Biologinė adaptacija (iš lot. adaptatio – adaptacija) – tai mikroorganizmo prisitaikymas prie išorinių sąlygų evoliucijos procese, įskaitant morfofiziologinius ir elgesio komponentus. Adaptacija gali užtikrinti išlikimą tam tikroje buveinėje, atsparumą abiotiniams ir biologiniams veiksniams, taip pat sėkmę konkuruojant su kitomis rūšimis, populiacijomis ir individais. Kiekviena rūšis turi savo gebėjimą prisitaikyti, ribojamą fiziologijos (individualaus prisitaikymo).
Desadaptacija yra bet koks prisitaikymo, organizmo prisitaikymo prie nuolat kintančių išorinės ar vidinės aplinkos sąlygų pažeidimas. Dinaminio gyvo organizmo ir išorinės aplinkos neatitikimo būsena, sukelianti fiziologinio funkcionavimo sutrikimą, elgesio pokyčius, patologinių procesų vystymąsi.Visiškas neatitikimas tarp organizmo ir išorinių jo egzistavimo sąlygų yra nesuderinamas su gyvybe. Netinkamo prisitaikymo laipsniui būdingas organizmo funkcinių sistemų dezorganizacijos lygis. Atsižvelgiant į funkcionavimo pobūdį, išskiriamos dvi netinkamo prisitaikymo formos: – nepatologinis: galima palaikyti homeostazę sustiprinto, bet „normalaus“ fiziologinio funkcionavimo režimu; – patologinis: išlaikyti homeostazę įmanoma tik pereinant prie patologinio funkcionavimo.
Tos pačios biocenozės rūšių prisitaikymai dažnai yra glaudžiai susiję vienas su kitu. Jei rūšies adaptacijos procesas nėra pusiausvyros būsenoje, tai visa biocenozė gali išsivystyti (kartais su neigiamomis pasekmėmis) net ir esant stabilioms aplinkos sąlygoms.
Pagrindinis adaptacijos turinys, anot T. Pilato, yra vidiniai procesai sistemoje, užtikrinantys jos išorinių funkcijų išsaugojimą aplinkos atžvilgiu. Jei sistemos struktūra užtikrina normalų jos veikimą tam tikromis aplinkos sąlygomis, tokia sistema turėtų būti laikoma pritaikyta šioms sąlygoms. Šiame etape susidaro dinaminė pusiausvyra.
Adaptacijos pavyzdžiai: gėlavandeniuose pirmuoniuose protoplazmos osmosinė koncentracija yra didesnė nei aplinkinio vandens koncentracija. Kai vanduo susigeria, vyksta nuolatinis gėlinimas. Šiuo atveju sutrikusią osmosinę pusiausvyrą reguliuoja susitraukiančios vakuolės veikla, kuri pašalina iš organizmo vandens perteklių. Tačiau kai kurie pirmuonys gali prisitaikyti prie egzistavimo sūresniame ir net jūros vandenyje. Tuo pačiu metu jų susitraukiančios vakuolės veikla sulėtėja ir gali net visiškai sustoti, nes tokiomis sąlygomis vandens pašalinimas iš organizmo padidintų santykinę jonų koncentraciją protoplazmoje ir dėl to padidėtų santykinė jonų koncentracija protoplazmoje. , sutrinka osmosinė pusiausvyra jame. Taigi šiuo atveju adaptacijos mechanizmas redukuojamas iki tiesioginės fizikinės ir cheminės protoplazmos reakcijos. Kitais atvejais prisitaikymo mechanizmas atrodo sudėtingesnis ir ne visada gali būti iš karto suskaidytas į elementarius veiksnius. Tokie yra, pavyzdžiui, gyvūnų prisitaikymas prie temperatūros sąlygų (žinduolių kailio pailgėjimas veikiant šalčiui), prie spinduliavimo energijos reiškinių (augalų fototropizmas); šaltakraujų gyvūnų odos spalvos pasikeitimas dėl pigmentinių ląstelių reakcijos; sezoninis paukščių ir žinduolių spalvų dimorfizmas; jų spalvos pasikeitimas priklausomai nuo klimato ir geografinių sąlygų ir tt Tačiau ir čia prisitaikymo mechanizmas galiausiai gali būti redukuotas iki protoplazmos fizikinių ir cheminių reakcijų. Adaptacijos reiškiniai yra glaudžiai susiję su mikroorganizmų evoliucija ir yra vienas iš svarbiausių aklimatizacijos, kovos už būvį ir mimikrijos veiksnių.
Mikroorganizmų adaptacija, mikroorganizmų akomodacija, prisitaikymas prie aplinkos. Jų struktūra, fiziologinės savybės ir cheminė sudėtis priklauso ir nuo konkrečios rūšies paveldimų savybių, ir nuo aplinkos poveikio. Pastarieji priverčia mikroorganizmą keistis. Dar visai neseniai šie pokyčiai buvo laikomi atsitiktiniais ir, remiantis Conn mokymu, mažai reikšmingais pagrindiniams mikroorganizmo požymiams, kurie buvo pripažinti nekintamais. Tačiau laikui bėgant iš pradžių nedrąsiai, o paskui vis ryžtingiau buvo iškelta mikroorganizmų, kaip biologinio veiksnio, kintamumo doktrina, o dabar mikroorganizmų pokyčiai nebelaikomi tik atsitiktiniais, o pripažįstami gilesniais. Mikroorganizmo kintamumo pobūdis priklauso nuo dviejų veiksnių: tam tikro mikroorganizmo atskirų rūšių atsparumo ir aplinkos poveikio gylio, apimties ir stiprumo. Kai kurios mikroorganizmų rūšys, tokios kaip atspari rūgštims grupė, difterijos ir grybelinės formos, mažiau keičiasi ir prasčiau prisitaiko, o žarnų vidurių šiltinės, kapsulinės, kokos, anaerobinės grupės yra lengviau pakitusios. Mikroorganizmų prisitaikymui pirmiausia įtakos turi jų santykis su deguonimi ir aplinkos temperatūra. Žinoma, kad anaerobus galima pripratinti ir prie laisvo deguonies, ir atvirkščiai. Tą patį reikia pasakyti ir apie požiūrį į aplinkos temperatūrą, taip pat į aplinkos reakciją, į šviesos veikimą ir maistinės medžiagos cheminę sudėtį. Norint nustatyti šį prisitaikymą, turi būti įvykdyta viena sąlyga: laipsniškas naujų veiksnių poveikis. Kuo lėčiau ir laipsniau veikia naujos sąlygos, tuo lengviau ir tobuliau prisitaiko mikroorganizmas. Ši adaptacija vyksta įvairiomis kryptimis. Dėl aplinkos sąlygų mikroorganizmas tampa mažiau reiklus savo fiziologinėms funkcijoms, jas apriboja iki minimumo ir patenka į anabiozės („latentinio mikrobiizmo“) stadiją, kuriai jis formuoja sporas ir yra apsuptas nepralaidžių gleivinių, kalkingų ir jungiamojo audinio kapsulių ( cocci, kubilo lazdelės ir kt.); arba mikroorganizmai patiria morfologinius pakitimus, netenka ištisų organų ir dalių, kurios yra ypač jautrios normalioms sąlygoms (pavyzdžiui, tripanosomos, pripratusios prie arseno, netenka blefaroblastų (Verbitsky)), ir taip gaunamos naujos mikroorganizmų rasės. Ypač lengvai susidaro naujos rasės su naujomis savybėmis, kai mikroorganizmas susiduria su naujomis cheminėmis medžiagomis organizme, kuriame jis įpratęs laisvai daugintis. Kai tokioje aplinkoje atsiranda kenksmingų medžiagų, dalis mikroorganizmų žūva, o atspariausi individai išgyvena ir sukelia vadinamąsias „persistentines“ arba „atsparias“ rases (Enrlich). Toks atsparumas įrodytas įvairiems cheminiams junginiams ir alkaloidams (arsenui, alkoholiui, chininui) – Mikroorganizmų prisitaikymas gali vykti ir priešinga kryptimi – jų gyvybingumo didinimo ir aktyvumo didinimo link. Taigi šiek tiek virulentiškas mikroorganizmas, veikiamas nusilpusio organizmo, pradeda sparčiai daugintis ir gaminti toksinus, kurių anksčiau neturėjo arba turėjo mažai. Pavyzdys yra daugybė vadinamųjų endogeninių infekcijų atvejų, kai pneumokokas peršalus sukelia pneumoniją arba Bact. coli, veikiant mitybos klaidai, sukelia į dizenteriją panašią ligą. Šis mikroorganizmo „aktyvinimas“ yra ne kas kita, kaip jo prisitaikymas prie naujų sąlygų. Adaptacijos reiškiniai yra ypač gerai ištirti ir daug, kai mikroorganizmas susiduria su imuniniu organizmu arba imunine aplinka. Be minėtų kapsulių, kurios tarnauja kaip apsauginis sluoksnis mikrobui nuo išorinės aplinkos, mikroorganizmas pradeda gaminti agresines medžiagas, dėl kurių fagocitai tampa mažiau prieinami. Mikroorganizmai prisitaiko taip toli, kad jie gali tapti atsparūs net imuniniams serumams. Bordetas dar 1895 metais parodė, kaip Vibrio cholerae galima pripratinti prie bakteriolitinio serumo. Nemažai autorių įrodė galimybę išmokyti agliutinuojančius mikroorganizmus sustabdyti agliutinaciją. Ir atvirkščiai, neagliutinuojančius mikroorganizmus galima paversti agliutinuojančiais, pavyzdžiui, prasiskverbiant per gyvūnų kūną ir net paprastai pernešant iš terpės į terpę. Pertvarkydami savo morfologines ir fiziologines ypatybes, mikroorganizmai, priklausomai nuo dirvožemio, kuriame jie gyvena, ir priklausomai nuo kitų šalia jų besidauginančių mikroorganizmų, gali įgyti kaimynams būdingų bruožų ir virsti vadinamuoju „paramikrobu“. Toks mikroorganizmas, kaip įrodė Rosenow, gali įgyti naujų savybių, įgytų kartu su patogeniniu mikroorganizmu, ir paveldėjimo būdu jas išlaikyti gana ilgą laiką. Pavyzdžiui, iš Weichselbaum diplokoko sukelto meningito išskirtas streptokokas įgyja gebėjimą sukelti meningitą. Pasirodo, tai kito patogeno imitacija. Ši imitacija išreiškiama arba gebėjimu sukelti tą pačią ligą, arba naujų antigeninių savybių įgijimu. Taigi Proteusą, gyvenantį šiltine sergančio paciento organizme, pradeda agliutinuoti ligonio serumas, nors jis ir nėra ligos sukėlėjas. Iš visų aukščiau paminėtų faktų aišku, kokie svarbūs patologijai ir epidemiologijai yra mikroorganizmų adaptacijos reiškiniai.
Bakterijų evoliucija ir jos medicininė reikšmė. Mikroorganizmai Žemėje atsirado maždaug prieš tris milijardus metų iki žmonių atsiradimo. 1822 metais E. Darvinas pasiūlė evoliucijos teoriją, o po 100 metų rusų biochemikas A. Oparinas (1920 m.) – biologinės gyvybės atsiradimo teoriją. Šioje sistemoje bakterijos užima labai svarbią vietą. Pirmosios membranomis uždarytos, savaime besidauginančios biologinės gyvybės formos (protobiontai) nepajėgė fotosintezės ir gaudavo energiją atlikdamos paprastas, vienos pakopos abiogenines oksidacines reakcijas. Tai tęsėsi apie 1,0 milijardo metų. Šių reakcijų metu susidariusi energija (elektrocheminė, šiluminė, fotocheminė) buvo kaupiama tam tikrose molekulėse ir naudojama primityvioms procesų vykdymui. Pirminių molekulių susidarymas ir reakcijos žymėjo medžiagų apykaitos procesų – anabolizmo ir katabolizmo – pradžią. Perėjimas iš protoląstelės į prokariotinę ląstelę įvyko prieš 2,5–3 milijardus metų. Planetos atmosferoje nebuvo deguonies, o pirminiai prokariotai buvo anaerobai. Autotrofinis CO 2 fiksavimo kelias buvo pirminio produktyvumo planetoje pagrindas. Redukuojančios atmosferos pasikeitimas į deguonies atmosferą įvyko tarp vidurio ir vėlyvojo Prekambro (prieš 2,8 mlrd. metų). Palyginimui, deguonies kiekis planetos atmosferoje prieš 800 milijonų metų buvo apie 1%, prieš 400 milijonų metų – jau 10%, o šiuo metu – 21%. Keičiantis atmosferos sudėčiai, pradėjo formuotis fakultatyviniai fototrofiniai ir heterotrofiniai anaerobai, vėliau – aerobinės bakterijos.
Bakterijos buvo ne tik pirminiai genų kaupėjai, bet ir jų evoliucinio tobulėjimo objektas. Evoliucijos greitis – tai mutacijų skaičius 100 tam tikros baltymo molekulės aminorūgščių per 100 milijonų metų. Ji labai skiriasi. Tai yra molekulinio laikrodžio koncepcijos pagrindas, skelbiantis, kad mutacijos palaipsniui kaupiasi genome ir per linijinį evoliucijos laikotarpį sudaro naują seką tolesniam rūšių skirtumui. Diagrama, pateikta 3 pav. leidžia parodyti tam tikrų bakterijų grupių evoliuciją ir apytiksliai nustatyti evoliucijos laiką, kada tam tikra rūšis (gentis) atsiskyrė nuo bendro protėvio.
Evoliucijos greitis yra pastovus ir priklauso nuo daugelio faktorių – medžiagų apykaitos procesų greičio, generavimo laiko, informacijos srautų ir selektyvaus slėgio. Pavyzdžiui, Salmonella genties ir Escherichia coli genties skirtumai nuo bendro protėvio įvyko maždaug prieš 100–140 milijonų metų. Bakterijų genomai išsivystė per daugiau nei 50 milijardų kartų, kaupdami mutacijas ir įgydami naujos genetinės informacijos per horizontalų genų perdavimą be reikšmingo protėvių genų persitvarkymo. Per metus Salmonella genomas įgijo maždaug 16 kb/milijonui svetimos genetinės informacijos. metų, o E. coli – 22 kb/mln. metų. Šiuo metu jų genomai skiriasi 25 proc. Didelė genomo dalis buvo įgyta horizontalaus perkėlimo būdu. Apskritai bakterijų genomo dydis svyruoja nuo 0,6 iki 9,4 Mb informacijos (vidutiniškai nuo 3 iki 5 Mb). Kai kurios bakterijos turi dvi chromosomas (Leptospira interrogans serovar icterohemorrahgiae, Brucellae melitensis). Laipsniška bakterijų evoliucija vyko keliomis tarpusavyje susijusiomis kryptimis – metaboline, morfologine (struktūrine-molekuline) ir ekologine. Gamtoje yra labai daug įvairių mikroorganizmų, iš kurių šiuo metu žinoma ne daugiau kaip 5-7%, o dirbtinėmis sąlygomis auginamos bakterijos sudaro apie 1%. Tai reiškia, kad mes dar tik pradedame suprasti mikrobų pasaulį.
Genomo sekos nustatymo strategijos. Kiekviena genomo bazinė pora yra vienas informacijos bitas. Pavyzdžiui, Haemophilus influenzae genome yra 1 830 137, o Escherichia coli genome – 4 639 221 informacijos bitai. Lyginamieji bakterijų genomų sekos nustatymo aspektai leidžia nustatyti bendrų genų ir reguliavimo mechanizmų buvimą, nustatyti evoliucinius ryšius rūšių viduje ir tarp jų bei yra struktūrinės ir evoliucinės genomikos pagrindas. Naujas mokslas – bioinformatika – nagrinėja matematinę mikroorganizmų genomų analizę. Tyrimo objektas – bakterijų fragmentų ar pilnų genomų sekos, naudojant sukurtas kompiuterines programas ir informacijos apie nukleino rūgštis ir baltymus duomenų bazes.
Remiantis genomų struktūros analize (sekvenavimu), susidarė 36-40 didelių taksonų (padalijimų). Kiekvieno iš jų nariai turi bendrą protėvį, kuris tam tikru etapu atsiskyrė nuo kito protėvių taksono. Kai kuriuose skyriuose yra daugiau žinomų bakterijų rūšių nei kituose. Paprastai tai taikoma tiems, kurie gerai auga laboratorijoje. Daugiausia bakterijų rūšių (nuo 40 iki 80%) aprašyta tarp proteobakterijų, aktinobakterijų ir gramteigiamų bakterijų, turinčių mažą G+C kiekį, taksonų. Tuo pačiu metu kai kuriuose departamentuose auginami bakterijų atstovai nežinomi. Pažymėtina, kad iš 36–40 bakterijų karalystės padalinių tik 7 didelių taksonų atstovai gali sukelti žmonių ligas. Šių bakterijų specializacija ir prisitaikymas prie gyvūnų organizmo paskatino susiformuoti genų blokai, kontroliuojantys patogeniškumo veiksnius (patogeniškumo salelės). Jie gali būti lokalizuoti chromosomoje, plazmidėse ir galbūt bakterijų faguose. Mikroorganizmų evoliucijos krypties ir tvarkos nustatymas remiantis jų genomų kintamumu yra perspektyvi molekulinės epidemiologijos sritis.
Bakterijos yra seniausia organizmų grupė, šiuo metu egzistuojanti Žemėje. Pirmosios bakterijos tikriausiai atsirado daugiau nei prieš 3,5 milijardo metų ir beveik milijardą metų jos buvo vienintelės gyvos būtybės mūsų planetoje. Kadangi tai buvo pirmieji gyvosios gamtos atstovai, jų kūnas buvo primityvios sandaros.
Laikui bėgant jų struktūra tapo sudėtingesnė, tačiau iki šių dienų bakterijos laikomos primityviausiais vienaląsčiais organizmais. Įdomu tai, kad kai kurios bakterijos vis dar išlaiko primityvias senovės protėvių savybes. Tai pastebima bakterijose, gyvenančiose karštuose sieros šaltiniuose ir bevandeniame purve rezervuarų dugne.
Dauguma bakterijų yra bespalvės. Tik keli yra violetiniai arba žali. Tačiau daugelio bakterijų kolonijos turi ryškią spalvą, kurią sukelia spalvotos medžiagos išsiskyrimas į aplinką arba ląstelių pigmentacija.
Bakterijų pasaulio atradėjas buvo XVII amžiaus olandų gamtininkas Antony Leeuwenhoekas, pirmasis sukūręs tobulą didinamąjį mikroskopą, padidinantį objektus 160-270 kartų.
Bakterijos yra priskiriamos prokariotams ir yra suskirstytos į atskirą karalystę – bakterijas.
Kūno forma
Bakterijos yra daug ir įvairių organizmų. Jie skiriasi forma.
| Bakterijos pavadinimas | Bakterijų forma | Bakterijų vaizdas |
| Cocci | Rutulio formos | |
| Bacila |  | Strypo formos |
| Vibrio | Kablelio formos | |
| Spirillum |  | Spiralė |
| Streptokokai |  | Cocci grandinė |
| Stafilokokas |  | Kokosų sankaupos |
| Diplokokas | Dvi apvalios bakterijos, uždarytos vienoje gleivinėje kapsulėje |
Transportavimo būdai
Tarp bakterijų yra judrių ir nejudrių formų. Judėjimai juda dėl bangų pavidalo susitraukimų arba žievelių (susuktų spiralinių siūlų) pagalba, kurią sudaro specialus baltymas, vadinamas flagellinu. Gali būti viena ar daugiau žvynelių. Vienose bakterijose jos yra viename ląstelės gale, kitose – dviejuose arba per visą paviršių.
Tačiau judėjimas būdingas ir daugeliui kitų bakterijų, kurioms trūksta žvynelių. Taigi, bakterijos, padengtos gleivėmis, gali slysti.
Kai kurių vandens ir dirvožemio bakterijų, neturinčių žvynelių, citoplazmoje yra dujų vakuolių. Ląstelėje gali būti 40-60 vakuolių. Kiekvienas iš jų užpildytas dujomis (greičiausiai azotu). Reguliuojant dujų kiekį vakuolėse, vandens bakterijos gali nuskęsti vandens storymėje arba iškilti į jos paviršių, o dirvos bakterijos – judėti dirvos kapiliaruose.
Buveinė
Dėl savo organizavimo paprastumo ir nepretenzingumo bakterijos yra plačiai paplitusios gamtoje. Bakterijos randamos visur: net tyriausio šaltinio vandens lašelyje, dirvožemio grūduose, ore, ant akmenų, poliariniame sniege, dykumos smėlyje, vandenyno dugne, iš didelių gelmių išgautame aliejuje ir net karštųjų versmių vanduo, kurio temperatūra apie 80ºC. Jie gyvena ant augalų, vaisių, įvairių gyvūnų ir žmonių žarnyne, burnos ertmėje, galūnėse ir kūno paviršiuje.
Bakterijos yra mažiausi ir gausiausi gyvi padarai. Dėl mažo dydžio jie lengvai įsiskverbia į bet kokius įtrūkimus, plyšius ar poras. Labai atsparus ir prisitaikęs prie įvairių gyvenimo sąlygų. Jie toleruoja džiovinimą, didelius šalčius ir kaitinimą iki 90ºC, neprarasdami gyvybingumo.
Žemėje praktiškai nėra vietos, kur bakterijos nebūtų aptinkamos, bet įvairiais kiekiais. Bakterijų gyvenimo sąlygos yra įvairios. Vieniems iš jų reikia atmosferos deguonies, kitiems jo nereikia ir jie gali gyventi aplinkoje, kurioje nėra deguonies.
Ore: bakterijos pakyla į viršutinius atmosferos sluoksnius iki 30 km. ir dar.
Ypač daug jų yra dirvožemyje. 1 g dirvožemio gali būti šimtai milijonų bakterijų.
Vandenyje: paviršiniuose vandens sluoksniuose atviruose rezervuaruose. Naudingos vandens bakterijos mineralizuoja organines liekanas.
Gyvuose organizmuose: patogeninės bakterijos patenka į organizmą iš išorinės aplinkos, tačiau tik esant palankioms sąlygoms sukelia ligas. Simbiotikai gyvena virškinimo organuose, padeda skaidyti ir įsisavinti maistą, sintetinti vitaminus.
Išorinė struktūra
Bakterijos ląstelė yra padengta specialiu tankiu apvalkalu - ląstelės sienele, kuri atlieka apsaugines ir atramines funkcijas, taip pat suteikia bakterijai nuolatinę, būdingą formą. Bakterijos ląstelės sienelė primena augalo ląstelės sienelę. Jis yra pralaidus: per jį maistinės medžiagos laisvai patenka į ląstelę, o medžiagų apykaitos produktai išeina į aplinką. Dažnai bakterijos ant ląstelės sienelės gamina papildomą apsauginį gleivių sluoksnį – kapsulę. Kapsulės storis gali būti daug kartų didesnis nei pačios ląstelės skersmuo, bet gali būti ir labai mažas. Kapsulė nėra esminė ląstelės dalis, ji susidaro priklausomai nuo sąlygų, kuriomis atsiduria bakterijos. Tai apsaugo bakterijas nuo išdžiūvimo.
Kai kurių bakterijų paviršiuje yra ilgos žvyneliai (viena, dvi ar daug) arba trumpi ploni gaureliai. Žvynelių ilgis gali būti daug kartų didesnis už bakterijos kūno dydį. Bakterijos juda žievelių ir gaurelių pagalba.
Vidinė struktūra
Bakterijos ląstelės viduje yra tanki, nejudri citoplazma. Jis yra sluoksniuotos struktūros, nėra vakuolių, todėl įvairūs baltymai (fermentai) ir rezervinės maistinės medžiagos yra pačios citoplazmos medžiagoje. Bakterijų ląstelės neturi branduolio. Medžiaga, turinti paveldimą informaciją, yra sutelkta centrinėje jų ląstelės dalyje. Bakterijos, - nukleorūgštis - DNR. Tačiau ši medžiaga nesusidaro į branduolį.
Bakterinės ląstelės vidinė organizacija yra sudėtinga ir turi savo specifinių savybių. Citoplazmą nuo ląstelės sienelės skiria citoplazminė membrana. Citoplazmoje yra pagrindinė medžiaga arba matrica, ribosomos ir nedidelis skaičius membraninių struktūrų, kurios atlieka įvairias funkcijas (mitochondrijų analogai, endoplazminis tinklas, Golgi aparatas). Bakterijų ląstelių citoplazmoje dažnai būna įvairių formų ir dydžių granulių. Granulės gali būti sudarytos iš junginių, kurie yra energijos ir anglies šaltinis. Bakterijos ląstelėje taip pat yra riebalų lašelių.
Centrinėje ląstelės dalyje yra lokalizuota branduolinė medžiaga – DNR, kuri nuo citoplazmos nėra atribota membrana. Tai yra branduolio analogas – nukleoidas. Nukleoidas neturi membranos, branduolio ar chromosomų rinkinio.
Valgymo būdai
Bakterijos turi skirtingus maitinimosi būdus. Tarp jų yra autotrofų ir heterotrofų. Autotrofai yra organizmai, galintys savarankiškai gaminti organines medžiagas savo mitybai.
Augalams reikia azoto, tačiau jie patys negali pasisavinti azoto iš oro. Kai kurios bakterijos sujungia ore esančias azoto molekules su kitomis molekulėmis, todėl susidaro augalams prieinamos medžiagos.
Šios bakterijos nusėda jaunų šaknų ląstelėse, todėl ant šaknų susidaro sustorėjimai, vadinami mazgeliais. Tokie mazgeliai susidaro ant ankštinių šeimos augalų ir kai kurių kitų augalų šaknų.
Šaknys aprūpina bakterijas angliavandeniais, o bakterijos – šaknis – azoto turinčias medžiagas, kurias augalas gali pasisavinti. Jų bendras gyvenimas yra abipusiai naudingas.
Augalų šaknys išskiria daug organinių medžiagų (cukrų, amino rūgščių ir kitų), kuriomis minta bakterijos. Todėl ypač daug bakterijų nusėda šaknis supančiame dirvos sluoksnyje. Šios bakterijos paverčia negyvas augalų liekanas į augalams prieinamas medžiagas. Šis dirvožemio sluoksnis vadinamas rizosfera.
Yra keletas hipotezių apie mazgelių bakterijų įsiskverbimą į šaknies audinį:
- dėl epidermio ir žievės audinių pažeidimo;
- per šaknų plaukus;
- tik per jaunos ląstelės membraną;
- dėl kompanioninių bakterijų, gaminančių pektinolitinius fermentus;
- dėl B-indolacto rūgšties sintezės stimuliavimo iš triptofano, visada esančios augalų šaknų sekrete.
Mazgelių bakterijų patekimo į šaknies audinį procesas susideda iš dviejų etapų:
- šaknų plaukų infekcija;
- mazgelių susidarymo procesas.
Daugeliu atvejų įsiveržusi ląstelė aktyviai dauginasi, suformuoja vadinamuosius infekcijos siūlus ir tokių siūlų pavidalu persikelia į augalo audinį. Iš infekcijos gijos atsirandančios mazginės bakterijos toliau dauginasi šeimininko audinyje.
Augalų ląstelės, užpildytos sparčiai besidauginančiomis mazginių bakterijų ląstelėmis, pradeda sparčiai dalytis. Jauno mazgo sujungimas su ankštinio augalo šaknimi atliekamas kraujagyslių pluoštinių ryšulių dėka. Veikimo laikotarpiu mazgeliai dažniausiai būna tankūs. Iki to laiko, kai atsiranda optimalus aktyvumas, mazgeliai įgauna rausvą spalvą (dėka pigmento leghemoglobino). Fiksuoti azotą gali tik tos bakterijos, kuriose yra leghemoglobino.
Mazgelių bakterijos viename hektare dirvos sukuria dešimtis ir šimtus kilogramų azoto trąšų.
Metabolizmas
Bakterijos skiriasi viena nuo kitos savo metabolizmu. Vienuose tai vyksta dalyvaujant deguoniui, kituose – be jo.
Dauguma bakterijų minta jau paruoštomis organinėmis medžiagomis. Tik kelios iš jų (mėlynai žalios arba cianobakterijos) gali iš neorganinių sukurti organines medžiagas. Jie vaidino svarbų vaidmenį kaupiant deguonį Žemės atmosferoje.
Bakterijos sugeria medžiagas iš išorės, suplėšo jų molekules į gabalus, iš šių dalių surenka savo apvalkalą ir papildo jų turinį (taip jos auga), o nereikalingas molekules išmeta lauk. Bakterijos apvalkalas ir membrana leidžia jai pasisavinti tik būtinas medžiagas.
Jei bakterijos apvalkalas ir membrana būtų visiškai nepralaidūs, į ląstelę nepatektų jokios medžiagos. Jei jie būtų pralaidūs visoms medžiagoms, ląstelės turinys susimaišytų su terpe – tirpalu, kuriame gyvena bakterija. Norint išgyventi, bakterijoms reikalingas apvalkalas, leidžiantis prasiskverbti reikalingoms, bet ne nereikalingoms medžiagoms.
Bakterija pasisavina šalia jos esančias maistines medžiagas. Kas bus toliau? Jei jis gali judėti savarankiškai (judindamas žvynelį ar stumdamas gleives atgal), tada juda tol, kol randa reikiamų medžiagų.
Jei negali judėti, tada laukia, kol difuzija (vienos medžiagos molekulių gebėjimas prasiskverbti į kitos medžiagos molekulių tankmę) atneš į ją reikiamas molekules.
Bakterijos kartu su kitomis mikroorganizmų grupėmis atlieka milžinišką cheminį darbą. Konvertuodami įvairius junginius, jie gauna savo gyvenimui reikalingos energijos ir maistinių medžiagų. Bakterijose įvairūs medžiagų apykaitos procesai, energijos gavimo būdai ir medžiagų poreikis jų kūnų medžiagoms kurti.
Kitos bakterijos neorganinių junginių sąskaita patenkina visus anglies, reikalingos organinių medžiagų sintezei organizme, poreikius. Jie vadinami autotrofais. Autotrofinės bakterijos gali sintetinti organines medžiagas iš neorganinių. Tarp jų yra:
Chemosintezė
Spinduliavimo energijos naudojimas yra svarbiausias, bet ne vienintelis būdas sukurti organines medžiagas iš anglies dioksido ir vandens. Yra žinomos bakterijos, kurios kaip energijos šaltinį tokiai sintezei naudoja ne saulės šviesą, o cheminių jungčių, susidarančių organizmų ląstelėse oksiduojant tam tikrus neorganinius junginius – vandenilio sulfido, sieros, amoniako, vandenilio, azoto rūgšties, geležies junginių energiją. geležis ir manganas. Jie naudoja organines medžiagas, susidarančias naudojant šią cheminę energiją, kad sukurtų savo kūno ląsteles. Todėl šis procesas vadinamas chemosinteze.
Svarbiausia chemosintetinių mikroorganizmų grupė yra nitrifikuojančios bakterijos. Šios bakterijos gyvena dirvožemyje ir oksiduoja amoniaką, susidarantį organinių likučių irimo metu iki azoto rūgšties. Pastarasis reaguoja su mineraliniais dirvožemio junginiais, virsdamas azoto rūgšties druskomis. Šis procesas vyksta dviem etapais.
Geležies bakterijos juodąją geležį paverčia geležies oksidu. Susidaręs geležies hidroksidas nusėda ir suformuoja vadinamąją pelkinę geležies rūdą.
Kai kurie mikroorganizmai egzistuoja dėl molekulinio vandenilio oksidacijos, todėl yra autotrofinis mitybos metodas.
Būdingas vandenilio bakterijų bruožas yra galimybė pereiti prie heterotrofinio gyvenimo būdo, kai aprūpinamas organiniais junginiais ir nėra vandenilio.
Taigi chemoautotrofai yra tipiški autotrofai, nes jie savarankiškai sintetina reikalingus organinius junginius iš neorganinių medžiagų, o ne gatavų iš kitų organizmų, pavyzdžiui, heterotrofų. Chemoautotrofinės bakterijos nuo fototrofinių augalų skiriasi tuo, kad jos visiškai nepriklauso nuo šviesos kaip energijos šaltinio.
Bakterijų fotosintezė
Kai kurios pigmento turinčios sieros bakterijos (violetinės, žalios), turinčios specifinių pigmentų – bakteriochlorofilų, sugeba sugerti saulės energiją, kurios pagalba jų organizmuose esantis sieros vandenilis skaidomas ir išskiria vandenilio atomus atitinkamiems junginiams atkurti. Šis procesas turi daug bendro su fotosinteze ir skiriasi tik tuo, kad purpurinėse ir žaliose bakterijose vandenilio donoras yra sieros vandenilis (kartais karboksirūgštys), o žaliuose augaluose – vanduo. Abiejuose vandenilio atskyrimas ir perdavimas vyksta dėl sugertos saulės spindulių energijos.
Ši bakterijų fotosintezė, kuri vyksta be deguonies išsiskyrimo, vadinama fotoredukcija. Anglies dioksido fotoredukcija yra susijusi su vandenilio perdavimu ne iš vandens, o iš vandenilio sulfido:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
Chemosintezės ir bakterijų fotosintezės biologinė reikšmė planetos mastu yra palyginti nedidelė. Sieros ciklo gamtoje procese reikšmingą vaidmenį vaidina tik chemosintetinės bakterijos. Žaliųjų augalų absorbuojama sieros rūgšties druskų pavidalu, siera redukuojama ir tampa baltymų molekulių dalimi. Be to, kai negyvas augalų ir gyvūnų liekanas sunaikina puvimo bakterijos, siera išsiskiria sieros vandenilio pavidalu, kurią sieros bakterijos oksiduoja į laisvą sierą (arba sieros rūgštį), sudarydamos dirvožemyje augalams prieinamus sulfitus. Chemo- ir fotoautotrofinės bakterijos yra būtinos azoto ir sieros cikle.
Sporuliacija
Sporos susidaro bakterijų ląstelės viduje. Sporuliacijos proceso metu bakterijų ląstelėje vyksta daugybė biocheminių procesų. Jame sumažėja laisvo vandens kiekis ir sumažėja fermentinis aktyvumas. Taip užtikrinamas sporų atsparumas nepalankioms aplinkos sąlygoms (aukštai temperatūrai, didelei druskų koncentracijai, džiūvimui ir kt.). Sporuliacija būdinga tik nedidelei bakterijų grupei.
Sporos yra neprivalomas bakterijų gyvenimo ciklo etapas. Sporuliacija prasideda tik trūkstant maistinių medžiagų arba susikaupus medžiagų apykaitos produktams. Sporų pavidalo bakterijos ilgą laiką gali išlikti ramybės būsenoje. Bakterijų sporos gali atlaikyti ilgalaikį virimą ir labai ilgą šaldymą. Susidarius palankioms sąlygoms, sporos sudygsta ir tampa gyvybingos. Bakterijų sporos yra prisitaikymas išgyventi nepalankiomis sąlygomis.
Reprodukcija
Bakterijos dauginasi dalijant vieną ląstelę į dvi. Pasiekusi tam tikrą dydį, bakterija dalijasi į dvi identiškas bakterijas. Tada kiekvienas iš jų pradeda maitintis, auga, dalijasi ir pan.
Po ląstelės pailgėjimo palaipsniui susidaro skersinė pertvara, tada atsiskiria dukterinės ląstelės; Daugelyje bakterijų tam tikromis sąlygomis po dalijimosi ląstelės lieka susijungusios į būdingas grupes. Šiuo atveju, priklausomai nuo padalijimo plokštumos krypties ir padalijimų skaičiaus, susidaro skirtingos formos. Bakterijų dauginimasis pumpuravimo būdu yra išimtis.
Esant palankioms sąlygoms, ląstelių dalijimasis daugelyje bakterijų vyksta kas 20-30 minučių. Taip sparčiai dauginantis, vienos bakterijos palikuonys per 5 dienas gali suformuoti masę, galinčią užpildyti visas jūras ir vandenynus. Paprastas skaičiavimas rodo, kad per dieną gali susidaryti 72 kartos (720 000 000 000 000 000 000 ląstelių). Perskaičiavus į svorį – 4720 tonų. Tačiau gamtoje taip neatsitinka, nes dauguma bakterijų greitai miršta veikiant saulės spinduliams, džiūvimui, maisto trūkumui, kaitinant iki 65–100ºC, dėl rūšių kovos ir pan.
Bakterija (1), pasisavinusi pakankamai maisto, padidėja (2) ir pradeda ruoštis dauginimuisi (ląstelių dalijimuisi). Jo DNR (bakterijoje DNR molekulė uždaryta žiedu) padvigubėja (bakterija gamina šios molekulės kopiją). Abi DNR molekulės (3, 4) yra prisirišusios prie bakterijos sienelės ir, bakterijai pailgėjus, atsiskiria (5, 6). Pirmiausia dalijasi nukleotidas, tada citoplazma.
Po dviejų DNR molekulių išsiskyrimo ant bakterijos atsiranda susiaurėjimas, kuris palaipsniui padalija bakterijos kūną į dvi dalis, kurių kiekvienoje yra po DNR molekulę (7).
Pasitaiko (Bacillus subtilis), kad dvi bakterijos sulimpa ir tarp jų susidaro tiltelis (1,2).
Šuoliukas perneša DNR iš vienos bakterijos į kitą (3). Patekusios į vieną bakteriją, DNR molekulės susipina, kai kuriose vietose sulimpa (4), o tada apsikeičia dalimis (5).
Bakterijų vaidmuo gamtoje
Gyre
Bakterijos yra svarbiausia bendro medžiagų ciklo gamtoje grandis. Augalai iš anglies dioksido, vandens ir mineralinių druskų dirvožemyje sukuria sudėtingas organines medžiagas. Šios medžiagos grįžta į dirvą su negyvais grybais, augalais ir gyvūnų lavonais. Bakterijos suskaido sudėtingas medžiagas į paprastas, kurias vėliau panaudoja augalai.
Bakterijos naikina negyvų augalų ir gyvūnų lavonų sudėtingas organines medžiagas, gyvų organizmų išskyras ir įvairias atliekas. Minėdamos šiomis organinėmis medžiagomis, saprofitinės puvimo bakterijos jas paverčia humusu. Tai savotiški mūsų planetos tvarkdariai. Taigi, bakterijos aktyviai dalyvauja medžiagų cikle gamtoje.
Dirvožemio formavimas
Kadangi bakterijos yra paplitusios beveik visur ir jų yra labai daug, jos daugiausia lemia įvairius gamtoje vykstančius procesus. Rudenį krenta medžių ir krūmų lapai, žūsta antžeminiai žolių ūgliai, nubyra senos šakos, karts nuo karto nukrenta senų medžių kamienai. Visa tai palaipsniui virsta humusu. 1 cm3. Miško dirvožemio paviršiniame sluoksnyje yra šimtai milijonų kelių rūšių saprofitinių dirvožemio bakterijų. Šios bakterijos humusą paverčia įvairiais mineralais, kuriuos iš dirvožemio gali pasisavinti augalų šaknys.
Kai kurios dirvožemio bakterijos sugeba pasisavinti azotą iš oro, panaudodamos jį gyvybiniams procesams. Šios azotą fiksuojančios bakterijos gyvena savarankiškai arba apsigyvena ankštinių augalų šaknyse. Šios bakterijos, prasiskverbusios į ankštinių augalų šaknis, sukelia šaknų ląstelių augimą ir mazgų susidarymą ant jų.
Šios bakterijos gamina azoto junginius, kuriuos naudoja augalai. Bakterijos iš augalų gauna angliavandenius ir mineralines druskas. Taigi tarp ankštinio augalo ir gumbelių bakterijų yra glaudus ryšys, kuris naudingas ir vienam, ir kitam organizmui. Šis reiškinys vadinamas simbioze.
Dėl simbiozės su gumbelių bakterijomis ankštiniai augalai praturtina dirvą azotu, padėdami padidinti derlių.
Paplitimas gamtoje
Mikroorganizmai yra visur. Išimtis yra tik aktyvių ugnikalnių krateriai ir nedideli plotai sprogusių atominių bombų epicentruose. Nei žema Antarktidos temperatūra, nei verdantys geizerių srautai, nei sočiųjų druskų tirpalai druskų baseinuose, nei stipri kalnų viršūnių insoliacija, nei atšiaurus branduolinių reaktorių apšvitinimas netrukdo mikroflorai egzistuoti ir vystytis. Visos gyvos būtybės nuolat sąveikauja su mikroorganizmais, dažnai būna ne tik jų saugyklos, bet ir platintojos. Mikroorganizmai yra mūsų planetos vietiniai gyventojai, aktyviai tyrinėjantys neįtikėtiniausius natūralius substratus.
Dirvožemio mikroflora
Bakterijų skaičius dirvožemyje itin didelis – šimtai milijonų ir milijardai individų viename grame. Dirvožemyje jų daug daugiau nei vandenyje ir ore. Bendras bakterijų skaičius dirvožemyje keičiasi. Bakterijų skaičius priklauso nuo dirvožemio tipo, jų būklės ir sluoksnių gylio.
Dirvožemio dalelių paviršiuje mikroorganizmai išsidėstę nedidelėmis mikrokolonijomis (po 20-100 ląstelių). Jie dažnai susidaro organinių medžiagų krešulių storyje, ant gyvų ir mirštančių augalų šaknų, plonuose kapiliaruose ir gumulėlių viduje.
Dirvožemio mikroflora yra labai įvairi. Čia yra įvairių fiziologinių bakterijų grupių: puvimo bakterijos, nitrifikuojančios bakterijos, azotą fiksuojančios bakterijos, sieros bakterijos ir kt. Tarp jų yra aerobinės ir anaerobinės, sporinės ir nesporinės formos. Mikroflora yra vienas iš dirvožemio formavimosi veiksnių.
Mikroorganizmų vystymosi sritis dirvožemyje yra zona, esanti greta gyvų augalų šaknų. Ji vadinama rizosfera, o joje esančių mikroorganizmų visuma – rizosferos mikroflora.
Rezervuarų mikroflora
Vanduo yra natūrali aplinka, kurioje dauginasi mikroorganizmų. Didžioji jų dalis į vandenį patenka iš dirvožemio. Veiksnys, lemiantis bakterijų skaičių vandenyje ir maistinių medžiagų buvimą jame. Švariausi vandenys yra iš artezinių šulinių ir šaltinių. Atviruose rezervuaruose ir upėse labai daug bakterijų. Daugiausia bakterijų randama paviršiniuose vandens sluoksniuose, arčiau kranto. Tolstant nuo kranto ir didėjant gyliui, bakterijų mažėja.
Švaraus vandens viename ml yra 100-200 bakterijų, o užterštame – 100-300 tūkst. ir daugiau. Dugno dumble yra daug bakterijų, ypač paviršiniame sluoksnyje, kur bakterijos sudaro plėvelę. Šioje plėvelėje yra daug sieros ir geležies bakterijų, kurios oksiduoja vandenilio sulfidą į sieros rūgštį ir taip neleidžia žuvims žūti. Dumble yra daugiau sporinių formų, o vandenyje vyrauja nesporingos formos.
Pagal rūšinę sudėtį vandens mikroflora panaši į dirvožemio mikroflorą, tačiau yra ir specifinių formų. Naikinant įvairias atliekas, patekusias į vandenį, mikroorganizmai palaipsniui atlieka vadinamąjį biologinį vandens valymą.
Oro mikroflora
Oro mikroflora yra mažesnė nei dirvožemio ir vandens mikroflora. Bakterijos pakyla į orą su dulkėmis, gali ten išbūti kurį laiką, o vėliau nusėsti žemės paviršiuje ir žūti dėl mitybos stokos ar veikiamos ultravioletinių spindulių. Mikroorganizmų skaičius ore priklauso nuo geografinės zonos, reljefo, metų laiko, užterštumo dulkėmis ir kt. Kiekviena dulkių dėmė yra mikroorganizmų nešiotoja. Daugiausia bakterijų yra ore virš pramonės įmonių. Kaimo vietovėse oras švaresnis. Švariausias oras yra virš miškų, kalnų ir snieguotų vietovių. Viršutiniuose oro sluoksniuose yra mažiau mikrobų. Oro mikrofloroje yra daug pigmentuotų ir sporas turinčių bakterijų, kurios yra atsparesnės nei kitos ultravioletiniams spinduliams.
Žmogaus kūno mikroflora
Žmogaus kūnas, net ir visiškai sveikas, visada yra mikrofloros nešiotojas. Žmogaus organizmui kontaktuojant su oru ir dirvožemiu, ant drabužių ir odos nusėda įvairūs mikroorganizmai, tarp jų ir patogeniniai (stabligės bacilos, dujų gangrena ir kt.). Dažniausiai užterštos žmogaus kūno dalys yra užterštos. E. coli ir stafilokokai randami ant rankų. Burnos ertmėje yra daugiau nei 100 rūšių mikrobų. Burnos ertmė su savo temperatūra, drėgme ir maistinių medžiagų likučiais yra puiki aplinka mikroorganizmams vystytis.
Skrandyje vyksta rūgštinė reakcija, todėl dauguma jame esančių mikroorganizmų žūva. Pradedant nuo plonosios žarnos, reakcija tampa šarminė, t.y. palanki mikrobams. Storųjų žarnų mikroflora yra labai įvairi. Kiekvienas suaugęs žmogus kasdien su ekskrementais išskiria apie 18 milijardų bakterijų, t.y. daugiau žmonių nei žmonių pasaulyje.
Su išorine aplinka nesusijusiuose vidaus organuose (smegenyse, širdyje, kepenyse, šlapimo pūslėje ir kt.) mikrobų dažniausiai nėra. Mikrobai į šiuos organus patenka tik sergant.
Bakterijos medžiagų cikle
Mikroorganizmai apskritai ir ypač bakterijos vaidina didelį vaidmenį biologiškai svarbiuose medžiagų cikluose Žemėje, vykdydamos chemines transformacijas, kurios visiškai nepasiekiamos nei augalams, nei gyvūnams. Įvairius elementų ciklo etapus vykdo skirtingų tipų organizmai. Kiekvienos atskiros organizmų grupės egzistavimas priklauso nuo kitų grupių atliekamos cheminės elementų transformacijos.
Azoto ciklas
Ciklinė azoto junginių transformacija atlieka pagrindinį vaidmenį aprūpinant reikiamas azoto formas biosferos organizmus, turinčius skirtingus mitybos poreikius. Daugiau nei 90% viso azoto fiksavimo yra dėl tam tikrų bakterijų metabolinio aktyvumo.
Anglies ciklas
Biologiniam organinės anglies pavertimui anglies dioksidu, kartu su molekulinio deguonies redukcija, reikalinga bendra įvairių mikroorganizmų metabolinė veikla. Daugelis aerobinių bakterijų visiškai oksiduoja organines medžiagas. Aerobinėmis sąlygomis organiniai junginiai iš pradžių skaidomi fermentacijos būdu, o organiniai galutiniai fermentacijos produktai toliau oksiduojami anaerobiniu kvėpavimu, jei yra neorganinių vandenilio akceptorių (nitratų, sulfatų arba CO 2 ).
Sieros ciklas
Siera yra prieinama gyviems organizmams daugiausia tirpių sulfatų arba redukuotų organinių sieros junginių pavidalu.
Geležies ciklas
Kai kuriuose gėlo vandens telkiniuose yra didelė redukuotų geležies druskų koncentracija. Tokiose vietose vystosi specifinė bakterinė mikroflora – geležies bakterijos, kurios oksiduoja redukuotą geležį. Jie dalyvauja formuojant pelkių geležies rūdas ir vandens šaltinius, kuriuose gausu geležies druskų.
Bakterijos yra seniausi organizmai, atsiradę maždaug prieš 3,5 milijardo metų Archeanuose. Maždaug 2,5 milijardo metų jie dominavo Žemėje, formuodami biosferą ir dalyvavo formuojant deguonies atmosferą.
Bakterijos yra vieni paprasčiausios struktūros gyvų organizmų (išskyrus virusus). Manoma, kad jie yra pirmieji organizmai, atsiradę Žemėje.
Richardo Lenskio, evoliucinio mikrobiologo, žinomo dėl savo ilgalaikių evoliucijos eksperimentų, komanda tyrė genetinius skirtumus (susikaupusias mutacijas) tarp bakterijų populiacijų, kurios prisitaikė prie penkių skirtingų temperatūros režimų per 2000 kartų. Nepaisant galimų adaptacijos kelių įvairovės, dauguma mutacijų pasirodė specifinės, tai yra, jos atsirado tose ir tik tose populiacijose, kurios išsivystė tomis pačiomis ar panašiomis temperatūros sąlygomis. Tačiau dauguma šių mutacijų vėliau buvo fiksuotos vykstančio ilgalaikio evoliucinio eksperimento metu. Matyt, esant skirtingoms temperatūroms, skirtingos mutacijos yra naudingesnės už kitas (tačiau retai iš naudingų tampa žalingos) - ir natūrali atranka veikia būtent su šiais santykinio naudingumo skirtumais, anksčiau fiksuodama mutacijas, kurios pasirodė palankesnės duotomis sąlygomis.
„Elementai“ ne kartą kalbėjo apie Richardo Lenskio laboratorijos, kuri daugelį dešimtmečių užsiima eksperimentiniais bakterijų evoliucijos tyrimais, darbą. Šie tyrimai ne tik leidžia geriau suprasti šių mikroorganizmų prisitaikymo prie aplinkos modelius (tai gali turėti ir praktinės reikšmės, pavyzdžiui, atsparumą antibiotikams), bet ir suteikia galimybę iš pirmų lūpų pamatyti netrivialius evoliucijos procesus. ir jų rezultatai, kurie svarbūs fundamentiniam mokslui (žr. Ankstyvieji adaptacijos etapai yra nuspėjami, vėlesni atsitiktiniai, „Elementai“, 2015-03-03; Atliekant ilgalaikį evoliucinį eksperimentą, atranka į „evoliucijos perspektyvas “ buvo atskleista, „Elementai“, 2011-03-25; Sumuojami 40 000 kartų trukmės evoliucinio eksperimento rezultatai, „Elementai“, 2009-11-01).
Tačiau, be gerai žinomo ilgalaikio evoliucijos eksperimento (LEE) (žr. E. coli Ilgalaikis eksperimentinės evoliucijos projektas), kuris šiuo metu tęsiasi 50 000 kartų, Richardo Lenskio komanda taip pat atlieka trumpesnius tyrimus, kurie yra pagrindinio eksperimento „atšakos“.
Naujame tyrime mokslininkai ištyrė genetinį E. coli adaptacijos pagrindą. Escherichia coliį skirtingas temperatūras per 2000 kartų keliomis dešimtimis linijų. Šioje situacijoje būtų galima tikėtis ir divergencijos dėl stochastinių procesų – mutacijų atsiradimo ir genetinio dreifo (žr. Genetinis dreifas) – ir lygiagrečios evoliucijos, kai skirtingos linijos įgytų panašias adaptacijas toje pačioje aplinkoje. Bent jau sudėtingiems gyvūnams, kurių individualus vystymasis labai apsunkina kelią nuo genotipo iki fenotipo, šios dvi galimybės nebūtinai prieštarauja viena kitai: ta pati adaptacija gali atsirasti dėl kitokio genetinio pagrindo. Su šiuo priimtinų rezultatų gausa (pabrėžiame, kad kiekvienas iš jų pasirodo įmanomas) siejamas mokslininkus jau seniai dominantis evoliucijos nuspėjamumo klausimas – tiksliau, klausimas, kokiu lygiu galime numatyti, kaip gyventojų vienaip ar kitaip prisitaikys prie pokyčių.aplinka (žr. D. L. Stern, V. Orgogozo, 2009. Ar nuspėjama genetinė evoliucija?).
Eksperimento metu 30 atskirų E. coli linijų, paimtų iš ilgalaikio eksperimento, išsivystė per 2000 kartų penkiomis skirtingomis temperatūros sąlygomis, po šešias linijas kiekviena. Kai kurios bakterijos buvo auginamos optimalioje 37 °C temperatūroje (priminsiu, kad šios bakterijos paprastai gyvena šiltakraujų gyvūnų žarnyne) ir „toleruotinoje“ 32 °C temperatūroje, o kai kurios buvo auginamos esant dideliam šalčiui (20 °C). šiluma (42°C) jiems.esančios prie apatinės ir viršutinės tolerancijos zonos ribos (žr. Organizmo reakcija į aplinkos veiksnių pokyčius). Be to, kitas režimas apėmė kintančias vidutines ir ekstremalias sąlygas – temperatūra svyravo tarp 32°C ir 42°C. Eksperimento schema išsamiau parodyta fig. 2A.
Eksperimento metu visos bakterijų populiacijos padidino savo augimo greitį, tai yra, padidėjo jų prisitaikymas prie aplinkos. Be to, išsivysčiusios bakterijos dažniausiai pasirodydavo sėkmingesnės už jų protėvius ne tik aplinkoje, kurioje jos augo, bet ir kitose. Tačiau taip nutikdavo ne visada – pavyzdžiui, populiacijos iš 20, 32 ir 37 laipsnių aplinkos 42°C temperatūroje augo blogiau nei jų protėviai. Tačiau šie rezultatai buvo paskelbti seniai (žr. A. F. Bennett, R. E. Lenski, J. E. Mittler, 1992. Evolutionary adaptation to temperature. I. Fitness responses of Escherichia coliį jo šiluminės aplinkos pokyčius; J. A. Mongold, A. F. Bennett, R. E. Lenski, 1996. Evoliucinis prisitaikymas prie temperatūros. IV. Pritaikymas Escherichia coli ties nišos riba). Ir naujausiame darbe autoriai suprato genetinį temperatūros prisitaikymo „pirmyn ir atgal“. Norėdami tai padaryti, jie visiškai suskirstė kiekvienos populiacijos atstovų DNR iš paskutinės, 2000-osios kartos.
Iš viso viso eksperimento metu visose tiriamose linijose susikaupė 159 mutacijos (atminkite, kad eksperimente naudojama populiacija E. coli, dauginasi nelytiniu būdu, todėl evoliucijos procesai tiriami kaupiant mutacijas), o kiekviena atskira linija kaupėsi nuo dviejų iki aštuonių mutacijų - įdomu tai, kad tik viena iš šių „kraštutinių“ populiacijų augo ne optimaliu 37 laipsnių, o „vidutiniu“ 32-X. Tačiau vidutiniškai 37 laipsnių bakterijų sukauptų mutacijų skaičius yra žymiai mažesnis nei visų kitų (bet tik jei jas vertinsime kartu; palyginus eksperimentinius variantus poromis, sukauptų mutacijų skaičiaus skirtumai paaiškėja būti nereikšmingi – galbūt dėl mažo populiacijų skaičiaus kiekvienoje iš patirties variantų). Tokių rezultatų visai tikimasi – juk bakterijos augo savo optimalioje temperatūroje, kurioje, be to, bendri eksperimentinių linijų protėviai išsivystė dar per 2000 kartų (2A pav.). Taigi, bakterijos jau pasirodė labai prisitaikiusios prie šių sąlygų ir jos buvo veikiamos labiau gryninant atranką – išnaikinant mutacijas, kurios naikina esamas adaptacijas – nei skatinant atranką, dėl kurios susiformavo naujos adaptacijos. Aptiktos mutacijos priklausė skirtingiems tipams: tai buvo sinoniminiai ir nesinoniminiai nukleotidų pakaitalai (žr. Mutacijos: nukleotidų pakaitalai: tipai), delecijos (DNR sekcijų praradimas) ir kt. Jų pasiskirstymas pagal tipą ir atskiras populiacijas parodytas 2B pav. Trys iš aptiktų mutacijų gali sukelti hipermutaciją – padidėjusį mutacijų greitį. Tokios mutacijos dažnai įgyjamos atliekant evoliucinius eksperimentus su bakterijomis, nes jos padidina palankių mutacijų atsiradimo tikimybę. Tačiau šiuo atveju populiacijos, turinčios potencialius mutatorių genus, neparodė reikšmingo gautų mutacijų skaičiaus viršijimo, palyginti su tikėtinu.
Tada mokslininkai įvertino skirtingose populiacijose atsiradusių mutacijų panašumą, apskaičiuodami kauliukų panašumo koeficientą, dar žinomą kaip Sørenseno koeficientas (S = 2 (X∩Y)/(X + Y), kur X ir Y yra skaičius. mutavusių genų pirmoje ir antroje palygintoje grupėje, o X∩Y yra genų, mutavusių abiejose grupėse, skaičius). Šiuo atveju buvo atsižvelgta tik į tas mutacijas, kurias galima tiksliai priskirti konkrečiam genui (pavyzdžiui, nebuvo atsižvelgta į visas dideles delecijas). Pirma, kiekvieno eksperimentinio varianto populiacijų panašumo koeficientas pasirodė esąs žymiai didesnis nei tarp skirtingų variantų: 0,168, palyginti su 0,042. Tuo pačiu metu statistiškai nereikšmingas pasirodė tik skirtumas tarp linijos, auginamos 42 °C temperatūroje, ir auginamos kintamoje temperatūroje (3A pav.). Antra, buvo galima nustatyti specifines mutacijas, kurios vyksta žymiai dažniau (o kartais net unikaliai) tam tikram temperatūros režimui. Iš viso jų buvo keturi – tik kintamos temperatūros režimas neturėjo specifinio geno (3B pav.).
Tačiau, matyt, adaptacijos neapsiriboja šiomis keturiomis mutacijomis. Kadangi kai kurie kiti mutuoti genai taip pat turi tendenciją agreguotis viename iš eksperimentinių variantų. Įdomu tai, kad visi „specifiniai“ ir įtariami genai priklauso kelioms funkcinėms grupėms: jie turi įtakos ląstelių dydžiui ir formai ( mrdA, hslU), reguliuoja medžiagų apykaitos kelius, susijusius su maistinių medžiagų perdirbimu ( nadR, iclR) ir pakeisti metabolinio fermento aktyvumą ( gltB) (žr. 3B pav.). Taip pat tarp „šaltų“ populiacijų yra tendencija, kad genai, susiję su transkripcija ir vertimu, mutuoja. Taigi prieš save turime tipišką sudėtingo prisitaikymo pavyzdį, apimantį skirtingus mechanizmus, todėl galimai daugiamatis. Laimei, šiuolaikiniai molekulinės genetikos metodai leidžia išskirti atskirus genus ir požymius, susijusius su prisitaikymu prie vieno ar kito aplinkos veiksnio, nors dar prieš kelis dešimtmečius beveik visi evoliucionistai manė, kad šio raizginio ir tikslių tokio sudėtingo mechanizmų neįmanoma išnarplioti. adaptacijos nežinomos. Iš tikrųjų tada buvo galima pasakyti tik kažką panašaus į: „atrankoje dalyvauja daug genų, kiekviena populiacija turi savo“. Dabar galime pasakyti, kas tiksliai yra šie genai. Ir pasirodo, kad bent jau kai kuriais atvejais šis adaptacijoje dalyvaujančių genų rinkinys pasirodo esąs atkuriamas.
Įdomūs rezultatai gauti palyginus aprašytą eksperimentą su vykstančiu ilgalaikiu evoliuciniu eksperimentu. Paaiškėjo, kad bakterijos iš DEE laikui bėgant kaupia mutacijas tuose pačiuose genuose, kurie prisitaiko prie skirtingų temperatūrų! Viena vertus, jie turi prisitaikyti ne tik prie temperatūros – pavyzdžiui, abiejų eksperimentų aplinkoje nepakanka gliukozės. Kita vertus, kur adaptacijų specifika? Taip, linija, auginama 37 °C temperatūroje, rodo didžiausią panašumą į DEE, kuri atsiranda toje pačioje temperatūroje, tačiau likusi dalis taip pat įgyja mutacijas, kurios vėliau pasirodo naudingos esant kitoms temperatūroms (4 pav.).
Autoriai šį paradoksą aiškina tuo, kad skirtingos temperatūros sąlygos keičia skirtingų mutacijų santykinę vertę, tačiau retai kada naudinga mutacija tampa žalinga – tai yra, pavyzdžiui, „šaltose“ linijose įsitvirtinusi mutacija yra stipresnė. palanki žemos temperatūros sąlygomis nei optimaliomis sąlygomis, o tai padidina ankstesnės konsolidacijos tikimybę. Tai taip pat patvirtina tiesioginis atskirų mutacijų adaptacinės vertės įvertinimas. Tyrėjai įtraukė juos į protėvių bakterijų genomą ir ištyrė, kaip šie modifikuoti organizmai laikosi skirtingose temperatūrose. Nė vienai iš mutacijų nebuvo reikšmingų skirtumų tarp teigiamo poveikio augimo greičiui skirtingomis temperatūrų sąlygomis, nors palyginimai poromis atskleidė silpną tendenciją, kad mutacija buvo palankesnė eksperimento, kuriame ji atsirado, variante. Tai patvirtina autorių interpretaciją: pasikeitus temperatūrai, visos nustatytos mutacijos išlieka palankios, tačiau keičiasi jų santykinis naudingumas ir su jomis veikia natūrali atranka: mutacijos, kurios tam tikromis sąlygomis pasirodo palankesnės, fiksuojamos anksčiau.
Šis tyrimas leidžia dar kartą pabrėžti, kad evoliucija gali vykti dėl iš pažiūros silpnų, nepastebimų skirtumų. Ne veiksmingų ir neefektyvių kelių buvimas, o nedideli tam tikrų adaptacijų efektyvumo skirtumai skirtingose temperatūrose keičia jų fiksavimo tikimybę natūralios atrankos būdu, o tai lemia skirtingus evoliucijos kelius.
Darbo pabaigoje autoriai pabrėžia, kad, atsižvelgiant į plačias adaptacijos galimybes, jų rezultatai rodo netikėtai didelį evoliucijos nuspėjamumą. Jie teigia, kad tokių specifinių prisitaikymo prie konkrečių aplinkos sąlygų pėdsakų buvimas gali padėti, pavyzdžiui, iššifruoti patogeninių mikrobų evoliucijos istoriją, sekti perėjimo tarp skirtingų rūšių ar net individų šeimininkų istoriją (tai padės sekti ligų dinamika), taip pat teismo mikrobiologijoje, padedančioje išsiaiškinti mirties aplinkybes ar atskirų objektų judėjimo istoriją (žr. R. E. Lenski, P. Keim, 2005).
Klausimas apie organizmų prigimties pasikeitimą veikiant gyvenimo sąlygoms buvo keliamas jau seniai.
Tačiau, kaip pažymi Timiriazevas, tik Lamarko „Zoologijos filosofijoje“ (1809 m.) organizmų kilmės klausimas pirmą kartą buvo sprendžiamas ne pro šalį, o su visa reikiama apimtimi ir visapusiškai apsiginklavęs mokslo žiniomis. to laiko.
Lamarkas skyrė didžiulę reikšmę išorinėms sąlygoms ir pratimams keisti gyvūnų formą ir organizaciją. Aiškindamas jų sandaros tikslingumą, nemažą vaidmenį jis skyrė gyvūnų „vidiniams jausmams“ ir „siekimams“. Arši šios pozicijos kritika vienu metu lėmė nepagrįstą viso Lamarko mokymo diskreditavimą.
Didysis mūsų mokslininkas Mečnikovas labai vertino Lamarko pažiūras. Savo garsiajame veikale „Esė apie rūšių kilmę“ jis Lamarko teoriją vadina nuostabia.
Mechnikovas tuo mokslu tikėjo jau XX amžiaus pradžioje. įrodė organizmo įgytų savybių paveldimumą: „Jo (t. y. Lamarko) išsakytas požiūris į gyvūnų prisitaikymo prie aplinkos sąlygų svarbą ir paveldimumo vaidmenį perduodant įgytas savybes yra visiškai pripažįstamas ir šiandien“. Garsiajame veikale „Istorinis metodas biologijoje“ Timiriazevas rašo: „Giliai naujoviškos mintys, dosniai išbarstytos „Zoologijos filosofijos“ puslapiuose, liko užgožtos nesėkmingo bandymo paaiškinti gyvūnų organizmų sandaros tikslingumą ir pasidalino savo likimu. . Sąmoningai pabrėžiame žodžius „gyvūnų organizmai“, nes augalo atžvilgiu ši „siekimų“, „vidinių jausmų“, sukeliančių atitinkamą organą, teorija, žinoma, nerado pritaikymo, ir čia Lamarkas liko griežtas mokslininkas. kurie nepaliko stebėtų faktų pagrindo“.
Didžiausias mokslo apie organinio pasaulio raidą etapas buvo Darvino evoliucinės doktrinos atsiradimas, suteikęs teisingą augalų ir gyvūnų raidos teorijos pagrindą. Darvinas materialistiškai paaiškino vadinamąjį augalų ir gyvūnų formų ir elgsenos struktūros tikslingumą, su kuriuo susiduriama kiekviename žingsnyje. Darvinas suteikė didelę reikšmę natūraliai ir dirbtinei atrankai, formuojant naujas gyvūnų ir augalų karalystes.
Kaip pažymi Timirjazevas, Darvinas natūralios atrankos sąvoką aiškino plačiai – metaforiškai. Šį dalyką reikia pabrėžti, nes vėliau kai kurie tyrėjai, kurie pritarė formalių genetikų sampratai, bandė pakeisti Darvino kūrybinės atrankos sampratą pozicija, sumažinančia atranką iki sieto vaidmens.
Tuo tarpu atranka Darvino supratimu yra gyvų organizmų, kurie toliau gyvena ir keičiasi, kaip taisyklė, atranka ta kryptimi, kuria pradėjo. Darvinas ne kartą nurodė, kad kintamumas eina atrankos kryptimi. „Be atrankos ir tinkamos priežiūros niekada nebūtų atsiradusios tos gyvūnų ir augalų veislės, kurios buvo sukurtos žemės ūkio praktikoje.
Taigi natūrali ir dirbtinė atranka turėtų būti vertinama kaip kūrėjai, naujų gyvų būtybių formų kūrėjai. Šią nuomonę perėmė sovietų biologai.
Darvinas negalėjo išplėtoti evoliucijos doktrinos iki galo. Taigi jis iš esmės neanalizavo priežasčių, lemiančių gyvų būtybių prigimties pokyčius, nors nurodė didelį aplinkos sąlygų vaidmenį jų išvaizdai. Savo gyvenimo pabaigoje Darvinas rašė: „Aš vis dar... esu įsitikinęs, kad pasikeitusios sąlygos suteikia impulsą kintamumui...“.
Darvinas labai vertino Lamarko darbus. Ta proga Engelsas rašo: „Nei Darvinas, nei jo pasekėjai iš gamtos mokslininkų negalvoja kaip nors sumenkinti didžiuosius Lamarko nuopelnus: juk būtent Darvinas ir jo pasekėjai pirmieji vėl pakėlė jį į skydą“.
Kalbėdamas apie Darvino mokymo trūkumus, Engelsas pažymėjo: „Tačiau darvinizmas „savo transformacijas ir skirtumus daro iš nieko. Iš tiesų, kai Darvinas kalba apie natūralią atranką, jis abstrahuojasi nuo priežasčių, sukėlusių pokyčius atskiruose individuose, ir visų pirma traktuoja, kaip tokie individualūs nukrypimai po truputį tampa žinomos rasės, veislės ar rūšies savybėmis... Tačiau akstiną Klausimo, kur iš tikrųjų kyla šie pokyčiai ir skirtumai, tyrimą davė ne kas kitas, o Darvinas.
Darvinizmą kūrybiškai išplėtę Mičurinas ir Lysenko užpildė ką tik minėtą Darvino mokymų spragą, atkreipdami dėmesį į prisitaikančią organizmų pokyčių prigimtį.
Tokie iškilūs Rusijos mokslininkai kaip V. Kovalevskis, Timiriazevas ir Pavlovas buvo linkę į tokią nuomonę, pripažindami tiesioginę organizmų egzistavimo sąlygų įtaką jų paveldimumui.
Timiriazevas rašė, kad pats paveldimumas galiausiai yra įgytas turtas, o tik klausimas, kada tiksliai įvyksta tam tikri pokyčiai." Organinių formų tikslingumą galima paaiškinti tik istoriniu jų formavimosi procesu."
Mičurinas sako: „Kiekvieną organą, kiekvieną savybę, kiekvieną narį, visas vidines ir išorines kiekvieno organizmo dalis lemia išorinė jo egzistavimo aplinka. Jeigu augalų organizacija yra tokia, kokia yra, tai todėl, kad kiekviena jos detalė atlieka tam tikrą funkciją, įmanomą ir reikalingą tik tam tikromis sąlygomis. Pasikeitus šioms sąlygoms, funkcija taps neįmanoma arba nereikalinga, o ją atliekantis organas palaipsniui atrofuos“.
Lysenko daug nuveikė nagrinėdama priežastis, lemiančias paveldimumą ir jo kintamumą. Paveldimumas yra tarsi aplinkos sąlygų koncentratas, įsisavintas daugelio ankstesnių kartų augalų organizmų“, – rašo Lysenko. „Paveldimumo pokytis dažniausiai yra organizmo vystymosi aplinkos sąlygomis, kurios vienu ar kitu laipsniu neatitinka natūralių poreikių, tai yra jo paveldimumas. Gyvenimo sąlygų pokyčiai verčia keistis augalų organizmų raidoje. Jie yra pagrindinė paveldimumo pokyčių priežastis.
Avakianas (1948) nurodo:
„Jei reikia keisti tam tikrus organizmo vystymosi etapus, būtina keisti šio etapo proceso užbaigimo sąlygas, sudarant procesui tokias sąlygas, kurių link ketinama keisti organizmo paveldimumą. tam tikro organizmo palikuonys.
Iš faktų, pateiktų šiai pažiūrų sistemai, pagrindinė pozicija dėstant akad. T.D.Lysenko, kad organizmo paveldimumo pakitimai visada vyksta adekvačiai (atitinkamai) pokyčius sukeliančių išorinių veiksnių įtakai. Pagal savo pobūdį pokyčiai visada yra prisitaikantys, tačiau šių organizmų palikuonims jie gali būti naudingi, žalingi ar neabejingi, priklausomai nuo šių pokyčių santykio su visomis gyvenimo sąlygomis.
„Santykinį augalų ir gyvūnų tikslingumą ir harmoniją gamtoje sukūrė tik natūrali atranka, tai yra paveldimumas, jos kintamumas ir išlikimas.
Lysenko plėtoja ir gilina darvinizmo teoriją, atskleisdamas tam tikrų reiškinių, kurių valdymo reikalaujama žemės ūkio praktikos, priežastis. Tai atgaivina didįjį teorijos ir praktikos vienybės principą.
Sovietinės darvinistų mokyklos pažiūros, kaip jau buvo nurodyta, turėtų būti priešpriešintos Weismano-Morgano idėjoms. Visiškai atmesdami galimybę keisti organizmų prigimtį veikiant gyvenimo sąlygoms, Morganistai sumažina evoliuciją iki atsitiktinių mutacijų atsiradimo. Gebėjimas paveldėti tam tikras savybes priskiriamas ypatingai medžiagai, lokalizuotai ląstelės branduolyje.
1948 m. rugpjūčio mėn. vykusioje VASKhNIL sesijoje buvo pasmerktos morganistų pažiūros ir parodytas jų nenuoseklumas. Taip pat išryškėjo reakcingoji Morganizmo esmė, teigianti, kad egzistuoja „vidiniai veiksniai“, kurie kontroliuoja organizmo vystymąsi ir veikia nedalyvaujant išorinei aplinkai.
Tezė apie evoliucijos varomųjų jėgų nepažinimą yra nesuderinama su marksistiniu filosofiniu materializmu, kuris įrodo, draugo Stalino žodžiais tariant, „kad pasaulis ir jo dėsniai yra visiškai žinomi, kad mūsų žinios apie gamtos dėsnius, patvirtintas patirtis ir praktika, tai patikimas žinojimas, turintis objektyvių tiesų prasmę, kad pasaulyje nėra nepažintų dalykų, o tik dar nepažinti dalykai, kurie atsiskleis ir pažins per mokslo ir praktikos jėgas.
Darvino susižavėjimas Malthuso „teorija“ ir bandymas ja paaiškinti evoliucijos procesą turi būti pripažintas klaidingu. Jau savo laiku F. Engelsas pastebėjo, kad netobulų formų išnykimas iš tikrųjų vyksta be jokio maltuzizmo.
Iš esmės Darvino duomenys paneigė Malthuso „teoriją“; Marksas rašė: „Pavyzdžiui, Darvino darbuose, diskutuojant apie rūšių išnykimo priežastis, taip pat yra detalus – jau nekalbant apie jo pagrindinį principą – gamtos istorinis Malthuso teorijos paneigimas.
Patikslindamas Darvino tezę apie gyventojų pertekliaus vaidmenį natūralios atrankos procese, kuri iš esmės prieštarauja evoliucijos teorijai, Lysenko šią tezę paneigė. Paprastai gamtoje gyventojų pertekliaus nebuvo ir negali būti. „Todėl Darvino natūraliąja atranka suprantu kolektyviai veikiančius veiksnius – kintamumą, paveldimumą ir išgyvenamumą...
Galiausiai reikia pažymėti, kad Darvino teorijoje rūšių problema nėra pakankamai išplėtota.
Engelsas, vertindamas rūšies sampratos reikšmę, rašė: „Bet be rūšies sampratos visas mokslas pavirto niekuo. Visoms jos šakoms reikėjo rūšies sampratos kaip pagrindo: kokia būtų žmogaus anatomija ir lyginamoji anatomija, embriologija, zoologija, paleontologija, botanika ir t.t. be rūšies sampratos?“
Esminę darvino vystymosi koncepcijos ydą pastebėjo draugas Stalinas, kuris rašė, kad „darvinizmas atmeta ne tik Cuvier kataklizmus, bet ir dialektiškai suprantamą raidą, įskaitant revoliuciją, o dialektinio metodo požiūriu evoliucija ir revoliucija, t. kiekybiniai ir kokybiniai pokyčiai yra dvi būtinos to paties judėjimo formos“.
Michurino biologija, sukurta remiantis dialektinio materializmo pagrindais, atmeta idėją, kad plokščia evoliucija vyksta be staigių pokyčių. Pabrėždamas tai, Lysenko nurodo, kad rūšys nėra abstrakcija, o iš tikrųjų egzistuojantys mazgai (nuorodos) bendroje biologinėje grandinėje.
Taigi rūšies sąvoka turi dvejopą turinį. Viena vertus, tai reiškia kokybinį rūšies tikrumą ir santykinį stabilumą, kita vertus, jos staigios transformacijos galimybę dėl laipsniškų pokyčių kaupimosi.
Taškai, kuriuos pažymėjome, spalvingai atskleisti viename iš Lysenkos darbų; jis rašo: „Tačiau Darvino evoliucijos teorija išplaukia iš tik kiekybinių pokyčių pripažinimo, tik didėja arba mažėja, ir nepastebi transformacijų, perėjimų iš vienos kokybinės būsenos į kitą būtinybės ir reguliarumo. Tuo tarpu be vienos kokybinės organinių formų būsenos transformacijos į kitą, nevyksta vystymasis, vienos rūšies transformacija į kitą, o tik kiekybės padidėjimas ar sumažėjimas, yra tik tai, kas paprastai vadinama augimu.
Būtent dėl šios priežasties darvinizmo teorija, įtvirtinusi vystymosi sampratą biologijos moksle, tik plokščiosios evoliucijos samprata galėjo paaiškinti tik organinio pasaulio raidą. Tačiau šis paaiškinimas negalėjo tapti veiksminga teorija, teoriniu pagrindu praktinei transformacijai, keičiantis organinei gamtai.
„Senasis biologijos mokslas, besiremiantis plokščiojo evoliucijos teorija, nuo vienų organinių formų laipsniškų kiekybinių transformacijų į kitas, kai kurių būsenų į kitas būsenas pripažinimo, negalėjo suderinti savo teorinių principų su realiu ir natūraliu rūšių egzistavimu. gamta. Todėl net talentingi, pažangūs, pažangūs mokslininkai su savo teorija apie laipsnišką perėjimą, vienos rūšies augimą į kitą, naują, buvo priversti, praktikoje pripažįstant rūšis kaip tikrovę, teoriškai jas laikyti tik susitarimu, tik sisteminės paslaugos samprata.
Bandydamas išsivaduoti iš šio prieštaravimo, nepalikdamas plokščiojo evoliucionizmo pozicijų, Darvinas savo specifikos evoliucijos teorijoje pasitelkė reakcingą Malthuso klaidingą doktriną apie intraspecifinį perteklinį populiavimą ir tariamai iš to kylančią tarprūšinę konkurenciją kaip evoliucijos varomąją jėgą. “
Šiuo metu mikrobiologai turi daug medžiagos, patvirtinančios Michurin-Lysenko mokymo teisingumą. Šiame darbe orientuodamiesi tik į mikroorganizmų prisitaikymą prie temperatūros, galime parodyti daug pavyzdžių, rodančių mikroskopinių būtybių savybių pokyčius veikiant aplinkai. Taigi mūsų neseniai išleistoje (1947 m.) monografijoje „Dirvožemio bakterijų ekologinis ir geografinis kintamumas“, kurioje apibendrinamas 1925–1945 m. darbas, buvo parodyta, kad klimatas prisideda prie temperatūrinių lenktynių susidarymo bakterijose. Panašų faktą dėl dirvožemio pirmuonių nustatė Smaragdova (1941).
Mikroorganizmų prisitaikymas prie temperatūros, ypač termofilinių mikrobų formų susidarymas, suteikia daug vertingos informacijos tiriant organizmų paveldimų savybių pokyčius veikiant aplinkai. Ši medžiaga tuo svarbesnė, kad daugeliui mikroorganizmų, pavyzdžiui, vyraujančiai bakterijų daliai, trūksta struktūriškai susiformavusio branduolio, o kiti jį turi. Nepaisant to, kaip matyti iš toliau pateiktos medžiagos, paveldimų savybių stabilumas ir jų pokyčiai nepriklauso nuo konkretaus mikrobo organizavimo lygio.
Jau pastebėjome, kad laboratorinėmis sąlygomis, nors ir dedant tam tikras pastangas, vis tiek įmanoma pakeisti pagrindinių temperatūros taškų padėtį mikroorganizmuose. Akivaizdu, kad panašus reiškinys turėtų atsirasti gamtoje, kur aplinkos įtaka lemia atitinkamo prisitaikymo mikroorganizmų kintamumą.
Remiantis tuo, kas išdėstyta, galima teigti, kad šilumą mėgstančios mikrobų formos atsiranda ne dėl be priežasties „mutacijų“, o veikiant atitinkamoms aplinkos sąlygoms. Tačiau tipiški mezofiliniai mikroorganizmai negali iš karto virsti termofilais.
Iš eksperimentų, susijusių su mezofilų prisitaikymu prie termofilijos, paminėtinas Dallingerio (1887) darbas. Šiam tyrėjui pavyko, palaipsniui didinant Flagellata auginimo temperatūrą, per septynerius metus jų maksimalaus vystymosi taško padėtį pakelti nuo 23 iki 70°.
Charlesas Darwinas labai susidomėjo Dallingerio kūryba. Savo laiške Dallingeriui jis rašė: „Aš nežinojau, kad jūs užsiimate žemesniųjų organizmų keitimu besikeičiančių gyvenimo sąlygų įtakoje, ir neabejoju, kad jūsų rezultatai bus nepaprastai įdomūs ir vertingi. Tai, kad minite, kad jie gyvena skirtingomis temperatūromis, bet gali pamažu priprasti prie daug aukštesnių, yra gana nuostabu. Tai paaiškina dumblių egzistavimą karštose versmėse.
Darbą, skirtą bakterijoms aklimatizuoti prie aukštesnės temperatūros, atliko Dieudonne, kuris eksperimentavo su juodligės bacila Bad. fluorescens ir Bad. prodigiosum. Dieudonné palaipsniui didino temperatūrą, kurioje augo bakterijos, ir stebėjo jų vystymąsi. Šiam tyrėjui po keleto skiepų pavyko maksimalios temperatūros taško padėtį bakterijose padidinti 4-5°.
Panašiu būdu Tsiklinskaya (1898) įgijo Bac rasę. subtilis, kurios temperatūra ne daugiau kaip 8° aukštesnė nei pradinės kultūros.
Gage'as ir Stoughtonas sukūrė karščiui atsparesnę rasę - Bact. coli, o Magunui pavyko padaryti tą patį su Bac. mikoidai.
Krohnas (1923) parodė, kad Bac. thermophilus Negre, kurio optimalumas buvo 50°, per dvejus metus auginant aukštesnėje temperatūroje šį tašką padidino iki 62,5°.
Labai panašų į ką tik paminėtą darbą su bakterijomis ir grybais atliko Ruzicka, Pfeiffer, Thiel ir kiti.
Daugumos tyrėjų eksperimentuose mikrobų prisitaikymas prie aukštesnės temperatūros vyko labai lėtai.Dažnai, bandant išskirti santykinai aukštą temperatūrą toleruojančias kultūras, buvo gautos negyvybingos formos, kurios po kelių subkultūrų žuvo. Panašus reiškinys buvo pastebėtas, pavyzdžiui, Janke, kuris bandė gauti termofilinę rasę Bac, eksperimentuose. mesentericus.
Laipsniškas temperatūros didėjimas kartais pasirodo neveiksmingas šalinant karščiui atsparias mikrobų formas. Taigi, Casman ir Rettger (Casman a. Rettger, 1933), taikydami šį metodą per metus, negalėjo pasiekti reikšmingų rezultatų, gaudami karščiui atsparias dervas turinčių bakterijų rases. Todėl kai kurie mokslininkai rekomendavo naudoti stiprų poveikį, kad kultūroje atsirastų daug ląstelių, kurios gali toleruoti aukštą temperatūrą. Ši technika, kaip tiesioginės įtakos gyvų būtybių savybėms, žinoma, negalėjo duoti apčiuopiamų rezultatų. Visų pirma, jį naudojo Burkey ir Rugosa (Burkey a. Rugosa, 1940). Šiuo atveju eksperimentinio mikrobo kultūra dažniausiai buvo veikiama staigių temperatūros svyravimų, druskų poveikio ir kt.
Kluiverio ir Baarso nuomonė, kurie pripažįsta, kad daugelis termofilų yra mutantai, lengvai atsirandantys maistinėse laboratorinėse terpėse, smarkiai nesutinka su kitais tyrinėtojais. Šį požiūrį sukūrė žinomi mikrobiologai, remdamiesi Vibrio thermodesulfuricans, kuris, matyt, kilo iš Vibrio desulfuricans, tyrimu. Kaip jau minėta, Kluiverio ir Baarso nuomonė negali būti laikoma pagrįsta.
Neseniai labai išsamius tyrimus apie mezofilinių mikroorganizmų (bakterijų ir mielių) prisitaikymą prie aukštesnės temperatūros atliko Imshenetsky ir Loginova (1944-1948). Savo darbe eksperimentuotojai bandė nustatyti sąlygas, lemiančias greitesnį norimų mikrobų formų gamybą. Ši informacija yra labai įdomi, nes praktiškai dažnai reikalingi mikroorganizmai, kurių vystymosi temperatūra yra aukštesnė. Tokių formų mikrobiologai dažniausiai ieškodavo gamtoje, bet ne visada sėkmingai. Todėl patartina į darbotvarkę įtraukti klausimą dėl dirbtinio mikrobų kultūrų, turinčių iš anksto nustatytas savybes, veisimo, t.y., iki šiol praktiškai nebuvusios mikrobiologijos darbo srities sukūrimą.
Pagal Imshenetsky sukurtas idėjas, veikiant superoptimalioms temperatūroms, kultūroje atsiranda ląstelės, kurios gali geriau vystytis aukštesnėje temperatūroje. Jei naujų ląstelių savybės atitinka išorinę aplinką, tada jos pasirodo gyvybingesnės nei pirminės kultūros.
Taigi sukurta aplinka prisideda prie tam tikros krypties kintamumo procese. Mezofiliniai mikroorganizmai atitinkamomis sąlygomis gali virsti termofilais. Tačiau reikia dar kartą pabrėžti, kad šis procesas vyksta gana sunkiai, o optimalios sąlygos jam paspartinti dar nėra išaiškintos. Nepaisant to, pažymėti faktai leidžia daryti prielaidą, kad tarp termofilinių ir mezofilinių mikrobų yra filogenetinis ryšys. Kadangi tam tikras plastiškumas būdingas visiems mikrobams, mums tampa aišku, kad termofilinės bakterijos turi įvairiausių fiziologinių grupių.
Labai pažymėtina, kad termofilinių ir termotolerantiškų mikrobų formų pavertimas mezofilinėmis formomis vyksta ne mažiau sunkiai. Tai pastebėjo Dieudonné (1895) ir Golikovos (1926), dirbusių su bakterijomis, Gilberto (1904), nagrinėjusio termotolerantiškus pelėsius, ir Noako (1912), eksperimentavusio su termofiliniu aktinomicetu, tyrimuose.
Nepaisant to, ilgalaikis mikrobų auginimas žemoje temperatūroje sumažina jų maksimalią temperatūrą ir atsparumą termoatsparumui (Lowenstein, 1903; Mishustina, 1949 ir kt.).
Jei radote klaidą, pažymėkite teksto dalį ir spustelėkite Ctrl + Enter.
Testai
666-01. Kuo bakterijų sporos skiriasi nuo laisvos bakterijos?
A) Sporos apvalkalas yra tankesnis nei laisvoji bakterija.
B) Spora yra daugialąstelis darinys, o laisva bakterija yra vienaląstė.
C) Sporos yra mažiau patvarios nei laisvoji bakterija.
D) Sporos maitinasi autotrofiškai, o laisvoji bakterija – heterotrofiškai.
Atsakymas
Atsakymas
666-03. Nurodykite bakterijos simbiozės su kitu organizmu atvejį.
A) vibrio cholera ir žmonės
B) salmonelės ir vištiena
B) juodligės bacila ir avys
D) E. coli ir žmonės
Atsakymas
666-04. Mazgelių bakterijos aprūpina kandžių augalus
A) organinės medžiagos iš negyvų augalų
B) azoto druskos
B) nukleino rūgštys
D) angliavandeniai
Atsakymas
666-05. Nepalankios sąlygos bakterijoms gyventi susidaro, kai
A) rauginti kopūstus
B) konservuoti grybus
B) kefyro ruošimas
D) siloso klojimas
Atsakymas
Atsakymas
666-07. Juodligės bakterijos ilgą laiką gali išlikti gyvūnų kapinėse formose
A) ginčas
B) cista
B) gyvos ląstelės
D) zoosporos
Atsakymas
Atsakymas
666-09. Kas būdinga saprotrofinėms bakterijoms?
A) egzistuoja maitinantis gyvų organizmų audiniais
C) naudoti gyvų organizmų išskiriamas organines medžiagas
Atsakymas
666-10. Bakterijos egzistavo Žemėje milijonus metų kartu su labai organizuotais organizmais
A) maitinasi paruoštomis organinėmis medžiagomis
B) susiklosčius nepalankioms sąlygoms, kyla ginčai
C) dalyvauti medžiagų cikle gamtoje
D) turi paprastą struktūrą ir mikroskopinius matmenis
Atsakymas
666-11. Kuris iš šių teiginių yra teisingas?
A) bakterijos dauginasi mejozės būdu
B) visos bakterijos yra heterotrofai
B) bakterijos gerai prisitaiko prie aplinkos sąlygų
D) kai kurios bakterijos yra eukariotai
Atsakymas
666-12. Melsvabakterių ir žydinčių augalų gyvenimo veiklos panašumas pasireiškia gebėjimu
A) heterotrofinė mityba
B) autotrofinė mityba
B) sėklų susidarymas
D) dvigubas tręšimas
Atsakymas
666-13. Dirvožemyje gyvenančios puvimo bakterijos
A) iš neorganinių sudaro organines medžiagas
B) minta gyvų organizmų organinėmis medžiagomis
C) padėti neutralizuoti dirvožemyje esančius nuodus
D) suskaidyti negyvas augalų ir gyvūnų liekanas į humusą
Atsakymas
666-14. Kokios yra puvimo bakterijų savybės?
A) naudoti paruoštas gyvų organizmų organines medžiagas
B) sintetina organines medžiagas iš neorganinių naudojant saulės energiją
C) naudoti organines medžiagas iš negyvų organizmų
D) sintetina organines medžiagas iš neorganinių naudojant cheminių reakcijų energiją
Atsakymas
666-15. Kokios bakterijos laikomos planetos „tvarkiečiais“?
A) acto rūgštis
B) mazgelis
B) puvimas
D) pieno rūgštis
Atsakymas
666-16. Dizenterinės amebos, šlepetės blakstienėlės, žaliosios euglenos priskiriamos vienai subkaralystei, nes turi
A) bendrasis pastato planas
B) panašaus tipo mityba
B) tie patys dauginimosi būdai
D) bendroji buveinė
Atsakymas
666-17. Koks vienaląsčių gyvūnų fiziologinis procesas yra susijęs su dujų absorbcija ląstelėje?
A) maistas
B) atranka
B) dauginimasis
D) kvėpavimas
