Развитието на микроорганизми - бактерии и околната среда - въведение към микробиология - статия

Биохимични единство, идеята за който преди няколко десетилетия изглеждаше толкова невероятно, сега твърдо установен факт. Клетките на всички живи същества, от най-примитивните до най-развитите форми на животни и растения се състоят от оди имат същите структурни елементи, и използват същите механизми за енергия и растеж. В сравнение с този фундамент психическото единство и разликите се появяват малки отклонения. Можем да предположим, че всички живи организми са дошли заедно дълъг път. Сред най-простите форми на гладно форми пяна разви по-сложна и специализирана, а след това най-накрая, и тези, които обитават нашата планета днес. Този процес е еволюционното развитие на организмите - един от централните проблеми на биологията.

Основно земната атмосфера. Нашата Земя е коренно различна от другите планети на Слънчевата система. В сравнение с Jupiter и Sun съдържа само малки количества от инертни газове. Очевидно е, че се формира чрез комбиниране на множество от метеорити; дължи на нагряване и топене на вътрешната сърцевина на водата Земята и газове се притиснат към повърхността му. Основно атмосфера може да съдържа много водород, метан, азот и С02. но нямаше кислород. В фотолиза на водна пара, разбира се, е освободен от кислород, но се връща към свързано състояние. Химическа еволюция може да се случи само в безкислородна атмосфера.

Химическа еволюция. Хипотезата, че животът е Зейн сено на нашата планета от външната страна, едва ли в момента заслужава сериозна дискусия. Самовъзпроизвеждащ се биологичен блок трябва да са възникнали по самата земя в началото на периода на своето съществуване. Според представянето изтъкнати от Опарин и Холдейн, докато светът се е натрупал голям брой оп-Ганич вещества, но не е имало организми могат да ги използват и минерализират. Когато, след първите опити Miller уд лосове многократно потвърдено в експеримента, че на неорганични вещества (Н2. С02. NH3. H2 0) и метан прости органични молекули могат да бъдат синтезирани при подходящи условия, съмнения в химическата еволюция действителност напълно изчезнали. Смята се, че в редуцираща атмосфера под действието на първичния слънчева радиация (в които не е имало кислород) и в резултат на електрически разряди, образувани органични вещества, които след това попадат във водата и натрупаните в него. Когато те са натрупали в големи количества, както изглежда, са създали условията, при които той може да направи прехода от химическата еволюция до появата на първите самовъзпроизвеждащи съзнателните същества.

Биологична еволюция. Преходът от нежива органична материя в живи клетки изискват дълго време (от 3.1-4.5 милиарда долара. S). Яви клетъчни организми дойдоха, очевидно, толкова селективно предимство, които са били изтласкани всички предишни форми на организация. От предварително клетъчни формите на живот (ако има такива), не са запазени, дори в изкопаеми форма, на прехода от нежива към живота ни изглежда много бързо.

Развитието на прокариоти. Според популярни, че много хипотетичен представяне в редуцираща атмосфера, основната е развитието на прокариотни организми (фиг. 17.5). Първите прокариоти, които могат да се съдържат в резервоари, които са богати на органични вещества са организми, които съществуват за сметка на ферментация и има основните функции на анаеробни метаболизъм (fruktozobisfosfatny и пентозофосфатния път). Ако приемем, че язовирите са били след това сулфати, постигането на следната органична еволюция може да бъде ефективен транспорт на електрони до създаването на протон потенциал като източник на енергия за възстановяването на АТФ. На този етап на развитие, вероятно стана tetrapyrrole производни, съдържащи желязо или никел и въглерод аВтотрофична процес асимилация (пътека ацетил-СоА). Както останки от това време могат да се разглеждат и метан производство ацетогенните бактерии фактор и бактерии намаляване сулфати на сулфид, което при определени изключения, може да използва Н2. СО2 и някои ферментирали храни.

След "изобретение" фосфорилиране, конюгиран с електронен трансфер може да възникне Фотосистема I - «протонна помпа задейства светлина", което позволява да се използва светлина като източник на енергия. Реакционните центрове са magniyporfiriny (хлорофил). Първи фототропични организми, най-вероятно усвояват въглероден в светлината като Rhodospirillaceae. С придобиването на способността да се определи ribulozobisfosfatnom CO2 цикъл и да се използват неорганични донори на електрони (Н2. Н2 S, S) Вид разработи метаболитни характерни пурпурен серни бактерии (Chromatiaceae). За още по-голяма независимост на веществата, разтворени във вода, след това се доведе вид на Фотосистема II: стана възможно нецикличен електронен трансфер използване на вода като им донор. Този процес е неизбежно свързан с развитието на кислород. Oxygenic фотосинтеза доведе до факта, че в земната атмосфера е придобил окислително характер. Представители на първия микроорганизъм фотосинтезата настъпва с освобождаване на О2. Те са цианобактерии.

Преходът от първичната да atmosfry редукционна атмосфера, съдържаща кислород е несъмнено най-голямото събитие в еволюцията на живите същества, и в преобразуващите минерали. В резултат на това превръщане в терминал цитохром оксидаза и използването на молекулен кислород като електронен акцептор в бактерии е възможно нов тип метаболизъм - аеробна дишане.

Смята се, че преди 2,1 млрд. Години, тук вече има всички дишащи фототропични прокариоти известни по това време. Според преди 2,7 милиарда. Години по геоложки данни, вече е имало малко количество кислород. През последните 1,2 млрд. Години целия живот на Земята зависи от биологична фотосинтеза и кислород, издаден от растения. Причиняване на натрупване на кислород в атмосферата, развитието на живот по този начин - чрез окисление на метали и минерали засегнати и неодушевен природата.

Вкаменелости, принадлежащи към началото Докамбрий, са изключително редки. Поради малкия размер на примитивни организми, както и липсата на всякакви твърди останки от техните компоненти може да бъде запазена само при изключителни обстоятелства. В щата Минесота (САЩ) в депозитите, чиято възраст се оценява на 2,7 млрд. Години, структурите се интерпретират като са открити останки от бактерии (включително цианобактерии). Възраст на депозитите в Южна Африка, които също са открити структури, наподобяващи бактерии, достига 3.1 млрд. Години. Това е най-древната от всички известни следи от живот.

Бактерии - е съществуващи живи свидетели на раните й еволюцията на живота. Мнозина в миналото широко разпространени и преобладаващите бактериите в момента са ангажирани в един много скромен съществуване. Екологични ниши, осигуряващи им подходящи условия на живот, както и задържани на анаеробни бактерии.

Развитието на еукариотите. Еукариотните клетки вероятно са възникнали само когато кислород се появява в атмосферата. Всички еукариоти, с много малко изключения, -aerobnye организми. Прокариоти заемат много различни екологични ниши. Развитие на различни видове метаболизъм в прокариоти очевидно поради проста структура на клетки силно регулиране системи, бързия растеж и наличието на множество механизми за генен трансфер. За по-нататъшното развитие на прокариотна бяха непреодолими трудности, свързани най-вече с малкия размер на генома и хаплоиден състоянието на клетките и с ниска стойност. Новият среда с аеробни условия позволява да се получи по-голяма мощност, но да го използва необходими по-големи клетки, богат структурна диференциация и следователно много пъти по-голяма ген, които биха осигурили съхранение висок капацитет. Големината на генома 5-10 9 Да, вероятно е горната граница на п молекулно тегло бактериална хромозома, състояща се от единична двойна верига. За по-нататъшна еволюция е била длъжна да създаде нов модел.

Разликите между прокариотни и еукариотни клетки (и eutsitom prototsitom) огромни. За пореден път ние списък на най-важните характеристики на еукариотните клетки:

1. Носителят на генетична информация (ДНК) се отделя от "метаболитни пространства" ядрен плика.

2. Следователно транскрипцията (сърцевината) се отделя от излъчване (в цитоплазмата).

3. геном разделена на части, има някои (често много) от линейни хромозоми вместо един пръстен.

4. ДНК репликация среща само в интерфейса; Всяка хромозома има няколко репликони; дъщерните хромозоми, разпространявани от митоза.

5. Има вътреклетъчни механизми използват актин и тубулин за движение на хромозомите по време на митоза и мейоза и капсули тип структура (лизозоми, пероксизоми, и други "микро органи").

6. Гените са не-кодираща вложки - интрони.

7. ДНК с хистони, за да образуват комплекс в структура, наподобяваща низ от перли (верига на нуклеозоми).

8. Жизненият цикъл включва мейоза, в която се формира от диплоидни клетки са хаплоидни. Това дава възможност за полово размножаване с рекомбинация на гени и смяна gaplofazy и diplofazy.

9. екзоцитоза: синтезира екстрацелуларни ензими не директно към плазмената мембрана (с едновременното им извеждане от клетките), и на вътрешната мембрана, след което резервоарите се доставят към повърхността.

10. Ендоцитозата (под формата на фагоцитоза и пиноцитоза), което позволява да придобие вътреклетъчни симбионти.

11. Наличието на митохондриите и хлоропласти, които служат за генериране на енергия (АТР ресинтез).

12. камшичета (или ресничките) тип 9 + 2.

Така eutsit prototsita различен от много от функциите и структурите. Въпреки че е известно да се разделят еукариотите, в които липсва един или друг знак, няма такива примитивни форми, които могат да бъдат определени, нови признаци са се появили в каква последователност. Очевидно е, че на всеки етап от еволюцията довежда до много малко селективно предимство, най-малко в сравнение с най-близкия предходния етап. По този начин, промо diate форми, не се съхраняват, и най-вероятно са били толкова нестабилни, че дори и сега не е вкаменелост, която ще им позволи да се прецени на функционалните характеристики. В момента има само малък брой организми, които могат да се считат разработен, междинни форми. Възможност за някога установи последователността на появата на нови симптоми, изброени по-горе следва да се оценява песимистично. И все пак може да се предположи, че в ранните етапи на развитието на еукариотната клетка има различни модели на организацията преди да е имало многоклетъчни организми.

Трябва да се отбележи, че еукариотите специализирани главно на наличието на фотосинтеза и аеробни условия, както и редица други важни функции на околната среда остават за прокариоти. Те включват фиксиране на азот, нитрификация, денитрификация, сулфат и въздух сяра, окисление на сяра и метали, образуването и използването на метан. Движение на азот и сяра напълно или предимства, но е "работи" прокариоти. По този начин, прокариоти MO-ши цикъла, за да поддържа и съхранява биосферните вещества, а еукариоти сами не могат да се справят с тази задача.

Ако прокариоти сами по себе си са се развивали в продължение на милиарди години, еукариотите никога не са оставени на мира. Те трябваше през цялото време да се изправи срещу прокариоти. Те предоставят най-новите нов екологичен ниши, защитата и са техните жертви. Многоклетъчни организми с техните силно защитни и други устройства, отчасти се дължи на агресивността на прокариоти. От друга страна, еукариоти са се научили да се възползват от тясно сътрудничество с прокариоти и ги е пуснал в службата му като ektosimbiontov (в стомашно-чревния тракт, върху кожата, в преживни животни в търбуха) и endosymbionts (за азот фиксиране, производство на биомаса от фотосинтеза Използвана Ния H2 S, отстраняване Н2).

Еволюцията на живите организми предлага решения за много вълнуващи предизвикателства. Изследването им току-що започна.