Введение в биологию Учебное пособие


НазваниеВведение в биологию Учебное пособие
страница3/14
Дата публикации18.03.2013
Размер2.06 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > Биология > Учебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

^ Табл. 1 Основные различия между про- и эукариотами


Параметры

Свойства

Прокариоты

Эукариоты

Организмы

Бактерии и археи

Протисты, грибы, растения, животные

Ядра

Нет

Есть

Размеры

клеток

110 мкм

До 100 мкм*

Метаболизм

Анаэробный и аэробный

В основном аэробный**

Органеллы

Рибосомы, жгутики, реснички

Митохондрии, хлопропласты, пероксисомы, Рибосомы, ЭПР, лизосомы, цитоскелет, аппарат Гольджи

ДНК

Кольцевая в цитоплазме

Линейная с большим количеством некодирующих участков

Трансляция и транскрипция

В цитоплазме

Транскрипция в ядре, трансляция в цитоплазме

Фиксация азота

Есть

Нет

Деление клеток

Бинарное

Митоз или мейоз

Клеточная стенка

Есть у большинства

Есть у растений

Фагоцитоз и пиноцитоз

Нет

Есть


*Яйцеклетки страуса достигают 15 см, нервные клетки с их отростками нескольких - метров.

**Амебы, черви и др. эукариоты – анаэробы.

^ 3.2. Археи как особый домен прокариот
В течение длительного времени считали термины прокариоты и бактерии синонимами. Однако постепенно накапливались данные о таких существенных различиях между некоторыми бактериями, что это явилось основанием для гипотезы об отсутствии между ними близкого эволюционного родства.

Особенно большое значение придается структуре рибосомной РНК. На основе сравнения последовательностей рРНК судят о родстве организмов. Такие данные, плюс другие особенности организации, позволили разделить прокариот на два самостоятельных домена, имеющих различное эволюционное происхождение, - бактерии и археи.

На основании сходства генетического кода, структуры ДНК, РНК, белков и аппарата синтеза белка ученые выдвинули гипотезу об единстве происхождения всех живых организмов. Согласно этой гипотезе, существовал некий общий предок – прогенот (Рис. 4). Он мог дать начало трем самостоятельным ветвям – доменам – бактериям, археям и эукариотам. Многие исследователи возводят эти домены в ранг выше традиционных царств.
Эукариоты

Бактерии Археи







Прогенот
Рис. 4. Гипотетическая схема эволюции организмов на Земле
Следующие особенности архей определяют отнесение их к особому домену прокариот:

1. В состав липидов мембран входят не жирные кислоты, а многоатомные спирты (изопреноидный спирт и др.)

2. В клеточной стенке вместо муреина – кислые полисахариды и белки. Белки оболочки архей уложены регулярно, так что образуют правильные и часто причудливые формы (например, в виде цветочков)

3. Мозаичное строение генов (наличие интронов). Наличие повторяющихся последовательностей в ДНК

4. Рибосомы и рибосомные РНК отличаются от бактериальных. Есть отличия и в белковом синтезе

5. Археям свойственны биохимические процессы, не встречающиеся у бактерий – образование метана, серной кислоты и т.д.

6. По образу жизни многие из архей экстремофилы (термофилы, психрофилы, алкалофилы, ацидофилы, галофилы).

7. Обладают ферментами, работающими в экстремальных условиях повышенной или пониженной температуры, кислотности, щелочности и концентрации солей

8. Археи неспособны к паразитизму, среди них много симбионтов.

9. Многие из архей автотрофы (фото- и хемоавтотрофы).

Археи оправдывают свое название (от греч. arche – древний). Благодаря особенностям метаболизма, они по-видимому играли ведущую роль в начальный период эволюции жизни на Земле, когда особое значение имели процессы получения энергии за счет окисления молекул водорода и использования в окислительно-восстановительных реакциях соединений серы. Другими словами, на дне океана вблизи вулканических источников могла развиваться жизнь, не зависимая от энергии солнца. Археи делятся на две группы - кренархеоты и эвриархеоты.

Кренархеоты (от греч. Kren- ключ, источник, и arche – древний) обитают исключительно в горячих источниках на поверхности Земли и на дне океанов в зонах вулканической активности. В частности, местом их обитания являются расположенные на глубине тысяч метров, так называемые, “черные курильщики”. Так их называют потому, что выделяющиеся из рифтовых зон сульфиды образуют в морской воде темные струи. Создается впечатление, что кто-то курит. Исследование гидротермальных источников стали возможными после создания подводных минилодок и отбора проб из этих мест. Казалось, что они должны быть долинами смерти среди и так не слишком богатых жизнью морских глубин. Каково же было удивление ученых, обнаруживших в “черных курильщиках” обилие живых существ. Их поэтически стали называть райскими и розовыми садами. Благодаря высокому давлению, температура в “черных курильщиках” достигает 200-300 градусов по Цельсию, но не кипит. Около таких источников живут экстремально термофильные археи. Они используют энергию, образующуюся в результате окисления водорода серой с образованием сероводорода или окисления элементарной серы кислородом. При этом среда их обитания является высококислотной (pH=1-6). Археи находятся здесь в симбиозе с моллюсками и недавно открытым новым типом животных – вестиментиферами. Последние интересны тем, что являются, если можно так сказать, аутотрофными животными. Они поглощают из среды кислород и сероводород, которыми снабжают своих симбионтов – архей. Археи используют указанные вещества для синтеза органических соединений и размножения. Вестиментиферы питаются археями, а часть их предусмотрительно оставляют для размножения.

Эвриархеоты (от греч. Evry – повсюду) распространены на Земле повсюду, в том числе их находят и в “черных курильщиках”. К эвриархеотам относится большая группа метанообразующих архей. Только они способны к биологическому образованию метана! Его они образуют окислением водорода углекислотой в реакции 4Н2 + СО2 = СН4 + Н2О. В некоторых случаях в качестве окислителя они могут использовать муравьиную или уксусную кислоту. Метанообразующие археи находятся в осадках морей и пресных водоемов, болотах, почвах тундры и рисовых полей. Их находят также в составе кишечной флоры рубца жвачных. В небольшом количестве они обитают и в кишечнике человека. Они интенсивно синтезируют витамин В12 и снабжают им своих хозяев. Свойство этих архей образовывать метан используют в народном хозяйстве для утилизации отходов в, так называемых, метантенках. В них при высокой температуре без доступа кислорода идут процессы брожения с образованием водорода и углекислоты, которые используются археями для производства метана. Такие аппараты могут обеспечить газом небольшой поселок.

Другая интересная группа архей – это галофилы, способные к росту и размножению в насыщенных растворах соли (до 300 г/л). Некоторые из них при этом предпочитают также щелочную среду с высоким значением рН. Галофилы – гетеротрофы, могущие расти как в аэробных, так и анаэробных условиях. Для них характерно наличие родопсина, красного пигмента, аналогичного пигменту сетчатки человеческого глаза. О нем говорят – это белок, любящий соль и видящий солнце. Исследования этого пигмента показали, что у хлорофилла нет монополии на фотосинтез. При недостатке кислорода бактериородопсин улавливает солнечные лучи и снабжает галофилы энергией. Как светочувствительный материал бактериородопсин может конкурировать с традиционными небиологическими материалами. На основе родопсиновых пленок сконструированы оптические системы памяти в устройствах для обработки информации, например, для компьютеров. Возможно в будущем его научатся использовать для изготовления живых протезов рецепторов глаза. При массовом размножении галофилы, благодаря родопсину, обусловливают красный цвет Мертвого моря. Галофилы живут в водоемах для выпаривания соли. Раньше красную соль, найденную в соляных озерах на юге России, как диковинку отправляли в Москву в Кремль.

Ацидофилы – это археи, обитающие в условиях повышенной кислотности, т.е. в таких растворах кислоты, которая, попав на кожу, образует ожоги, а на платье – дырки. К ацидофилам относятся живущие в кислом содержимом желудка человека Helicobacter pilori. Как недавно выяснилось, они играют этиологическую роль в развитии гастрита, язвенной болезни и рака желудка.

Экстремофильные археи представляют интерес с точки зрения использования их ферментов, работающих в экстремальных условиях. Галофильные археи Thermus aquaticus обладают ферментом Thaq-полимеразой, которая используется в полимеразной цепной реакции на том ее этапе, который требует нагревания ДНК до 700 С. Еще большее нагревание (до 100 0 С) выдерживает ДНК-полимераза Pyrococcus furiosus, называемая Pfu-полимеразой. Ферменты экстремофилов используются также при производстве духов, окраске джинсовой ткани, производстве моющих средств и в других производственных процессах.
3.3. Цианобактерии
Цианобактерии – это большая группа прокариот, включающая более 2000 видов. Им принадлежит особая роль в эволюции и существовании биосферы. Цианобактерии появились в биосфере на заре развития жизни на Земле. Осуществляя оксигенный синтез, цианобактерии создали атмосферу, содержащую кислород, что определило в дальнейшем существование растений и животных.

Ботаники называют цианобактерии синезелеными водорослями и рассматривают их как таксон в системе низших растений. Это обусловлено наличием в их составе хлорофилла a, как у растений, и обитанием, в основном, в водной среде.

Цианобактерии существуют более 4 млрд. лет. Они существовали в архее и большей части протерозоя. Об этом судят по палеонтологическим находкам продуктов жизнедеятельности цианобактерии – строматолитам. Строматолиты – это слоистые известняки, образовавшиеся в результате извлечения бактериями кальция из воды и откладывания кальцита в их слизистых капсулах. Нижние слои бактерий отмирали, образовывались новые и так до 200 м в высоту и многие километры в длину. Строматолиты находят в Австралии, на Урале, в Сибири. В настоящее время строматолиты образуют сообщества нитчатых цианобатерий, развивающихся в толстых пленках в условиях солоноводных мелководий, например, на побережье Австралии.

Фототрофный тип питания является для цианобактерий основным, но не единственным. Они могут усваивать и имеющиеся в среде готовые органические вещества, т. е. становиться гетеротрофами. Среди цианобактерий много форм, способных к азотфиксации. Основным резервуаром азота для всех живых организмов является атмосфера. Однако ни растения, ни животные не могут усваивать азот воздуха. Такой способностью обладают только бактерии, некоторые водоросли и низшие грибы. Азотфиксация, т. е. превращение атомарного азота в NH3 – аммиак, может происходить небиологическим и биологическим путем. Небиологический путь – это образование аммиака во время грозы, при разрядах молнии. Подобный химический метод используется в производстве аммиака, который получают из азота и водорода под давлением с участием катализатора. За это изобретение, позволившее сделать переворот в мировой азотной промышленности, Ф. Габеру и К.Бошу присуждена Нобелевская премия. Эта технология и по сей день используется для получения минеральных азотных удобрений.

Биологический способ фиксации азота связан с активностью фермента нитрогеназы. Это сугубо восстановительный процесс; в присутствии молекулярного кислорода нитрогеназа инактивируется. Но цианобактерии не только живут в присутствии кислорода, более того, они его образуют. Из этого следует, что в одной и той же клетке не могут идти и фотосинтез, и фиксация азота. Азотфиксация происходит в особых клетках, называемых гетероцистами. Они обладают дополнительными слоями оболочки, защищающей их от действия кислорода. В них экспрессируется ген нитрогеназы. Интересно, что его экспрессия определяется такими же перестройками в геноме, как в генах иммуноглобулинов человека. Фотосинтезирующие и азотфиксирующие клетки могут находиться в одном сообществе цианобактерий, при этом образующиеся в результате метаболизма вещества идут по специальным каналам. Вообще, надо заметить, что прокариоты – существа одноклеточные. Однако и в природных, и в лабораторных условиях они образуют сообщества, которые являются пробразами многоклеточных организмов. Среди отдельных представителей этих сообществ, как мы видим на примере цианобактерий, существует дифференциация функций. Колонии роевых бактерий состоят из двух типов клеток – длинных роящихся со жгутиками и коротких нероящихся без жгутиков. С помошью жгутиков они двигаются как единый организм. Наблюдая это явление, Флеминг, открывший пенициллин, даже высказывался о существовании у них некоего прообраза нервной системы, по которой сигналы передаются всем членам сообщества. Поистине социальными существами являются также миксобактерии. Морфологически их сообщество напоминает цветущее дерево.

К сожалению, довольно многочисленные цианобактерии образуют токсины, губительные для человека и животных. Токсины – нейротоксины и гепатотоксины – образуются в основном планктонными формами цианобактерий. Известны случаи гибели людей, потреблявших воду во время “цветения“ водоема, которое и представляет собой результат массового размножения цианобактерий.

Ризобактерии – это большая группа бактерий, способствующих улучшению роста и развития растений. К ним относятся почвенные бактерии псевдомонады (Pseudomonas). Их положительное влияние на растения связано с непосредственной стимуляцией роста растений за счет выработки индолил-3-уксусной кислоты – стимулятора роста корневой системы, улучшением фосфорного питания растений за счет гидролиза органических фосфатов бактериальными фосфатазами. Некоторые штаммы псевдомонад, обладая азотфиксирующей способностью, улучшают и питание растений азотом. Псевдомонады оказывают положительно опосредованной влияние на растения путем вытеснения и подавления развития почвенных фитопатогенов и организмов, угнетающих рост растений.

В общем, неоценимый вклад прокариот в эволюцию жизни на Земле и их участие в нашей повседневной жизни можно суммировать следующим образом:

1. Роль в геологических процессах - образование полезных ископаемых – железных руд, пирита, серы, графитов, карбонатов, нефти, газа и др.

2. Обеспечение плодородия почвы, образование гумуса

3.Очистка сточных вод за счет разложения органических веществ

4. Симбиоз с растениями, животными и грибами

5. Участие в промышленных процессах брожения – производство сыра, силоса, сбраживание сливок при изготовлении сливочного масла

6. Производство антибиотиков

7.Бактерии как продуценты ферментов, гормонов и др. веществ в генной инженерии

8. Биологический контроль размножения насекомых (например, B. Thuringiensis)

9. Стимуляция роста растений за счет усиления поступления в растения фосфора, фиксации азота, индукции устойчивости к заболеваниям за счет синтеза антибиотиков и цианистого водорода, антагонизма с почвенными патогенными бактериями и т.д.

10. Биодеградация вредных ксенобиотиков – полихлорбифенолов, бензантрацена

11. В биотехнологии растений – трансгенез с помощью агробактерий
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие:

Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие Рекомендовано Главным управлением развития общего...
К78 Введение в социологию: Учебное пособие. М.: Новая школа, 1995. 144 с. Isbn 5-7301-0101-5
Введение в биологию Учебное пособие iconЭ. Г. Скворцов введение в логику учебное пособие чебоксары
Э. Г. Скворцов. Введение в логику. / Учебное пособие. Филиал ргсу в г. Чебоксары. – Чебоксары: «ип сибгатуллин Р. Р.». 2009. – 118...
Введение в биологию Учебное пособие iconТема: Введение в биологию
Задачи биологии исходят из предмета изучения – изучение закономерностей всех проявлений жизни
Введение в биологию Учебное пособие icon-
С 302 Введение в нейропсихологию детского возраста: Учебное пособие. — М.: Генезис, 2005. — 319 с.: ил
Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие по математике Датировано: июнь 2012 Важная информация...
Это учебное пособие создано для подготовки студентов к академическому квалификационному тесту по математике. Ответы прилагаются в...
Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие. Таганрог: Изд-во трту
Данное учебное пособие является электронной версией работы
Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие для студентов специальностей «Биология»
М молекулярная генетика. Сборник заданий и тестов: Учебное пособие. Мн.: Бгу, 2003. – 87 с.: ил
Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие Ростов-на-Дону 2009 удк ббк п
Учебное пособие предназначено для студентов, преподавателей и аспирантов экономических специальностей
Введение в биологию Учебное пособие iconI : Учебное пособие/ Под ред. И. А. Жеребкиной
...
Введение в биологию Учебное пособие iconУчебное пособие
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница