенициллина. У нас есть косметика с малыми дозами антибиотиков. Антибиотики свободно продаются в аптеках и используются в животноводстве и птицеводстве. На фермах патогены встречаются с почвенными бактериями. Химическая война в почве происходила всегда, но раньше патогены никогда не встречались с антибиотиками, у них не было этого фактора отбора. Теперь же в результате горизонтального переноса генов, когда один вид бактерий может получить ДНК другого, получился биореактор — ровно те условия, которые нужны, чтобы вырастить лекарственно-устойчивый штамм. В результате растет доля заболеваний, вызванных такими бактериями. У этого явления есть и экономическое следствие: разработка антибиотиков становится невыгодной. Затраты на их разработку колоссальные, а время жизни антибиотиков, когда они действительно работают и когда их покупают, не очень большое. В результате количество новых антибиотиков, введенных в клиническую практику, уменьшается год от года. В 1990 году фармкомпаний, которые занимались антибиотиками, было 18, в 2011 году их было уже только четыре. Сегодня существуют штаммы бактерий, обладающие множественной лекарственной устойчивостью. Терапия как у Антона Павловича Чехова — кумыс и свежий воздух. Дело в том, что классический советский, а теперь и российский курс лечения туберкулеза очень длительный. В России много тюрем и колоний, человек попадает в одну из них, там у него диагностируют заболевание и начинают лечить. Не долечившись, человек выходит на свободу, и у него ни денег нет, ни желания тратить их на лекарства. В результате у нас куча недолеченных людей, тот же самый биореактор, что и в опытах. И это все — классическая эволюция, описанная Дарвином еще 150 лет назад в книге «Происхождение видов», без всяких современных надстроек. Рак как эволюционный процесс Рак на самом деле тоже эволюционная болезнь. Каждая опухоль неоднородна, разные клоны раковых клеток соревнуются за ресурс, которым является организм человека, заболевшего раком. В разных клонах происходят разные мутации, и быстрее всего делящийся клон становится большинством в опухоли. Это описывается классическими эволюционными построениями. Можно сравнить картинку из обзора 1965 года просто про отбор и изображение из обзора 2006 года про отбор в раке.
Вход и регистрация
Сейчас генетики считают, что большая часть генетического аппарата содержит информацию об изменения окружающей среды. Вполне вероятно, что «запись» такой информации осуществляется с помощью вирусов. Так как вирусы, бактерии и археи составляют основу биосферы, ее, фактически, среду обитания, то адаптация всех высших организмов фактически связана с первичной адаптации микроорганизмов. Как выше было сказано, на сегодня описаны более 6 тысяч видов вирусов, которые относят к патогенным или паразитарным. Совершенно очевидно, что вирусы так называемые — патогенные играют видную роль в естественном отборе вместе с иными патогенными микроорганизмами. Патогенные микроорганизмы убирают из биосферы неустойчивые в данных конкретных условиях окружающей среды живые организмы то есть организмы с пониженным иммунитетом, в том числе стареющие. Организмы с хорошим иммунитетом не только выживают, но и изменяют сами вирусы.
То есть идет взаимное совершенствование.
Считается, что биомасса бактерий и архей на Земле сравнима с биомассой всех остальных живых существ: они точно не уступают другим организмам по своей многочисленности, а возможно, и превосходят их. Бактерии и археи присутствуют практически повсюду: в воде, почве, осадках водоемов, глубоко под землей, под дном океана, в горячих источниках и в вечной мерзлоте. Как это произошло? Их долгое время называли сине-зелеными водорослями, потому что они выглядят как одноклеточные водоросли, но на самом деле это прокариоты, ведь у них нет ядра. В ходе этого процесса образуется свободный кислород и, как результат, кислородная атмосфера. Запасание энергии в процессе дыхания происходит при переносе электронов по цепочке белков-переносчиков.
Акцепторами электронов при дыхании прокариот могут быть и кислород, и другие окислители. 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. Бактерии практически всеядны. За миллиарды лет эволюции они научились питаться светом, нефтью, газом, антибиотиками и даже пластиком. Такой пробел в знаниях как-то отразился на теории эволюции Чарлза Дарвина? Учитывалась ли как-то роль микроорганизмов при создании этой теории?
Сейчас существует три вида ландышей, сохранившихся в Европе, Закавказье и на Дальнем Востоке. Как называется такой способ видообразования? Какое климатическое событие привело к дивергенции ландышей? Как происходило видообразование? Ответ 2 оледенение в Северном полушарии образование ледника ; 3 в изолированных популяциях накапливались разные мутации; 4 в разных ареалах условиях среды действовали разные факторы; 5 произошла репродуктивная изоляция.
Лемуровые — семейство древесных теплолюбивых млекопитающих из отряда Приматы. Ископаемые остатки предков лемуров были найдены на разных континентах, но в настоящее время лемуры являются эндемиками Мадагаскара острова у юго-восточного побережья Африки. Чем может объясняться сохранение этих животных на Мадагаскаре и вымирание в других регионах? Какие факторы эволюции способствовали дивергентному видообразованию лемуров в условиях Мадагаскара? Ответ 1 Мадагаскар отделен от континентов фауна острова изолирована ; 2 на Мадагаскаре лемуры не имели конкурентов со схожими экологическими нишами; 3 на остальных территориях лемуры были вытеснены другими древесными млекопитающими другими приматами ; Факторы эволюции: 5 мутации ИЛИ наследственная изменчивость; 6 популяционные волны; 7 дрейф генов. Закон Харди-Вайнберга гласит: при определённых условиях относительные частоты аллелей в популяции остаются неизменными из поколения в поколение. Закон справедлив, если соблюдается ряд условий. Какие это условия? Ответ 2 в популяции осуществляется свободное скрещивание панмиксия ; 3 отсутствует естественный отбор; 4 не возникает новых мутаций; 5 нет миграции в популяцию или из популяции. У двух видов мохноногих хомячков ареалы не перекрываются: джунгарский хомячок живет в Западной Сибири и на севере Казахстана, а хомячок Кэмпбелла обитает на территории Забайкальского края, Бурятии, Монголии, Северного Китая.
Если в лабораторных условиях пытаться скрестить особей разных видов, то в большинстве случаев наблюдается рождение стерильного потомства или гибель беременных самок из-за крупных размеров эмбрионов. Какие две формы изоляции описаны для этих видов хомячков? Какое значение имеет изоляция как фактор микроэволюции? Ответ 1 географическая изоляция неперекрывающиеся ареалы ; 2 репродуктивная изоляция невозможность формирования плодовитого потомства ; 3 изолированные популяции виды накапливают различия в генофондах; 4 в условиях изоляции затрудняется обмен генами между популяциями ИЛИ в условиях изоляции сохраняется специфичность генофонда популяций видов ; 5 изоляция способствует видообразованию. Рассмотрите схемы процессов видообразования А и Б. На какой схеме отражено экологическое симпатрическое видообразование? Ответ 1 А — экологическое симпатрическое видообразование; 2 в пределах исходного ареала сформировались разные экологические условия ИЛИ в пределах исходного ареала особями осваивались новые разные экологические ниши; 3 возникает экологическая изоляция; 4 обмен генов становится невозможным или затрудняется; 5 происходит накопление мутаций в каждой экологически изолированной группе особей; 6 возникает репродуктивная изоляция особи из разных экологических групп теряют способность скрещиваться ; 7 образуются новые виды. Почему у соседних подвидов P. Ответ 2 из-за отсутствия преград соседние подвиды могут мигрировать осуществляется поток генов ; 3 в результате между подвидами не накапливаются значимые генетические различия не отличается генофонд подвидов ; 4 отсутствует репродуктивная изоляция. Почему у соседних подвидов E.
На рисунках продемонстрированы основные пути, ведущие к появлению новых видов: дивергентный, филетический, гибридогенный. Установите соответствие между основными путями и рисунками 1-3. Дайте характеристику каждого из путей. Ответ 1 1 - филетический путь филогенез ; 2 преобразование одного вида в другой вида А в вид В ; 3 2 - гибридогенный путь; 4 скрещивание слияние двух видов видов А и В и образование нового вида вида С ; 5 3 - дивергентный путь; 6 разделение одного вида вида А на два виды А и В. Какой способ видообразования изображён на рисунке? Объясните, какие факторы эволюции этому способствовали. Ответ 1 географическое видообразование связано с расселением исходного вида на новые территории, расчленением исходного ареала непреодолимыми преградами; 2 в изолированных популяциях накапливались новые мутации; 3 в результате естественного отбора сохранились особи с новыми признаками; 4 прекращение скрещивания между особями различных популяций привело к репродуктивной изоляции, изменению генофонда популяций и образованию новых видов. Пользуясь рисунком, определите способ изоляции, который привёл к появлению трёх родственных подвидов большой синицы и объясните его последствия. К какому результату эволюции может привести их репродуктивная изоляция? Ответ 2 репродуктивная изоляция может привести к образованию трех родственных видов синиц; 3 в результате изоляции прекращается скрещивание между особями разных популяций, обмен генами и накапливаются отличия.
На острове Святого Фомы обнаружено два вида безногих амфибий — кольчатых червяг, обитающих во влажной рыхлой почве.
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. Они могут передвигаться на метеоритных телах или на частицах космической пыли, несущихся с огромной скоростью в безграничной пустоте Вселенной. Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 1357; Популярные статьи: Века вооружений.
История доспехов. Современное оружие Археология. Датировка по древесным кольцам Ядерная энергия. Типы ядерных реакторов. Опасные отходы Основы геометрии. Линии и углы. Треугольники Поезда.
Современные железнодорожные технологии Узлы и агрегаты автомобиля. Четырехтактный цикл работы двигателя Поиск по сайту:.
Настоящее разнообразие жизни: что умеют бактерии
Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или за счет волнообразных сокращений. 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.
Современная теория эволюции существенно продвинулась вперед и называется теперь синтетической, поскольку кроме идей великого британского ученого включает в себя множество других, а также оперирует данными молекулярной биологии, филогенетики и т. Противники эволюционного учения, а точнее те, кто плохо знаком с ним в его нынешнем состоянии, любят порассуждать о том, что так и не были найдены ни переходные формы, ни другие убедительные доказательства существования эволюции. Это, конечно же, неправда, в чем легко убедиться, прочитав статью Зои Черновой о том, как и в каких формах можно наблюдать эволюцию в наши дни. Поделиться Репостнуть Твитнуть Немного терминологии Прежде чем разбираться в том, где, как и почему идет эволюционный процесс, неплохо бы разобраться в том, что именно мы называем эволюцией.
То, что не всё предложенное Дарвином укладывается в реальность, стало понятно давно. А потому на смену теории эволюции пришла синтетическая теория эволюции СТЭ , которая объединяет всё, что наука знает об этом процессе. Разработали ее в начале XX века, и за годы своего существования она видоизменилась, впитав еще больше новых фактов и данных. Основные положения СТЭ довольно просты. Во-первых, согласно СТЭ, материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации и их комбинации. Именно мутации служат основным топливом для эволюционной топки, и чем больше их разнообразие, тем быстрее пойдет сам процесс.
Во-вторых, основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор — процесс, в результате которого особи с более благоприятными с точки зрения окружающей среды мутациями имеют больше шансов на передачу своих генов будущим поколениям. Чарлз Дарвин в дневнике отмечал : «Всякий раз, когда я вижу перо из хвоста павлина, мне делается дурно! Дело в том, что эволюция, хоть и не делает ничего «специально», способствует закреплению в популяции именно тех признаков, которые позволяют активнее размножаться а вовсе не выживать, как можно подумать. Это концепция репродуктивного успеха , причем иногда для него важны абсурдные, как может показаться на первый взгляд, признаки — например, огромный павлиний хвост. Да, такой хвост хорошо виден хищнику и за него птицу легче схватить. Однако в то же время хвост сигнализирует самке о здоровье самца и, грубо говоря, о его генах, обеспечивающих это здоровье.
Хвост для павлина равен репродуктивному успеху, но существенно снижает вероятность выживаемости в течение долгого времени. В-третьих, эволюция происходит непрерывно и необратимо. Не существует никаких переходных форм, каждая отдельная особь вида — это и есть переходная форма. Вы — переходная форма между вашими родителями и вашими детьми, и эволюция и изменения идут непрерывным потоком через все поколения. Да, если взять разнесенные во времени виды, то разница будет хорошо заметна, но если временной промежуток мал, изменения могут быть и не очевидны. Это почти как с городским ландшафтом: приехав в город детства через двадцать-тридцать лет, вы увидите, как сильно он изменился.
А вернувшись через пару недель или месяц, вы никаких существенных отличий не увидите — они есть, но еще не накопились в таком количестве, чтобы стать заметными. При этом существует такое явление, как эволюционный стазис , при котором вид не изменяется, причем очень долго, иногда на протяжении миллионов лет. Именно таким способом «дожили» до наших времен ископаемые виды, живые реликты вроде мечехвостов, гинкго билоба и выхухоли. Они не менялись тысячи лет, потому что достигли идеального баланса с окружающей средой. Одной из предполагаемых причин стазиса считается внутривидовое разнообразие. Еще некоторые исследователи отмечают существование хромосомного стазиса на уровне генов, например у птиц.
Но встречаются и генетический, и обычный стазис, мягко говоря, нечасто — большая часть видов возникает, изменяется и исчезает, давая жизнь видам-потомкам. Необратимость в данном случае не означает, что какое-то событие нельзя «откатить» назад. Китообразные вернулись в море, где жили их предки, — просто сделали это другим путем и благодаря другим мутациям.
Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше. Это был голландский натуралист Антони ван Левенгук, усовершенствовавший микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ, он назвал их «анималькули». Например, у бактерий открыли некую новую иммунную систему. У людей, которые занимаются оптимизацией штаммов для молочной промышленности, есть большая проблема: вирусы убивают ферментацию, и миллиарды долларов теряются из-за испорченного молока. Если вирус заражает бактерию, все бактерии дохнут, но иногда возникают бактерии, устойчивые к вирусу. Оказалось, вовсе не потому, что в популяции изначально были резистентные бактерии. Механизм возникновения устойчивости обнаружился такой: небольшой кусочек ДНК вируса попадает в геном бактерии и делает ее устойчивой к вирусу. Этот захваченный фрагмент ДНК, примеряется к заходящему вирусу, и если обнаруживается полное соответствие, бактерия вирус убивает. Это как память, которая передается по наследству. Но такая иммунная система не очень эффективна: она работает только при условии, что чужеродная ДНК точно соответствует захваченному куску. Даже одно различие не позволит убить вирус. Но с точки зрения генных инженеров и ученых, которые хотят лечить всякие генные болезни, этому механизму цены нет — на его основе совсем недавно был создан метод редактирования генома CRISPR, который сейчас не использует только ленивый. Я думаю, первое действительно эффективное лекарство от рака возникнет именно благодаря этой технологии. Есть, например, больной с лейкемией, у него в ДНК изменена лишь одна буква из трех миллиардов. До недавних пор не было технологии, позволяющей найти и изменить единственную опечатку. А эта система способна гарантированно узнать неправильную копию и уничтожить ее. То есть бактериальную иммунную систему фактически научились инсталлировать в человеческую клетку, и она работает как часы. Теперь мы можем заменить любую букву в нашем генетическом коде. Этот род бактерий назван в честь их открывателя ветеринара Дэниеля Салмона 1850—1914 [КШ] Скоро ли методы редактирования генома позволят нам самим создавать полезных микробов? У моих студентов в Сколтехе завтра начинается практикум: они все будут это делать. Но что получится, мы не знаем. Предсказать, как изменение гена или внесение дополнительного гена повлияет на конечный результат, мы пока не можем. Сейчас в моду входит системная биология, которая пытается предсказать последствия генетических изменений в организме, пытается конструировать какие-то новые генетические сети с требуемыми свойствами. Чтобы кишечная палочка, например, ела нефть, ей нужно ввести некий комплекс генов, который, по мнению исследователей, связан со способностью перерабатывать нефть. Эта задачу очень трудно решить — мы слишком мало знаем. Изменить ген легко, но, скорее всего, то, что получится, не будет работать: вы просто испортите генетический механизм, и палочка умрет либо станет кривая или косая. Зоопарк внутри человека [КШ] Если они так хорошо приспосабливаются, не обречены ли мы на проигрыш в гонке вооружений с микробами? Рано или поздно появится смертельная инфекция, с которой невозможно будет справиться… [КС] Эти страхи возникли еще в XIX веке с подачи Пастера, когда вдруг выяснилось, что мы находимся в состоянии войны с коварным противником — микробами. Но реальная ситуация совершенно не такая. Большинство микробов о нас знать не знают, они занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. Идея, что микробы — это что-то очень плохое, посланное богом за наши прегрешения, совершенно неверна. Мы зависим от микробов гораздо больше, чем они от нас. Наше тело состоит из триллиона клеток — потомков единственной оплодотворенной яйцеклетки. При этом внутри нашего организма находится 10 триллионов бактериальных клеток! Большая часть из них живет в кишечнике и составляет огромный орган, который сейчас называют микробиом. Обычно говорят, что самый крупный орган человека — печень: она весит больше мозга. Но на самом деле это, конечно, микробиом. Он выполняет массу совершенно необходимых для нас функций. Например, наши клетки вдруг потеряли возможность производить ряд витаминов, необходимых для жизни. Мы можем себе это позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят эти витамины. Они вносят огромный вклад и в работу иммунной системы, защищая нас от вредных бактерий, которых абсолютное меньшинство. Метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Недавно, например, китайские ученые прочитали метагеном микробов, обнаруженных в смоге Пекина. Их там оказалось очень много, больше тысячи. Микробиом человека — сообщество бактерий, живущих в нашем кишечнике. Мы никогда не будем одиноки! Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов, из которых состоит ДНК, то есть прочтение генетического кода. Раньше микробиологи изучали только те бактерии, которые им удавалось вырастить в чашке Петри. А современные методы геномного секвенирования позволяют читать геномы даже бактерий, культивировать которые не получается. Вот вы можете походить по комнате с пылесосом и засосать воздух, а потом с помощью современных машинок выделить из пыли все ДНК и определить так называемый метагеном комнаты. Метагеном — это набор генов всех организмов, которые присутствовали в анализируемом образце. И в нем вы обнаружите огромное количество генетических следов разнообразных неизвестных бактерий. Если речь идет о метагеноме кишечника, то вы можете найти корреляции между какими-то кусками этих генетических текстов и какими-то свойствами человека — например, продолжительностью его жизни или какими-то патологиями. Это важно для диагностики и персональной медицины ближайшего будущего, например для разработки правильной диеты. Диета оказывает огромное влияние на что угодно. Но когда я ем шоколадку, мои клетки получают не какао, сахар и масло, а продукты их глубокого разложения живущими в моем пищеварительном тракте бактериями.
А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей см. Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства рис. Однако средняя скорость эволюции таких генов происходит быстрее и достигает насыщения на более близких генетических расстояниях. Фенотипы по сравнению с ними «запаздывают». На больших эволюционных расстояниях более половины консервативных существенных генов одного вида, как правило, остаются таковыми и в другом. Такая тенденция согласуется с доступными экспериментальными данными. Рисунок 3. Изменение сходства существенных генов a и синтетических леталей b c ростом генетического расстояния. Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая. Это говорит о высокой чувствительности синтетических леталей к изменениям бактериальных генотипов. Обнаруженное поведение долговременной фенотипической дивергенции бактерий напоминает молекулярные часы белковой эволюции [5]. Похоже, что подобно эволюции белков, тренды фенотипической дивергенции задаются как адаптацией бактерий к различным экологическим нишам, так и нейтральными изменениями. В каждой конкретной филогенетической линии и эволюционном контексте относительный вклад адаптивных и нейтральных изменений различен. Метаболические фенотипы, существенные гены и синтетическая летальность дивергируют с разной скоростью и неодинаково чувствительны к изменению бактериальных генотипов. Возможно, многие другие фенотипические признаки, такие как способность синтезировать различные вещества, взаимодействовать с другими видами или противостоять специфическим изменениям окружающей среды, дивергируют тоже по-разному. Эта история может показаться немного недосказанной, что не умаляет нашей уверенности в том, что ускорение геномного и метагеномного секвенирования, а также неустанное совершенствование вычислительных методов аннотации генов очень скоро позволят отслеживать эволюцию различных фенотипических признаков на всём бактериальном филогенетическом пространстве или даже на всём дереве жизни. Литература Plata G. Long-term phenotypic evolution of bacteria.