Baktērijas ir vecākā organismu grupa, kas pašlaik pastāv uz Zemes. Pirmās baktērijas, iespējams, parādījās pirms vairāk nekā 3,5 miljardiem gadu, un gandrīz miljardu gadu tās bija vienīgās dzīvās būtnes uz mūsu planētas. Tā kā šie bija pirmie dzīvās dabas pārstāvji, viņu ķermenim bija primitīva uzbūve.
Laika gaitā to struktūra kļuva sarežģītāka, taču līdz pat šai dienai baktērijas tiek uzskatītas par primitīvākajiem vienšūnas organismiem. Interesanti, ka dažas baktērijas joprojām saglabā savu seno senču primitīvās iezīmes. To novēro baktērijās, kas dzīvo karstos sēravotos un bezskābekļa dubļos rezervuāru apakšā.
Lielākā daļa baktēriju ir bezkrāsainas. Tikai daži ir violeti vai zaļi. Bet daudzu baktēriju kolonijām ir spilgta krāsa, ko izraisa krāsainas vielas izdalīšanās vidē vai šūnu pigmentācija.
Baktēriju pasaules atklājējs bija 17. gadsimta holandiešu dabaszinātnieks Antonijs Lēvenhuks, kurš pirmais izveidoja perfektu palielināmo mikroskopu, kas objektus palielina 160-270 reizes.
Baktērijas tiek klasificētas kā prokariotes un tiek klasificētas atsevišķā valstībā - Baktērijas.
Ķermeņa forma
Baktērijas ir daudz un dažādi organismi. Tās atšķiras pēc formas.
| Baktērijas nosaukums | Baktēriju forma | Baktēriju attēls |
| Cocci | Lodveida | |
| Bacillus |  | Stieņa formas |
| Vibrio | Komatveida | |
| Spirillum |  | Spirāle |
| Streptokoki |  | Koku ķēde |
| Stafilokoks |  | Koku kopas |
| Diplokoks | Divas apaļas baktērijas, kas ievietotas vienā gļotādas kapsulā |
Pārvadāšanas metodes
Starp baktērijām ir mobilās un nekustīgās formas. Kustības kustas viļņveidīgu kontrakciju dēļ vai ar flagellu (savītu spirālveida pavedienu) palīdzību, kas sastāv no īpaša proteīna, ko sauc par flagellīnu. Var būt viena vai vairākas flagellas. Dažās baktērijās tie atrodas vienā šūnas galā, citās - divos vai pa visu virsmu.
Bet kustība ir raksturīga arī daudzām citām baktērijām, kurām trūkst flagellas. Tādējādi baktērijas, kas no ārpuses pārklātas ar gļotām, spēj slīdēt.
Dažām ūdens un augsnes baktērijām, kurām nav flagellas, citoplazmā ir gāzes vakuoli. Šūnā var būt 40-60 vakuolu. Katrs no tiem ir piepildīts ar gāzi (domājams, slāpekli). Regulējot gāzes daudzumu vakuolos, ūdens baktērijas var iegrimt ūdens stabā vai pacelties uz tās virsmu, un augsnes baktērijas var pārvietoties augsnes kapilāros.
Dzīvotne
Savas organizācijas vienkāršības un nepretenciozitātes dēļ baktērijas ir plaši izplatītas dabā. Baktērijas ir sastopamas visur: pat vistīrākā avota ūdens pilē, augsnes graudos, gaisā, akmeņos, polārajā sniegā, tuksneša smiltīs, okeāna dibenā, eļļā, kas iegūta no liela dziļuma, un pat karsto avotu ūdens, kura temperatūra ir aptuveni 80ºC. Viņi dzīvo uz augiem, augļiem, dažādiem dzīvniekiem un cilvēkiem zarnās, mutes dobumā, ekstremitātēs un uz ķermeņa virsmas.
Baktērijas ir mazākās un daudzskaitlīgākās dzīvās būtnes. Mazā izmēra dēļ tie viegli iekļūst plaisās, spraugās vai porās. Ļoti izturīgs un pielāgots dažādiem dzīves apstākļiem. Tie panes žāvēšanu, lielu aukstumu un karsēšanu līdz 90ºC, nezaudējot savu dzīvotspēju.
Uz Zemes praktiski nav tādas vietas, kur baktērijas netiktu atrastas, bet dažādos daudzumos. Baktēriju dzīves apstākļi ir dažādi. Dažiem no tiem nepieciešams atmosfēras skābeklis, citiem tas nav vajadzīgs un spēj dzīvot bezskābekļa vidē.
Gaisā: baktērijas paceļas augšējos atmosfēras slāņos līdz 30 km. un vēl.
Īpaši daudz to ir augsnē. 1 g augsnes var saturēt simtiem miljonu baktēriju.
Ūdenī: ūdens virszemes slāņos atklātos rezervuāros. Noderīgās ūdens baktērijas mineralizē organiskās atliekas.
Dzīvos organismos: patogēnās baktērijas nokļūst organismā no ārējās vides, bet tikai labvēlīgos apstākļos izraisa slimības. Simbiotiķi dzīvo gremošanas orgānos, palīdzot sadalīt un uzņemt pārtiku, sintezēt vitamīnus.
Ārējā struktūra
Baktērijas šūna ir pārklāta ar īpašu blīvu apvalku - šūnas sieniņu, kas veic aizsargfunkcijas un atbalsta funkcijas, kā arī piešķir baktērijai paliekošu, raksturīgu formu. Baktērijas šūnu siena atgādina augu šūnas sienu. Tas ir caurlaidīgs: caur to barības vielas brīvi nokļūst šūnā, un vielmaiņas produkti iziet vidē. Nereti baktērijas rada papildu aizsargslāni ar gļotām uz šūnas sieniņas – kapsulu. Kapsulas biezums var būt daudzkārt lielāks par pašas šūnas diametru, taču tas var būt arī ļoti mazs. Kapsula nav būtiska šūnas sastāvdaļa, tā veidojas atkarībā no apstākļiem, kādos atrodas baktērijas. Tas pasargā baktērijas no izžūšanas.
Dažu baktēriju virspusē ir garas karogs (viena, divas vai daudzas) vai īsas plānas bārkstiņas. Ziedu garums var būt daudzkārt lielāks par baktērijas ķermeņa izmēru. Baktērijas pārvietojas ar flagellas un bārkstiņu palīdzību.
Iekšējā struktūra
Baktēriju šūnas iekšpusē ir blīva, nekustīga citoplazma. Tam ir slāņaina struktūra, vakuolu nav, tāpēc dažādas olbaltumvielas (enzīmi) un rezerves barības vielas atrodas pašā citoplazmas vielā. Baktēriju šūnām nav kodola. Viela, kas satur iedzimtu informāciju, ir koncentrēta viņu šūnas centrālajā daļā. Baktērijas, - nukleīnskābe - DNS. Bet šī viela nav izveidota kodolā.
Baktēriju šūnas iekšējā organizācija ir sarežģīta, un tai ir savas specifiskās īpašības. Citoplazmu no šūnas sienas atdala citoplazmas membrāna. Citoplazmā ir galvenā viela jeb matrica, ribosomas un neliels skaits membrānu struktūru, kas veic dažādas funkcijas (mitohondriju analogi, endoplazmatiskais tīkls, Golgi aparāts). Baktēriju šūnu citoplazmā bieži ir dažādu formu un izmēru granulas. Granulas var sastāvēt no savienojumiem, kas kalpo kā enerģijas un oglekļa avots. Tauku pilieni ir atrodami arī baktēriju šūnā.
Šūnas centrālajā daļā ir lokalizēta kodolviela - DNS, kas nav norobežota no citoplazmas ar membrānu. Tas ir kodola analogs - nukleoīds. Nukleoīdam nav membrānas, kodola vai hromosomu kopas.
Ēšanas metodes
Baktērijām ir dažādas barošanas metodes. Starp tiem ir autotrofi un heterotrofi. Autotrofi ir organismi, kas spēj patstāvīgi ražot organiskas vielas savai uzturam.
Augiem ir nepieciešams slāpeklis, bet paši nevar absorbēt slāpekli no gaisa. Dažas baktērijas apvieno gaisā esošās slāpekļa molekulas ar citām molekulām, kā rezultātā veidojas augiem pieejamas vielas.
Šīs baktērijas apmetas jauno sakņu šūnās, kā rezultātā uz saknēm veidojas sabiezējumi, ko sauc par mezgliņiem. Šādi mezgliņi veidojas uz pākšaugu dzimtas augu un dažu citu augu saknēm.
Saknes nodrošina baktērijām ogļhidrātus, bet baktērijas saknēm nodrošina slāpekli saturošas vielas, kuras augs var absorbēt. Viņu kopdzīve ir abpusēji izdevīga.
Augu saknes izdala daudz organisko vielu (cukurus, aminoskābes un citas), ar kurām barojas baktērijas. Tāpēc īpaši daudz baktēriju apmetas augsnes slānī, kas ieskauj saknes. Šīs baktērijas pārvērš mirušos augu atliekas augiem pieejamās vielās. Šo augsnes slāni sauc par rizosfēru.
Pastāv vairākas hipotēzes par mezgliņu baktēriju iekļūšanu sakņu audos:
- caur epidermas un garozas audu bojājumiem;
- caur sakņu matiņiem;
- tikai caur jauno šūnu membrānu;
- pateicoties pavadošajām baktērijām, kas ražo pektinolītiskos enzīmus;
- B-indoletiķskābes sintēzes stimulēšanas dēļ no triptofāna, kas vienmēr atrodas augu sakņu sekrēcijās.
Mezglu baktēriju ievadīšanas process sakņu audos sastāv no divām fāzēm:
- sakņu matiņu infekcija;
- mezgliņu veidošanās process.
Vairumā gadījumu invāzijas šūna aktīvi vairojas, veido tā sauktos infekcijas pavedienus un šādu pavedienu veidā pārvietojas augu audos. Mezglu baktērijas, kas rodas no infekcijas pavediena, turpina vairoties saimniekaudi.
Augu šūnas, kas piepildītas ar ātri vairojošām mezgliņu baktēriju šūnām, sāk strauji dalīties. Jauna mezgliņa savienojums ar pākšaugu sakni tiek veikts, pateicoties asinsvadu-šķiedru saišķiem. Funkcionēšanas periodā mezgliņi parasti ir blīvi. Līdz brīdim, kad notiek optimāla aktivitāte, mezgliņi iegūst rozā krāsu (pateicoties leghemoglobīna pigmentam). Tikai tās baktērijas, kas satur leghemoglobīnu, spēj piesaistīt slāpekli.
Mezglu baktērijas rada desmitiem un simtiem kilogramu slāpekļa mēslojuma uz hektāru augsnes.
Vielmaiņa
Baktērijas atšķiras viena no otras savā vielmaiņā. Dažos tas notiek ar skābekļa piedalīšanos, citās - bez tā.
Lielākā daļa baktēriju barojas ar gatavām organiskām vielām. Tikai dažas no tām (zili zaļas vai zilaļģes) spēj radīt organiskas vielas no neorganiskām. Viņiem bija svarīga loma skābekļa uzkrāšanā Zemes atmosfērā.
Baktērijas absorbē vielas no ārpuses, saplēš to molekulas gabalos, no šīm daļām saliek čaulu un papildina to saturu (tā tās aug), un izmet nevajadzīgās molekulas. Baktērijas apvalks un membrāna ļauj tai absorbēt tikai nepieciešamās vielas.
Ja baktērijas apvalks un membrāna būtu pilnībā necaurlaidīgi, šūnā neiekļūtu nekādas vielas. Ja tie būtu caurlaidīgi visām vielām, šūnas saturs sajauktos ar barotni – šķīdumu, kurā dzīvo baktērija. Lai izdzīvotu, baktērijām ir nepieciešams apvalks, kas ļauj iziet cauri nepieciešamām vielām, bet ne nevajadzīgām vielām.
Baktērija absorbē barības vielas, kas atrodas tās tuvumā. Kas notiek tālāk? Ja tas var pārvietoties patstāvīgi (pārvietojot zizli vai atgrūžot gļotas), tad tas kustas, līdz atrod nepieciešamās vielas.
Ja tas nevar kustēties, tad gaida, kamēr difūzija (vienas vielas molekulu spēja iekļūt citas vielas molekulu biezoknī) atnes tai nepieciešamās molekulas.
Baktērijas kopā ar citām mikroorganismu grupām veic milzīgu ķīmisko darbu. Pārvēršot dažādus savienojumus, tie saņem dzīvībai nepieciešamo enerģiju un uzturvielas. Metabolisma procesi, enerģijas iegūšanas metodes un nepieciešamība pēc materiāliem to ķermeņa vielu veidošanai baktērijās ir dažādi.
Citas baktērijas apmierina visas savas vajadzības pēc oglekļa, kas nepieciešamas organisko vielu sintēzei organismā uz neorganisko savienojumu rēķina. Tos sauc par autotrofiem. Autotrofās baktērijas spēj sintezēt organiskās vielas no neorganiskām. Starp tiem ir:
Ķīmijsintēze
Starojuma enerģijas izmantošana ir vissvarīgākais, bet ne vienīgais veids, kā radīt organiskās vielas no oglekļa dioksīda un ūdens. Ir zināmas baktērijas, kas kā enerģijas avots šādai sintēzei izmanto nevis saules gaismu, bet gan ķīmisko saišu enerģiju, kas rodas organismu šūnās noteiktu neorganisko savienojumu - sērūdeņraža, sēra, amonjaka, ūdeņraža, slāpekļskābes, dzelzs savienojumu - oksidēšanās laikā. dzelzs un mangāns. Viņi izmanto organiskās vielas, kas veidojas, izmantojot šo ķīmisko enerģiju, lai izveidotu sava ķermeņa šūnas. Tāpēc šo procesu sauc par ķīmijsintēzi.
Vissvarīgākā ķīmiski sintētisko mikroorganismu grupa ir nitrificējošās baktērijas. Šīs baktērijas dzīvo augsnē un oksidē amonjaku, kas veidojas organisko atlieku sadalīšanās laikā līdz slāpekļskābei. Pēdējais reaģē ar augsnes minerālu savienojumiem, pārvēršoties slāpekļskābes sāļos. Šis process notiek divos posmos.
Dzelzs baktērijas pārvērš dzelzi par dzelzi oksīdu. Iegūtais dzelzs hidroksīds nosēžas un veido tā saukto purva dzelzsrūdu.
Daži mikroorganismi pastāv molekulārā ūdeņraža oksidācijas dēļ, tādējādi nodrošinot autotrofisku uztura metodi.
Ūdeņraža baktēriju raksturīga iezīme ir spēja pāriet uz heterotrofisku dzīvesveidu, ja tās tiek nodrošinātas ar organiskiem savienojumiem un ūdeņraža neesamību.
Tādējādi ķīmijautotrofi ir tipiski autotrofi, jo tie patstāvīgi sintezē nepieciešamos organiskos savienojumus no neorganiskām vielām un neņem tos gatavus no citiem organismiem, piemēram, heterotrofiem. Ķīmijautotrofās baktērijas atšķiras no fototrofiskajiem augiem ar to pilnīgu neatkarību no gaismas kā enerģijas avota.
Baktēriju fotosintēze
Dažas pigmentu saturošas sēra baktērijas (violeta, zaļa), kas satur specifiskus pigmentus - bakteriohlorofilus, spēj absorbēt saules enerģiju, ar kuras palīdzību to organismos esošais sērūdeņradis tiek sadalīts un atbrīvo ūdeņraža atomus, lai atjaunotu atbilstošos savienojumus. Šim procesam ir daudz kopīga ar fotosintēzi un tas atšķiras tikai ar to, ka purpursarkanajās un zaļajās baktērijās ūdeņraža donors ir sērūdeņradis (reizēm karbonskābes), bet zaļajos augos tas ir ūdens. Abos no tiem ūdeņraža atdalīšana un pārnešana tiek veikta absorbēto saules staru enerģijas dēļ.
Šo baktēriju fotosintēzi, kas notiek bez skābekļa izdalīšanās, sauc par fotoreducēšanu. Oglekļa dioksīda fotoreducēšana ir saistīta ar ūdeņraža pārnešanu nevis no ūdens, bet no sērūdeņraža:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
Ķīmijsintēzes un baktēriju fotosintēzes bioloģiskā nozīme planētu mērogā ir salīdzinoši neliela. Sēra aprites procesā dabā nozīmīgu lomu spēlē tikai ķīmiskās sintētiskās baktērijas. Uzsūcas zaļajos augos sērskābes sāļu veidā, sērs tiek samazināts un kļūst par olbaltumvielu molekulu sastāvdaļu. Tālāk, kad atmirušās augu un dzīvnieku atliekas iznīcina pūšanas baktērijas, sērūdeņraža veidā izdalās sērs, ko sēra baktērijas oksidē līdz brīvam sēram (vai sērskābei), veidojot augsnē sulfītus, kas ir pieejami augiem. Ķīmiskās un fotoautotrofās baktērijas ir būtiskas slāpekļa un sēra ciklā.
Sporulācija
Sporas veidojas baktēriju šūnas iekšpusē. Sporulācijas procesa laikā baktēriju šūnā notiek vairāki bioķīmiski procesi. Brīvā ūdens daudzums tajā samazinās un fermentatīvā aktivitāte samazinās. Tādējādi tiek nodrošināta sporu noturība pret nelabvēlīgiem vides apstākļiem (augsta temperatūra, augsta sāls koncentrācija, žāvēšana utt.). Sporulācija ir raksturīga tikai nelielai baktēriju grupai.
Sporas ir neobligāts baktēriju dzīves cikla posms. Sporulācija sākas tikai ar barības vielu trūkumu vai vielmaiņas produktu uzkrāšanos. Baktērijas sporu veidā ilgstoši var palikt miera stāvoklī. Baktēriju sporas var izturēt ilgstošu vārīšanu un ļoti ilgu sasalšanu. Kad rodas labvēlīgi apstākļi, sporas uzdīgst un kļūst dzīvotspējīgas. Baktēriju sporas ir adaptācija, lai izdzīvotu nelabvēlīgos apstākļos.
Pavairošana
Baktērijas vairojas, sadalot vienu šūnu divās daļās. Sasniedzot noteiktu izmēru, baktērija sadalās divās identiskās baktērijās. Tad katrs no tiem sāk baroties, aug, dalās utt.
Pēc šūnu pagarināšanas pamazām veidojas šķērseniskā starpsiena, un tad atdalās meitas šūnas; Daudzās baktērijās noteiktos apstākļos pēc dalīšanās šūnas paliek savienotas raksturīgās grupās. Šajā gadījumā atkarībā no dalīšanas plaknes virziena un dalījumu skaita rodas dažādas formas. Vairošanās ar pumpuru veidošanu notiek kā izņēmums baktērijām.
Labvēlīgos apstākļos šūnu dalīšanās daudzās baktērijās notiek ik pēc 20-30 minūtēm. Ar tik strauju vairošanos vienas baktērijas pēcnācēji 5 dienās var izveidot masu, kas var piepildīt visas jūras un okeānus. Vienkāršs aprēķins parāda, ka dienā var izveidoties 72 paaudzes (720 000 000 000 000 000 000 šūnas). Pārrēķinot uz svaru - 4720 tonnas. Tomēr dabā tas nenotiek, jo lielākā daļa baktēriju ātri iet bojā saules gaismas ietekmē, izžūstot, barības trūkuma, uzkarsēšanas līdz 65-100ºC, sugu cīņas rezultātā utt.
Baktērija (1), uzņemot pietiekami daudz pārtikas, palielinās izmērs (2) un sāk gatavoties reprodukcijai (šūnu dalīšanās). Tās DNS (baktērijā DNS molekula ir noslēgta gredzenā) dubultojas (baktērija rada šīs molekulas kopiju). Abas DNS molekulas (3, 4) ir piestiprinātas pie baktērijas sienas un, baktērijai pagarinoties, attālinās (5, 6). Vispirms sadalās nukleotīds, tad citoplazma.
Pēc divu DNS molekulu diverģences uz baktērijas parādās sašaurināšanās, kas pakāpeniski sadala baktērijas ķermeni divās daļās, no kurām katra satur DNS molekulu (7).
Gadās (Bacillus subtilis), ka divas baktērijas salīp kopā un starp tām veidojas tilts (1,2).
Džemperis transportē DNS no vienas baktērijas uz otru (3). Nokļūstot vienā baktērijā, DNS molekulas savijas, dažās vietās salīp kopā (4) un pēc tam apmainās ar sekcijām (5).
Baktēriju loma dabā
Gyre
Baktērijas ir vissvarīgākā saikne vispārējā vielu ciklā dabā. Augi veido sarežģītas organiskas vielas no oglekļa dioksīda, ūdens un minerālsāļiem augsnē. Šīs vielas atgriežas augsnē ar mirušām sēnītēm, augiem un dzīvnieku līķiem. Baktērijas sadala sarežģītas vielas vienkāršās, kuras pēc tam izmanto augi.
Baktērijas iznīcina mirušo augu un dzīvnieku līķu kompleksās organiskās vielas, dzīvo organismu ekskrēcijas un dažādus atkritumus. Barojot ar šīm organiskajām vielām, saprofītiskās sabrukšanas baktērijas pārvērš tās humusā. Tie ir sava veida mūsu planētas sakārtotāji. Tādējādi baktērijas aktīvi piedalās vielu apritē dabā.
Augsnes veidošanās
Tā kā baktērijas ir izplatītas gandrīz visur un sastopamas milzīgā daudzumā, tās lielā mērā nosaka dažādus dabā notiekošos procesus. Rudenī kokiem un krūmiem krīt lapas, stiebrzālēm iet bojā virszemes dzinumi, nobirst vecie zari, ik pa laikam nobirst veco koku stumbri. Tas viss pamazām pārvēršas humusā. 1 cm3. Meža augsnes virskārtā ir simtiem miljonu vairāku sugu saprofītu augsnes baktēriju. Šīs baktērijas humusu pārvērš dažādās minerālvielās, kuras no augsnes var absorbēt augu saknes.
Dažas augsnes baktērijas spēj absorbēt slāpekli no gaisa, izmantojot to dzīvībai svarīgos procesos. Šīs slāpekli fiksējošās baktērijas dzīvo neatkarīgi vai apmetas pākšaugu saknēs. Iekļūstot pākšaugu saknēs, šīs baktērijas izraisa sakņu šūnu augšanu un mezgliņu veidošanos uz tām.
Šīs baktērijas ražo slāpekļa savienojumus, ko izmanto augi. Baktērijas iegūst ogļhidrātus un minerālsāļus no augiem. Tādējādi starp pākšaugu un mezgla baktērijām pastāv cieša saistība, kas ir labvēlīga gan vienam, gan otram organismam. Šo parādību sauc par simbiozi.
Pateicoties simbiozei ar mezgliņu baktērijām, pākšaugi bagātina augsni ar slāpekli, palīdzot palielināt ražu.
Izplatība dabā
Mikroorganismi ir visuresoši. Vienīgie izņēmumi ir aktīvo vulkānu krāteri un nelielas teritorijas sprāgstošas atombumbu epicentros. Ne Antarktīdas zemās temperatūras, ne verdošās geizeru straumes, ne piesātinātie sāls šķīdumi sāls baseinos, ne stiprā kalnu virsotņu insolācija, ne skarbā kodolreaktoru apstarošana netraucē mikrofloras pastāvēšanu un attīstību. Visas dzīvās būtnes pastāvīgi mijiedarbojas ar mikroorganismiem, bieži vien ir ne tikai to krātuves, bet arī izplatītāji. Mikroorganismi ir mūsu planētas vietējie iedzīvotāji, kas aktīvi pēta visneticamākos dabiskos substrātus.
Augsnes mikroflora
Baktēriju skaits augsnē ir ārkārtīgi liels – simtiem miljonu un miljardu īpatņu uz gramu. Augsnē to ir daudz vairāk nekā ūdenī un gaisā. Kopējais baktēriju skaits augsnēs mainās. Baktēriju skaits ir atkarīgs no augsnes veida, to stāvokļa un slāņu dziļuma.
Uz augsnes daļiņu virsmas mikroorganismi atrodas nelielās mikrokolonijās (katrā pa 20-100 šūnām). Tie bieži veidojas organisko vielu recekļu biezumā, uz dzīvām un mirstošām augu saknēm, tievos kapilāros un iekšā kunkuļos.
Augsnes mikroflora ir ļoti daudzveidīga. Šeit ir dažādas baktēriju fizioloģiskās grupas: pūšanas baktērijas, nitrificējošās baktērijas, slāpekli fiksējošās baktērijas, sēra baktērijas uc starp tām ir aerobās un anaerobās, sporu un nesporu formas. Mikroflora ir viens no augsnes veidošanās faktoriem.
Mikroorganismu attīstības zona augsnē ir zona, kas atrodas blakus dzīvo augu saknēm. To sauc par rizosfēru, un tajā esošo mikroorganismu kopumu sauc par rizosfēras mikrofloru.
Rezervuāru mikroflora
Ūdens ir dabiska vide, kurā mikroorganismi attīstās lielā skaitā. Lielākā daļa no tiem nonāk ūdenī no augsnes. Faktors, kas nosaka baktēriju skaitu ūdenī un barības vielu klātbūtni tajā. Tīrākie ūdeņi ir no artēziskajiem akām un avotiem. Atvērtās ūdenskrātuves un upes ir ļoti bagātas ar baktērijām. Lielākais baktēriju skaits ir atrodams ūdens virszemes slāņos, tuvāk krastam. Attālinoties no krasta un palielinoties dziļumam, baktēriju skaits samazinās.
Tīrā ūdenī ir 100-200 baktērijas uz ml, un piesārņotā ūdenī ir 100-300 tūkstoši vai vairāk. Apakšējā dūņās ir daudz baktēriju, īpaši virsmas slānī, kur baktērijas veido plēvi. Šī plēve satur daudz sēra un dzelzs baktēriju, kas oksidē sērūdeņradi līdz sērskābei un tādējādi novērš zivju bojāeju. Dūņos ir vairāk sporu nesošo formu, savukārt ūdenī dominē nesporas formas.
Pēc sugu sastāva ūdens mikroflora ir līdzīga augsnes mikroflorai, taču ir arī specifiskas formas. Iznīcinot dažādus ūdenī nonākušos atkritumus, mikroorganismi pamazām veic tā saukto bioloģisko ūdens attīrīšanu.
Gaisa mikroflora
Gaisa mikroflora ir mazāka nekā augsnes un ūdens mikroflora. Baktērijas paceļas gaisā kopā ar putekļiem, var kādu laiku palikt tur, un pēc tam nosēsties uz zemes virsmas un mirst no uztura trūkuma vai ultravioleto staru ietekmē. Mikroorganismu skaits gaisā ir atkarīgs no ģeogrāfiskās zonas, reljefa, gada laika, putekļu piesārņojuma uc katrs putekļu plankums ir mikroorganismu nesējs. Lielākā daļa baktēriju atrodas gaisā virs rūpniecības uzņēmumiem. Laukos gaiss ir tīrāks. Tīrākais gaiss ir virs mežiem, kalniem un sniegotām vietām. Augšējos gaisa slāņos ir mazāk mikrobu. Gaisa mikroflorā ir daudz pigmentētu un sporu saturošu baktēriju, kas ir izturīgākas par citām pret ultravioletajiem stariem.
Cilvēka ķermeņa mikroflora
Cilvēka ķermenis, pat pilnīgi vesels, vienmēr ir mikrofloras nesējs. Cilvēka ķermenim saskaroties ar gaisu un augsni, uz apģērba un ādas nogulsnējas dažādi mikroorganismi, arī patogēnie (stingumkrampju baciļi, gāzes gangrēna u.c.). Visbiežāk pakļautās cilvēka ķermeņa daļas ir piesārņotas. Uz rokām atrodami E. coli un stafilokoki. Mutes dobumā ir vairāk nekā 100 veidu mikrobu. Mute ar savu temperatūru, mitrumu un barības vielu atliekām ir lieliska vide mikroorganismu attīstībai.
Kuņģī notiek skāba reakcija, tāpēc lielākā daļa tajā esošo mikroorganismu mirst. Sākot no tievās zarnas, reakcija kļūst sārmaina, t.i. labvēlīgs mikrobiem. Mikroflora resnajā zarnā ir ļoti daudzveidīga. Katrs pieaugušais ik dienas ar ekskrementiem izdala aptuveni 18 miljardus baktēriju, t.i. vairāk indivīdu nekā cilvēku uz zemeslodes.
Iekšējos orgānos, kas nav saistīti ar ārējo vidi (smadzenes, sirds, aknas, urīnpūslis utt.), parasti nav mikrobu. Mikrobi šajos orgānos iekļūst tikai slimības laikā.
Baktērijas vielu ciklā
Mikroorganismiem kopumā un jo īpaši baktērijām ir liela nozīme bioloģiski svarīgajos vielu ciklos uz Zemes, veicot ķīmiskas transformācijas, kas ir pilnīgi nepieejamas ne augiem, ne dzīvniekiem. Dažādus elementu cikla posmus veic dažāda veida organismi. Katras atsevišķas organismu grupas pastāvēšana ir atkarīga no elementu ķīmiskās transformācijas, ko veic citas grupas.
Slāpekļa cikls
Slāpekļa savienojumu cikliskajai transformācijai ir galvenā loma nepieciešamo slāpekļa formu apgādē biosfēras organismiem ar dažādām uztura vajadzībām. Vairāk nekā 90% no kopējā slāpekļa fiksācijas notiek dažu baktēriju metaboliskās aktivitātes dēļ.
Oglekļa cikls
Organiskā oglekļa bioloģiskai pārvēršanai oglekļa dioksīdā, ko pavada molekulārā skābekļa samazināšanās, ir nepieciešama dažādu mikroorganismu kopīga vielmaiņas aktivitāte. Daudzas aerobās baktērijas veic pilnīgu organisko vielu oksidāciju. Aerobos apstākļos organiskie savienojumi sākotnēji tiek sadalīti fermentācijas ceļā, un fermentācijas organiskie gala produkti tiek tālāk oksidēti anaerobās elpošanas ceļā, ja ir neorganiskie ūdeņraža akceptori (nitrāti, sulfāti vai CO 2 ).
Sēra cikls
Sērs ir pieejams dzīviem organismiem galvenokārt šķīstošu sulfātu vai reducētu organisko sēra savienojumu veidā.
Dzelzs cikls
Dažās saldūdens tilpnēs ir liela reducēto dzelzs sāļu koncentrācija. Šādās vietās veidojas specifiska baktēriju mikroflora – dzelzs baktērijas, kas oksidē reducēto dzelzi. Tie piedalās purva dzelzsrūdu un ar dzelzs sāļiem bagātu ūdens avotu veidošanā.
Baktērijas ir senākie organismi, kas arhejā parādījās apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu. Apmēram 2,5 miljardus gadu viņi dominēja uz Zemes, veidojot biosfēru un piedalījās skābekļa atmosfēras veidošanā.
Baktērijas ir vieni no vienkāršāk strukturētajiem dzīviem organismiem (izņemot vīrusus). Tiek uzskatīts, ka tie ir pirmie organismi, kas parādījās uz Zemes.
Visi dzīvie organismi uz Zemes ir sadalīti divās grupās: prokariotos un eikariotos.
- Eikarioti ir augi, dzīvnieki un sēnes.
- Prokarioti ir baktērijas (tostarp zilaļģes, kas pazīstamas arī kā zilaļģes).
Galvenā atšķirība
Prokariotiem nav kodola, apļveida DNS (cirkulārā hromosoma) atrodas tieši citoplazmā (šo citoplazmas daļu sauc par nukleoīdu).
Eikariotiem ir izveidots kodols(iedzimto informāciju [DNS] no citoplazmas atdala kodola apvalks).
Papildu atšķirības
1) Tā kā prokariotiem nav kodola, tad nav arī mitozes/meiozes. Baktērijas vairojas, daloties divās ("tiešā" dalīšanās, pretstatā "netiešajai" dalīšanai - mitozei).
2) Prokariotos ribosomas ir mazas (70S), bet eikariotos tās ir lielas (80S).
3) Eikariotos ir daudz organellu: mitohondriji, endoplazmatiskais tīkls, šūnu centrs utt. Membrānas organellu vietā prokariotiem ir mezosomas - plazmas membrānas izaugumi, līdzīgi kā mitohondriju kristām.
4) Prokariotu šūna ir daudz mazāka nekā eikariotu šūna: 10 reizes diametrā, 1000 reizes pēc tilpuma.
Līdzības
Visu dzīvo organismu šūnās (visās dzīvās dabas valstībās) ir plazmas membrāna, citoplazma un ribosomas.
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Dzīvnieku šūnu un baktēriju līdzība ir tāda, ka tām ir
1) ribosomas
2) citoplazma
3) glikokalikss
4) mitohondriji
5) dekorēts kodols
6) citoplazmas membrāna
Atbilde
1. Izveidojiet atbilstību starp organisma īpašību un valstību, kurai tas ir raksturīgs: 1) sēnītes, 2) baktērijas
A) DNS ir noslēgta gredzena formā
B) pēc barošanas metodes - autotrofi vai heterotrofi
B) šūnām ir izveidots kodols
D) DNS ir lineāra struktūra
D) šūnu siena satur hitīnu
E) kodolviela atrodas citoplazmā
Atbilde
2. Izveidot atbilstību starp organismu īpašībām un valstībām, kurām tās ir raksturīgas: 1) Sēnes, 2) Baktērijas. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) mikorizas veidošanās ar augstāku augu saknēm
B) šūnu sienas veidošanās no hitīna
B) ķermenis micēlija formā
D) vairošanās ar sporām
D) spēja veikt ķīmisko sintēzi
E) apļveida DNS atrašanās vieta nukleoīdā
Atbilde
Izvēlieties trīs iespējas. Kā sēnītes atšķiras no baktērijām?
1) veido kodolorganismu (eikariotu) grupu
2) pieder pie heterotrofiskiem organismiem
3) vairoties ar sporām
4) vienšūnu un daudzšūnu organismi
5) elpojot viņi izmanto gaisa skābekli
6) piedalīties vielu apritē ekosistēmā
Atbilde
1. Izveidojiet atbilstību starp šūnas īpašībām un šīs šūnas organizācijas veidu: 1) prokariotu, 2) eikariotu.
A) šūnu centrs piedalās dalīšanās vārpstas veidošanā
B) citoplazmā ir lizosomas
B) hromosomu veido apļveida DNS
D) nav membrānas organellu
D) šūna dalās mitozes ceļā
E) membrāna veido mezosomas
Atbilde
2. Izveidot atbilstību starp šūnas īpašībām un tās tipu: 1) prokariotu, 2) eikariotu
A) nav membrānas organellu
B) ir šūnu siena, kas izgatavota no mureīna
C) iedzimto materiālu attēlo nukleoīds
D) satur tikai nelielas ribosomas
D) iedzimto materiālu attēlo lineāra DNS
E) šūnu elpošana notiek mitohondrijās
Atbilde
3. Izveidojiet atbilstību starp pazīmi un organismu grupu: 1) Prokarioti, 2) Eikarioti. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) kodola trūkums
B) mitohondriju klātbūtne
B) EPS trūkums
D) Golgi aparāta klātbūtne
D) lizosomu klātbūtne
E) lineāras hromosomas, kas sastāv no DNS un proteīna
Atbilde
4. Izveidojiet atbilstību starp organellām un šūnām, kurās tie ir: 1) prokariotu, 2) eikariotu. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) Golgi aparāts
B) lizosomas
B) mezosomas
D) mitohondriji
D) nukleoīds
E) EPS
Atbilde
5. Izveidot atbilstību starp šūnām un to īpašībām: 1) prokariotu, 2) eikariotu. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) DNS molekula ir apļveida
B) vielu uzsūkšanās fago- un pinocitozes ceļā
B) veido gametas
D) ribosomas ir mazas
D) ir membrānas organellas
E) raksturo tieša dalīšana
Atbilde
VEIDOTS 6. Izveidot atbilstību starp šūnām un to īpašībām: 1) prokariotu, 2) eikariotu. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
1) atsevišķa kodola klātbūtne
2) sporu veidošanās, lai izturētu nelabvēlīgus vides apstākļus
3) iedzimtā materiāla atrašanās vieta tikai slēgtā DNS
4) dalīšana ar mejozi
5) fagocitozes spēja
Izvēlieties trīs iespējas. Baktērijas, atšķirībā no cepurīšu sēnēm,
1) vienšūnu organismi
2) daudzšūnu organismi
3) šūnās ir ribosomas
4) nav mitohondriju
5) pirmskodolu organismi
6) nav citoplazmas
Atbilde
1. Izvēlieties trīs iespējas. Prokariotu šūnas atšķiras no eikariotu šūnām
1) nukleoīda klātbūtne citoplazmā
2) ribosomu klātbūtne citoplazmā
3) ATP sintēze mitohondrijās
4) endoplazmatiskā retikuluma klātbūtne
5) morfoloģiski atšķirīga kodola neesamība
6) plazmas membrānas invagināciju klātbūtne, kas veic membrānas organellu funkciju
Atbilde
2. Izvēlieties trīs opcijas. Baktēriju šūna tiek klasificēta kā prokariotu šūna, jo tā
1) nav ar apvalku pārklāta kodola
2) ir citoplazma
3) ir viena DNS molekula, kas iegremdēta citoplazmā
4) ir ārējā plazmas membrāna
5) nav mitohondriju
6) ir ribosomas, kurās notiek olbaltumvielu biosintēze
Atbilde
3. Izvēlieties trīs opcijas. Kāpēc baktērijas tiek klasificētas kā prokariotes?
1) satur šūnu kodolu, kas ir atdalīts no citoplazmas
2) sastāv no daudzām diferencētām šūnām
3) ir viena gredzena hromosoma
4) nav šūnu centra, Golgi kompleksa un mitohondriju
5) nav no citoplazmas izolēta kodola
6) ir citoplazma un plazmas membrāna
Atbilde
4. Izvēlieties trīs opcijas. Prokariotu šūnas atšķiras no eikariotu šūnām
1) ribosomu klātbūtne
2) mitohondriju trūkums
3) formalizēta kodola trūkums
4) plazmas membrānas klātbūtne
5) kustības organellu trūkums
6) vienas gredzena hromosomas klātbūtne
Atbilde
5. Izvēlieties trīs opcijas. Prokariotu šūnu raksturo klātbūtne
1) ribosomas
2) mitohondriji
3) dekorēts kodols
4) plazmas membrāna
5) endoplazmatiskais tīkls
6) viena apļveida DNS
Atbilde
6. KOLEKCIJA:
A) membrānas organellu trūkums
B) ribosomu trūkums citoplazmā
C) divu vai vairāku lineāras struktūras hromosomu veidošanās
Izvēlieties trīs iespējas. Eikariotu organismu šūnām atšķirībā no prokariotu organismiem ir
1) citoplazma
2) serde, kas pārklāta ar apvalku
3) DNS molekulas
4) mitohondriji
5) blīvs apvalks
6) endoplazmatiskais tīklojums
Atbilde
Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. IZVĒLIES NEPAREIZO APSTIPRINĀJUMU. Baktērijām nav
1) dzimumšūnas
2) mejoze un apaugļošanās
3) mitohondriji un šūnu centrs
4) citoplazma un kodolviela
Atbilde
Analizējiet tabulu. Aizpildiet tukšās tabulas šūnas, izmantojot sarakstā norādītos jēdzienus un terminus.
1) mitoze, mejoze
2) izturēt nelabvēlīgus vides apstākļus
3) informācijas nodošana par proteīna primāro struktūru
4) dubultmembrānas organoīdi
5) raupjš endoplazmatiskais tīkls
6) mazas ribosomas
Atbilde
Atbilde
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Evolūcijas procesā veidojās dažādu valstību organismi. Kādas zīmes ir raksturīgas karaļvalstij, kuras pārstāvis ir attēlots attēlā.
1) šūnu siena sastāv galvenokārt no mureīna
2) hromatīns atrodas kodolā
3) labi attīstīts endoplazmatiskais tīkls
4) nav mitohondriju
5) iedzimta informācija ir ietverta apļveida DNS molekulā
6) gremošana notiek lizosomās
Atbilde
1. Visas zemāk uzskaitītās zīmes, izņemot divas, NAV izmantotas, lai aprakstītu attēlā redzamo šūnu. Norādiet divus raksturlielumus, kas "izkrīt" no vispārējā saraksta, un pierakstiet tabulā ciparus, ar kuriem tie norādīti.
1) Mitohondriju klātbūtne
2) Apļveida DNS klātbūtne
3) Ribosomu klātbūtne
4) kodola pieejamība
5) Gaismas skata cauruma klātbūtne
Atbilde
2. Visi tālāk uzskaitītie termini, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu attēlā redzamo šūnu. Norādiet divus terminus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) slēgta DNS molekula
2) mezosoma
3) membrānas organoīdi
4) šūnu centrs
5) nukleoīds
Atbilde
3. Visi tālāk uzskaitītie raksturlielumi, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu attēlā parādīto šūnu. Norādiet divus terminus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) dalīšana ar mitozi
2) no mureīna veidotas šūnas sienas klātbūtne
3) nukleoīda klātbūtne
4) membrānas organellu neesamība
5) vielu uzsūkšanās fago- un pinocitozes ceļā
Atbilde
4. Visi tālāk uzskaitītie termini, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu attēlā redzamo šūnu. Norādiet divus terminus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) slēgta DNS
2) mitoze
3) gametas
4) ribosomas
5) nukleoīds
Atbilde
5. Visas tālāk uzskaitītās zīmes, izņemot divas, var izmantot, lai aprakstītu attēlā redzamo šūnu. Norādiet divus raksturlielumus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) ir šūnu membrāna
2) ir Golgi aparāts
3) ir vairākas lineāras hromosomas
4) ir ribosomas
5) ir šūnu siena
Atbilde
6 Sest. Visas zemāk uzskaitītās īpašības, izņemot divus, var izmantot, lai aprakstītu attēlā parādīto šūnu. Norādiet divus raksturlielumus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) ir lineāras hromosomas
2) raksturīga binārā skaldīšanās
3) ir endoplazmatiskais tīklojums
4) veido sporu
5) satur nelielas ribosomas
Atbilde
7. SĀKŠANA:
1) plazmīda
2) elpošana mitohondrijās
3) sadalīšana divās daļās
1. Visas uzskaitītās īpašības, izņemot divus, tiek izmantotas, lai aprakstītu prokariotu šūnu. Norādiet divus raksturlielumus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) Formāla kodola neesamība tajā
2) Citoplazmas klātbūtne
3) Šūnu membrānas klātbūtne
4) Mitohondriju klātbūtne
5) Endoplazmatiskā retikuluma klātbūtne
Atbilde
2. Visas zemāk uzskaitītās pazīmes, izņemot divas, raksturo baktēriju šūnas struktūru. Norādiet divus raksturlielumus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) formalizēta kodola trūkums
2) lizosomu klātbūtne
3) blīva apvalka klātbūtne
4) mitohondriju trūkums
5) ribosomu trūkums
Atbilde
3. Tālāk uzskaitītie jēdzieni, izņemot divus, tiek izmantoti, lai raksturotu prokariotus. Norādiet divus jēdzienus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) mitoze
2) strīds
3) gameta
4) nukleoīds
5) mezosoma
Atbilde
4. Visi tālāk minētie termini, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu baktēriju šūnas struktūru. Norādiet divus terminus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) nekustīga citoplazma
2) apļveida DNS molekula
3) mazas (70S) ribosomas
4) spēja fagocitoze
5) EPS klātbūtne
Atbilde
Izveidojiet atbilstību starp pazīmi un valstību: 1) baktērijas, 2) augi. Ierakstiet ciparus 1 un 2 pareizā secībā.
A) visi prokariotu pārstāvji
B) visi eikariotu pārstāvji
B) var dalīt uz pusēm
D) ir audi un orgāni
D) ir fotogrāfijas un ķīmiskās sintētikas
E) ķīmiskās sintētikas nav atrastas
Atbilde
Izveidojiet atbilstību starp organismu īpašībām un to valstību: 1) baktērijām, 2) augiem. Ierakstiet ciparus 1 un 2 pareizā secībā.
A) dažādi pārstāvji spēj veikt fotosintēzi un ķīmisko sintēzi
B) sauszemes ekosistēmās tās pārspēj visas pārējās biomasas grupas
B) šūnas dalās ar mitozi un mejozi
D) ir plastidi
D) šūnu sienas parasti nesatur celulozi
E) trūkst mitohondriju
Atbilde
Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Prokariotu šūnās oksidācijas reakcijas notiek plkst
1) ribosomas citoplazmā
2) plazmas membrānas invaginācijas
3) šūnu membrānas
4) apļveida DNS molekula
Atbilde
Lai aprakstītu attēlā redzamo šūnu, var izmantot visus, izņemot divus, tālāk norādītos raksturlielumus. Norādiet divus raksturlielumus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) ir kodols, kurā atrodas DNS molekulas
2) apgabalu, kurā citoplazmā atrodas DNS, sauc par nukleoīdu
3) DNS molekulas ir apļveida
4) DNS molekulas ir saistītas ar olbaltumvielām
5) citoplazmā atrodas dažādas membrānas organellas
Atbilde
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Baktēriju un augu līdzība ir tāda, ka tās
1) prokariotu organismi
2) veido sporas nelabvēlīgos apstākļos
3) ir šūnas ķermenis
4) starp tiem ir autotrofi
5) ir aizkaitināmība
6) spēj veģetatīvi vairoties
Atbilde
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet tabulā ciparus, zem kuriem tās norādītas. Līdzība starp baktēriju un augu šūnām ir tāda, ka tām ir
1) ribosomas
2) plazmas membrāna
3) dekorēts kodols
4) šūnu siena
5) vakuoli ar šūnu sulu
6) mitohondriji
Atbilde
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Baktērijas, tāpat kā sēnītes,
1) veido īpašu valstību
2) ir tikai vienšūnas organismi
3) vairoties, izmantojot sporas
4) ir sadalītāji ekosistēmā
5) var nonākt simbiozē
6) absorbēt vielas no augsnes, izmantojot hifus
Atbilde
Izvēlieties trīs pareizās atbildes no sešām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Baktērijas, atšķirībā no zemākajiem augiem,
1) pēc uztura veida tie ir ķīmijtrofi
2) vairošanās laikā tie veido zoosporas
3) nav membrānu organellu
4) ir taluss (tallus)
5) nelabvēlīgos apstākļos tie veido sporas
6) sintezēt polipeptīdus uz ribosomām
Atbilde
Saskaņojiet attēlā redzamos šūnu raksturlielumus un veidus. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) ir mezosomas
B) osmotrofā uztura metode
B) dala ar mitozi
D) ir izstrādāts EPS
D) veido sporas nelabvēlīgos apstākļos
E) ir mureīna apvalks
Atbilde
Prokariotu DNS aprakstīšanai var izmantot visus, izņemot divus, tālāk norādītos raksturlielumus. Nosakiet divus raksturlielumus, kas neietilpst vispārējā sarakstā, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) satur adenīnu, guanīnu, uracilu un citozīnu
2) sastāv no divām ķēdēm
3) ir lineāra struktūra
4) nav saistīts ar strukturālajiem proteīniem
5) atrodas citoplazmā
Atbilde
Izveidojiet atbilstību starp pazīmēm un organismiem: 1) raugs, 2) E. coli. Ierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošā secībā.
A) genomu attēlo viena apļveida DNS molekula
B) šūna ir pārklāta ar mureīna membrānu
B) dalās ar mitozi
D) ražo etanolu anaerobos apstākļos
D) ir flagellas
E) nav membrānas organellu
Atbilde
© D.V. Pozdņakovs, 2009-2019
Fakts, ka baktērijas kopā ar arhejām biologi klasificēja kā prokariotus, ļauj izdarīt dažus secinājumus par šo mikroorganismu strukturālajām iezīmēm. Jo īpaši ir iespējams atbildēt uz jautājumu, vai baktērijām ir tāds pats kodols kā daudziem citiem dzīviem organismiem.
To galvenā atšķirība no eikariotiem ir tā, ka baktērijām nav kodola. Baktēriju šūnām parasti nav attīstītas intracelulāras membrānas struktūras. Cianobaktēriju šūnā var atrast nelielus membrānai līdzīgus veidojumus, kas atgādina pūslīšus, ko sauc par tilakoīdiem. Tie satur sistēmas, kas veic fotosintēzi – pigmentus un enzīmu kompleksu. Šie mikroorganismi, kas atzīti par evolucionāri attīstītākajiem, fotosintēzes procesu veic līdzīgi kā eikarioti – organismi, kuru šūnām ir reāls, izveidots kodols.
Nelieli membrānu veidojumi palīdz baktēriju šūnām organizēt pamatprocesus, kas nodrošina to pastāvēšanu.
Ja salīdzinām tos pēc funkcijas ar eikariotu šūnu organellām, mēs varam atrast primitīvo Golgi aparātu, mitohondrijus un EPS (endoplazmas retikulu). Tomēr baktērijām nav patiesa kodola, ko ieskauj membrāna. Visām baktērijām ir nukleoīds, nevis kodols - apļveida DNS molekula, kas brīvi atrodas citoplazmā.
Baktērijas formu nosaka tās šūnas siena. Tās izmērs kopā ar kapsulu dažos gadījumos var būt lielāks nekā šūna, kas atrodas iekšpusē. Sienai ir selektīva caurlaidība un tā spēj ielaist nepieciešamās vielas un izvadīt no tās vielmaiņas produktus. Ārpus tā bieži var atrast flagellas vai villi - membrānas izvirzījumus, kas ļauj ķermenim spontāni pārvietoties.
Šūnu sienas klātbūtne ir raksturīga baktēriju grupai, ko sauc par grampozitīvām. Zem šūnas sienas ir membrāna. Bet ap DNS molekulu nav DNS, kas liecina, ka baktērijām nav membrānas veidota kodola.
Citoplazma
Zem šī sarežģītā baktērijas apvalka atrodas citoplazma - dažāda blīvuma gēla masa, kuras biezumā ir ieslēgumi:
- proteīnus ražojošas ribosomas;
- mazas membrānas struktūras;
- tauku ieslēgumi (glikogēns);
- polifosfātu savienojumi (volutīns);
- polisaharīdi;
- beta-hidroksisviestskābe.
Iekļaušanas sastāvs ir atkarīgs no baktērijas nepieciešamības pēc enerģijas avotiem un barības vielām. Dažām baktērijām ir citoskelets - cauruļu sistēma, kas var orientēt tās galvenās sastāvdaļas šūnas iekšienē. Jo īpaši tie ļauj replikācijas laikā pareizi novietot DNS molekulu, neskatoties uz to, ka baktērijām šūnā nav patiesa kodola un histonu.
Nukleoīds
Apmēram šūnas centrā tiek atrasts nukleoīds - iedzimtas informācijas atrašanās vieta. Baktērijai nav izveidots kodols, kuram būtu sava membrāna, bāzes proteīni (histoni) un enzīmu komplekss, kas piedalās iedzimtības informācijas reproducēšanā un tās īstenošanā.
Tas, ka nav izveidots kodols, nosaka vienkāršu ģenētiskās informācijas reproducēšanas procesu – apļveida DNS molekula pirms šūnu dalīšanās vienkārši dubultojas, un viena kopija nonāk meitas organismos.
Tomēr ģenētiskās informācijas nodošanā pastāv īpatnība, kas padara baktērijas unikālas ģenētiķiem un molekulārbiologiem. To funkcionēšanas iespēja ir tieši saistīta ar to, ka baktērijām šūnā nav kodola. Šūnu iekšienē ir atrasti nehromosomu elementi, kas spēj pārraidīt informāciju, apejot kodolu. Visvairāk pētītie no tiem ir:
- Plazmīdas.
- Transposoni un IS elementi (ievietošanas secības).
- Mēreni fāgi.
Interesanti, ka transponējamos elementos atrastās ģenētiskās informācijas daudzums ievērojami pārsniedz tās skaitu galvenajā DNS molekulā. Tie ir tieši saistīti ar:
- baktēriju aizsardzības reakcijas,
- viņu ātrā atkarība no medikamentiem,
- spēja sintezēt baktērijām neparastas antibiotikas un cukurus un izmantot dažus to sugai neparastus uztura avotus.
Eikariotu organismiem nav nekā tāda kā baktēriju plazmīdām, jo tiem ir strukturēts kodols, kas novērš galvenā genoma kontaktu ar elementiem, kas nav kodoli. Viņi spēj patstāvīgi vairoties, un tiem ir savs nepieciešamo gēnu komplekts.
Liela mainīgums bija iemesls, kāpēc biologi ilgu laiku uzskatīja, ka viņiem nav tādas lietas kā suga. Tikai tīrkultūru parādīšanās ļāva secināt, ka šis jēdziens ir diezgan piemērojams šiem organismiem, un galvenā genoma atrašanās vieta tajos ir to primitīvais kodols vai nukleoīds.
Tādējādi baktērijām nav kodola, un tas ļauj tām apmainīties ar ģenētisko informāciju "horizontāli", ātri pārnesot noderīgus gēnus esošā šūnu populācijā un ievērojami palielinot to pielāgošanās spēju vides izmaiņām.
Arheālās šūnas - bez kodola eksistences iespējas
Tuvākie baktēriju radinieki arhejas vēl nesen tika saukti par arhebaktērijām un tikai nesen tika identificēti kā atsevišķs taksons. Ārēji tiem ir līdzīga struktūra. Galvenās atšķirības tika atklātas salīdzinoši nesen, kad izrādījās, ka šos mikroorganismus atšķir ne tikai šūnas leņķiskā forma un tieksme uz ekstremāliem dzīves apstākļiem, bet arī bioķīmisko reakciju īpašības, kas nodrošina to uzturu.
Tāpat kā baktērijām, arhejām nav izveidots kodols. To transkripcija (vienpavedienu RNS sintēze, kuras pamatā ir DNS, no kuras pēc tam tiek nolasīti proteīni) un translācija (pats lasīšanas process) ir savienotas. Viņu RNS polimerāze (enzīms, kas nolasa RNS no DNS) pēc struktūras ir līdzīga eikariotu polimerāzei un sastāv no 9-12 apakšvienībām (eubaktērijām ir fermenti ar četrām apakšvienībām).
Kodola neesamība nav vienīgā arhejas iezīme. To replikācijai nav izcelsmes, ko raksturo īpaša nukleotīdu secība, ko atpazīst ferments. Parasti neatkarīgi no tā, vai baktērijām vai citiem organismiem ir kodols vai nav, enzīmu piesaistes punktu noņemšana samazina vairošanās ātrumu. Arheju gadījumā viss notiek otrādi - ja šo punktu nav, tie sāk vairoties vēl ātrāk.
Šī netradicionālā metode ir iespējama, pateicoties arhebaktēriju enzīmu klātbūtnei, kas ļauj genoma sekcijām apmainīties ar fragmentiem savā starpā. Daudzām baktērijām, kurām nav kodola, ir vairāki rekombinācijas sākumpunkti, un to darbība nosaka, vai tās tiek lietotas noteiktā laikā vai nē. Šo punktu noņemšana aktivizē mehānismu, kura efektivitāte ir augstāka, jo zemāka ir rekombinācijas sākuma punktu aktivitāte.
Strādāju par veterinārārsti. Mani interesē balles dejas, sports un joga. Man prioritāte ir personības attīstībai un garīgo prakšu apguvei. Mīļākās tēmas: veterinārmedicīna, bioloģija, būvniecība, remonts, ceļojumi. Tabu: tiesības, politika, IT tehnoloģijas un datorspēles.
Dzīvības liktenis uz Zemes tika izlemts aptuveni pirms 2,6 miljardiem gadu. Lielākā ekoloģiskā krīze sakrita ar lielāko evolūcijas lēcienu. Ja katastrofa būtu bijusi nedaudz spēcīgāka, planēta varētu palikt nedzīva uz visiem laikiem. Ja tas būtu vājāks, iespējams, baktērijas joprojām būtu vienīgie Zemes iemītnieki...
Eikariotu – dzīvu šūnu ar kodolu – parādīšanās ir otrs nozīmīgākais (pēc pašas dzīvības rašanās) notikums bioloģiskajā evolūcijā. Mēs runāsim par to, kad, kā un kāpēc parādījās šūnas kodols.
Dzīve uz Zemes ir nogājusi garu ceļu no pirmās dzīvās šūnas līdz zīdītājiem un cilvēkiem. Pa šo ceļu notika daudzi laikmetam nozīmīgi notikumi, tika veikti daudzi lieliski atklājumi un ģeniāli izgudrojumi. Kurš no tiem bija vissvarīgākais? Varbūt cilvēka smadzeņu veidošanās vai dzīvnieku parādīšanās uz sauszemes? Vai varbūt daudzšūnu organismu rašanās? Zinātnieki šeit ir gandrīz vienisprātis: lielākais evolūcijas sasniegums bija mūsdienu tipa šūnu parādīšanās - ar kodolu, hromosomām, vakuoliem un citiem orgāniem, kuru neizrunājamos nosaukumus mēs neskaidri atceramies no skolas laikiem. Pašas šūnas, kas veido mūsu ķermeni.
Un sākumā šūnas bija pavisam citas. Viņiem nebija ne kodolu, ne vakuolu, ne citu “orgānu”, un bija tikai viena hromosoma, un tai bija gredzena forma. Tā līdz pat mūsdienām ir uzbūvētas pirmo Zemes iemītnieku baktēriju šūnas. Starp šīm primārajām šūnām un modernajām, uzlabotajām šūnām ir daudz lielāka plaisa nekā starp medūzu un cilvēku. Kā dabai izdevās to pārvarēt?
Baktēriju pasaule
Miljardu gadu vai ilgāk Zeme bija baktēriju valstība. Jau senākajos zemes garozas nogulumiežu iežos (to vecums ir 3,5 miljardi gadu) atklātas zilaļģu jeb zilaļģu paliekas. Šie mikroskopiskie organismi plaukst arī šodien. Miljardiem gadu tie gandrīz nav mainījušies. Tieši viņi iekrāso ūdeni ezeros un dīķos spilgti zilganzaļā krāsā, un tad saka, ka “ūdens zied”. Zilaļģes nekādā ziņā nav primitīvākās baktērijas. No dzīvības rašanās līdz zilaļģu parādīšanās, visticamāk, ir pagājuši daudzi miljoni gadu ilgas evolūcijas. Diemžēl zemes garozā nebija saglabājušās pēdas no šiem senajiem laikmetiem: nežēlīgais laiks un ģeoloģiskās katastrofas iznīcināja, kūst karstajos dziļumos, visi nogulumieži, kas radušies Zemes pastāvēšanas pirmajos simtos miljonu gadu.
Zilaļģes ir organismi, kas ir ne tikai seni, bet arī cienījami. Viņi bija tie, kas "izgudroja" hlorofilu un fotosintēzi. Viņu nepamanītais darbs daudzu miljonu gadu garumā pakāpeniski bagātināja okeānu un atmosfēru ar skābekli, kas ļāva parādīties īstiem augiem un dzīvniekiem. Sākumā viss skābeklis tika iztērēts okeānā izšķīdušās dzelzs oksidēšanai. Oksidētā dzelzs nogulsnēšanās: tā veidojās lielākās dzelzsrūdas atradnes. Tikai tad, kad dzelzs bija “pabeigta”, skābeklis sāka uzkrāties ūdenī un nonākt atmosfērā.
Vismaz miljardu gadu zilaļģes bija nedalītas Zemes saimnieks un gandrīz vienīgie tās iemītnieki. Pasaules okeāna dibenu klāja zilgani zaļi paklāji. Šajos paklājos, zilaļģu paklājos, kopā ar zilzaļajiem dzīvoja arī citas baktērijas. Visi no tiem bija lieliski pielāgoti viens otram un skarbajiem primitīvā okeāna apstākļiem. Tolaik – arheju laikmetā (arhejā) – uz Zemes bija ļoti karsts. Ar oglekļa dioksīdu bagātā atmosfēra radīja spēcīgu siltumnīcas efektu. Šī iemesla dēļ Arheāna beigās Pasaules okeāns sasila līdz 50–60°C. Izšķīdinot ūdenī, oglekļa dioksīds pārvērtās skābē; karsti skābie ūdeņi tika apstaroti ar cieto ultravioleto gaismu (galu galā uz Zemes vēl nebija modernas atmosfēras ar saudzējošu ozona vairogu). Turklāt ūdenī tika izšķīdināts milzīgs daudzums toksisko smago metālu sāļu. Pastāvīgi vulkāna izvirdumi, pelnu un gāzu emisijas, krasas vides apstākļu svārstības – tas viss neatvieglināja dzīvi pirmajiem planētas iemītniekiem.
Baktēriju kopienas, kas attīstījās tik neviesmīlīgā vidē, bija neticami izturīgas un izturīgas. Šī iemesla dēļ to attīstība bija ļoti lēna. Tie jau bija pielāgoti gandrīz visam, un nebija vajadzības tiem uzlaboties. Lai dzīvība uz Zemes sāktu attīstīties un kļūtu sarežģītāka, bija nepieciešama katastrofa. Bija nepieciešams iznīcināt šo ultraizturīgo baktēriju pasauli, kas šķita mūžīga un neiznīcināma, lai atbrīvotu dzīves telpu kam jaunam.
Planētu katastrofa - zemes kodola veidošanās
Ilgi gaidītā revolūcija, kas pielika punktu ieilgušajai stagnācijai un izveda dzīvību no baktēriju “strupceļa”, notika pirms 2,7–2,5 miljardiem gadu, arhejas laikmeta pašās beigās. Krievu ģeologi O. G. Sorohtins un S. A. Ušakovs, jaunākās Zemes attīstības fizikālās teorijas autori, aprēķināja, ka šajā laikā mūsu planēta piedzīvoja lielāko un katastrofālāko transformāciju visā tās vēsturē.
Saskaņā ar viņu hipotēzi, katastrofas cēlonis bija dzelzs kodola parādīšanās uz mūsu planētas. No Zemes veidošanās līdz Arheāna beigām apvalka augšējos slāņos uzkrājās izkusis dzelzs un tā divvērtīgā oksīda (FeO) maisījums. Apmēram pirms 2,7 miljardiem gadu šī kausējuma masa pārsniedza noteiktu slieksni, pēc kura smagais, viskozs, karstais šķidrums burtiski “izgāzās” uz Zemes centru, izspiežot tā primāro, vieglāko kodolu. Šīs milzīgās milzīgo vielu masu kustības planētas zarnās saplēsa un saspieda tās plāno virsmas apvalku – zemes garozu. Visur plosījās vulkāni. Senie kontinenti tuvojās, sadūrās un saplūda vienā superkontinentā Monogeā – tieši virs vietas, kur planētas iekšienē ieplūda šķidrais dzelzs. Dziļie ieži, kas nonāca virspusē, nonāca ķīmiskā reakcijā ar atmosfēras oglekļa dioksīdu, un ļoti drīz atmosfērā gandrīz vairs nebija palicis oglekļa dioksīds. Siltumnīcas efekts kļuva daudz vājāks, kas izraisīja smagu atdzišanu: okeāna temperatūra pazeminājās no +60°C līdz +6. Tikpat pēkšņi un strauji samazinājās jūras ūdens skābums.
Tā bija lielākā no katastrofām. Bet pat viņa nevarēja iznīcināt zilaļģes. Viņi izdzīvoja, lai gan viņiem bija ļoti grūti. Oglekļa dioksīda atmosfēras izzušana viņiem nozīmēja smagu badu, jo zilaļģes, tāpat kā augstākie augi, izmanto oglekļa dioksīdu kā izejvielu organisko vielu sintēzei. Ir mazāk baktēriju paklāju. Ir palikuši fragmenti no cietajiem zilajiem paklājiem, kas klāja jūras gultni. Baktēriju pasaule nenomira, bet tika stipri bojāta, tajā parādījās “caurumi” un “starpas”. Tieši šajās senās pasaules “starpās” un “caurumos” tajā senajā laikmetā dzima pirmie organismi ar principiāli atšķirīgu uzbūvi - sarežģītākas un perfektākas vienšūnas radības, kurām bija lemts kļūt par jaunajiem planētas saimniekiem. .
Šūnas kodola izskats
Baktēriju šūna ir sarežģīta dzīva struktūra. Bet augstāko organismu – augu, dzīvnieku, sēņu un pat tā saukto vienšūņu (amēbu, ciliātu) – šūnas ir daudz sarežģītākas. Baktēriju šūnai nav ne kodola, ne citu iekšējo “orgānu”, ko ieskauj membrāna. Tāpēc baktērijas sauc par "prokariotiem" (kas grieķu valodā nozīmē "pirmskodola"). Augstākos organismos šūnai ir kodols, ko ieskauj dubultā membrāna (tātad nosaukums "eikarioti", t.i., kam ir izteikts kodols), kā arī "iekšējie orgāni", no kuriem svarīgākie ir mitohondriji (sava veida enerģija). stacijas). Mitohondriji sadala organiskās vielas oglekļa dioksīdā un ūdenī, izmantojot skābekli kā oksidētāju. Mēs elpojam tikai tāpēc, lai nodrošinātu skābekli mūsu šūnu mitohondrijiem. Papildus mitohondrijiem svarīgākie eikariotu šūnas orgāni ir plastīdi (hloroplasti), ko izmanto fotosintēzei, kas sastopami tikai augos.
Bet galvenais eikariotu šūnā, protams, ir tās kodols. Kodols DNS molekulās glabā iedzimto informāciju, kas rakstīta ģenētiskā koda četru burtu valodā. Baktērijām, protams, ir arī DNS – viena gredzenveida molekula, kas satur visus konkrētās baktēriju sugas gēnus. Bet baktēriju DNS atrodas tieši šūnas iekšējā vidē – tās citoplazmā, kur notiek aktīva vielmaiņa. Tas nozīmē, ka vērtīgas molekulas tuvākā vide atgādina ķīmisko rūpnīcu vai alķīmiķa laboratoriju, kur ik sekundi parādās un pazūd simtiem tūkstošu visdažādāko vielu. Katrs no tiem var potenciāli ietekmēt iedzimto informāciju, kā arī tos molekulāros mehānismus, kas nolasa šo informāciju un "atdzīvina". Šādos “antisanitāros” apstākļos nav viegli izveidot efektīvu un uzticamu “apkopes sistēmu” - DNS uzglabāšanu, nolasīšanu, reproducēšanu un labošanu. Vēl grūtāk ir izveidot molekulāru mehānismu, kas varētu “jēgpilni” (atbilstoši situācijai) kontrolēt šādas sistēmas darbību.
Tieši šī ir šūnas kodola izolācijas lielā nozīme. Gēni tika droši izolēti no citoplazmas ar tās kūstošo ķīmiju. Tagad “mierīgā vidē” bija iespējams izveidot efektīvu sistēmu to regulēšanai. Un tad izrādījās, ka ar vienu un to pašu gēnu komplektu šūna dažādos apstākļos var uzvesties pilnīgi atšķirīgi.
Kā zināms, vienu un to pašu grāmatu var lasīt dažādi (sevišķi, ja grāmata ir laba). Atkarībā no gatavošanās, noskaņojuma un dzīves situācijas lasītājs grāmatā pirmo reizi atradīs vienu, bet pēc gada pārlasīšanas – pavisam ko citu. Tas pats attiecas uz eikariotu genomu. Atkarībā no apstākļiem tas tiek “lasīts” dažādi, un arī šūnas, kas attīstās šīs “lasīšanas” rezultātā, izrādās dažādas. Tādā veidā parādījās nepārmantotās adaptīvās mainīguma mehānisms - “izgudrojums”, kas ievērojami palielināja organismu stabilitāti un dzīvotspēju.
Bez šīs gēnu regulēšanas sistēmas daudzšūnu dzīvnieki un augi nekad nebūtu parādījušies. Galu galā visa daudzšūnu organisma būtība ir tāda, ka ģenētiski identiskas šūnas atkarībā no apstākļiem kļūst atšķirīgas - tās veic dažādas funkcijas, veido dažādus audus un orgānus. Prokarioti (baktērijas) būtībā to nespēj.
Kā baktērijas pielāgojas mainīgajiem apstākļiem? Viņi ātri mutē un apmainās ar gēniem viens ar otru. Lielākā daļa no tiem iet bojā, taču, tā kā baktēriju ir daudz, vienmēr pastāv iespēja, ka kāds no mutantiem būs dzīvotspējīgs jaunos apstākļos. Metode ir uzticama, taču ārkārtīgi izšķērdīga. Un pats galvenais – strupceļš. Izmantojot šādu stratēģiju, nav iemesla kļūt sarežģītākam vai uzlabot. Baktērijas nav spējīgas progresēt. Tāpēc mūsdienu baktērijas gandrīz neatšķiras no arheālajām.
Senākās eikariotu klātbūtnes pēdas ir atrodamas apmēram 2,7 miljardus gadu vecos nogulumiežu iežos. Tieši šajā laikā izveidojās Zemes dzelzs kodols. Acīmredzot katastrofa, kas gandrīz iznīcināja baktēriju pasauli, piespieda zemes dzīvi nopietni “domāt” par jaunu, labāku veidu atrašanu, kā pielāgoties mainīgajai videi. Dzīve nevar stāvēt uz vietas, tā ir lemta mūžīgiem uzlabojumiem. Tātad Zemes kodola parādīšanās varēja izraisīt šūnu kodola parādīšanos.
Integrācijas brīnumi jeb Vai komanda var kļūt par vienotu organismu?
20. gadsimta sākumā zinātnieki pamanīja, ka plastidi un mitohondriji savā struktūrā pārsteidzoši atgādina baktērijas. Faktu un pierādījumu vākšanai bija vajadzīgs gandrīz gadsimts, bet tagad var uzskatīt, ka ir stingri pierādīts, ka eikariotu šūna radās vairāku dažādu baktēriju šūnu kopdzīves (simbiozes) rezultātā.
Patiesībā ar plastidiem un mitohondrijiem ilgu laiku viss bija skaidrs. Šiem eikariotu šūnas “orgāniem” ir sava apļveida DNS - tieši tāda pati kā baktērijām. Viņi neatkarīgi vairojas saimniekšūnā, vienkārši sadaloties uz pusēm, kā tas ir izplatīts starp prokariotiem. Tie nekad netiek veidoti no jauna, “no nekā”. Pēc visām pazīmēm tās ir īstas baktērijas. Turklāt mēs pat varam precīzi pateikt, kuras no tām: mitohondriji atgādina tā sauktās alfa-proteobaktērijas, bet plastidi atgādina mums jau pazīstamās zilaļģes. Šie slavenie hlorofila un fotosintēzes “izgudrotāji” nekad ne ar vienu nav “dalījušies” savā “atklājumā”: līdz pat šai dienai, kļuvuši par nozīmīgu augu šūnu iekšējo daļu, viņi savā “kontrolē” tur gandrīz visu planētas fotosintēzi (tātad , un gandrīz visa organisko vielu un skābekļa ražošana!).
Bet no kurienes radās pati saimniekšūna? Kurš mikrobs bija tā "sencis"? Dzīvu baktēriju vidū ilgi nevarēja atrast kandidātu šai lomai. Fakts ir tāds, ka eikariotu gēni, kas atrodas šūnas kodolā, pēc savas struktūras krasi atšķiras no vairuma baktēriju gēniem: tie sastāv no daudziem atsevišķiem “jutekļu” gabaliem, kurus atdala garas “muļķīgas” DNS daļas. Lai “lasītu” šādu gēnu, visi tā gabali ir rūpīgi “jāizgriež” un “salīmē kopā”. Parastās baktērijās nekas tāds nav novērots.
Zinātniekiem par pārsteigumu "eikariotu" genoma struktūra, kā arī daudzas citas unikālas eikariotu iezīmes tika atrastas dīvainākajā un noslēpumainākajā prokariotu organismu grupā - arhebaktērijās. Šīs radības ir neticami izturīgas: tās var dzīvot pat verdošā ūdenī no ģeotermālajiem avotiem. Dažām arhebaktērijām optimālā dzīves temperatūra ir +90–110°C robežās, un pie +80°C tās jau sāk sasalt.
Tagad lielākā daļa zinātnieku uzskata, ka eikariotu šūna radās tāpēc, ka dažas arhebaktērijas (iespējams, pielāgotas dzīvei skābā un karstā ūdenī) ieguva intracelulārus simbiontus no parasto baktēriju vidus.
Intracelulāro kopdzīvnieku iegūšana izraisīja vairāku dažādu genomu klātbūtni vienā šūnā. Tie kaut kā bija jāpārvalda. Šāda šūnas vadošā centra - šūnas kodola - izveide ir kļuvusi par būtisku nepieciešamību. Saskaņā ar vienu hipotēzi kodola membrāna varēja rasties nejauša vairāku gēnu grupu nesaskaņota darba rezultātā, kas ir atbildīgas par šūnu sienu veidošanos tikko apvienotajās baktērijās.
Dažādie mikrobi, kas radīja eikariotu šūnu, uzreiz nesaplūda vienā organismā. Sākumā viņi vienkārši dzīvoja kopā vienā baktēriju kopienā, pamazām pielāgojoties viens otram un mācoties gūt labumu no šādas kopdzīves. Skābeklis, ko izdala zilaļģes, bija tām toksisks. Evolūcijas gaitā viņi “izgudroja” daudz dažādu veidu, kā tikt galā ar šo savas dzīves darbības blakusproduktu. Viena no šīm metodēm bija... elpošana. Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka proteīna-enzīmu komplekss, kas ir atbildīgs par mitohondriju skābekļa elpošanu, radās nelielu fotosintēzes enzīmu izmaiņu rezultātā. Patiešām, no ķīmijas viedokļa fotosintēze un skābekļa elpošana ir viena un tā pati ķīmiskā reakcija, tikai iet pretējos virzienos:
CO 2 + H 2 O + enerģija ↔ organiskā viela.
Trešais kopienas pārstāvis ir arhebaktērijas. Viņi varētu noņemt zilaļģu organisko vielu pārpalikumu, raudzēt to un tādējādi pārvērst to elpojošām baktērijām "sagremojamā" formā.
Līdzīgas mikrobu kopienas var atrast arī mūsdienās. Baktēriju dzīve šādās kopienās norit pārsteidzoši draudzīgi un harmoniski. Mikrobi pat ir “iemācījušies” apmainīties ar īpašiem ķīmiskiem signāliem, lai labāk koordinētu savu darbību. Turklāt viņi aktīvi apmainās ar gēniem. Starp citu, tieši šī spēja traucē cīnīties ar infekcijas slimībām: tiklīdz viena baktērija nejaušas mutācijas rezultātā iegūst rezistences gēnu pret jaunu antibiotiku, pavisam drīz to var iegūt arī citi baktēriju veidi. gēns apmaiņas ceļā. Tas viss liek baktēriju kopienai izskatīties kā vienam organismam.
Acīmredzot katastrofālie notikumi Arhejas laikmeta beigās piespieda mikrobu kopienas iet vēl tālāk pa integrācijas ceļu. Zem kopīga apvalka sāka apvienoties dažādu veidu baktēriju šūnas, kas jau sen bija “sasmalcinātas” un pielāgotas viena otrai. Tas bija nepieciešams sakarīgākai, centralizētai dzīvības procesu regulēšanai krīzes apstākļos.
Sabiedrība ir kļuvusi par organismu. Indivīdi saplūda kopā, atdodot savu neatkarību, lai radītu jaunu augstākas kārtas individualitāti.
Ķieģeļi
Iecienītākais evolūcijas teorijas pretinieku arguments ir neiespējamība izveidot jaunu sarežģītu struktūru (piemēram, jaunu gēnu), uzskaitot nejaušus variantus (mutācijas). Antievolucionisti apgalvo, ka ir tikpat liela iespēja, ka viesuļvētra, kas plosās pār pilsētas izgāztuvi, var salikt kosmosa kuģi no atkritumiem un gružiem. Un viņiem ir pilnīga taisnība!
Bet lielas evolucionāras pārvērtības acīmredzot vispār nenotiek, šķirojot neskaitāmas mazas, nejaušas mutācijas. Izmantojot eikariotu šūnas izcelsmes piemēru - un tas, kā jau minēts, ir lielākais evolūcijas notikums kopš dzīvības parādīšanās, var skaidri redzēt, kā daba, radot kaut ko principiāli jaunu, sarežģītu, progresīvu, prasmīgi izmanto gatavu. , pārbaudīti “ķieģeļi”, montējot no tiem, kā no dizainera, jaunu organismu. Acīmredzot šis jaunu dzīvo sistēmu montāžas “bloka” princips caurstrāvo visu bioloģisko evolūciju un lielā mērā nosaka tās tempu un iezīmes. Pamatojoties uz šo principu (no lieliem, iepriekš sagatavotiem un pārbaudītiem blokiem), tiek veidoti jauni gēni, proteīni un jaunas organismu grupas. (Starp citu, arhebaktēriju un eikariotu gēni tika sadalīti atsevišķos gabalos, visticamāk, tieši šim nolūkam: šādus blokus ir ļoti ērti rekombinēt.)
Zinātne nepārtraukti tuvojas jaunam dabas redzējumam. Pamazām sākam saprast, ka visa dzīvā būtne mums apkārt nepavisam nav nejaušs sugu un formu kopums, bet gan sarežģīts un vienots organisms, kas attīstās pēc saviem nemainīgiem likumiem. Jebkurš dzīvs organisms, jebkura dzīva šūna un mēs paši esam ķieģeļi lielajā Dabas “konstruktorā”. Un katrs no šiem ķieģeļiem var izrādīties neaizstājams.
Balstīts uz rakstu žurnālam "Paradox"
Jēdziens “citoplazma” ir sarežģīts, un tulkojumā no grieķu valodas tas nozīmē “šūnu saturs”. Mūsdienu zinātne citoplazmu saprot kā sarežģītu dinamisku fizikāli ķīmisku sistēmu, kas atrodas plazmas membrānā. Tas ir, viss prokariotu intracelulārais saturs, izņemot hromosomu, tiek uzskatīts par baktēriju šūnas citoplazmu.
Prokariotu šūnas citoplazmā ir 2 ierobežojumu slāņi:
- citoplazmas membrāna (CPM);
- šūnapvalki.
Slāņiem, kas ierobežo citoplazmu baktērijās, ir dažādas funkcijas un īpašības.
Baktēriju šūnu siena
Prokariotu ārējais pārklājošais slānis, šūnu siena, ir blīvs apvalks un veic vairākas funkcijas:
- aizsardzība pret ārējām ietekmēm;
- piešķirot mikroorganismam raksturīgu formu.
Faktiski mikroorganismu šūnu siena ir sava veida eksoskelets. Šī struktūra ir pamatota - galu galā intracelulārais osmotiskais spiediens var būt desmitiem reižu lielāks par ārējo spiedienu, un bez blīvas šūnas sienas aizsardzības baktērija vienkārši pārsprāgs.
Blīva šūnu siena raksturīga tikai baktēriju un augu šūnām – dzīvnieka šūnai ir mīksts apvalks.
Baktēriju šūnas sieniņas, kas ierobežo šūnas saturu, biezums ir no 0,01 līdz 0,04 mikroniem, un mikroorganisma dzīves laikā sienas biezums palielinās. Neskatoties uz šūnu membrānas blīvumu, tā ir caurlaidīga. Uzturvielas netraucēti iekļūst iekšā, un no tā tiek izvadīti atkritumi.
Citoplazmas membrāna
Starp citoplazmu un šūnas sienu atrodas CPM - citoplazmas membrāna. Baktēriju šūnā tas veic vairākas funkcijas:
- regulē barības vielu uzņemšanu un atkritumproduktu izvadīšanu;
- sintezē savienojumus šūnu sieniņām;
- kontrolē vairāku uz tā esošo enzīmu darbību.
Citoplazmas membrāna ir tik spēcīga, ka baktēriju šūna kādu laiku var pastāvēt pat bez šūnas sienas.
Mikroorganisma intracelulārais sastāvs
Pētījumi, izmantojot elektronu mikroskopu, ir atklājuši ļoti sarežģītu intracelulārās vielas struktūru.
Jebkuras baktēriju šūnas citoplazmā ir liels ūdens daudzums, tajā ir dažādi organiskie un neorganiskie savienojumi – dzīvībai svarīgas struktūras un organoīdi. Tādējādi citozolā (citoplazmas matricā) atrodas intracelulārais šķidrums, ribosomas, plastidi un barības vielu krājums.
Viss intracelulārais saturs ir sadalīts trīs grupās:
- hialoplazma (citozols vai citoplazmas matrica);
- organelli ir būtiskas baktēriju šūnas daļas;
- ieslēgumi ir izvēles daļas.
Citoplazmas matrica nav ūdens šķīdums, bet gan gēls ar dažādu viskozitāti. Hialoplazmas agregātstāvoklis - gēls-sols (augstāka vai zemāka viskozitātes pakāpe) atrodas dinamiskā līdzsvarā un ir atkarīgs no ārējiem apstākļiem.
Baktēriju organisma hialoplazmā ietilpst šādas struktūras:
- neorganiskās vielas;
- organiskas izcelsmes metabolīti;
- biopolimēri (olbaltumvielas, polisaharīdi).
Hialoplazmas galvenais mērķis ir apvienot visus esošos ieslēgumus un nodrošināt stabilu ķīmisko mijiedarbību starp tiem.
Prokariotu intracelulārie organelli ir mikrostrukturāli plazmatiski savienojumi, kas atbild par dzīvības uzturēšanas funkcijām un atrodas gandrīz visās baktēriju šūnās. Organellus iedala divās lielās grupās:
- obligāti - ir vitāli svarīgi organisma funkcionēšanai;
- pēc izvēles – nav lielas nozīmes darbībai; pat viena un tā paša celma mikroorganismi var atšķirties šo organellu komplektā.
Obligātie organoīdi
Šūnu funkcionēšanai nepieciešamie organoīdi ietver:
- nukleoīds (baktēriju hromosoma) – ir apļveida divpavedienu DNS molekula;
- ribosomas (atbildīgas par olbaltumvielu sintēzi) - līdzīgas to šūnu ribosomām, kurām ir kodols; var brīvi pārvietoties citoplazmā vai būt saistīts ar CPM;
- citoplazmas membrāna (CPM);
- mezosomas ir atbildīgas par enerģijas metabolismu un piedalās šūnu dalīšanās procesā; ir citoplazmas membrānas invaginācijas rezultāts.
Baktēriju telpas centrālajā daļā atrodas eikariotu kodola analogs - nukleoīds (mikroorganisma DNS). Eikariotu gadījumā DNS atrodas tikai kodolā, bet baktērijās DNS var būt koncentrēta vienā vietā vai izkliedēta vairākās vietās (plazmīdas).
Citas atšķirības starp baktēriju hromosomu un eikariotu kodoliem ir:
- brīvāks iepakojums;
- kodolam raksturīgo organellu trūkums - nukleoli, membrānas un citi;
- nav nekādas saistības ar histoniem - galvenajiem proteīniem.
Kā eikariotu kodola analogs, baktēriju hromosoma ir primitīva forma kodolmateriālu organizācijas ziņā.
Izvēles prokariotu organellas
Izvēles baktēriju organellām nav būtiskas ietekmes uz baktēriju organisma funkcionālajām spējām. Prokariotu raksturīga iezīme ir disociācijas izpausme, kā rezultātā veidojas morfotipi (morfovari) - vienas sugas mikroorganismu celmi, kuriem ir morfoloģiskas atšķirības.
Tā rezultātā baktēriju kolonijās atšķirības parādās ne tikai morfoloģiskajās, bet arī fizioloģiskās, bioķīmiskās un ģenētiskās. Galvenās atšķirības starp morfovāriem un otru ir tieši izvēles organellu sastāvā.
Izvēles organellas ietver:
- plazmīdas - ģenētiskās informācijas nesēji, līdzīgi baktēriju hromosomai, bet daudz mazāka izmēra un ar iespēju organismā atrasties vairākas kopijas;
- ieslēgumi, kas satur barības vielas (piemēram, volutīns); var būt noteikta veida mikroorganismu raksturīga iezīme.
Izvēles baktēriju organellas nav noteiktas sugas pastāvīga iezīme — daudzi ieslēgumi ir oglekļa vai enerģijas avoti. Labvēlīgos apstākļos mikroorganisms intracelulārajā telpā veido līdzīgu rezervi, kas tiek patērēta, iestājoties nelabvēlīgiem apstākļiem.
Ieslēgumi, kas satur barības vielas, pieder pie granulu tipa savienojumiem. Pēc sastāva tos var iedalīt:
- polisaharīdi – granuloze (ciete), glikogēns;
- volutīns (metahromatīna granulas) – satur polimetafosfātu;
- tauku pilieni;
- sēra pilieni.
Tā ir zemas molekulmasas veidojumu iekļaušana, kas izraisa dažādu baktēriju citoplazmas un ārējās vides osmotiskā spiediena vērtību rašanos.
Dzīvas baktērijas intracelulārās telpas viela atrodas pastāvīgā kustībā (to sauc par ciklozi), tādējādi pārvietojot tajā esošās vielas un organellus.
