Evoluția microorganismelor - bacterii și a mediului - o introducere la microbiologie - articol

unitate biochimice, ideea care de mai multe decenii în urmă părea atât de improbabil fapt, acum ferm stabilit. Celulele tuturor ființelor vii, de la cele mai primitive la cele mai dezvoltate forme de animale și plante constau din ode au aceleași elemente structurale, și de a folosi aceleași mecanisme pentru energie și de creștere. Comparativ cu această unitate mentală și Fundamentarea diferențele apar abateri minore. Putem presupune că toate organismele vii au venit împreună drum lung. Printre cele mai simple forme de post forme de spumă au evoluat mai complexe și specializate, și apoi, în cele din urmă, și cei care locuiesc planeta noastră de azi. Acest proces este o dezvoltare evolutivă a organismelor - una dintre problemele centrale ale biologiei.

atmosfera Pământului primar. Pământul nostru este fundamental diferită de celelalte planete ale sistemului solar. Comparativ cu Jupiter și Soare conține doar cantități mici de gaze inerte. Aparent, a fost format prin combinarea unei multitudini de meteoriți; datorită încălzirii și topirii miezului interior al apei Pământului și gazele au fost stoarse la suprafața sa. atmosferă primar poate conține hidrogen mult, metan, azot și C02. dar nu a existat nici oxigen. Fotoliza de vapori de apă, desigur, a fost eliberat de oxigen, dar revine la o stare legată. Evoluția chimică ar putea avea loc numai în atmosfera anoxice.

Evoluția chimică. Ipoteza că viața a fost Zane fân pe planeta noastră din exterior, cu greu merită în prezent o discuție serioasă. Automultiplicare unitate biologică trebuie să fi apărut pe pământ în sine, în perioada timpurie a existenței sale. Conform prezentării prezentate de Oparin și Haldane, în timp ce lumea a acumulat un număr mare de substanțe op Ganic, dar nu a existat nici un organism le poate utiliza și mineralize. Când, după primele încercări Miller UD confirmat în mod repetat elani în experimentul care a substanțelor anorganice (H2. C02. NH3. H2 0) și metan molecule organice simple, pot fi sintetizate în condiții adecvate, îndoieli în evoluția chimică realitate a dispărut complet. Se crede că, într-o atmosferă reducătoare sub acțiunea radiației solare primare (în care nu a existat oxigen) și ca urmare a descărcărilor electrice formate de substanțe organice, care intră apoi în apă și acumulate în acesta. Când au acumulat în număr mare, se pare, a creat condițiile în care el ar putea face trecerea de la evoluția chimică la apariția primelor ființe simțitoare automultiplicare.

Evoluția biologică. Trecerea de la abiotic materia organică în celulele vii necesită o perioadă lungă de timp (de la 3.1-4500000000. S). organisme celulare au apărut primit, în mod evident, atât de mult avantaj selectiv, care au fost împinse toate formele anterioare de organizare. Având în vedere că formele de viață de pre-celulare (dacă există) nu se păstrează chiar și în formă fosilă, tranziția de la nonliving la viața pare să ne foarte repede.

Evoluția procariote. Potrivit popular, deși o reprezentare foarte ipotetice în atmosferă reducătoare, primar este dezvoltarea organismelor procariote (Fig. 17.5). Primele procariote care ar putea să apară în rezervoare care sunt bogate în substanțe organice sunt organisme care au existat în detrimentul fermentației și are funcțiile de bază ale metabolismului anaerob (fruktozobisfosfatny și calea de fosfat pentoză). Presupunând că rezervoarele au fost apoi sulfați, realizarea următoarea evoluție organică poate fi un transport de electroni eficient la crearea unui potențial de protoni ca sursă de energie pentru regenerarea ATP. In acest stadiu al evoluției, probabil, a apărut derivați de tetrapirolic care conțin fier sau nichel, precum și procesul de asimilare autotrofe carbon (cale acetil-CoA). Ca relicve din acea vreme pot fi luate în considerare și bacterii acidogene producătoare de metan și bacterii reduc sulfații la sulfurat, care, sub rezerva anumitor excepții, se pot folosi H2. CO2 și unele alimente fermentate.

lumina «pompă de protoni acționată“, ceea ce a permis să folosească lumina ca sursă de energie - După „invenție“ fosforilarea, conjugat cu transferul de electroni ar putea avea loc, de asemenea, photosystem I. Centrele de reacție au fost magniyporfiriny (clorofila). organisme primul rând fototrofice, probabil asimilat de carbon în lumina ca Rhodospirillaceae. Odată cu achiziționarea capacității de a fixa ciclul ribulozobisfosfatnom CO2 și de a folosi donori de electroni anorganici (H2. H2 S, S) tip dezvoltat un metabolism bacterii caracteristice sulf violet (Chromatiaceae). Pentru o independență mai mare a substanțelor dizolvate în apă este apoi condus apariția photosystem II: a devenit posibil transferul de electroni aciclică folosind apa ca donor lor. Acest proces a fost legată inevitabil cu evoluția oxigenului. fotosinteza Oxygenic a condus la faptul că atmosfera pământului a dobândit caracter oxidativ. Reprezentanți ai primului fotosintezei microorganism are loc cu eliberarea de O2. Ele sunt cianobacteriilor.

Tranziția de la primar la reducerea atmosfry atmosferă care conține oxigen a fost, fără îndoială, cel mai mare eveniment în evoluția ființelor vii, și în minerale transformatoare. Ca rezultat, conversia în citocromoxidază terminală și utilizarea oxigenului molecular ca acceptor de electroni în bacterii este posibil un nou tip de metabolism - respirație aerobă.

Se crede că 2,1 miliarde. Cu ani în urmă, existau deja toate procariote fototrofice perspirante cunoscute în acest moment. Conform datelor geologice, deja 2,7 miliarde. Cu ani în urmă, a existat o mică cantitate de oxigen. Pe parcursul ultimelor 1,2 miliarde. Ani toată viața de pe Pământ depinde de fotosinteza biologică și oxigen eliberat de plante. Cauzarea acumularea de oxigen în atmosferă, dezvoltarea vieții astfel - prin oxidarea metalelor și mineralelor afectate și natura neînsuflețită.

Fosile aparținând timpuriu Precambrian, sunt extrem de rare. Din cauza dimensiunii mici a organismelor primitive și lipsa lor de orice ramasite solide ale componentelor acestora pot fi păstrate numai în circumstanțe excepționale. In statul Minnesota (SUA), în depozite, a căror vârstă este estimată la 2,7 miliarde. Ani, structurile sunt interpretate ca s-au găsit resturi de bacterii (inclusiv cianobacterii). Vârsta depozitelor din Africa de Sud, care au fost, de asemenea, găsite în structuri asemănătoare cu bacterii, ajunge la 3,1 miliarde. Ani. Este cel mai vechi dintre toate urmele de viata cunoscute.

Bacteriile - este martori vii existente ale rănilor ei evoluția vieții. Multe din ultimele bacterii răspândite și predominante sunt în prezent angajate într-o existență foarte modestă. Nișele ecologice, oferindu-le condiții de viață adecvate, și, de asemenea păstrat bacteriile anaerobe.

Evoluția eucariotelor. Celulele eucariote, probabil, a apărut doar atunci când oxigenul a apărut în atmosferă. Toate eucariotelor, cu foarte puține excepții, organisme -aerobnye. Procariotele ocupa multe nișe ecologice diferite. Dezvoltarea diferitelor tipuri de metabolism în procariote a fost aparent datorită unei structuri simple a celulelor extrem de sisteme de reglare, creșterea rapidă și prezența unor multiple mecanisme de transfer de gene. Pentru evoluția ulterioară a procariote au dificultăți insurmontabile asociate în primul rând cu dimensiunea mică a genomului și starea de celule haploide și o valoare scăzută. Noul mediu cu condiții aerobe permite să se obțină mai multă putere, dar pentru a utiliza aceasta nevoie de celule mai mari, diferențierea structurală extinsă și, prin urmare, de multe ori mai mare de gene, ceea ce ar oferi capacitate mare de stocare. Magnitudinea genomului 5-10 septembrie Da, a fost, probabil, limita superioară a mo-greutate moleculara cromozomul bacterian, constând dintr-un singur circuit dublu. Pentru evoluția în continuare a fost necesară pentru a crea un nou model.

Diferențele între celulele procariote și eucariote (și prototsitom eutsitom) enorm. Încă o dată vom enumera cele mai importante caracteristici ale celulelor eucariote:

1. Purtătorul informației genetice (ADN) este separat de „spațiile metabolice“ plic nucleare.

2. În consecință, transcrierea (miez) este separat de difuzare (în citoplasmă).

3. Genome împărțit în părți, există unele (de multe ori mai multe) de cromozomi liniari in loc de un singur inel.

4. replicarea ADN-ului are loc numai la interfața; Fiecare cromozom are mai multe repliconi; cromozomilor fiice distribuite de mitoza.

5. Mecanisme Există intracelulare folosind actină și tubulină pentru mișcarea cromozomilor în timpul mitozei și meiozei și vezicule de tip structura (lizozomi, peroxizomi și alte „micro organisme“).

6. Genele sunt inserturi non-codare - introni.

7. ADN cu histonelor pentru a forma un complex în structură care seamănă cu un șir de perle (lanț de nucleosomes).

8. Ciclul de viață include meioza în care sunt formate din celule diploide sunt haploid. Acest lucru permite reproducerea sexuale cu gene de recombinare și gaplofazy schimbare și diplofazy.

9. exocitoza: sintetizat enzime extracelulare nu direct la membrana plasmatică (cu simultan deducând-le din celule), și pe membrana interioară, după care rezervoarele sunt livrate la suprafață.

10. Endocytosis (sub formă de fagocitoză și pinocitoză), permițând să achiziționeze simbionți intracelulare.

11. Prezența mitocondriile și cloroplastele, care servesc pentru a genera energie (ATP resintezei).

12. flagella (sau cili) de tip 9 + 2.

prototsita Deci eutsit diferit de multe dintre funcțiile și structurile. Deși este cunoscut pentru a separa eucariotele, în care lipsesc unul sau celălalt semn, nici o astfel de forme primitive, care ar putea fi definite, noi semne au apărut în ce succesiune. Aparent, fiecare etapă de evoluție a adus la un avantaj foarte puține selectiv, cel puțin în comparație cu cea mai apropiată etapa precedentă. Astfel, formele diate promo nu sunt salvate, și, probabil, au fost atât de instabile încât chiar și acum nu există nici o înregistrare fosili, ceea ce le-ar permite să judece caracteristicile funcționale. În prezent, există doar un număr mic de organisme care pot fi considerate dezvoltate, forme intermediare. Posibilitatea de a stabili vreodată secvența de apariția de noi simptome enumerate mai sus ar trebui să fie evaluate cu pesimism. Cu toate acestea, se poate presupune că, în primele etape ale evoluției celulei eucariote au existat diferite modele de organizare înainte de a existat organisme multicelulare.

Trebuie remarcat faptul că eucariotele specializate în principal pe existența fotosintezei și condiții aerobe, precum și o serie de alte funcții importante de mediu rămân pentru procariote. Acestea includ fixarea azotului, nitrificare, denitrificare, sulfatul și suflarea de sulf, oxidarea sulfului și a metalelor, formarea și utilizarea de metan. Circulația azotului și sulfului total sau avantaje, dar este „alerga“ procariote. Astfel, ciclurile procariote-mo Gli pentru a menține și de a conserva substanțele biosferei, în timp ce eucariotele singură nu ar face față cu această sarcină.

Dacă procariote în sine au evoluat peste miliarde de ani, eucariotele nu sunt lăsate singure. Ei au avut tot timpul să se confrunte cu procariote. Ele oferă cele mai recente noi nișe ecologice, protecția și au fost victimele lor. organisme multicelulare cu dispozitivele lor extrem de protecție și alte în parte datorită agresivitatea procariote. Pe de altă parte, eucariotele au învățat să beneficieze de asociere strânsă cu procariote și le-a pus în funcțiune lui ca ektosimbiontov (în tractul intestinal, pe piele, la rumegătoare în rumen) și endosymbionts (pentru fixarea azotului, producția de biomasă prin fotosinteză Utilizată Nia H2 S, îndepărtarea H2).

Evoluția organismelor vii oferă soluții pentru o mulțime de provocări interesante. Lor de cercetare tocmai a început.