Bakterier är den äldsta gruppen av organismer som för närvarande finns på jorden. De första bakterierna dök förmodligen upp för mer än 3,5 miljarder år sedan och var under nästan en miljard år de enda levande varelserna på vår planet. Eftersom dessa var de första representanterna för vilda djur, hade deras kropp en primitiv struktur.
Med tiden blev deras struktur mer komplex, men än idag anses bakterier vara de mest primitiva encelliga organismerna. Intressant nog behåller vissa bakterier fortfarande de primitiva egenskaperna hos sina gamla förfäder. Detta observeras i bakterier som lever i varma svavelkällor och syrefria silter på botten av reservoarer.
De flesta bakterier är färglösa. Endast ett fåtal är lila eller gröna. Men kolonierna av många bakterier har en ljus färg, vilket beror på frigörandet av ett färgat ämne i miljön eller pigmentering av cellerna.
Upptäckaren av bakterievärlden var Anthony Leeuwenhoek, en holländsk naturforskare från 1600-talet, som först skapade ett perfekt förstoringsglasmikroskop som förstorar föremål 160-270 gånger.
Bakterier klassificeras som prokaryoter och separeras i ett separat rike - Bakterier.
kroppsform
Bakterier är många och olika organismer. De skiljer sig i form.
| bakterienamn | Bakterieform | Bakteriebild |
| kocker | sfärisk | |
| Bacill |  | stavformad |
| Vibrio | böjt kommatecken | |
| Spirillum |  | Spiral |
| streptokocker |  | Kedja av kocker |
| Stafylokocker |  | Kluster av kocker |
| diplokocker | Två runda bakterier inneslutna i en slemmig kapsel |
Transportsätt
Bland bakterier finns rörliga och orörliga former. De rörliga rör sig med hjälp av vågliknande sammandragningar eller med hjälp av flageller (tvinnade spiralformade trådar), som består av ett speciellt flagellinprotein. Det kan finnas en eller flera flageller. De finns i vissa bakterier i ena änden av cellen, i andra - på två eller över hela ytan.
Men rörelse är också inneboende i många andra bakterier som inte har flageller. Så bakterier täckta med slem på utsidan kan glida rörelse.
Vissa vatten- och jordbakterier utan flageller har gasvakuoler i cytoplasman. Det kan finnas 40-60 vakuoler i en cell. Var och en av dem är fylld med gas (förmodligen kväve). Genom att reglera mängden gas i vakuoler kan vattenlevande bakterier sjunka ner i vattenpelaren eller stiga till dess yta, medan jordbakterier kan röra sig i jordens kapillärer.
Livsmiljö
På grund av enkelheten i organisationen och anspråkslösheten är bakterier brett spridda i naturen. Bakterier finns överallt: i en droppe av även det renaste källvatten, i jordkorn, i luften, på klippor, i polarsnö, ökensand, på havsbotten, i olja utvunnen från stora djup och till och med i heta källvatten med en temperatur på cirka 80ºС. De lever på växter, frukter, hos olika djur och hos människor i tarmar, mun, lemmar och på kroppens yta.
Bakterier är de minsta och mest talrika levande varelserna. På grund av sin lilla storlek tränger de lätt in i sprickor, sprickor, porer. Mycket tålig och anpassad till olika tillvaroförhållanden. De tolererar uttorkning, extrem kyla, värms upp till 90ºС, utan att förlora livskraft.
Det finns praktiskt taget ingen plats på jorden där bakterier inte kan hittas, men i olika mängder. Bakteriers livsvillkor är varierande. Vissa av dem behöver luftsyre, andra behöver det inte och kan leva i en syrefri miljö.
I luften: bakterier stiger till den övre atmosfären upp till 30 km. och mer.
Speciellt många av dem i jorden. Ett gram jord kan innehålla hundratals miljoner bakterier.
I vatten: i ytvattenlagren i öppna reservoarer. Nyttiga vattenbakterier mineraliserar organiska rester.
I levande organismer: patogena bakterier kommer in i kroppen från den yttre miljön, men endast under gynnsamma förhållanden orsakar sjukdomar. Symbiotiska lever i matsmältningsorganen, hjälper till att bryta ner och assimilera mat, syntetisera vitaminer.
Yttre struktur
Bakteriecellen är klädd i ett speciellt tätt skal - cellväggen, som utför skyddande och stödjande funktioner, och som också ger bakterien en permanent, karakteristisk form. En bakteries cellvägg liknar skalet på en växtcell. Det är permeabelt: genom det passerar näringsämnen fritt in i cellen och metaboliska produkter går ut i miljön. Bakterier utvecklar ofta ett extra skyddande lager av slem, en kapsel, över cellväggen. Tjockleken på kapseln kan vara många gånger större än diametern på själva cellen, men den kan vara mycket liten. Kapseln är inte en obligatorisk del av cellen, den bildas beroende på de förhållanden under vilka bakterierna kommer in. Det hindrar bakterier från att torka ut.
På ytan av vissa bakterier finns långa flageller (en, två eller många) eller korta tunna villi. Flagellans längd kan vara många gånger större än bakteriens kropp. Bakterier rör sig med hjälp av flageller och villi.
Inre struktur
Inuti bakteriecellen finns en tät orörlig cytoplasma. Den har en skiktad struktur, det finns inga vakuoler, så olika proteiner (enzymer) och reservnäringsämnen finns i själva ämnet i cytoplasman. Bakterieceller har ingen kärna. I den centrala delen av deras celler är ett ämne som bär ärftlig information koncentrerat. Bakterier, - nukleinsyra - DNA. Men detta ämne är inte inramat i kärnan.
Den inre organisationen av en bakteriecell är komplex och har sina egna specifika egenskaper. Cytoplasman separeras från cellväggen av cytoplasmans membran. I cytoplasman urskiljs huvudämnet, eller matrisen, ribosomer och ett litet antal membranstrukturer som utför en mängd olika funktioner (analoger av mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, Golgi-apparat). Bakteriecellers cytoplasma innehåller ofta granuler av olika former och storlekar. Granulerna kan vara sammansatta av föreningar som fungerar som en källa för energi och kol. Fettdroppar finns också i bakteriecellen.
I den centrala delen av cellen är kärnämnet, DNA, lokaliserat, inte separerat från cytoplasman av ett membran. Detta är en analog av kärnan - nukleoiden. Nukleoid har inte ett membran, nukleolus och en uppsättning kromosomer.
Näringsmetoder
Bakterier har olika sätt att äta på. Bland dem finns autotrofer och heterotrofer. Autotrofer är organismer som självständigt kan bilda organiska ämnen för sin näring.
Växter behöver kväve, men de kan inte själva ta upp kväve från luften. Vissa bakterier kombinerar kvävemolekyler i luften med andra molekyler, vilket resulterar i ämnen som är tillgängliga för växter.
Dessa bakterier sätter sig i cellerna hos unga rötter, vilket leder till att det bildas förtjockningar på rötterna, så kallade knölar. Sådana knölar bildas på rötterna av växter från baljväxtfamiljen och några andra växter.
Rötterna förser bakterierna med kolhydrater, och bakterierna ger rötterna kvävehaltiga ämnen som kan tas upp av växten. Deras förhållande är ömsesidigt fördelaktigt.
Växtrötter utsöndrar många organiska ämnen (socker, aminosyror och andra) som bakterier livnär sig på. Därför sätter sig särskilt många bakterier i jordlagret som omger rötterna. Dessa bakterier omvandlar döda växtrester till ämnen som är tillgängliga för växten. Detta jordlager kallas rhizosfären.
Det finns flera hypoteser om penetration av knölbakterier i rotvävnader:
- genom skada på epidermal och kortikal vävnad;
- genom rothår;
- endast genom det unga cellmembranet;
- på grund av sällskapsbakterier som producerar pektinolytiska enzymer;
- på grund av stimuleringen av syntesen av B-indolättiksyra från tryptofan, som alltid finns i växternas rotsekret.
Processen för införande av knölbakterier i rotvävnaden består av två faser:
- infektion av rothåren;
- nodulbildningsprocessen.
I de flesta fall multiplicerar den invaderande cellen aktivt, bildar de så kallade infektionstrådarna och rör sig redan i form av sådana trådar in i växtvävnaderna. Knölbakterier som har kommit ut från infektionstråden fortsätter att föröka sig i värdvävnaden.
Fyllda med snabbt förökande celler av knölbakterier börjar växtceller att dela sig intensivt. Anslutningen av en ung knöl med roten av en baljväxtväxt utförs tack vare vaskulära fibrösa buntar. Under funktionsperioden är knölarna vanligtvis täta. Vid tiden för manifestationen av optimal aktivitet får knölarna en rosa färg (på grund av legoglobinpigmentet). Endast de bakterier som innehåller legoglobin kan fixera kväve.
Knölbakterier skapar tiotals och hundratals kilo kvävegödsel per hektar jord.
Ämnesomsättning
Bakterier skiljer sig från varandra i ämnesomsättning. För vissa går det med deltagande av syre, för andra - utan dess deltagande.
De flesta bakterier livnär sig på färdiga organiska ämnen. Endast ett fåtal av dem (blågröna eller cyanobakterier) kan skapa organiska ämnen från oorganiska. De spelade en viktig roll i ackumuleringen av syre i jordens atmosfär.
Bakterier absorberar ämnen från utsidan, river isär sina molekyler, sätter ihop sitt skal från dessa delar och fyller på innehållet (så här växer de) och kastar ut onödiga molekyler. Bakteriens skal och membran gör att den bara absorberar rätt ämnen.
Om skalet och membranet på bakterien var helt ogenomträngliga skulle inga ämnen komma in i cellen. Om de var genomsläppliga för alla ämnen skulle innehållet i cellen blandas med mediet – lösningen som bakterien lever i. För bakteriers överlevnad behövs ett skal som låter nödvändiga ämnen passera igenom, men inte de som inte behövs.
Bakterien tar upp de näringsämnen som finns nära den. Vad händer sen? Om den kan röra sig självständigt (genom att flytta flagellen eller trycka tillbaka slemmet), så rör den sig tills den hittar de nödvändiga ämnena.
Om det inte kan röra sig, väntar det tills diffusion (förmågan hos molekylerna av ett ämne att tränga in i tjockleken av molekylerna av ett annat ämne) för de nödvändiga molekylerna till det.
Bakterier, tillsammans med andra grupper av mikroorganismer, utför ett enormt kemiskt arbete. Genom att omvandla olika föreningar får de den energi och de näringsämnen som behövs för deras vitala aktivitet. Metaboliska processer, sätt att få energi och behovet av material för att bygga upp kroppens substanser i bakterier är olika.
Andra bakterier tillfredsställer alla behov av kol som behövs för syntesen av organiska ämnen i kroppen på bekostnad av oorganiska föreningar. De kallas autotrofer. Autotrofa bakterier kan syntetisera organiska ämnen från oorganiska. Bland dem särskiljs:
Kemosyntes
Användningen av strålningsenergi är det viktigaste, men inte det enda sättet att skapa organiskt material från koldioxid och vatten. Det är kända bakterier som inte använder solljus som energikälla för sådan syntes, utan energin från kemiska bindningar som uppstår i organismers celler under oxidation av vissa oorganiska föreningar - svavelväte, svavel, ammoniak, väte, salpetersyra, järnföreningar av järn och mangan. De använder det organiska materialet som bildas med hjälp av denna kemiska energi för att bygga upp kroppens celler. Därför kallas denna process kemosyntes.
Den viktigaste gruppen av kemosyntetiska mikroorganismer är nitrifierande bakterier. Dessa bakterier lever i jorden och utför oxidationen av ammoniak, som bildas vid sönderfall av organiska rester, till salpetersyra. Den senare, reagerar med mineralföreningar i jorden, förvandlas till salter av salpetersyra. Denna process sker i två faser.
Järnbakterier omvandlar järnhaltigt järn till oxid. Den bildade järnhydroxiden sedimenterar och bildar den så kallade sumpjärnmalmen.
Vissa mikroorganismer existerar på grund av oxidationen av molekylärt väte, vilket ger ett autotrofiskt näringssätt.
Ett karakteristiskt drag hos vätebakterier är förmågan att byta till en heterotrof livsstil när de förses med organiska föreningar och i frånvaro av väte.
Således är kemoautotrofer typiska autotrofer, eftersom de självständigt syntetiserar de nödvändiga organiska föreningarna från oorganiska ämnen och inte tar dem färdiga från andra organismer, som heterotrofer. Kemoautotrofa bakterier skiljer sig från fototrofa växter i deras fullständiga oberoende av ljus som energikälla.
bakteriell fotosyntes
Vissa pigmenthaltiga svavelbakterier (lila, gröna), som innehåller specifika pigment - bakterioklorofyller, kan absorbera solenergi, med hjälp av vilken svavelväte delas i deras organismer och ger väteatomer för att återställa motsvarande föreningar. Denna process har mycket gemensamt med fotosyntes och skiljer sig endast genom att hos lila och gröna bakterier är svavelväte (ibland karboxylsyror) en vätedonator, och i gröna växter är det vatten. I dessa och andra sker spjälkning och överföring av väte på grund av energin från absorberade solstrålar.
Sådan bakteriell fotosyntes, som sker utan frigöring av syre, kallas fotoreduktion. Fotoreduktionen av koldioxid är förknippad med överföringen av väte inte från vatten, utan från vätesulfid:
6CO 2 + 12H 2 S + hv → C6H 12 O 6 + 12S \u003d 6H 2 O
Den biologiska betydelsen av kemosyntes och bakteriell fotosyntes på planetarisk skala är relativt liten. Endast kemosyntetiska bakterier spelar en betydande roll i svavelcykeln i naturen. Absorberas av gröna växter i form av salter av svavelsyra, svavel återställs och blir en del av proteinmolekyler. Vidare, när döda växt- och djurrester förstörs av förruttnande bakterier, frigörs svavel i form av svavelväte, som oxideras av svavelbakterier till fritt svavel (eller svavelsyra), vilket bildar sulfiter tillgängliga för växter i jorden. Kemo- och fotoautotrofa bakterier är väsentliga i kretsloppet av kväve och svavel.
sporulering
Sporer bildas inuti bakteriecellen. I processen med sporbildning genomgår en bakteriecell en serie biokemiska processer. Mängden fritt vatten i det minskar, den enzymatiska aktiviteten minskar. Detta säkerställer sporers motståndskraft mot ogynnsamma miljöförhållanden (hög temperatur, hög saltkoncentration, torkning, etc.). Sporbildning är karakteristisk för endast en liten grupp bakterier.
Sporer är inte ett viktigt steg i bakteriers livscykel. Sporulation börjar endast med brist på näringsämnen eller ackumulering av metaboliska produkter. Bakterier i form av sporer kan förbli vilande under lång tid. Bakteriesporer tål långvarig kokning och mycket lång frysning. När gynnsamma förhållanden uppstår gror tvisten och blir livskraftig. Bakteriesporer är anpassningar för överlevnad under ogynnsamma förhållanden.
fortplantning
Bakterier förökar sig genom att dela en cell i två. Efter att ha nått en viss storlek delar sig bakterien i två identiska bakterier. Sedan börjar var och en av dem föda, växer, delar sig och så vidare.
Efter förlängning av cellen bildas gradvis en tvärgående septum, och sedan divergerar dottercellerna; hos många bakterier, under vissa förhållanden, förblir celler efter delning anslutna i karakteristiska grupper. I det här fallet, beroende på delningsplanets riktning och antalet delningar, uppstår olika former. Reproduktion genom knoppning förekommer i bakterier som ett undantag.
Under gynnsamma förhållanden sker celldelning hos många bakterier var 20-30:e minut. Med en sådan snabb reproduktion kan avkomman från en bakterie på 5 dagar bilda en massa som kan fylla alla hav och oceaner. En enkel beräkning visar att 72 generationer (720 000 000 000 000 000 000 celler) kan bildas per dag. Om översatt till vikt - 4720 ton. Detta händer dock inte i naturen, eftersom de flesta bakterier snabbt dör under påverkan av solljus, torkning, brist på mat, uppvärmning till 65-100ºС, som ett resultat av kampen mellan arter etc.
Bakterien (1), som har absorberat tillräckligt med mat, ökar i storlek (2) och börjar förbereda sig för reproduktion (celldelning). Dess DNA (i en bakterie är DNA-molekylen sluten i en ring) fördubblas (bakterien producerar en kopia av denna molekyl). Båda DNA-molekylerna (3.4) verkar vara fästa vid bakterieväggen och när de är förlängda divergerar bakterierna åt sidorna (5.6). Först delar sig nukleotiden, sedan cytoplasman.
Efter divergensen av två DNA-molekyler på bakterier uppstår en förträngning, som gradvis delar bakteriens kropp i två delar, som var och en innehåller en DNA-molekyl (7).
Det händer (i höbacill), två bakterier klibbar ihop, och en bro bildas mellan dem (1,2).
DNA transporteras från en bakterie till en annan via bygeln (3). Väl i en bakterie flätas DNA-molekyler samman, fastnar ihop på vissa ställen (4), varefter de byter sektioner (5).
Bakteriernas roll i naturen
Omlopp
Bakterier är den viktigaste länken i den allmänna cirkulationen av ämnen i naturen. Växter skapar komplexa organiska ämnen från koldioxid, vatten och jordmineralsalter. Dessa ämnen återvänder till marken med döda svampar, växter och djurkroppar. Bakterier bryter ner komplexa ämnen till enkla, som återanvänds av växter.
Bakterier förstör det komplexa organiska materialet från döda växter och djurkroppar, utsöndringar av levande organismer och olika avfall. Saprofytiska sönderfallsbakterier livnär sig på dessa organiska ämnen och förvandlar dem till humus. Det här är den sortens ordnare på vår planet. Således är bakterier aktivt involverade i kretsloppet av ämnen i naturen.
jordbildning
Eftersom bakterier är spridda nästan överallt och finns i enorma mängder bestämmer de till stor del de olika processer som sker i naturen. På hösten faller löven på träd och buskar, de ovanjordiska grässkotten dör av, gamla grenar faller av och då och då faller stammarna av gamla träd. Allt detta förvandlas gradvis till humus. I 1 cm 3. Ytskiktet av skogsjord innehåller hundratals miljoner saprofytiska jordbakterier av flera arter. Dessa bakterier omvandlar humus till olika mineraler som kan tas upp från jorden av växtrötter.
Vissa jordbakterier kan ta upp kväve från luften och använda det i livsprocesser. Dessa kvävefixerande bakterier lever på egen hand eller tar bosättning i baljväxternas rötter. Efter att ha trängt in i baljväxternas rötter orsakar dessa bakterier tillväxten av rotceller och bildandet av knölar på dem.
Dessa bakterier frigör kväveföreningar som växter använder. Bakterier får kolhydrater och mineralsalter från växter. Det finns alltså ett nära samband mellan baljväxten och rotknölbakterierna, vilket är användbart för både den ena och den andra organismen. Detta fenomen kallas symbios.
Tack vare deras symbios med knölbakterier berikar baljväxter jorden med kväve, vilket hjälper till att öka avkastningen.
Utbredning i naturen
Mikroorganismer finns överallt. De enda undantagen är kratrarna av aktiva vulkaner och små områden i epicentra av detonerade atombomber. Varken de låga temperaturerna i Antarktis, eller de kokande strålarna från gejsrar, eller mättade saltlösningar i saltpooler, eller den starka insoleringen av bergstoppar, eller den hårda strålningen från kärnreaktorer stör förekomsten och utvecklingen av mikrofloran. Alla levande varelser interagerar ständigt med mikroorganismer, och är ofta inte bara deras lagringar utan också distributörer. Mikroorganismer är infödda på vår planet och utvecklar aktivt de mest otroliga naturliga substraten.
Jordens mikroflora
Antalet bakterier i jorden är extremt stort - hundratals miljoner och miljarder individer på 1 gram. De är mycket rikligare i jord än i vatten och luft. Det totala antalet bakterier i jordar varierar. Antalet bakterier beror på typen av jord, deras tillstånd, djupet på lagren.
På ytan av jordpartiklar finns mikroorganismer i små mikrokolonier (20-100 celler vardera). Ofta utvecklas de i tjockleken av proppar av organiskt material, på levande och döende växtrötter, i tunna kapillärer och inuti klumpar.
Jordens mikroflora är mycket varierande. Här finns olika fysiologiska grupper av bakterier: förruttnande, nitrifierande, kvävefixerande, svavelbakterier, etc. bland dem finns aeroba och anaeroba, spor- och icke-sporformer. Mikroflora är en av faktorerna för jordbildning.
Området för utveckling av mikroorganismer i jorden är zonen som gränsar till rötterna av levande växter. Den kallas rhizosfären, och den totala mängden mikroorganismer som finns i den kallas rhizosfärens mikroflora.
Mikroflora av reservoarer
Vatten är en naturlig miljö där mikroorganismer växer i stort antal. De flesta av dem kommer in i vattnet från jorden. En faktor som bestämmer antalet bakterier i vatten, närvaron av näringsämnen i det. Det renaste är vattnet i artesiska brunnar och källor. Öppna reservoarer och floder är mycket rika på bakterier. Det största antalet bakterier finns i ytskikten av vatten, närmare stranden. Med ökande avstånd från kusten och ökande djup minskar antalet bakterier.
Rent vatten innehåller 100-200 bakterier per 1 ml, medan förorenat vatten innehåller 100-300 tusen eller mer. Det finns många bakterier i bottenslammet, särskilt i ytskiktet, där bakterierna bildar en hinna. Det finns mycket svavel- och järnbakterier i denna film, som oxiderar svavelväte till svavelsyra och därigenom förhindrar att fiskar dör. Det finns fler sporbärande former i silt, medan icke-sporbärande former dominerar i vattnet.
När det gäller artsammansättning liknar vattenmikrofloran markens mikroflora, men det finns också specifika former. Genom att förstöra olika avfall som fallit i vattnet utför mikroorganismer gradvis den så kallade biologiska reningen av vatten.
Luftmikroflora
Luftmikrofloran är mindre talrik än jord- och vattenmikrofloran. Bakterier stiger upp i luften med damm, kan stanna där ett tag och sedan slå sig ner på jordens yta och dö av brist på näring eller under påverkan av ultravioletta strålar. Antalet mikroorganismer i luften beror på geografiskt område, plats, årstid, dammföroreningar etc. Varje dammfläck är en bärare av mikroorganismer. De flesta bakterier i luften över industriföretag. Luften på landsbygden är renare. Den renaste luften finns över skogar, berg, snöiga utrymmen. De övre lagren av luften innehåller färre bakterier. I luftens mikroflora finns många pigmenterade och sporbärande bakterier som är mer resistenta än andra mot ultravioletta strålar.
Mikroflora i människokroppen
En persons kropp, även en helt frisk, är alltid en bärare av mikroflora. När människokroppen kommer i kontakt med luft och jord sätter sig en mängd olika mikroorganismer, inklusive patogener (stelkrampsbaciller, gas kallbrand, etc.), på kläder och hud. De exponerade delarna av människokroppen är oftast förorenade. E. coli, stafylokocker finns på händerna. Det finns över 100 typer av mikrober i munhålan. Munnen är med sin temperatur, luftfuktighet, näringsrester en utmärkt miljö för utveckling av mikroorganismer.
Magen har en sur reaktion, så huvuddelen av mikroorganismerna i den dör. Med utgångspunkt från tunntarmen blir reaktionen alkalisk, d.v.s. gynnsamt för mikrober. Mikrofloran i tjocktarmen är mycket varierande. Varje vuxen utsöndrar cirka 18 miljarder bakterier dagligen med avföring, d.v.s. fler individer än människor på jorden.
Inre organ som inte är kopplade till den yttre miljön (hjärna, hjärta, lever, urinblåsa etc.) är vanligtvis fria från mikrober. Mikrober kommer in i dessa organ endast under sjukdom.
Bakterier i cyklingen
Mikroorganismer i allmänhet och bakterier i synnerhet spelar en viktig roll i de biologiskt viktiga kretsloppen av materia på jorden, och genomför kemiska omvandlingar som är helt otillgängliga för varken växter eller djur. Olika stadier av kretsloppet av element utförs av organismer av olika typer. Förekomsten av varje separat grupp av organismer beror på den kemiska omvandlingen av element som utförs av andra grupper.
kvävets kretslopp
Den cykliska omvandlingen av kvävehaltiga föreningar spelar en avgörande roll för att tillföra de nödvändiga formerna av kväve till olika biosfäriska organismer när det gäller näringsbehov. Över 90 % av den totala kvävefixeringen beror på den metaboliska aktiviteten hos vissa bakterier.
Kolets kretslopp
Den biologiska omvandlingen av organiskt kol till koldioxid, åtföljd av minskningen av molekylärt syre, kräver den gemensamma metaboliska aktiviteten hos olika mikroorganismer. Många aeroba bakterier utför fullständig oxidation av organiska ämnen. Under aeroba förhållanden bryts organiska föreningar initialt ned genom jäsning, och organiska jäsningsslutprodukter oxideras ytterligare genom anaerob andning om oorganiska väteacceptorer (nitrat, sulfat eller CO2) finns närvarande.
Svavelcykel
För levande organismer finns svavel huvudsakligen tillgängligt i form av lösliga sulfater eller reducerade organiska svavelföreningar.
Järnets kretslopp
Vissa färskvattenreservoarer innehåller höga koncentrationer av reducerade järnsalter. På sådana platser utvecklas en specifik bakteriemikroflora - järnbakterier, som oxiderar reducerat järn. De deltar i bildandet av kärrjärnmalmer och vattenkällor rika på järnsalter.
Bakterier är de äldsta organismerna, som förekom för cirka 3,5 miljarder år sedan i arkéerna. Under cirka 2,5 miljarder år dominerade de jorden och bildade biosfären och deltog i bildandet av en syreatmosfär.
Bakterier är en av de enklast arrangerade levande organismerna (förutom virus). De tros vara de första organismerna som dyker upp på jorden.
Jag tror att man i skolan hörde talas om bakterier, det är så små varelser som finns överallt i mörker och mörker och utan vilka vi inte skulle kunna existera. Så det visar sig att det bland dem finns jättar och dvärgar. Dessutom är den största av dem storleken på ett berg jämfört med resten! Denna jättebakterie kallas Epulopiscium. I storlek (upp till 0,5 mm) kan det jämföras med ett saltkorn - en enorm storlek i världen av mikroskopiska varelser. Det kan till och med ses med blotta ögat. Detta djur kan nå storleken på små insekter och kräftdjur.
Studier har genomförts och publicerats vid Cornish Academy för att fastställa orsakerna till så stora storlekar. Det visade sig att denna bakterie lagrar upp till 85 tusen kopior av DNA. Som jämförelse innehåller mänskliga celler maximalt 3 kopior. Denna söta varelse lever med hjälp av symbios i matsmältningskanalen hos kirurgfisken (tropisk revfisk). Detta upptäcktes 1985.
”Andra bakterier innehåller också många kopior av DNA, men deras antal är inte mer än 100-200. Men den här håller en hel bank av sin genetiska information, säger Escher Angert, professor i mikrobiologi vid Cornwell University.
Vanliga bakterier är mycket små och enkla i strukturen. De berövas alla organ (i celler kallas de organeller) som främjar celltillväxt, såsom växt- eller djurceller. Bakterier livnär sig genom att absorbera näringsämnen genom cellväggen. Inuti fördelar sig näringsämnena "självgående", så bakterierna tvingas vara små, annars kommer näringen inte att kunna spridas i hela sin volym.
Men den tidigare nämnda jättebakterien kopierar sitt DNA många gånger om, och fördelar kopiorna jämnt nära skalet så att de snabbt och i tillräcklig mängd får näring.
"Att ha tusentals kopior av DNA fördelat runt periferin gör det möjligt att omedelbart reagera på yttre faktorer - temperatur, irritation och andra", tillägger Escher Angert. Därför, trots sin stora storlek, reagerar denna bakterie omedelbart på attacker från rovdjur i sin värld, av vilka det finns många i matsmältningskanalen hos fisk. En annan egenskap hos det är ett speciellt sätt att dela. De flesta bakterier delar sig helt enkelt i 2 delar, men Epulopiscium växer två dotterceller inuti sig, som efter sin död kommer ut.
Men det visar sig att det finns ännu större bakterier! 1999 upptäcktes en ännu större art, Thiomargarita namibiensis. Den når en storlek på 0,75 mm. Denna varelse livnär sig på nitrater och syntetiserar organiska ämnen från dem. Dessa jättar bor vid Namibias kust, och några av deras avlägsna släktingar bor i vattnet i Mexikanska golfen.
Bakterier är de minsta cellulära organismerna, bara virus är mindre. En vanlig bakterie är 10 gånger mindre än en mänsklig cell och mäter 0,5-5,0 mikrometer (dessa kan bara ses i mikroskop). Tusentals bakterier av dussintals arter finns till exempel i en salivdroppe. Ett gram jord innehåller cirka 40 miljoner bakterier, och den minsta droppen råvatten innehåller också miljontals bakterier. Planeten innehåller (ungefär, naturligtvis) 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 bakterier (30 nollor). De representerar den vanligaste livsformen, närvarande överallt - från havsbotten till snön i höga berg.
ps. Bilden visar hjältinnan i artikeln. Andra bakterier på det här fotot ser ut som knappt synliga små prickar runt omkring.
Bakterier startade livet på vår planet. Forskare tror att allt kommer att sluta med dem. Det finns ett skämt om att när utomjordingar studerade jorden kunde de inte förstå vem dess verkliga ägare är - en man eller en bacill. De mest intressanta fakta om bakterier väljs nedan.
En bakterie är en separat organism som förökar sig genom delning. Ju gynnsammare livsmiljön är, desto snabbare delar den sig. Dessa mikroorganismer lever i allt levande, såväl som i vatten, mat, ruttna träd och växter.
Denna lista är inte begränsad. Baciller överlever mycket bra på föremål som en person har rört vid. Till exempel på ledstången i kollektivtrafiken, på handtaget på kylskåpet, på spetsen av en penna. Intressanta fakta om bakterier har nyligen upptäckts från University of Arizona. Enligt deras observationer lever "sovande" mikroorganismer på Mars. Forskare är säkra på att detta är ett av bevisen på existensen av liv på andra planeter, dessutom, enligt deras åsikt, kan främmande bakterier "återupplivas" på jorden.
För första gången undersöktes en mikroorganism i ett optiskt mikroskop av den holländska vetenskapsmannen Anthony van Leeuwenhoek i slutet av 1600-talet. För närvarande finns det cirka två tusen kända arter av baciller. Alla av dem kan villkorligt delas in i:
- skadlig;
- användbar;
- neutral.
Samtidigt kämpar skadliga vanligtvis med användbara och neutrala. Detta är en av de vanligaste orsakerna till att en person blir sjuk.
De mest märkliga fakta
I allmänhet är encelliga organismer involverade i alla livsprocesser.
Bakterier och människor
Från födseln kommer en person in i en värld full av olika mikroorganismer. Vissa hjälper honom att överleva, andra orsakar infektioner och sjukdomar.
De mest nyfikna intressanta fakta om bakterier och människor:
Det visar sig att bacillen både kan bota en person helt och förstöra vår art. Bakteriegifter finns redan.
Hur hjälpte bakterier oss att överleva?
Här är några mer intressanta fakta om bakterier som gynnar människor:
- vissa typer av baciller skyddar en person från allergier;
- bakterier kan användas för att göra sig av med farligt avfall (till exempel petroleumprodukter);
- Utan mikroorganismer i tarmen skulle människor inte överleva.
Hur lär man barn om baciller?
Bebisar är redo att prata om baciller redan vid 3-4 års ålder. För att korrekt förmedla information är det värt att berätta intressanta fakta om bakterier. För barn är det till exempel väldigt viktigt att förstå att det finns onda och goda mikrober. Att goda människor kan förvandla mjölk till jäst bakad mjölk. Och även att de hjälper magen att smälta mat.
Var uppmärksam på de dåliga bakterierna. Säg att de är väldigt små, så att de inte syns. Att mikrober snabbt kommer in i människokroppen blir många och de börjar äta oss inifrån.
Barnet borde veta att den onda mikroben inte kommer in i kroppen:
- Tvätta händerna efter gatan och innan du äter.
- Ät inte mycket godis.
- Ge vaccinationer.
Det bästa sättet att visa bakterier är med bilder och uppslagsverk.
Vad bör varje elev veta?
Med ett äldre barn är det bättre att inte prata om mikrober, utan om bakterier. Intressanta fakta för skolbarn är viktiga att argumentera för. Det vill säga, på tal om vikten av att tvätta händerna kan man säga att 340 kolonier av skadliga baciller lever på toaletthandtag.
Tillsammans kan ni hitta information om vilka bakterier som orsakar karies. Och berätta även för eleven att choklad i liten mängd har en antibakteriell effekt.
Även en grundskoleelev kommer att kunna förstå vad ett vaccin är. Det är när en liten mängd av ett virus eller en bakterie introduceras i kroppen och immunsystemet besegrar dem. Det är därför det är så viktigt att vaccinera sig.
Redan från barndomen borde en förståelse komma att bakteriernas land är en hel värld som ännu inte har studerats fullt ut. Och så länge det finns dessa mikroorganismer, finns det själva mänskligheten.
Försök att sekvensera genomet av en gigantisk svavelbakterie Achromatium oxaliferum gav ett paradoxalt resultat: det visade sig att varje bakteriecell inte innehåller ett, utan många olika genom. Nivå av intracellulär genetisk mångfald A. oxaliferum jämförbar med mångfalden av ett bakteriesamhälle med flera arter. Tydligen förökar sig olika kromosomer i olika delar av cytoplasman, som av stora kalcitinneslutningar delas upp i många svagt kommunicerande fack (kompartment). En viktig roll för att upprätthålla intern genetisk mångfald spelas av många mobila genetiska element som underlättar överföringen av gener från kromosom till kromosom. Författarna till upptäckten föreslår att det naturliga urvalet i denna unika organism inte är så mycket på cellnivå, utan på nivån för individuella fack inom en jättecell.
1 mystiska bakterier
Jätte svavelbakterie Achromatium oxaliferum upptäcktes redan på 1800-talet, men dess biologi är fortfarande mystisk - till stor del eftersom achromatium inte kan odlas i laboratoriet. Achromatium-celler kan bli upp till 0,125 mm långa, vilket gör den till den största av sötvattensbakterierna (det finns ännu större svavelbakterier i haven, som t.ex. Thiomargarita, som beskrivs i nyheterna De äldsta prekambriska embryona visade sig vara bakterier? , "Elements", 15.01.2007).
Achromatium oxaliferum lever i bottensedimenten i färska sjöar, där den vanligtvis förekommer i gränsen mellan syre och syrefria zoner, men tränger också in i helt syrefria lager. Andra sorter (eller arter) av achromatium lever i mineralkällor och i salta sediment av tidvattenkärr.
Achromatium får sin energi genom att oxidera vätesulfid, först till svavel (som lagras som granulat i cytoplasman), och sedan till sulfater. Det kan fixera oorganiskt kol, men kan också absorbera organiska föreningar. Det är inte klart om han enbart klarar av autotrofisk ämnesomsättning eller om han behöver ekologisk utfodring.
En unik egenskap hos akromatium är närvaron av många stora inneslutningar av kolloidal kalcit i dess celler (fig. 1). Varför bakterier behöver detta och vilken roll kalciumkarbonat spelar i dess metabolism är inte exakt känt, även om det finns rimliga hypoteser (V. Salman et al., 2015. Kalcitackumulerande stora svavelbakterier av släktet Achromatium i Sippewissett Salt Marsh).
Cytoplasman av achromatium kryper ihop sig i mellanrummen mellan kalcitgranuler, som faktiskt delar upp den i många kommunicerande fack (kompartment). Även om avdelningarna inte är helt isolerade, är utbytet av materia mellan dem tydligen svårt, särskilt eftersom prokaryoter har mycket svagare system för aktiv intracellulär transport än eukaryoter.
Och nu visade det sig att kalcitgranulat inte är den enda unika egenskapen hos akromatium. Och inte ens den mest fantastiska. I en artikel publicerad i tidskriften Naturkommunikation, rapporterade tyska och brittiska biologer paradoxala resultat i försök att läsa av individuella cellers genom A. oxaliferum från bottensedimenten i sjön Stechlin i nordöstra Tyskland. Dessa resultat är så ovanliga att det är svårt att tro på dem, även om det uppenbarligen inte finns några skäl att tvivla på deras tillförlitlighet: arbetet utfördes metodologiskt mycket noggrant.
2. Bekräftelse av polyploidi
Även om achromatium, som redan nämnts, avser icke-odlingsbara bakterier, uppvägs denna olägenhet delvis av den gigantiska storleken på cellerna. De är tydligt synliga under ett ljusmikroskop även vid låg förstoring, och de kan tas manuellt från prover av bottensediment (tidigare passerat genom ett filter för att ta bort stora partiklar). Så här samlade författarna material till sin studie. Celler A. oxaliferumär täckta med ett organiskt hölje, på vars yta det myllrar av olika sambor - små bakterier. All denna åtföljande mikrobiota tvättades försiktigt bort från de utvalda cellerna för att minska andelen främmande DNA i proverna.
Först färgade forskarna akromatiumceller med ett speciellt fluorescerande färgämne för DNA för att förstå hur mycket genetiskt material som finns i cellen och hur det är fördelat. Det visade sig att DNA-molekyler inte är begränsade till något område av cytoplasman, utan bildar många (i genomsnitt cirka 200 per cell) lokala ansamlingar i mellanrummen mellan kalcitgranuler (fig. 1, b, d).
Med tanke på allt som är känt hittills om stora bakterier och deras genetiska organisation, är detta faktum redan tillräckligt för att betrakta det bevisat att A. oxaliferumär en polyploid, det vill säga var och en av dess celler innehåller inte en utan många kopior av genomet.
Men i efterhand är det redan klart att en sådan enorm prokaryotisk cell inte kunde klara sig med en enda kopia. Det skulle helt enkelt inte vara tillräckligt att förse hela cellen med de transkript som krävs för proteinsyntes.
Att döma av det faktum att DNA-kluster skiljer sig i fluorescensintensitet, innehåller dessa kluster med största sannolikhet ett annat antal kromosomer. Här är det nödvändigt att göra en reservation att vanligtvis hela arvsmassan i en prokaryotisk cell finns på en ringkromosom. För achromatium är detta inte bevisat, men det är mycket troligt. Därför använder författarna för enkelhetens skull termen "kromosom" som en synonym för termen "en kopia av genomet", och vi kommer att göra detsamma.
I det här skedet har ännu inget sensationellt upptäckts. Förbi är de dagar då alla trodde att prokaryoter alltid eller nästan alltid bara har en cirkulär kromosom i varje cell. Idag är många arter av polyploida bakterier och arkéer redan kända (se Elements, 2016-06-14).
3. Metagenom av ett multiartssamhälle - i en cell
Mirakel började när författarna började isolera DNA från utvalda och tvättade celler och sekvensera. Från 10 000 celler erhölls ett metagenom (se Metagenomics), det vill säga en uppsättning (cirka 96 miljoner) kortsekvenserade slumpmässiga fragment av kromosomer (avläsningar) som tillhör olika individer och tillsammans ger en uppfattning om den genetiska mångfalden hos en befolkning.
Forskarna började sedan sekvensera DNA från enskilda celler. Först isolerades fragment av 16s-rRNA-genen från 27 celler, enligt vilka det är vanligt att klassificera prokaryoter och genom vilka förekomsten av en eller annan mikrobiell art i det analyserade provet vanligtvis bestäms. Nästan alla isolerade fragment tillhörde akromatiumet (dvs. de sammanföll ungefär med sekvenserna av 16s-rRNA från akromatiet som redan var tillgängliga i de genetiska databaserna). Av detta följer att det studerade DNA:t inte var kontaminerat med genetiskt material från vissa främmande bakterier.
Det visade sig att varje cell A. oxaliferum, till skillnad från de allra flesta andra prokaryoter, innehåller inte en utan flera olika varianter (alleler) av 16s-rRNA-genen. Det är svårt att bestämma det exakta antalet varianter, eftersom små skillnader kan förklaras av sekvenseringsfel, och om bara väldigt olika fragment anses vara "olika", då uppstår frågan, hur mycket de måste vara väldigt olika. Med de strängaste kriterierna visade det sig att det i varje cell finns ungefär 4–8 olika alleler av 16s-rRNA-genen, och detta är den minsta uppskattningen, men i själva verket finns det med största sannolikhet fler. Detta står i skarp kontrast till den situation som är karakteristisk för andra polyploida prokaryoter, där som regel samma variant av en given gen sitter på alla kromosomer i en cell.
Dessutom visade det sig att alleler av 16s-rRNA-genen finns i samma cell A. oxaliferum, bildar ofta grenar mycket långt från varandra på ett gemensamt genealogiskt träd av alla varianter av denna gen som finns (tidigare och nu) i A. oxaliferum. Med andra ord, 16s-rRNA-alleler från en cell är inte mer relaterade till varandra än alleler som tas slumpmässigt från olika celler.
Slutligen utförde författarna total DNA-sekvensering från sex individuella celler. Ungefär 12 miljoner slumpmässiga fragment (avläsningar) lästes för varje cell. I en normal situation skulle detta vara mer än tillräckligt för att använda speciella datorprogram för att från läsningar, med hjälp av deras överlappande delar, sammanställa sex mycket högkvalitativa (det vill säga läsas med mycket hög täckning, se Täckning) individuella genom.
Men så var inte fallet: även om nästan alla avläsningar obestridligen tillhörde achromatium (inblandningen av främmande DNA var försumbar), vägrade de avlästa fragmenten bestämt att sättas ihop till genom. Ytterligare analys klargjorde orsaken till misslyckandet: det visade sig att DNA-fragmenten som isolerats från varje cell faktiskt inte tillhör ett, utan till många ganska olika genom. I själva verket är det som författarna erhållit från varje enskild cell inte ett genom, utan metagenom. Sådana uppsättningar av läsningar erhålls vanligtvis genom att analysera inte en organism, utan hela populationen, som också har en hög nivå av genetisk mångfald.
Denna slutsats har bekräftats på flera oberoende sätt. I synnerhet är dussintals gener kända som nästan alltid finns i bakteriegenom i en enda kopia (enkelkopia markörgener). Dessa markörgener med en kopia används i stor utsträckning inom bioinformatik för att kontrollera kvaliteten på genomsammansättningen, uppskatta antalet arter i metagenomiska prover och andra liknande uppgifter. Så, i genomen (eller "metagenomen") hos enskilda celler A. oxaliferum de flesta av dessa gener finns som flera olika kopior. Liksom med 16s rRNA är alleler av dessa enkelkopiagener som finns i samma cell i allmänhet inte mer relaterade till varandra än alleler från olika celler. Nivån av intracellulär genetisk mångfald visade sig vara jämförbar med mångfaldsnivån för hela befolkningen, uppskattad på basis av ett metagenom på 10 000 celler.
Modern metagenomik har redan metoder som gör det möjligt att isolera fragment från många heterogena DNA-fragment som finns i ett prov som med största sannolikhet tillhör samma genom. Om det finns tillräckligt med sådana fragment, kan en betydande del av arvsmassan och till och med ett komplett genom sammanställas från dem. Det var på detta sätt som en ny supertyp av archaea, asgardarchei, nyligen upptäcktes och karakteriserades i detalj (se Beskrev en ny supertyp av archaea, som eukaryoternas förfäder tillhör, "Elements", 2017-01-16). Författarna tillämpade dessa metoder på "metagenomerna" av enskilda celler. A. oxaliferum. Detta gjorde det möjligt att i varje "metagenom" identifiera 3–5 uppsättningar av genetiska fragment, troligen motsvarande individuella cirkulära genom (kromosomer). Eller snarare, varje sådan uppsättning motsvarar en hel grupp av liknande genom. Antal olika genom i varje cell A. oxaliferum förmodligen mer än 3-5.
Nivån av skillnader mellan genom som finns i samma cell A. oxaliferum, motsvarar ungefär interspecies: bakterier med denna nivå av skillnader tillhör som regel olika arter av samma släkte. Med andra ord, den genetiska mångfalden som finns i varje enskild cell A. oxaliferum, inte ens jämförbar med en befolkning, utan med ett samhälle med flera arter. Om DNA från en enskild akromatiumcell analyserades med moderna metoder för metagenomik "blindt", utan att veta att allt detta DNA kommer från en cell, då skulle analysen entydigt visa att flera typer av bakterier finns i provet.
4. Intracellulär genöverföring
Så kl A. oxaliferum upptäckte en i grunden ny, helt ohörd typ av genetisk organisation. Naturligtvis väcker upptäckten många frågor, och framför allt frågan "hur kan detta ens vara?!"
Vi kommer inte att överväga det mest ointressanta alternativet, som är att allt detta är resultatet av grova fel som gjorts av forskare. Om så är fallet får vi snart reda på: Naturkommunikation- journalen är seriös, andra team kommer att vilja upprepa studien, så det är osannolikt att ett vederläggande kommer att vänta på sig. Det är mycket mer intressant att diskutera situationen under antagandet att studien utfördes noggrant och resultatet är tillförlitligt.
I det här fallet måste du först försöka ta reda på orsakerna till det upptäckta A. oxaliferum oöverträffad intracellulär genetisk mångfald: hur den bildas, varför den består och hur mikroben själv lyckas överleva i processen. Alla dessa frågor är mycket svåra.
I alla andra polyploida prokaryoter som studerats hittills (inklusive den saltälskande arkean som är känd för läsarna av "Element") Haloferax vulkanii) alla kopior av genomet som finns i cellen, oavsett hur många det finns, är väldigt lika varandra. Inget som den kolossala intracellulära mångfalden som finns i A. oxaliferum, de observeras inte. Och det här är inte på något sätt en olycka. Polyploidi ger prokaryoter ett antal fördelar, men det bidrar till okontrollerad ackumulering av recessiva skadliga mutationer, vilket i slutändan kan leda till utrotning (för mer information, se nyheterna Polyploidy of eukaryota ancestors - nyckeln till att förstå ursprunget till mitos och meios, "Element", 2016-06-14).
För att undvika ackumulering av mutationsbelastning använder polyploida prokaryoter (och till och med polyploida växtplastider) aktivt genkonvertering - en asymmetrisk variant av homolog rekombination, där två alleler inte byter plats, flyttar från kromosom till kromosom, som vid korsning, och en av allelerna ersätts av en annan. Detta leder till att kromosomerna förenas. På grund av intensiv genomvandling, "skrivs skadliga mutationer över" antingen snabbt av den oförstörda versionen av genen, eller går in i ett homozygott tillstånd, dyker upp i fenotypen och avvisas genom selektion.
På A. oxaliferum genomvandling och förening av kromosomer, troligen, förekommer också, men inte på skalan av hela cellen, utan på nivån för individuella "fack" - luckor mellan kalcitgranuler. Därför ackumuleras olika varianter av genomet i olika delar av cellen. Författarna verifierade detta genom selektiv färgning av olika allelvarianter av 16s-rRNA-genen (se Fluorescerande på plats hybridisering). Det visade sig att koncentrationen av olika allelvarianter verkligen skiljer sig åt i olika delar av cellen.
Detta är dock fortfarande otillräckligt för att förklara den högsta nivån av intracellulär genetisk mångfald som finns i A. oxaliferum. Författarna ser dess främsta orsak i de höga frekvenserna av mutagenes och intracellulära genomiska omarrangemang. Jämförelse av fragment av kromosomer från samma cell visade att dessa kromosomer uppenbarligen lever ett mycket turbulent liv: de muterar ständigt, arrangerar om och byter delar. På A. oxaliferum från Lake Stechlin ökar antalet mobila genetiska element kraftigt i jämförelse med andra bakterier (inklusive de närmaste släktingarna - akromatium från saltkärr, där nivån av intracellulär mångfald, att döma av preliminära data, är mycket lägre). Aktiviteten hos transposerbara element bidrar till frekventa genomiska omarrangemang och överföring av DNA-segment från en kromosom till en annan. Författarna kom till och med på en speciell term för detta: "intracellulär genöverföring" (iGT), i analogi med all känd horisontell genöverföring (HGT).
Ett av de tydligaste bevisen på frekventa omarrangemang i kromosomerna A. oxaliferum- en annan ordning av gener i olika versioner av genomet, inklusive inom samma cell. Även i vissa konservativa (som sällan förändras under evolutionens gång) operoner är individuella gener ibland lokaliserade i olika sekvenser på olika kromosomer inom samma cell.
Figur 2 visar schematiskt de huvudsakliga mekanismerna som, enligt författarna, skapar och upprätthåller en hög nivå av intracellulär genetisk mångfald i A. oxaliferum.
5. Intracellulärt urval
Frekventa omarrangemang, intracellulär genöverföring, en hög grad av mutagenes - även om allt detta åtminstone kan förklara den höga intracellulära genetiska mångfalden (och jag tror att den inte kan det, vi kommer att prata om detta nedan), är det fortfarande oklart hur achromatium klarar sig i sådana villkor för att förbli livskraftiga. När allt kommer omkring måste de allra flesta icke-neutrala (påverkande konditionen) mutationer och omarrangemang vara skadliga! Polyploida prokaryoter har redan en ökad tendens att ackumulera mutationsbelastning, och om vi dessutom tillåter ultrahöga mutationshastigheter blir det helt obegripligt hur en sådan varelse som achromatium kan existera.
Och här lägger författarna fram en verkligt nyskapande hypotes. De antyder att naturligt urval i achromatium inte fungerar så mycket på nivån av hela celler, utan på nivån av individuella fack - svagt kommunicerande luckor mellan kalcitgranuler, i var och en av vilka troligen deras egna varianter av genomet förökar sig.
Vid första anblicken kan antagandet verka vild. Men om du tänker efter, varför inte? För att göra detta räcker det att anta att varje kromosom (eller varje lokalt kluster av liknande kromosomer) har en begränsad "verkansradie", det vill säga att proteinerna som kodas i denna kromosom syntetiseras och verkar huvudsakligen i dess omedelbara närhet, och är inte omrört jämnt i hela cellen. Mest troligt, som det är. I det här fallet kommer de fack där mer framgångsrika kromosomer är lokaliserade (som innehåller ett minimum av skadliga och maximala fördelaktiga mutationer) att replikera sina kromosomer snabbare, det kommer att finnas fler av dem, de kommer att börja spridas inuti cellen och gradvis ersätta mindre framgångsrika kopior av genomet från angränsande fack. Det går att tänka sig en sådan sak.
6. Intracellulär genetisk mångfald behöver mer förklaring
Idén om ett intensivt intracellulärt urval av genom, att svara på en fråga (varför achromatium inte dör ut med en så hög grad av mutagenes), skapar omedelbart ett annat problem. Faktum är att på grund av ett sådant urval måste mer framgångsrika (snabbare replikerande) kopior av genomet tvinga ut mindre framgångsrika kopior inuti cellen, oundvikligen sänkning medan intracellulär genetisk mångfald. Den som vi ville förklara från första början.
Dessutom är det tydligt att den intracellulära genetiska mångfalden måste minska kraftigt med varje celldelning. Olika kromosomer sitter i olika fack, därför kommer varje dottercell under delning inte att få alla, utan bara några av de genomvarianter som modercellen har. Detta är synligt även i fig. 2.
Intracellulärt urval plus kompartmentalisering av genom är två kraftfulla mekanismer som måste minska den inre mångfalden så snabbt att ingen tänkbar (livskompatibel) grad av mutagenes kan motstå den. Således förblir intracellulär genetisk mångfald oförklarad.
När vi diskuterar de erhållna resultaten hänvisar författarna upprepade gånger till vårt arbete, som beskrivs i nyhetsartikeln Polyploidy of eukaryota ancestors är nyckeln till att förstå ursprunget till mitos och meios. De nämner särskilt att det är mycket fördelaktigt för polyploida prokaryoter att utbyta genetiskt material med andra celler. De tror dock att intercellulärt genetiskt utbyte inte spelar någon stor roll i Achromatiums liv. Detta motiveras av det faktum att även om generna för absorption av DNA från den yttre miljön (transformation, se Transformation) hittades i Achromatium-metagenomet, så finns det inga gener för konjugering (se Bakteriell konjugation).
Enligt min åsikt pekar den genetiska arkitekturen hos achromatium inte på konjugering, utan på mer radikala sätt att blanda olika individers genetiska material, såsom utbyte av hela kromosomer och cellfusion. Att döma av de data som erhållits, ur genetisk synvinkel, cellen A. oxaliferumär något som ett prokaryotiskt plasmodium eller syncytium, som de som bildas som ett resultat av fusionen av många genetiskt olika celler i slemmögel. Kom ihåg att akromatium är en oodlad bakterie, så det är möjligt att vissa delar av dess livscykel (som periodisk cellfusion) kan undgå mikrobiologernas uppmärksamhet.
Till förmån för det faktum att den intracellulära genetiska mångfalden av akromatium bildas inte intracellulärt, bevisas av en av de viktigaste fakta som upptäckts av författarna, nämligen att allelerna för många gener som finns i samma cell bildar grenar långt från varandra på det fylogenetiska trädet. Om all intracellulär mångfald av alleler bildades inom klonalt reproducerande celler som inte ändrar gener med varandra, skulle man förvänta sig att alleler i en cell skulle vara mer relaterade till varandra än alleler från olika celler. Men författarna visade på ett övertygande sätt att så inte är fallet. Generellt sett skulle jag slå vad om att cellfusion finns i achromatiums livscykel. Detta verkar vara den mest ekonomiska och rimliga förklaringen till den enorma intracellulära genetiska mångfalden.
I den sista delen av artikeln antyder författarna att den genetiska arkitekturen hos achromatium kan kasta ljus över eukaryoternas ursprung. De uttryckte det så här: Förresten, Markov och Kaznacheev föreslog att, liksom akromatiet från sjön Shtekhlin, kan proto-eukaryota celler snabbt mutera och diversifiera sina kromosomer, polyploida bakterier / arkea". Helt rätt, men vi har också visat att en sådan varelse inte skulle kunna överleva utan intensivt interorganismalt genetiskt utbyte. Låt oss hoppas att ytterligare forskning kommer att belysa de återstående olösta mysterierna med akromatium.
Dvärgar och jättar bland bakterier
Bakterier är de minsta levande organismerna som är den vanligaste formen av liv på jorden. Vanliga bakterier är cirka 10 gånger mindre än en mänsklig cell. Deras storlek är cirka 0,5 mikron, och de kan bara ses med ett mikroskop. Men i bakterievärlden visar det sig att det också finns dvärgar och jättar. En av dessa jättar är bakterien Epulopiscium fishelsoni, vars dimensioner når en halv millimeter! Det vill säga att den når storleken av ett sandkorn eller ett saltkorn och kan ses med blotta ögat.
Reproduktion av Epulopiscium
Studier har utförts vid Cornish Academy för att fastställa orsakerna till så stora storlekar. Det visade sig att bakterien lagrar 85 000 kopior av DNA. Som jämförelse finns endast 3 kopior i mänskliga celler. Denna söta varelse bor i mag-tarmkanalen hos den tropiska revfisken Acanthurus nigrofuscus (kirurgfisk).
Vanliga arter av bakterier är mycket små och primitiva, de har inga organ och näring sker genom skalet. Näringsämnen är jämnt fördelade i kroppen av bakterier, så de bör vara små. Till skillnad från dem kopierar Epulopiscium sitt DNA många gånger, fördelar kopior jämnt längs skalet och de får tillräckligt med näring. Denna struktur ger henne förmågan att omedelbart reagera på yttre stimuli. Till skillnad från andra bakterier och hur de delar sig. Om vanliga bakterier helt enkelt delar sig på mitten, växer hon två celler inuti sig själv, som efter hennes död helt enkelt går ut.
Namibisk svavelpärla
Men även denna långt ifrån liten bakterie går inte att jämföra med den största bakterien i världen, vilket anses Thiomargarita namibiensis, annars "Namibian sulfur pearl" - en gramnegativ marin bakterie, upptäckt 1997. Den består inte bara av bara en cell, utan den saknar också ett stödjande skelett på samma sätt som eukaryoter gör. Dimensionerna på Thiomargarita når 0,75-1 mm, vilket gör att du kan se det med blotta ögat.
Beroende på typen av ämnesomsättning är Thiomargarita en organism som tar emot energi som ett resultat av reduktions-oxidationsreaktioner och kan använda nitrat som det slutliga objektet som tar emot elektroner. Cellerna i den namibiska svavelpärlan är orörliga, och därför kan nitrathalten fluktuera. Thiomargarita kan lagra nitrat i vakuolen, som upptar cirka 98 % av hela cellen. Vid en låg koncentration av nitrat används dess innehåll för andning. Sulfider oxideras av nitrater till svavel, som samlas upp i bakteriens inre miljö i form av små granuler, vilket förklarar pärlfärgen hos Thiomargarita.
Studie av Thiomargarita
Nyligen genomförda studier har visat att Thiomargarita namibiensis kanske inte är obligat, utan en fakultativ organism som får energi utan närvaro av syre. Den kan andas syre om denna gas är tillräcklig. En annan utmärkande egenskap hos denna bakterie är möjligheten till palintomisk delning, som sker utan en ökning av mellantillväxt. Denna process används av Thiomargarita namibiensis under stresstillstånd orsakade av svält.
Bakterien upptäcktes i bottensedimenten av den tillplattade marginalen av fastlandet, nära den namibiska kusten, av Heide Schulz, en tysk biolog och hennes kollegor 1997, och 2005, i de kalla klipporna på botten av Mexikanska golfen , hittades en liknande stam, vilket bekräftar den breda utbredningen av den namibiska svavelpärlan.
Viktor Ostrovsky, Samogo.Net
