Эволюция бактерий
| Часть серии о |
| Эволюционная биология |
|---|
 |
Эволюция , бактерий с их первым продолжалась на протяжении миллиардов лет, начиная с докембрия серьезным отличием от архейной / эукариотической линии примерно 3,2–3,5 миллиарда лет назад. [1] [2] Это было обнаружено посредством секвенирования генов бактериальных нуклеоидов с целью реконструкции их филогении . Кроме того, свидетельства присутствия перминерализованных микроокаменелостей ранних прокариот были также обнаружены в породах австралийского Апекс-Черта , датируемых примерно 3,5 миллиарда лет назад. [3] в период времени, известный как докембрийское время. Это предполагает, что организм принадлежит к типу Thermotogota (ранее Thermotogae). [4] был самым недавним общим предком современных бактерий.
Дальнейший химический и изотопный анализ древних горных пород показывает, что в сидерийский период , примерно 2,45 миллиарда лет назад, [5] кислород появился. Это указывает на то, что океанические фотосинтезирующие цианобактерии развились в этот период, поскольку они были первыми микробами, производящими кислород в качестве побочного продукта своего метаболического процесса. [6] Таким образом, считалось, что этот тип преобладал примерно 2,3 миллиарда лет назад. Однако некоторые ученые утверждают, что они могли жить еще 2,7 миллиарда лет назад. [7] поскольку это было примерно до Великого события оксигенации , а это означает, что уровень кислорода успел увеличиться в атмосфере, прежде чем он изменил экосистему во время этого события.
Увеличение содержания кислорода в атмосфере привело к эволюции Pseudomonadota (ранее протеобактерий). Сегодня этот тип включает множество азотфиксирующих бактерий, патогенов и свободноживущих микроорганизмов. Этот тип развился примерно 1,5 миллиарда лет назад в палеопротерозойскую эру . [8]
Однако до сих пор существует множество противоречивых теорий о происхождении бактерий. Несмотря на то, что микроокаменелости древних бактерий были обнаружены, некоторые ученые утверждают, что отсутствие идентифицируемой морфологии в этих окаменелостях означает, что их нельзя использовать для того, чтобы сделать выводы о точной временной шкале эволюции бактерий. Тем не менее, последние технологические разработки означают, что было обнаружено больше доказательств.
бактерий Определение
−4500 — – — – −4000 — – — – −3500 — – — – −3000 — – — – −2500 — – — – −2000 — – — – −1500 — – — – −1000 — – — – −500 — – — – 0 — |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Бактерии — это прокариотические микроорганизмы , которые могут иметь форму бацилл , спирилл или кокков и иметь размер от 0,5 до 20 микрометров. Они были одними из первых живых клеток, которые эволюционировали. [9] и распространились, заселив множество различных сред обитания, включая гидротермальные источники , ледниковые скалы и другие организмы. Они имеют общие характеристики с эукариотическими клетками, включая цитоплазму , клеточную мембрану и рибосомы . Некоторые уникальные особенности бактерий включают клеточную стенку (также обнаруженную у растений и грибов ), жгутики (не общие для всех бактерий) и нуклеоид . [ нужна ссылка ]
Бактерии могут метаболизироваться по-разному, чаще всего за счет гетеротрофных или автотрофных ( фотосинтетических или хемосинтетических ) процессов. Бактерии размножаются путем бинарного деления , хотя они все еще могут обмениваться генетической информацией между людьми посредством трансдукции , трансформации или конъюгации . [ нужна ссылка ]
Процесс эволюции бактерий [ править ]
Бактерии развиваются аналогично другим организмам. Это происходит в процессе естественного отбора , в ходе которого полезные адаптации передаются будущим поколениям до тех пор, пока признак не станет общим для всей популяции. [10] Однако, поскольку бактерии размножаются посредством бинарного деления — формы бесполого размножения — дочерняя и родительская клетки генетически идентичны. Это делает бактерии восприимчивыми к давлению окружающей среды, и эту проблему можно решить путем обмена генетической информацией посредством трансдукции, трансформации или конъюгации. Это позволяет развиваться новым генетическим и физическим адаптациям, позволяя бактериям адаптироваться к окружающей среде и развиваться. Кроме того, бактерии могут размножаться всего за 20 минут. [11] что обеспечивает быструю адаптацию, а это означает, что новые штаммы бактерий могут быстро развиваться. Это стало проблемой в отношении бактерий, устойчивых к антибиотикам . [ нужна ссылка ]
Термотогалес [ править ]
Бактерии Thermotogota обычно представляют собой анаэробные организмы , которые термофильные или гипертермофильные грамотрицательные жить могут вблизи гидротермальных источников, где температура может колебаться в пределах 55–95 °C. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни . Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийском Апекс-Черте возле древних гидротермальных источников. [12] [13] Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это связано с тем, что этим организмам для выживания не требуется кислород — элемент, которого не было в больших количествах в ранней атмосфере Земли. [14] Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana , которые все еще во многом напоминают свою предковую форму и до сих пор живут вокруг этих жерл, что некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории. [ нужна ссылка ]
Появились более поздние данные, которые позволяют предположить, что Thermotogales эволюционировали примерно 3,2–3,5 миллиарда лет назад. Эти доказательства были собраны посредством секвенирования генов бактериальных нуклеоидов для реконструкции их филогении. [1] [2] Первое крупное расхождение внутри типа Thermotogales произошло между Thermotogaceae и Fervidobacteriaceae , однако еще предстоит определить, когда это произошло. Затем семейство Thermotogaceae разделилось на род Thermotoga и род Pseudothermotoga . [15] Род Thermotoga представляет большинство существующих гипертермофилов и уникален тем, что покрыт внешней мембраной, называемой « тога ». Некоторые существующие Thermotoga виды включают T. neapolitana . [ нужна ссылка ]
термотогалов Филогения
Филогения основана на работе All-Species Living Tree Project . [15]
Цианобактерии [ править ]
Цианобактерии или сине-зеленые водоросли — это грамотрицательные бактерии, тип фотосинтезирующих бактерий, которые появились 2,3–2,7 миллиарда лет назад. [16] Этот прокариот производит кислород как побочный продукт процессов фотосинтеза. [17] Они оказали заметное влияние на фармацевтическую и сельскохозяйственную промышленность благодаря своему потенциалу создания биологически активных соединений с антибактериальными, противогрибковыми, противовирусными и противоводорослевыми свойствами. Обычно они образуют подвижные нити, называемые гормогониями , которые могут образовывать колонии, а затем отпочковываться и путешествовать, колонизируя новые области. Они обитали в пресной воде, океанах, почве и камнях (как влажных, так и сухих), а также в арктических камнях. [ нужна ссылка ]
Эти организмы развили фотосинтетические реакционные центры и стали первыми автотрофами, производящими кислород , которые появились в летописи окаменелостей. Они используют солнечный свет для запуска своих метаболических процессов, которые удаляют углекислый газ из атмосферы и выделяют кислород. [18] Из-за этой особенности некоторые ученые считают, что именно этот тип стал причиной Великого события оксигенации примерно 2,3 миллиарда лет назад. [19]
Однако ближайшие известные родственники цианобактерий, продуцирующих кислород, не производили кислород. [20] Этими родственниками являются Melainabacteria и Sericytochromiat, ни одна из которых не может фотосинтезировать. С помощью генетического секвенирования ученые обнаружили, что у этих двух групп не было остатков генов, необходимых для функционирования фотосинтетических реакций. [20] Это говорит о том, что цианобактерии, мелаинабактерии и серицитохроматы произошли от общего нефотосинтезирующего предка. [ нужна ссылка ]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Баттистуцци, Фабия У.; Фейджао, Андрея; Хеджес, С. Блэр (2004). «Геномная временная шкала эволюции прокариот: понимание происхождения метаногенеза, фототрофии и колонизации суши» . Эволюционная биология BMC . 4:44 . дои : 10.1186/1471-2148-4-44 . ПМЦ 533871 . ПМИД 15535883 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Браун, младший Дулиттл, WF (декабрь 1997 г.). «Археи и переход от прокариот к эукариотам» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 61 (4): 456–502. doi : 10.1128/mmbr.61.4.456-502.1997 . ПМК 232621 . ПМИД 9409149 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «31. Древняя жизнь: микроокаменелости вершинного кремня» . www.lpi.usra.edu . Проверено 21 мая 2019 г.
- ^ Ди Джулио, Массимо (декабрь 2003 г.). «Всемирный предок и предок бактерий были гипертермофилами». Журнал молекулярной эволюции . 57 (6): 721–730. Бибкод : 2003JMolE..57..721D . дои : 10.1007/s00239-003-2522-6 . ПМИД 14745541 . S2CID 7041325 .
- ^ Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Тайна земного кислорода» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 мая 2019 г.
- ^ «Повышение уровня кислорода» . Журнал астробиологии . 30 июля 2003 г. Архивировано из оригинала 06 сентября 2015 г. Проверено 21 мая 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Когда появились бактерии?» . Журнал астробиологии . 18 апреля 2004 г. Архивировано из оригинала 12 января 2019 г. Проверено 21 мая 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Дельи Эспости, Мауро (27 ноября 2014 г.). «Биоэнергетическая эволюция протеобактерий и митохондрий» . Геномная биология и эволюция . 6 (12): 3238–3251. дои : 10.1093/gbe/evu257 . ПМЦ 4986455 . ПМИД 25432941 .
- ^ Хартман, Х; Мацуно, К. (1993). Происхождение и эволюция клетки . Всемирная научная. стр. 1–446. дои : 10.1142/9789814536219 . ISBN 9789810212629 .
- ^ «Эволюционные ресурсы национальных академий» . www.nas.edu . Архивировано из оригинала 3 июня 2016 г. Проверено 21 мая 2019 г.
- ^ «О микробиологии – Бактерии» . microbiologyonline.org . Архивировано из оригинала 27 ноября 2019 г. Проверено 21 мая 2019 г.
- ^ Брейзер, доктор медицины (2011). Геология и предполагаемый комплекс микрофоссилий ок. 3460 млн лет назад «Апекс Черт», Чайнамен-Крик, Западная Австралия: полевой и петрографический справочник . Геологическая служба Западной Австралии. ISBN 9781741683660 . OCLC 748237320 .
- ^ «Микроокаменелости Apex Chert» . Исследовательские ворота . Проверено 21 мая 2019 г.
- ^ Фрок, Эндрю Д.; Ноти, Джасприт С.; Келли, Роберт М. (2010). «Род Thermotoga: Последние разработки» . Экологические технологии . 31 (10): 1169–1181. дои : 10.1080/09593330.2010.484076 . ПМЦ 3752655 . ПМИД 20718299 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Комплексная база данных рибосомальных РНК Сильвы (сентябрь 2015 г.). «Выпуск 123 LTP на основе 16S рРНК (полное дерево)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2019 г. Проверено 7 июня 2019 г.
- ^ Берман-Франк, Илана; Лундгрен, Пернилла; Фальковски, Пол (2003). «Азотфиксация и фотосинтетическое выделение кислорода у цианобактерий» . Исследования в области микробиологии . 154 (3): 157–164. дои : 10.1016/s0923-2508(03)00029-9 . ПМИД 12706503 .
- ^ Гамильтон, Тринити Л.; Брайант, Дональд А.; Макалади, Дженнифер Л. (21 декабря 2015 г.). «Роль биологии в планетарной эволюции: первичное производство цианобактерий в протерозойских океанах с низким содержанием кислорода» . Экологическая микробиология . 18 (2): 325–340. дои : 10.1111/1462-2920.13118 . ПМК 5019231 . ПМИД 26549614 .
- ^ Тандо де Марсак, Николь; Умар, Жан (январь 1993 г.). «Адаптация цианобактерий к раздражителям окружающей среды: новые шаги к молекулярным механизмам» . Письма FEMS по микробиологии . 104 (1–2): 119–189. дои : 10.1111/j.1574-6968.1993.tb05866.x .
- ^ «Великое событие окисления: больше кислорода благодаря многоклеточности» . ScienceDaily . Проверено 7 июня 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Бактерии, изменившие мир» . Evolution.berkeley.edu . Май 2017 года . Проверено 7 июня 2019 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Габрич П. (2022). «Влияние инфекционных заболеваний на человека и наше происхождение» . Антропологический обзор . 85 (1): 101–106. дои : 10.18778/1898-6773.85.1.07 . hdl : 11089/43149 . Проверено 11 мая 2023 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Что такое цианобактерии и каковы их виды?
- Веб-сервер для исследований цианобактерий
- Прайс, Р.Г. «Понимание эволюции: история, теория, доказательства и последствия» . www.rationalrevolution.net . Проверено 23 февраля 2015 г.
