Эволюция бактерий кратко

Содержание
  1. Бактерии: что это такое, где находятся и как устроены. Польза и вред бактерий
  2. Формы бактерий
  3. Размножение бактерий
  4. Где обитают бактерии
  5. Строение клетки бактерий
  6. Роль бактерий в жизни человека
  7. Бактерии — общая характеристика. Классификация, строение, питание и роль бактерий в природе
  8. Места обитания
  9. Особенности строения
  10. Размножение
  11. Классификация
  12. Значение в природе и для человека
  13. Бактерии
  14. Строение бактерий
  15. Энергетический обмен бактерий
  16. Биотехнология
  17. Классификация бактерий по форме
  18. Бактериальные инфекции
  19. Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий
  20. Теории и практики фенотипической эволюции
  21. Старое новыми словами
  22. Фенотипические часы?
  23. 3. Бактерии (Bacteria)
  24.   8. Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле
  25.  9. Роль бактерий в природе
  26.   Экологические и биосферные функции
  27.   Патогенные бактерии
  28.   Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами
  29.   Бактерии и человек
  30.  1, 2, 3
  31. Конспект
  32. Надцарство ПРОКАРИОТЫ
  33. Царство БАКТЕРИИ
  34. Жизнедеятельность бактерий
  35.  Роль и значение бактерий
  36. Цианобактерии
  37. Микоплазмы

Бактерии: что это такое, где находятся и как устроены. Польза и вред бактерий

Эволюция бактерий кратко

Кроме привычного нам с вами мира людей, существует такой мир, который нельзя увидеть невооруженным глазом, — мир бактерий. С этих микроорганизмов началась жизнь на планете Земля. Сейчас им отведен целый домен в биологической систематике.

Бактерии — это микроорганизмы, состоящие всего из одной клетки. В некоторых случаях клетки, поделившись, не разделяются друг с другом. Тогда образуются пары (диплококки), цепочки (стрептококки) или целые группы кокков (сарцины). Их размеры составляют несколько микрометров.

Формы бактерий

Для бактерий характерны многие формы: округлые (кокки), палочковидные (бациллы), спиралевидные (спириллы), в виде запятой (вибрионы).

Размножение бактерий

Бактерии имеют свойство очень быстро делиться. Например, в течение 10-11 часов из одной-единственной клетки в благоприятных условиях может образоваться потомство количеством до 4 миллиардов особей.

Где обитают бактерии

Так как бактерии легко адаптируются к условиям окружающей среды, они распространены практически везде. Почва, поверхности, абсолютно все водоемы, радиоактивные отходы, горячие или кислые источники, воздух — трудно найти место, свободное от этих микроорганизмов. Например, в одном грамме почвы находится около 40 миллионов бактерий.

Кроме внешней среды, бактерии еще находятся и внутри живых организмов — это бактерии-паразиты и бактерии-симбионты.

Существует наука, посвященная изучению этих микроорганизмов, — бактериология. До сих пор не описано большинство бактерий, а некоторых из них выращивают в лабораториях для исследований.

Строение клетки бактерий

В отличие от клеток всех живых организмов, клетки бактерий устроены намного проще. Снаружи бактерия окружена клеточной стенкой, которая придает ей форму.

Некоторые виды имеют клеточную стенку, покрытую специальным полужидким материалом, образующим капсулу. Она помогает клетке не высыхать, предохраняет её от механических повреждений и позволяет прикрепляться к различным поверхностям.

После клеточной стенки располагается мембрана, которая помогает бактерии удерживать питательные вещества, воспринимать сигналы из внешней среды, а также защищает от неблагоприятных условий.

Некоторые бактерии неподвижны и могут переноситься потоками воздуха. Другие же имеют специальные жгутики, которые позволяют им довольно быстро передвигаться. Может быть как один жгутик, так и целый пучок этих маленьких нитей, благодаря которым микроорганизмы могут развивать скорость от 1,6 до 12 мм/мин.

Внутри бактериальной клетки находится вязкая прозрачная субстанция — цитоплазма, в которой располагаются питательные вещества и некоторые включения, необходимые для жизни бактерий.

Бактериальные клетки — это единственные клетки, которые лишены ядра. В связи с этим бактерий относят к безъядерным организмам, или прокариотам. Все живые организмы, включая человека, имеют ядро в каждой клетке, поэтому их называют ядерными, или эукариотами.

Ядро клетки в нашей жизни играет большую роль, ведь именно там заключен наш генетический материал. Но это не значит, что у микроорганизмов нет наследственного материала. В центре каждой бактерии содержится вещество, которое несет в себе наследственную информацию, — нуклеоид. Он заменяет ядро.

Роль бактерий в жизни человека

Нам с самого детства говорят, что бактерии (они же микробы) плохие и всегда нужно стараться от них избавиться. Но так ли это? На самом деле без некоторых бактерий наш организм не может полноценно функционировать.

В организме человека находится от 1,5 до 2,5 кг бактерий. Больше всего их в желудочно-кишечном тракте, на коже, в носоглотке и ротовой полости. Существуют как полезные бактерии — симбионты, так и вредные — паразиты.

Бактерии в желудочно-кишечном тракте выполняют сразу несколько полезных функций:

  • некоторые виды синтезируют витамины К и группы В;
  • переваривают растительную пищу: наш организм не в состоянии сам переваривать целлюлозу, которую содержат растения, а бактерии с легкостью ею питаются, тем самым помогая нам;
  • молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту, которая поддерживает оптимальный уровень кислотности.

Кроме организма человека полезные микробы обитают в почве, например, азотфиксирующие бактерии. Благодаря этим маленьким помощникам некоторые виды растений могут усваивать азот из почвы.

Некоторые виды бактерий играют роль санитаров. Они очищают сточные воды, превращая органические вещества в безвредные неорганические. Поэтому их активно применяют в работе очистных сооружений.

Но, конечно, нельзя забывать и об отрицательной роли микроорганизмов. Огромное количество бактерий являются болезнетворными и опасными для людей. Из-за своих микроскопических размеров они переносятся ветром, некоторыми насекомыми (например, мухами), вместе с капельками слюны при чихании и кашле больного человека. Долго сохраняются в пыли и почве.

Бактерии могут проникать в открытые раны. Если рану загрязнить почвой, в которой есть болезнетворные бактерии, то можно подхватить гангрену и столбняк. При ожогах на поврежденной поверхности хорошо размножаются стафилококки и стрептококки, вызывая гнойные воспаления.

Большой бедой в Средних Веках была чума, вызванная бактерией «чумная палочка». Эта болезнь унесла миллионы жизней и оставила свой след в истории мира.

Источник: https://www.anews.com/p/129962479-bakterii-chto-ehto-takoe-gde-nahodyatsya-i-kak-ustroeny-polza-i-vred-bakterij/

Бактерии — общая характеристика. Классификация, строение, питание и роль бактерий в природе

Эволюция бактерий кратко

Бактерии это самый древний организм на земле, а также самый простой в своем строении. Он состоит всего из одной клетки, которую можно увидеть и изучить только под микроскопом. Характерным признаком бактерий является отсутствие ядра, вот почему бактерии относят к прокариотам.

Некоторые виды образовывают небольшие группы клеток, такие скопления могут быть окружены капсулой (чехлом). Размер, форма и цвет бактерии сильно зависит от окружающей среды.

По форме бактерии различаются на: палочковидные (бациллы), сферические (кокки) и извитые (спириллы). Встречаются и видоизмененные – кубические, С-образные, звездчатые. Их размеры колеблются от 1 до 10мкм. Отдельные виды бактерий могут активно передвигаться при помощи жгутиков. Последние иногда превышают размер самой бактерии в два раза.

Виды форм бактерий

Для движения бактерии используют жгутики, количество которых бывает различное – один, пара, пучок жгутиков. Расположение жгутиков также бывает разным – с одной стороны клетки, по бокам или равномерно распределены по всей плоскости.

Также одним из способов передвижения считается скольжение благодаря слизи, которой покрыт прокариот. У большинства внутри цитоплазмы есть вакуоли.

Регулировка ёмкости газа в вакуолях помогает им двигаться в жидкости вверх или вниз, а также перемещаться по воздушных каналах почвы.

Ученые открыли более 10 тысяч разновидностей бактерий, но по предположениям научных исследователей в мире существует их более миллиона видов. Общая характеристика бактерий дает возможность определиться с их ролью в биосфере, а также изучить строение, виды и классификацию царства бактерий.

Места обитания

Простота строения и быстрота адаптации к окружающим условиям помогла бактериям распространиться в широком диапазоне нашей планеты. Они существуют везде: вода, почва, воздух, живые организмы – всё это максимально приемлемое место обитания для прокариотов.

Бактерии находили как на южном полюсе, так и в гейзерах. Они есть на океанском дне, а также в верхних слоях воздушной оболочки Земли. Бактерии живут везде, но их количество зависит от благоприятных условий. К примеру, большая численность видов бактерий проживает в открытых водоемах, а также почве.

Особенности строения

Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида.

У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны.

Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.

Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу.

Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры.

Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.

На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.

Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.

Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:

  • Рыбосомы;
  • мезосомы;
  • аминокислоты;
  • ферменты;
  • пигменты;
  • сахар;
  • гранулы и включения;
  • нуклеоид.

Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.

Размножение

В условиях, благоприятных для размножения, оно осуществляется почкованием или вегетативно. Бесполое размножение происходит в такой последовательности:

  1. Клетка бактерии достигает максимального объема и содержит необходимый запас питательных веществ.
  2. Клетка удлиняется, посередине появляется перегородка.
  3. Внутри клетки происходит дележ нуклеотида.
  4. ДНК основная и отделенная расходятся.
  5. Клетка делится пополам.
  6. Остаточное формирование дочерних клеток.

При таком способе размножения нету обмена генетической информацией, поэтому все дочерние клетки будут точной копией материнской.

Процесс размножения бактерий в неблагоприятных условиях более интересен. О способности полового размножения бактерий ученые узнали сравнительно недавно – в 1946 году. У бактерий нет разделения на женские и половые клетки.

Но ДНК у них встречается разнополое. Две такие клетки при приближении друг к другу образовывают канал для передачи ДНК, происходит обмен участками – рекомбинация.

Процесс довольно длительный, результатом которого являются две совершенно новые особи.

Большинство бактерий очень сложно увидеть под микроскопом, так как они не имеют своей окраски.

Немногие разновидности имеют пурпурный или зеленый окрас, благодаря содержанию в них бактериохлорофилла и бактериопурпурина.

Хотя если рассматривать некоторые колонии бактерий, становится ясно, что они выделяют окрашиваемые вещества в среду обитания и приобретают яркую окраску. Для того, чтобы подробней изучать прокариотов, их окрашивают.

Фотографии бактерий под микроскопом

Классификация

Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как:

  • Форма
  • способ передвижения;
  • способ получения энергии;
  • продукты жизнедеятельности;
  • степень опасности.

По способу питания бывают бактерии автотрофы или гетеротрофы. Автотрофные бактерии пребывают в основном в почве. Гетеротрофы различают такие, как: симбионты, паразиты и сапрофиты.

Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами.

Бактерии паразиты ничего не производят, поэтому питаются тем, что произвел организм хозяина, либо питается тканями другого организма.

Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения.

Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ?

Бактерии гниения — это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот.

Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот.

Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных.

Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться.

Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор.

Кроме полезных, существуют также и патогенные бактерии. Их жизнедеятельность базируется на паразитизме в организме животных, растений и даже человека. Они вызывают серьезные инфекционные болезни, примером может служить туберкулез, сифилис, язву (сибирскую и язву желудка), дифтерию, чуму и многие другие не менее тяжелые заболевания.

Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу. Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы.

Значение в природе и для человека

Выше уже отмечалось большое значение многих видов бактерий (при процессах гниения и различных типах брожения), т.е. выполнение санитарной роли на Земле.

Бактерии также играют огромную роль в круговороте углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, кальция и других элементов.

Многие виды бактерий способствуют активной фиксации атмосферного азота и переводят его в органическую форму, способствуя повышению плодородия почв.

Особо важное значение имеют те бактерии, которые разлагают целлюлозу, являющиеся основным источником углерода для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании нефти и сероводорода в лечебных грязях, почвах и морях. Так, насыщенный сероводородом слой воды в Черном море является результатом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий.

Деятельность этих бактерий в почвах приводит к образованию соды и содового засоления почвы. Сульфатредуцирующие бактерии переводят питательные вещества в почвах рисовых плантаций в такую форму, которая становится доступной для корней этой культуры.

Эти бактерии могут вызывать коррозию металлических подземных и подводных сооружений.

Благодаря жизнедеятельности бактерий почва освобождается от многих продуктов и вредных организмов и насыщается ценными питательными веществами. Бактерицидные препараты успешно используются для борьбы с многими видами насекомых-вредителей (кукурузным мотыльком и др.).

Многие виды бактерий используются в различных отраслях промышленности для получения ацетона, этилового и бутилового спиртов, уксусной кислоты, ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, белково-витаминных препаратов и т.д.

Без бактерий невозможны процессы при дублении кожи, сушке листьев табака, выработке шелка, каучука, обработке какао, кофе, мочении конопли, льна и других лубоволокнистых растений, квашении капусты, очистке сточных вод, выщелачивании металлов и т.д.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (21 4,81 из 5)
Загрузка…

Источник: https://animals-world.ru/bakterii-obshhaya-xarakteristika/

Бактерии

Эволюция бактерий кратко

Люди – редкое исключение в мире бактерий.

Бактерии (греч. bakterion – палочка) – простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.

Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением – при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации).

Строение бактерий

Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили – поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату.

Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus – ядро + греч. eidos вид) – одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.

Долгое время выделяли “особый органоид” бактерий – мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах.

Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).

При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку – спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет!

В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.

Энергетический обмен бактерий

Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.

К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника – бескислородную среду обитания.

Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.

Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.

Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся :)

Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений – сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений – паразиты.

Биотехнология

Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии – генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).

В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон – инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.

Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.

Классификация бактерий по форме

При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.

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

Бактериальные инфекции

Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.

От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.

К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.

Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание – процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов.

При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.

Источник: https://studarium.ru/article/140

Долгая счастливая фенотипическая эволюция бактерий

Эволюция бактерий кратко

В последние десятилетия для выяснения фундаментальных принципов молекулярной эволюции в основном использовали сравнительный анализ белковых последовательностей и структур. А вот о долговременной эволюции фенотипов известно крайне мало, хотя именно фенотипические признаки играют ключевую роль в естественном отборе и адаптациях к меняющимся условиям окружающей среды.

Недавно был проведен беспрецедентный по масштабам анализ бактериальных фенотипов, реконструированных с помощью геномных данных. Оказалось, что фенотипы эволюционируют со своей особенной скоростью, а весь процесс условно делится на две стадии: быструю и медленную.

Интересно, что во время медленной стадии, которая длится миллиарды лет, за единицу времени меняется постоянное число фенотипических признаков.

  • Фенотип — совокупность наблюдаемых (внешних) признаков организма.
  • Генотип — совокупность генов, характерных для организма.
  • Приспособленность — способность выживать и оставлять потомство в определенных условиях.
  • Дивергенция — расхождение в ходе эволюции признаков и свойств изначально родственных организмов.
  • Ортологичные гены — гомологичные гены, произошедшие от одного и того же предкового гена и, как правило, кодирующие продукты со сходными функциями.
  • Синтетическая леталь — пара генов, одновременная мутация которых приводит к летальному фенотипу, а каждого по отдельности — нет.
  • Пангеном — суммарный набор генов каждого вида, который можно подразделить на три части: универсальные гены (есть у всех штаммов), периферические гены (есть у большей части штаммов) и штамм-специфичные, уникальные, гены.

Изучать эволюцию фенотипов начали довольно давно. Самый известный пример подобных работ — классическое исследование Чарльза Дарвина о морфологической вариации клювов галапагосских вьюрков, ставшее основой для понимания естественного отбора. Несмотря на внушительный возраст вопроса, подобные исследования не только не потеряли актуальности, но перешли на качественно новый уровень [1].

Эволюционная значимость и физиологическая роль фенотипических признаков меняется со временем. Оперируя большими эволюционными периодами, сложно связать генотип, фенотип и приспособленность организма. Особенно трудно это сделать для многоклеточных организмов из-за огромного числа фенотипических признаков.

У микроорганизмов же всё немного проще. Фенотипическим признаком, например, можно считать способность или неспособность расти на тех или иных источниках углерода.

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?

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. 1).

Первые 50 миллионов лет пара видов бактерий очень быстро теряет фенотипическое сходство. В большие же временны́е периоды (от миллиарда лет), напротив, фенотипическая дивергенция становится более медленной. 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. Оказалось, что моделирование работает достаточно неплохо, с точностью 70%, а экспериментальные данные согласуются с общим трендом фенотипической дивергенции, предсказанным при помощи компьютера.

Старое новыми словами

Рисунок 2. Фенотипическое сходство на разных таксономических уровнях. Рисунок из [2].

На разных уровнях принятой таксономической классификации (рис. 2) сходство метаболических фенотипов в целом соответствовало ожиданиям.

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.

На уровне рода распределение очень широкое, среднее фенотипическое сходство составляет 60%. Похоже, что фазовый переход от высокого к низкому сходству фенотипов, как правило, происходит на уровне рода.

Для таксономических рангов выше семейства наблюдается ещё меньшее фенотипическое сходство.

Всё это говорит о том, что полногеномные метаболические реконструкции можно использовать для уточнения бактериальной таксономии.

Фенотипические часы?

Известно, что разные гены эволюционируют с разной скоростью [4]. А как относительно них меняются фенотипы? Наиболее пристальное внимание уделили эволюции существенных генов, без которых клетка не может обходиться совсем, и синтетических леталей (см. словарь терминов).

Оказалось, что в среднем долговременная эволюция существенных генов тоже подчиняется закономерностям экспоненциального спада, как и изменение фенотипического сходства (рис. 3).

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. Рисунок из [2].

Консервативность синтетических леталей среди метаболических генов довольно низкая. Даже на близких эволюционных расстояниях синтетические летали консервативны примерно для 30% пар ортологичных (см.

словарь терминов) метаболических генов. По мере того как виды расходятся дальше друг от друга, консервативность синтетических леталей падает до 5%.

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.

Источник: https://biomolecula.ru/articles/dolgaia-schastlivaia-fenotipicheskaia-evoliutsiia-bakterii

3. Бактерии (Bacteria)

Эволюция бактерий кратко

    Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий,   основанная на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX   издание Определителя   бактерий Берги (1984—1987).

Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4   отдела: Gracilicutes (грамотрицательные), Firmicutes (грамположительные), Tenericutes (микоплазмы;   отдел с единственным классом Mollicutes) и Mendosicutes (археи).

В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая   классификация бактерий,   основанная на данных молекулярной биологии. Одним из первых методов оценки   родства по сходству генома был предложенный ещё в 1960-х годах метод сравнения содержания гуанина и цитозина в ДНК.

Хотя   одинаковые значения их содержания и не могут дать никакой информации об   эволюционной близости организмов, их различия на 10 % означают, что бактерии не   принадлежат к одному роду.

Другим методом, произведшим в 1970-е настоящую   революцию в микробиологии, стал анализ последовательности генов в 16s   рРНК, который позволил выделить несколько филогенетических ветвей эубактерий   и оценить связи между ними. Для классификации на уровне вида применяется метод   ДНК-ДНК гибридизации.

Анализ выборки хорошо изученных видов позволяет   считать что 70 % уровень гибридизации характеризует один вид, 10—60 % — один   род, менее 10 % — разные рода.

Филогенетическая классификация отчасти повторяет фенотипическую, так, группа Gracilicutes присутствует и в той и в другой.

В то же время систематика   грамотрицательных бактерий была полностью пересмотрена, архебактерии и вовсе выделены в самостоятельный таксон высшего ранга,   часть таксономических групп разбита на части и перегруппирована, в одни группы   объединены организмы с совершенно разными экологическими функциями, что вызывает   ряд неудобств и недовольство части научного сообщества. Объектом нареканий   становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не   организмов.

  8. Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле

Рис. 8.1. Докембрийский строматолитБактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на Земле,   появившись около 3,9—3,5 млрд лет назад.

Эволюционные взаимоотношения между   этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные   гипотезы:   Н.

Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные   местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от   которых произошли бактерии.

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад.

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. 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 (рис.8.

1),   бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени   2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря ним в атмосфере начал накапливаться кислород,   который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.

   К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным   бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся   бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время   сокращается.

Предполагается что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот.

   Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине   эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с   появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях   происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем   генетическом пуле.

 9. Роль бактерий в природе

    Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений, другие играют   исключительно важную роль в функционировании биосферы,   например, лишь бактерии способны ассимилировать   азот атмосферы. Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых   организмов (кроме вирусов). Полагают, что они —   первые организмы, появившиеся на Земле.

  Экологические и биосферные функции

    Количество клеток прокариот оценивается в 4—6 х 1030, их суммарная   биомасса составляет 350—550 млрд т.

, в ней запасено 60—100 % от углерода всех растений, а запас азота и фосфора в виду их большего   относительного содержания в бактериях существенно превосходит запас этих   элементов в фитомассе Земли.

В то же время бактерии характеризуются коротким   жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы. Уже на основании этого   можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов.

Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода (аэробы), так   и при отсутствии (анаэробы).   Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных   ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают   запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере.

  Патогенные бактерии

Рис. 9.1. Микрофотография бацилл сибирской язвы. Окраска по ГрамуПатогенными называются бактерии, паразитирующие на других организмах. Бактерии вызывают большое количество заболеваний человека,   таких как чума (Yersinia pestis), сибирская   язва (Bacillus anthracis, рис.9.

1), лепра (проказа, возбудитель: Mycobacterium leprae), дифтерия (Corynebacterium diphtheriae), сифилис (Treponema pallidum), холера (Vibrio   cholerae), туберкулёз (Mycobacterium tuberculosis), листериоз (Listeria monocytogenes) и др.

Открытие патогенных свойств у бактерий   продолжается: в 1976 обнаружена болезнь   легионеров, вызываемая Legionella pneumophila, в 1980-е—1990-е было показано, что Helicobacter   pylori вызывает язвенную болезнь и даже рак   желудка, а также хронический гастрит.   Бактериальным инфекциям подвержены также растения и животные.

Многие бактерии,   являющиеся в норме безопасными для человека или даже обычными обитателями его   кожи или кишечника, в случае нарушения иммунитета или общего ослабления организма могут выступать в качестве патогенов.

Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением   метода вакцинации,   а в середине XX века с   открытием антибиотиков.

  Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами

    Многие бактерии находятся в симбиотических, в   том числе в мутуалистических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю   созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней.

Преобразованная   таким образом часть почвы (ризосфера) благоприятна для развития бактерий, в том   числе азотфиксирующих. Увеличение интенсивности азотфиксации (называемой в таком   случае ассоциативной) улучшает условия минерального питания растений.   Бактерии-азотфиксаторы обитают также в клубеньках бобовых и других групп растений.

В симбиозе со многими морскими животными   (прежде всего, губками и асцидиями, а также с   некоторыми растениями (например, водным   папортником азолоой) и грибами (в составе лишайников) живут и цианобактерии.

   Хемоавтотрофные бактерии живут в симбиозе с рифтиями и многими другими   видами беспозвоночных и протистов, населяющих сообщества гидротерм и сообщества тиобиоса.   Есть и много других примеров симбиоза бактерий с самыми разными группами   организмов.

Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы   для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются   не столько растительной пищей, сколько продуктами её бактериального   преобразования, а частично переваривают и самих бактерий.

  Бактерии и человек

Тысячелетиями человек использовал молочнокислые   бактерии для производства сыра, йогурта, кефира, уксуса, а также квашения.

В настоящее время разработаны методики по использованию фитопатогенных   бактерий в качестве безопасных гербицидов,   энтомопатогенных — вместо инсектицидов.   Наиболее широкое применение получила Bacillus thuringiensis, выделяющая   токсины (Cry-токсины),   действующие на насекомых. Помимо бактериальных инсектицидов, в сельском   хозяйстве нашли применение бактериальные   удобрения.

Бактерии, вызывающие болезни человека, используются как биологическое   оружие.

Благодаря быстрому росту и размножению, а также простоте строения, бактерии   активно применяются в научных исследованиях по молекулярной   биологии, генетике, генной   инженерии и биохимии.   Самой хорошо изученной бактерией стала Escherichia coli.   Информация о процессах метаболизма бактерий позволила производить бактериальный   синтез витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков и др.

Перспективным направлением является обогащение руд с помощью сероокисляющих   бактерий, очистка бактериями загрязнённых нефтепродуктами или ксенобиотиками   почв и водоёмов.

В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей   массой до 1 кг, численность их клеток на порядок превосходит численность клеток   человеческого организма.

Они играют важную роль в переваривании   углеводов, синтезируют витамины,   вытесняют патогенные бактерии.

Можно образно сказать, что микрофлора человека   является дополнительным «органом», который отвечает за защиту организма от   инфекций и пищеварение.

 1, 2, 3

А.С.Антоненко

Источник: https://wwlife.ru/index.php/main/item/1500-3-bakterii-bacteria

Конспект

Эволюция бактерий кратко

Ключевые слова конспекта: надцарство Прокариоты, царство Археи (архебактерии), царство Бактерии (эубактерии), цианобактерии, жизнедеятельность бактерий, роль и значение бактерий, антибиотики, микоплазмы.

Надцарство ПРОКАРИОТЫ

В надцарство Прокариоты объединяются одноклеточные организмы с прокариотическим типом строения клетки. Это древнейшие известные организмы; они появились на Земле около 3,5 млрд лет назад.

В настоящее время прокариоты очень многочисленны, они населяют все среды обитания (воздух, воду, почву и другие организмы). В атмосфере они присутствуют в каплях воды и частичках пыли; встречаются на высоте до 8 км.

Прокариоты населяют все водоёмы Земли: горячие кислотные источники (с температурой выше 90 °С), океанические разломы (при температуре выше 360 °С). Они найдены во льдах Антарктики, взятых с глубины более 430 м. Огромное число бактерий обитает в почве, они играют важную роль в круговороте различных химических элементов.

Обитая в других организмах, они могут быть возбудителями различных заболеваний (бактериальные инфекции) или помогать организму хозяина переваривать пищу (жвачные животные и термиты).

Некоторые прокариоты — автотрофы, осуществляющие фото- или хемосинтез, другие — гетеротрофы.

Прокариот принято делить на два царства: царство Эубактерии (Бактерии) и царство Архебактерии (Археи).

Царство БАКТЕРИИ

Эубактерии — большая группа организмов, к которой относятся бактерии, цианобактерии и микоплазмы. В школьной литературе принято называть эубактерий просто бактериями. На сегодня описано около 10 000 видов и предполагается, что их существует свыше миллиона. Обычно имеют небольшие размеры, прокариотический тип организации клетки.

По форме клетки бактерии делятся на кокки — более или менее сферические, бациллы — палочки или цилиндры с закруглёнными концами, спириллы — спиралевидные; вибрионы — короткие палочки, изогнутые в виде запятой.

Бактерии относятся к одноклеточным организмам, но иногда после деления могут оставаться вместе, скрепляясь при помощи клеточных стенок или слизистых капсул. Кокки могут образовывать пары (диплококки), цепочки (стрептококки) или грозди (стафилококки); бациллы — нити.

Цианобактерии могут образовывать нити длиной до 1 м, иногда собранные в округлые колонии.

Подавляющее большинство эубактерий относятся к гетеротрофам, которые делятся на три группы по образу жизни:

  • сапротрофы — питаются мёртвыми организмами и их остатками (наряду с грибами участвуют в минерализации органических остатков);
  • паразиты — питаются за счёт живых организмов, причиняя им вред (болезнетворные бактерии);
  • эндосимбионты — живут в других организмах и участвуют в их нормальном обмене веществ.

Жизнедеятельность бактерий

 Питание:

  • автотрофное (синтез органических веществ из неорганических) — фотосинтез, хемосинтез
  • гетеротрофное (использование готовых органических веществ: сапрофиты, симбионты, паразиты)

 Дыхание:

  • аэробное (используют для дыхания кислород)
  • анаэробное (живут в отсутствие кислорода)

 Движение:

  • с помощью жгутиков
  • с помощью волнообразных сокращений.

 Размножение:

  • бесполое (бинарным делением клетки). Иногда разделившиеся клетки не расходятся — образуются цепочки. Бактерии способны очень быстро размножаться.
  • половое (конъюгация, обмен генетической информацией).

Типы полового процесса у бактерий:

  1. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды свободную ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий (или, в условиях эксперимента, введённую исследователем).
  2. При трансдукции фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии вирусами (бактериофагами).
  3. При конъюгации бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из «мужской» клетки в «женскую».

При неблагоприятных условиях бактеpии образуют споры, имеющие плотные капсулы. Эти споры выдерживают кипячение, замораживание, высушивание. Они способны находиться в неактивном состоянии в течение многих лет.

Почти все бактеpии содержат мелкие добавочные хромосомы — плазмиды, которые могут встраиваться в нуклеоид. Зачастую плазмиды содержат гены, обусловливающие устойчивость к антибиотикам. Обмен плазмидами (в результате конъюгации) может происходить между различными видами и даже родами бактерий.

 Роль и значение бактерий

Положительная роль:

  • участие в круговороте веществ в природе
  • участие в почвообразовании
  • образование полезных ископаемых
  • симбиотическое взаимодействие с грибами и растениями
  • биологическая очистка водоёмов
  • получение кисломолочных продуктов

Отрицательная роль:

  • порча пищевых продуктов
  • разрушение построек и механизмов
  • цветение воды
  • заболевания растений, животных и человека (холера, чума, дифтерия, туберкулёз, сифилис)

Антибиотики — химические вещества, выделяемые бактериями и грибами для угнетения других микроорганизмов.
Открытие антибиотиков (пенициллина) в 1929 г. А.

Флемингом обусловило значительный прогресс в лечении бактериальных инфекций (пенициллин начали применять в медицине с 1941 г.). Механизм их действия различен: часть антибиотиков (пенициллины) нарушает синтез клеточной оболочки; другие (тетрациклин, стрептомицин и др.

) нарушают синтез белка, инактивируя бактериальные рибосомы. Сульфаниламидные препараты подавляют синтез фолиевой кислоты в бактериальных клетках.

Большинство антибиотиков получают в культурах микроорганизмов, и лишь небольшое число — путём химического синтеза. На основе природных антибиотиков получено большое число синтетических (например, ампициллин, цефалексин и др.).

У бактерий достаточно быстро развивается устойчивость к определённым антибиотикам (часто она передаётся с плазмидами), поэтому постоянно разрабатываются новые, всё более мощные антибиотики. Антибиотики способствуют возникновению бактерий, лишённых клеточной стенки.

Эти бактерии менее болезнетворны, но способны длительное время сохраняться в поражённом организме. Применение антибиотиков нарушает нормальную микрофлору кожи и кишечника.

По этой причине лечение антибиотиками допустимо только по назначению врача, с соблюдением всех его рекомендаций.

Цианобактерии

Цианобактерии — фототрофные, прокариотические организмы, окрашенные в сине-зеленый цвет. Характерные черты:

  • автотрофы,
  • не имеют жгутиков,
  • могут вступать в симбиоз,
  • размножаются только бесполым путем.

Микоплазмы

Микоплазмы — мельчайшие бактерии (0,1 мкм). От остальных эубактерий отличаются отсутствием клеточной стенки и связанной с этим изменчивостью формы, малым размером генома и неподвижностью.

Микоплазмы широко распространены в природе; некоторые из них ведут сатротрофный образ жизни, другие — паразитируют в организме животных и растений.

У человека микоплазмы вызывают заболевания дыхательных путей, в том числе воспаление лёгких (пневмонию), а также воспалительные заболевания мочеполовой системы.

Микоплазмы нечувствительны к антибиотикам (например, к пенициллину), которые подавляют рост бактерий, воздействуя на их клеточную стенку.

Это конспект по теме «Прокариоты. ЦАРСТВО БАКТЕРИИ». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D1%86%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8/

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: