Эволюция микроорганизмов

Содержание
  1. Биология и медицина
  2. Ссылки:
  3. Эволюция микроорганизмов
  4. Эволюция микроорганизмов и инфекционных заболеваний
  5. Эволюция микроорганизмов – молекулярная филогенетика
  6. Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов
  7. Общие этапы эволюции микроорганизмов
  8. Эволюция бактерий
  9. Необходимые условия для появления живой клетки
  10. Теории происхождения прокариот
  11. Строение безъядерных микроорганизмов
  12. Чем питались и дышали древнейшие бактерии
  13. Как передается генетическая информация
  14. Эволюция вирусов
  15. Откуда взялись бесклеточные организмы
  16. Изменчивость и наследственность вирусов
  17. Особенности эволюции вирусов на современном этапе
  18. Почему вирусы называют двигателями эволюции
  19. Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции
  20. Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов
  21. Основные определения
  22. 3. Возникновение и развитие микроорганизмов на Земле [1969 Германов Н.И. – Микробиология]

Биология и медицина

Эволюция микроорганизмов

Предположение, что в основе эволюции прокариот лежит совершенствованиеспособов получения энергии, достаточно четко прослеживается на современномматериале у эубактерий . Имеющиеся данные можно интерпретировать в эволюционном плане, еслидопустить, что существующие группы эубактерий дошли до нас в основномнеизменными с того времени, когда они впервые были сформированы.

Представление о том, что первыми формами жизни были анаэробы , получающие энергию в процессе брожения за счет субстратного фосфорилирования , согласуется с общей теорией происхождения жизни, выдвинутой А.И.Опариными Дж.Холдейном.

Наиболее древними из существующих эубактерий, вероятно,являются группы организмов, получающие энергию в результатефункционирования гликолитического пути сбраживания углеводов. Можно предполагать, что гликолиз – первыйсформированный механизм получения клеточной энергии.

(Вероятно, гликолизу -сложной системе последовательных ферментативных реакций – предшествовалиболее простые пути получения энергии. Однако нет четких доказательствсуществования среди современных эубактерий форм с энергетическимметаболизмом догликолитического типа).

Основная проблема на этом этапесводилась к тому, чтобы создать “ловушки” для возникающего приокислительных преобразованиях субстрата водорода.

Источником энергии и всех органических соединений, необходимых дляпостроения веществ клетки, первоначально служили органические субстратыабиогенного происхождения.

Поскольку извлечение энергии из органическогосубстрата (преимущественно углеводов) при его метаболизировании погликолитическому пути было весьма незначительным, это привело к довольнобыстрой переработке доступных органических субстратов и обеднению имиокружающей среды.

Поиск новых источников энергии и углерода привел к созданию метаболическихсистем, осуществляющих использование света и углекислоты.

Важными моментамив формировании механизма использования световой энергии были: созданиефоторецепторов, сформирование фотосинтетической цепи переноса электронов инового механизма фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов, синтетического фосфорилирования .

Использование углекислоты в качестве основного или единственногоисточника углерода привело к созданию эффективного циклического механизмаее фиксации – восстановительного пентозофосфатного цикла , расширившего конструктивные возможности живых организмов.

Таким образом, на этом этапе эволюции прослеживается четкая тенденциясоздания энергетических и конструктивных систем, обеспечивающих наибольшуюнезависимость существующих эубактериальных форм от внешней среды.

Вершинаэволюции в этом направлении – цианобактерии , у которых такая независимость достигается максимально, и в первуюочередь за счет создания механизма, позволяющего использовать воду вкачестве донора электронов. С цианобактериями связаны два момента,оказавшие решающее влияние на дальнейший ход эволюции эубактерий.

Первыйобусловлен появлением молекулярного кислорода. Второй – тем, чтоцианобактерии явились на Земле первыми интенсивными продуцентамиорганического вещества.

Появление О2 открыло новые возможности для совершенствования системыполучения живой клеткой энергии из химических соединений. Формируетсяспособ получения энергии, основанный на глубоком окислении неорганических иорганических соединений окружающей среды.

(Органические соединения – теперьсоединения, имеющие биогенное происхождение).

Этот способ связан ссозданием новой системы электронного транспорта, в принципе сходной, но неидентичной фотосинтетической системе переноса электронов, и сопряженного сней механизма фосфорилирования – окислительного фосфорилирования .

Последний, по современным представлениям, аналогичен механизму фотофосфорилирования . В группах эубактерий обнаружено огромное разнообразие типов жизни, укоторых основным источником энергии служит окислительное фосфорилирование.Различия заключаются в природе доноров и акцепторов электронов.

Таким образом, все современные способы получения энергии живымиорганизмами сформировались на уровне прокариотной клеточной организации иих становление может быть прослежено в эубактериальной ветви. В процесседальнейшей эволюции развитие получили только наиболее совершенныеварианты.

В мире эукариот развились два полярных способа существования: хемоорганогетеротрофия и фотолитоавтотрофия . Первый лег в основу метаболизма представителей царств Animalia и Fungi , второй – Plantae .

Все животные и грибы получают энергию в результате функционированиямеханизмов субстратного и окислительного фосфорилирования. Высшие растениясочетают оба типа метаболизма и получают энергию за счет функционированиявсех механизмов фосфорилирования: фотосинтетического, субстратного иокислительного.

Доминирующим у них является фотолитоавтотрофный тип метаболизма и сопряженный с ним механизм фотосинтетического фосфорилирования .

Ссылки:

Источник: http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/0012ef6d.htm

Эволюция микроорганизмов

Эволюция микроорганизмов

Реферат на тему

«Эволюция микроорганизмов»

Выполнил: Никоненко Е.В.10б

Проверил: Кулик Н.И.

Челябинск 2003 г

Геологическая летопись нашей планеты – останки вымерших существ – неопровержимо доказывает, что жизнь на планете менялась: одни виды животных и растений исчезали, другие возникали, видоизменялись, порождая новые формы.

То же, но в меньших масштабах можно наблюдать на изолированных островах или других замкнутых территориях: через несколько тысяч или даже сотен лет такой изоляции животные и растения уже заметно отличаются от живущих по другую сторону водной или иной преграды.

Исторические изменения наследственных признаков организмов называются эволюцией ( от лат. evolutio– «развертывание»). Этот процесс имеет три очень важных следствия. Во-первых, в ходе эволюции возникают новые виды, т.е. увеличивается разнообразие форм организмов.

Во-вторых, организмы адаптируются к изменениям условий внешней среды; поэтому говорят, что эволюция имеет приспособительный характер.

И наконец, в-третьих, в результате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются.

В те времена – более четырех млрд лет назад – наша еще очень молодая планета была мало похожа на современную: температура ее поверхности была очень высокой(до 8000 градусов Цельсия), все слагающие планету породы – расплавлены.

Даже диаметр Земли был меньше, чем сейчас, и полный оборот вокруг своей оси она совершала за восемнадцать часов, а не за двадцать четыре, как сейчас. Поверхность планеты непрерывно бомбардировали метеориты, в том числе и очень крупные (диаметром несколько сотен километров!).

Чем крупнее они были, тем сильнее разогревалась земная кора.

Когда закончилась эпоха «великой бомбардировки», Земля начала постепенно остывать. Породы, слагавшие планету, становились твердыми и образовывали неровную поверхность. Когда температура упала ниже ста градусов Цельсия, вода, бывшая до того паром, пролилась на Землю дождями и заполнила впадины.

Так возник первобытный океан. Атмосфера того времени тоже разительно отличалась от нынешней: основными ее составляющими были аммиак, метан, водород и водяные пары. Такая атмосфера почти не задерживала солнечные лучи, особенно ультрафиолетовые, губительные для живых организмов.

Как в такой обстановке могла зародиться жизнь?

В 1923 г. российский ученый Александр Иванович Опарин предположил, что в условиях первобытной Земли органические вещества возникали из простейших соединений – аммиака, метана, водорода и воды.

Энергия, необходимая для подобных превращений, могла быть получена или от ультрафиолетового излучения, или от частых грозовых электрических разрядов – молний.

Возможно, эти органический вещества постепенно накапливались в древнем океане, образуя «первичный бульон», в котором зародилась жизнь.

По гипотезе А.И.Опарина, в «первичном бульоне» длинные нитеобразные молекулы белков могли сворачиваться в шарики, «склеиваться» друг с другом, укрупняясь. Благодаря этому они становились устойчивыми к разрушающему действию прибоя и ультрафиолетового излучения.

Белковые «шарики» в «первичном бульоне» притягивали к себе, связывали молекулы воды, а также жиров. Жиры оседали на поверхности белковых тел, обволакивая их слоем, структура которого отдаленно напоминала клеточную мембрану. Этот процесс Опарин назвал коацервацией (от лат.

coacervus – «сгусток»), а получившиеся тела – коацерватными каплями, или просто коацерватами.

С течением времени коацерваты поглощали из окружавшего их раствора все новые порции вещества, их структура усложнялась до тех пор, пока они не превратились в очень примитивные, но уже живые клетки.

В древней атмосфере не было кислорода. Поэтому первые одноклеточные организмы, подобно современным бактериям, использовали в качестве окислителя для процессов дыхания и источника энергии ионы железа и других химических элементов.

Более того, кислород оказался бы губителен для этих древнейших существ: появившись, он немедленно разрушил бы их клетки. Однако около 3,5 млрд лет назад произошла первая революция. Клетки некоторых примитивных существ приобрели способность использовать энергию солнечного света, т.е.

фотосинтезировать, создавая органическое вещество из неорганического. Вероятно, они напоминали современные синезеленые водоросли. Одновременно эти необычные организмы стали выделять в атмосферу кислород.

Первые живые существа, спасаясь от ядовитого для них газа, исчезли с поверхности планеты и из верхних слоев воды в озерах и морях, сохранившись лишь в глубине геологических пород, где были защищены слоем минеральных веществ.

Древние синезеленые водоросли полностью изменили Землю: насыщенная кислородом атмосфера изгнала с поверхности примитивных бактерий, но сделала возможным дальнейшее совершенствование других форм, от которых произошли все современные организмы. Однако до этого было еще далеко, ведь совершенствование живых существ шло крайне медленно.

Вторая (после возникновения фотосинтеза) революция произошла около 2,5 млрд лет назад, когда наряду с прокариотическими клетками бактерий и синезеленых водорослей появились эукариотические одноклкточные организмы. Ученые полагают, что они произошли от прокариотов.

Главное отличие эукариотической клетки – наличие в ней внутриклеточных мембран. Возможно, они возникли в клетках древних бактерий благодаря впячиваниям их оболочек внутрь. Такие пузырьки превратились в пищеварительные вакуоли, лизосомы и цистерны эндоплазматической сети.

Это приобретение дало древним организмам явное преимущество: они меньше зависели от окружающей среды, так как создавали запасы пищи внутри клеток.

Такой организм уже мог перейти к питанию бактериями и синезелеными водорослями, захватывая их выпячиваниями клеточной оболочки и заключая в образующиеся пищеварительные вакуоли, чтобы потом переварить. Возможно, этот «хищник» был так прожорлив, что не сразу переваривал «проглоченные» жертвы и сохранял их какое-то время внутри своего одноклеточного тела.

Попавшие в плен бактерии и одноклеточные синезеленые водоросли научились размножаться внутри большой клетки хищника, а со временем даже заключили с ним мир, основанный на взаимной выгоде: бактерии превратились в митохондрии, обеспечивающие клетку-хозяина энергией, а синезеленые водоросли – в пластиды (хлоропласты и хромопласты) и стали выполнять фотосинтез и некоторые другие обязанности.

Третья революция случилась около 1,2 млрд лет назад, когда появилось половое размножение. В результате резко увеличился обмен наследственным материалом между организмами и как следствие возросло их многообразие, создавшее предпосылки для дальнейшего совершенствования жизни.

Типичным представителем живого организма того времени был воротничковый жгутиконосец – существо, сочетавшее в себе черты современных жгутиконосцев и амеб. Вероятно, этот организм жил, прикрепившись ко дну океана или моря. Можно вообразить также и то, как это создание питалось.

Колеблющийся жгутик направлял воду сквозь отверстия воротничка (вырост клетчатой стенки в виде кольцевой пластинки). Вода пригоняла мелкие частицы пищи, и они оседали на воротничке, как на ситечке. Эти частицы захватывало служившее для питания приспособление – ложноножка.

В клетке жгутиконосца образовывалась пищеварительная вакуоль, в которой происходило переваривание частиц, – так же, как это происходит у амеб.

В дальнейшем одноклеточные организмы соединялись и жили вместе, образовывая колонию. В такой колонии при многократном делении клеток становится тесно. Организмы-соседи мешают друг другу добывать необходимую пищу.

Справиться с проблемой помогает специализация: какие-то одноклеточные сохраняют только воротнички и жгутики, какие-то, напротив, теряют жгутики, но сохраняют ложноножку. Т.е. разные клетки колонии объединяются в устойчивые слои.

Каждый такой слой, или ткань, имеет определенную функцию. Так начинается эволюция многоклеточных организмов.

Список литературы:

1. М.Аксенова, Г.Вильчек «Энциклопедия для детей» том 2 Биология

2. Энциклопедия Кирилла и Мефодия 2 CD

Источник: https://mirznanii.com/a/6690/evolyutsiya-mikroorganizmov

Эволюция микроорганизмов и инфекционных заболеваний

Эволюция микроорганизмов
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 12Следующая ⇒

Эволюция микробов – подчиняется общим закономерностям эволюции органического мира, впервые разработанным Чарльзом Дарвином и развитым авторами современной синтетической теории эволюции. Главной особенностью Э.

м является то, что они возникли тогда, когда др. органических форм на Земле не было Прямые находки ископаемых микробов относят к периоду 3,6 -3,8×109 лет назад. Многоклеточные организмы возникли спустя 3 млрд лет.

Предполагается, что за эти 3 млрд лет на модели микроорганизмов были «отработаны» главные условия существования и развития органических форм материи: морфологическая и хим.

структура, главные пути обмена веществ и энергии, механизмы наследственности, изменчивости и эволюции, основные закономерности взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей неживой средой.

По современным представлениям, микробы сыграли ведущую роль в переходе Земли из восстановительного периода в окислительный, в формировании первичных экосистем и биосферы в целом и механизмов поддержания местного и глобального экологического баланса. Исследования показывают, что Э. м. подчиняется тем же законам, к-рые действуют в эволюции др. организмов, на них влияют те же эволюционные факторы: мутация, скрещивание, изоляция, мутационные и эпигенетические ограничения и отбор.

В то же время темпы эволюции многих микроорганизмов выше, примером чего являются вирус гриппа А и СПИДа, больничные эковары бактерий.

Эта особенность Э м. связана с малым периодом генерации и большим числом генераций в ед. времени, гаплоидностью хромосомы, большей доступностью генетического материала внешним воздействиям, возможностью передачи генетического материала особям др.

видов и родов.

В то же время выраженная способность к фенотипической адаптации и переходу в стадию покоя на очень длительное время, большие ареалы и численность популяций, высокие возможности к миграции на глобальном уровне оказывают консервативное влияние на Э.м.

В некоторых биотопах биосферы существуют виды бактерий, образовавшиеся более 2×109 лет.

Предполагается, что первичными микроорганизмами были формы, подобные современным микоплазмам, имеющие минимум структур, необходимых для жизни.

В последующем морфологическая эволюция шла по пути совершенствования оболочек, ядерного аппарата, органоидов. Так, постепенно возникали прокариотические бактерии, эукариотические грибы и протозоа.

Метаболическая эволюция, вероятно, началась с анаэробных гетеротрофов, которые дали 2 метаболические ветви: факультативно-анаэробных и аэробных гетеротрофов и фото- и хемосинтезирующих аутотрофов.

Экологическая эволюция шла по пути установления экологических отношений с вновь возникающими органическими формами и адаптации к обитанию в новых средах, особенно в живых организмах и их мертвых остатках. Так появились сапрофиты, эпифиты, тканевые, внутриклеточные и внутригеномные паразиты.

Э.м. шла периодами замедления и ускорения. Имеются основания утверждать, что XX в., особенно вторая его половина, является периодом ускоренной эволюции микроорганизмов. Это ускорение связано с влиянием антропогенных факторов НТР.

Массовые выбросы токсических отходов производств в окружающую среду угнетают деятельность азотфиксирующих, аммонифицирующих, нитрифицирующих и др. групп микробов, принимающих участие в поддержании экологического баланса экосистем и биосферы. Многообразные изменения отмечены у патогенных для человека микробов и вызываемых ими болезней.

За последние 20 лет выявлено около 30 новых инфекционных агентов. Возросли удельный вес и количество вирусных, хронических, смешанных, вторичных, внутрибольничных инфекций.

Резко увеличились число и тяжесть заболеваний, вызванных условно-патогенными микробами. Приобретают эпидемический характер ранее спорадические болезни. Произошло расширение ареала микробов как внутри хозяина, так и числа поражаемых видов и территорий, на которых они обитают. Широкое распространение получили устойчивые к химиопрепаратам, антисептикам и дезинфектантам варианты.

Эволюция вирусов – подчиняется общим закономерностям эволюционного процесса органической материи. Особенностью Э.в. являются высокие темпы, тесная взаимосвязь и взаимовлияние с эволюцией хозяев. Особенно высокие темпы Э.в.

отмечены у вирусов с фрагментарным геномом, РНК-вирусов, образующих ДНК-копию генома, вирусов с геномом однонитчатой РНК. В первом случае она определяется высокой частотой рекомбинаций при смешанной инфекции, во втором и третьем – частыми ошибками при транскрипции генетической информации.

В современный период темпы Э.в. еще более ускорились в результате усиливающегося давления антропогенных факторов.?

29. 1. Инфекция — сумма биологических реакций, которыми макроорга­низм отвечает на внедрение микробного (инфекционного) агента, вызывающего нарушение постоянства внутренней среды (гомео-стаза).

Аналогичные процессы, вызванные простейшими, называются инвазиями.

Сложный процесс взаимодействия между микроорганизмами и их продуктами, с одной стороны, клетками, тканями и органа­ми человека — с другой, характеризуется чрезвычайно широ­ким разнообразием своего проявления. Патогенетические и клинические проявления этого взаимодействия между микроорга­низмами и макроорганизмом обозначаются термином инфекцион­ная болезнь (заболевание).

Инфекционные болезни по-прежнему наносят огромный ущерб человечеству. Они вышли на первое место среди других болезней, составляя 70% всех заболеваний человека.

За последние годы зарегистрировано 38 новых инфекций — так называемых эмерджентных болезней, в том числе ВИЧ, гемор­рагические лихорадки, “болезнь легионеров”, вирусные гепати­ты, прионные болезни; причем в 40% случаев это нозологиче­ские формы, ранее считавшиеся неинфекционными.

Особенности инфекционных болезней состоят в следующем:

• их этиологическим фактором является микробный агент;

• они передаются от больного здоровому;

• оставляют после себя ту или иную степень невосприимчивости;

• характеризуются цикличностью течения;

• имеют ряд общих синдромов.

2. В соответствии с этими особенностями любое инфекционное заболевание имеет определенные клинические стадии (периоды) своего течения, выраженные в той или иной степени:

инкубационный период — период от момента проникновения инфекционного агента в организм человека до появления пер­вых предвестников заболевания. Возбудитель в этот период обычно не выделяется в окружающую среду, и больной не представляет эпидемиологической опасности для окружающих;

продромальный период — проявление первых неспецифических симптомов заболевания, характерных для общей интоксикации макроорганизма продуктами жизнедеятельности микроорга­низмов и возможным действием бактериальных эндотоксинов, освобождающихся при гибели возбудителя; они также не вы­деляются в окружающую среду (хотя при кори или коклюше больной в этот период уже эпидемиологически опасен для ок­ружающих);

период разгара заболевания — проявление специфических сим­птомов заболевания.

При наличии в этом периоде развития за­болевания характерного симптомокомплекса клиницисты на­зывают такое проявление заболевания манифестной инфекцией, а в тех случаях, когда заболевание в этот период протекает без выраженных симптомов, — бессимптомной инфекцией.

Этот пе­риод развития инфекционного заболевания, как правило, со­провождается выделением возбудителя из организма, вследст­вие чего больной представляет эпидемиологическую опасность для окружающих; период исходов. В этот периодвозможны:

рецидив заболевания — возврат клинических проявлений бо­лезни без повторного заражения за счет оставшихся в орга­низме возбудителей;

суперинфекция — инфицирование макроорганизма тем же возбудителем до выздоровления. Если это происходит после выздоровления, то будет называться реинфекцией, так как возникает в результате нового заражения тем же возбудителем (как это часто бывает при гриппе, дизентерии, гонорее);

. бактерионосительство, или, вернее, микробоносительство, — носительство возбудителя какого-либо инфекционного за­болевания без клинических проявлений;

полное выздоровление (реконвалесценция) — в этот период воз­будители также выделяются из организма человека в больших количествах, причем пути выделения зависят от локализа­ции инфекционного процесса. Например, при респираторной инфекции — из носоглотки и ротовой полости со слюной и слизью; при кишечных инфекциях — с фекалиями и мочой, при гнойно-воспалительных заболеваниях — с гноем;

летальный исход. При этом необходимо помнить, что трупы инфекционных больных подлежат обязательной дезинфек­ции, так как представляют собой определенную эпидемио­логическую опасность из-за высокого содержания в них микробного агента.

В учении об инфекции существует также понятие персистент-ности (инфицированности): микроорганизмы попадают в орга­низм человека и могут существовать в нем, не проявляя себя достаточно долгое время.

Отличие бактерионосительстваот персистениии:

– при носительстве человек выделяет возбудитель в окружающую среду и является опасным для окружающих;

при персистенции инфицированный человек в окружающую среду микроорганизм не выделяет, следовательно, не опасен для окружающих в эпидемиологическом отношении.

Кроме перечисленных терминов, существует еще понятие “ин­фекционный процесс” — это ответная реакция организма на проникновение и циркуляцию в нем микробного агента.

Из определения понятия “инфекция” становятся очевидными и факторы, необходимые для ее возникновения и развития:

микроорганизм-возбудитель;

– восприимчивый макроорганизм;

– внешняя среда, в которой они взаимодействуют.

30 Роль микроорганизмов в инфекционном процессе. Патогенность и вирулентность микробов. Внутриклеточный паразитизм микробов (кроме вирусов). Механизмы персистенции микроорганизмов.

Причины и условия развития инфекционного процесса:

1. Микроорганизм – возбудитель

2. Восприимчивый макроорганизм – хозяин

3. Условия внешней среды

Факторы, связанные с микроорганизмом:

1. Патогенность и вирулентность

2. Инфицирующая доза

3. Входные ворота

Патогенность – потенциальная способность того или иного микроорганизма вызывать инфекционный процесс.

Островки патогенности – фрагменты ДНК, кодирующие функции патогенности.

– Отличаются от хромосомной ДНК по % содержанию G+C.

– Отсутствуют в геноме непатогенных бактерий

– Способны к горизонтальной внутривидовой и межвидовой передаче

– Содержат гены, кодирующие детерминанты генетического обмена (транспозоны, интегроны, Is-последовательности)

– Составляют от 10 до 30 % генома (до 300 генов)

По патогенности микроорганизмы:

1. Облигатно-патогенные

2. Условно-патогенные

3. Непатогенные

Вирулентность –мера патогенности.

Единицы измерения: DL50, DLC, DLM, признак индивидуальный (штаммовый), динамичный и вариабельный.

По вирулентности микроорганизмы:

– Высоковирулентные

– Умеренновирулентные

– Слабовирулентные

– Авирулентные

Аттенуация – процесс искусственного стойкого снижения вирулентности. Лежит в основе создания живых вакцин. Разработан Л. Пастером.

Паразиты – гетеротрофные микроорганизмы, которые в процессе эволюции приобрели способность жить за счет живых тканей растений или животных, используя их аминокислоты, углеводы, витамины и другие соединения как источники питания или энергии. Паразиты могут быть облигатными, факультативными, внеклеточными и внутриклеточными.

Паразиты облигатные – микроорганизмы, полностью утратившие способность к сапрофитическому образу жизни и живущие за счет живых клеток.

Высшей ступенью облигатного паразитизма является внутриклеточный паразитизм, свойственный некоторым патогенным простейшим, риккетсиям, микоплазмам, хламидозоа и вирусам.

Эти микроорганизмы характеризуются обеднением ферментных систем вплоть до полной их утраты вирусами.

Паразиты факультативные – микроорганизмы, которые в зависимости от условий окружающей среды ведут себя как сапрофиты или как паразиты. К ним относятся возбудители ботулизма, столбняка, газовой гангрены, кишечная палочка и др.

Персистенция микробов в широком смысле слова означает способность переживать в опасном для них мире. Она обусловлена их резистентностью к защитным реакциям хозяина.

Механизмы персистенции микроорганизмов:

1. Факторы адаптации(конкуренция с нормальной микрофлорой):

– Выделение бактериоцинов

– Синтез индуцибельных ферментов

– Локальное изменение рН

2. Адгезины – факторы прикрепления:

– Пили

– Белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки (у грам+)

– Капсульные полисахариды, белки наружной мембраны, ЛПС

3. Инвазины – факторы проникновения:

– Механический фактор (жгутики, активная подвижность)

– Биологическое проникновение (внутри макрофагов, с помощью переносчиков)

– Химические вещества (ферменты):

а) гиалуронидаза

б) нейраминидаза

в) фибринолизин и др.

4. Факторы подавления защитных сил организма:

– Антифагоцитарные:

а) капсула

б) подавление слияния фагосомы с лизосомой

в) продукция каталазы

– Антисывороточные:

а) капсульное вещество

б) белок А стафилококков (связывает Ig)

в) ферменты, разрушающие лизоцим, комплемент, Ig G, A и др.)

– Антигенная изменчивость

– Антигенная мимикрия

5. Факторы повреждения:

– Экзотоксины

– Эндотоксины

– Ферменты-токсины

6. Белки теплового шока – синтезируются в экстремальных условиях (при воздействии температуры), предназначены для защиты бактерий in vivo.

7. Суперантигены –

белковые молекулы, которые активируют иммунокомпетентные клетки (Т-лимфоциты) к продукции цитокинов – «цитокиновый шторм», шоковый синдром.

31,32 Патогенность — видовой признак, передающийся по наследству, закрепленный в геноме мик­роорганизма, в процессе эволюции паразита, т. е.

это генотипи-ческий признак, отражающий потенциальную возможность мик­роорганизма проникать в макроорганизм (инфективность) и раз­множаться в нем (инвазионность), вызывать комплекс патоло­гических процессов, возникающих при заболевании.

Фенотипическим признаком патогенного микроорганизма является его вирулентность, т.е. свойство штамма, которое проявляется в определенных условиях (при изменчивости микроорганизмов, изменении восприимчивости макроорганизма и т.д.).

Вирулент­ность можно повышать, понижать, измерять, т.е. она является мерой патогенности. Количественные показатели вирулентности могут быть выражены в DLM (минимальная летальная доза), DL« (доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных живот­ных).

При этом учитывают вид животных, пол, массу тела, спо­соб заражения, срок гибели.

К факторам патогенности относят способность микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять факторам защиты организма (агрессия).

Адгезияявляется пусковым механизмом инфекционного процесса. Под адгезией понимают способность микроорганизма адсорбироваться на чувствительных клетках с последующей колонизацией. Структуры, ответственные за связывание микроорганизма с клеткой называются адгезинами и располагаются они на его поверхности.

Адгезины очень разнообразны по строению и обусловливают высокую специфичность – способность одних микроорганизмов прикрепляться к клеткам эпителия дыхательных путей, других – кишечного тракта или мочеполовой системы и т.д. На процесс адгезии могут влиять физико-химические механизмы, связанные с гидрофобностью микробных клеток, суммой энергии притяжения и отталкивания.

У грамотрицательных бактерий адгезия происходит за счет пилей I и общего типов. У грамположительных бактерий адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной системы: поверхностные белки, липополисахариды, и др.
Инвазия.

Под инвазивностью понимают способность микробов проникать через слизистые, кожу, соединительно-тканные барьеры во внутреннюю среду организма и распространятся по его тканям и органам. Проникновение микроорганизма в клетку связывается с продукцией ферментов, а также с факторами подавляющими клеточную защиту.

Так фермент гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, и, таким образом, повышает проницаемость слизистых оболочек и соединительной ткани. Нейраминидаза расщепляет нейраминовую кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек, что способствует проникновению возбудителя в ткани.

Агрессия.Под агрессивностью понимают способность возбудителя противостоять защитным факторам макроорганизма.

К факторам агрессии относятся: протеазы – ферменты, разрушающие иммуноглобулины; коагулаза – фермент, свертывающий плазму крови; фибринолизин – растворяющий сгусток фибрина; лецитиназа – фермент, действующий на фосфолипиды мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток. Патогенность может быть связана и с другими ферментами микроорганизмов, при этом они действуют как местно, так и генерализовано.

Важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины. По биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.
Экзотоксиныпродуцируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии.

По своей химической структуре это белки. По механизму действия экзотоксина на клетку различают несколько типов: цитотоксины, мембранотоксины, функциональные блокаторы, эксфолианты и эритрогемины.

Механизм действия белковых токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: повышение проницаемости мембран, блокады синтеза белка и других биохимических процессов в клетке или нарушении взаимодействия и взаимокоординации между клетками.

Экзотоксины являются сильными антигенами, которые и продуцируют образование в организме антитоксинов.

Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием формалина и температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство.

Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток.

Эндотоксиныпо своей химической структуре являются липополисахаридами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий и выделяются в окружающую среду при лизисе бактерий. Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, менее токсичны, обладают слабой иммуногенностью.

При поступлении в организм больших доз эндотоксины угнетают фагоцитоз, гранулоцитоз, моноцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки.

Микробные липополисахариды разрушают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, дессиминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВК).

Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами. При введении небольших доз эндотоксина повышается резистентность организма, усиливается фагоцитоз, стимулируются В-лимфоциты. Сыворотка животного иммунизированного эндотоксином обладает слабой антитоксической активностью и не нейтрализует эндотоксин.

Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: гены – собственной хромосомами, гены привнесенные плазмидами умеренными фагами.

33Роль факторов внешней среды (физических и социальных) в инфекционном процессе. Способы контроля репродукции и сохранения жизнедеятельности инфекционных агентов во внешней среде.

Роль факторов внешней среды – опосредованная.

Природные факторы:

-Температура

-Влажность

-Излучение (УФ и радиационное)

-Химические соединения

-Наличие очагов инфекционных заболеваний

-Стихийные бедствия

Социальные факторы:

-Уровень коммунального благоустройства и санитарной культуры

-Материальные возможности

-Условия быта

-Национальные обычаи

Под противомикробными мероприятиями понимают совокупность методов уничтожения, подавления жизнедеятельности и ограничения распространения во внешней среде потенциально патогенных для человека микроорганизмов с целью предупреждения развития и лечения инфекционных болезней.

Антисептика – способов уничтожения или подавления жизнедеятельности потенциально опасных для здоровья человека организмов на интактных или поврежденных коже, слизистых оболочках и в полостях с целью профилактики (профилактическая антисептика) и лечения (терапевтическая антисептика) инфекционных процессов.

Асептика – это совокупность противомикробных мероприятий, направленных на предупреждение развития инфекционного заболевания во время медицинских вмешательств или нарушений технологического процесса при микробиологических исследованиях и производстве различных материалов.

Дезинфекция – совокупность способов полного, частичного или селективного уничтожения потенциально патогенных для человека микроорганизмов на объектах внешней среды с целью предупреждения передачи возбудителей болезней от больных и микробоносителей здоровым людям.

Стерилизация – совокупность физических или химических способов полного освобождения объектов внешней среды от вегетативных и покоящихся форм патогенных, условнопатогенных и непатогенных микроорганизмов.

34.По природе возбудителя все инфекционные заболе­вания делятся на инфекиии: • на бактериальные;

• вирусные; грибковые; протозойные.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/5x1ee4.html

Эволюция микроорганизмов – молекулярная филогенетика

Эволюция микроорганизмов

• Исследована только часть всех прокариот обитающих на Земле

• Для классификации прокариот разработана специальная таксономическая система

• Для построения трехдоменного дерева жизни, включающего Бактерии, Археи и Эукариот, были использованы данные анализа рибосомальных РНК (рРНК)

В основе всех эволюционных исследований лежат данные, позволяющие возможно более точно установить, насколько близкими друг к другу являются организмы. Таксономия прокариот характеризуется специфическими трудностями, поскольку методы, позволяющие оценивать морфологию и генетические особенности, или проводить реконструкцию ископаемых остатков, оказываются практически неприменимыми.

Более того, мы практически ничего не знаем об огромном большинстве микробов, населяющих Землю. Поэтому для классификации прокариотических организмов по группам использовались несколько специфических таксонометрических методов.

К числу таких методов относится числовая таксономия, которая основана на сравнении ряда характеристик (таких как присутствие или отсутствие капсульного слоя, дифференциальное окрашивание по Граму, требования к кислороду, сходство нуклеиновых кислот и белков, способность к спорообразованию, подвижность и наличие или отсутствие некоторых ферментов).

Исследование этих показателей позволяет оценить степень сходства или различия между микробами. Однако, поскольку числовая таксономия предполагает достаточно полное знакомство с организмом, этот метод неприменим для микробов, которые не были культивированы и детально изучены в лабораторных условиях.

Для классификации организмов, свойства которых изучены недостаточно был разработана метод молекулярной филогении.

Этот метод предполагает, что эволюционные различия между организмами проявляются в вариациях их наследственного материала. Существует несколько путей классификации организмов на основании свойств их ДНК.

Организмы можно сгруппировать исходя из соотношения оснований ДНК, входящей в состав их хромосом.

ДНК содержит четыре основания — аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г). Они образуют пары друг с другом таким образом, что отношения А/Т и Г/Ц одинаковы. Процентное содержание гуанина и цитозина (известное также как содержание Г-Ц) в хромосомальной ДНК варьирует от 45 до 75%.

Неудивительно, что содержание Г-Ц у близкородственных организмов также будет близким. Однако само по себе сходное процентное содержание оснований не означает, что организмы являются родственными.

Например, Bacillus subtilis и человек характеризуются примерно одинаковым содержанием Г-Ц, хотя очевидно, что эволюционное сходство между ними отсутствует.

Однако во многих случаях исследование содержания Г-Ц представляет собой относительно простой способ предварительной оценки эволюционного родства между организмами.

Это универсальное филогенетическое дерево иллюстрирует взаимосвязи, существующие между организмами различных типов.

Оно построено по данным анализа последовательности РНК малых субъединиц рибосом.

Бесспорно, наиболее точный и результативный метод молекулярной филогении заключается в сравнении последовательностей генов, сохранившихся в ходе эволюции. Степень сходства последовательностей РНК малых субъединиц рибосом (SSU rRNA) указывает на их эволюционную близость.

Гены SSU рРНК представляют собой идеальный объект для такого анализа, поскольку они присутствуют во всех организмах и сохранились в ходе эволюции. При этом они либо выделяют и непосредственно секвенируют гены рРНК, либо вначале с помощью ПЦР амплифицируют ДНК, которую затем клонируют.

Последний метод используют для характеристики организмов, которые обнаружены в незначительных количествах или же с трудом поддаются культивированию.

После проведения секвенирования результаты можно проанализировать с использованием компьютерных программ, позволяющих сравнивать последовательности рРНК и построить филогенетическое дерево, подобное изображенному на рисунке ниже.

Сравнение между собой данных секвенирования вскрыло ряд удивительных особенностей, касающихся филогенетического родства организмов.

На основании традиционных фенотипических характеристик (включая данные, полученные методом числовой таксономии) биологи сгруппировали всех живых существ в пять царств, только одно из которых было представлено прокариотами.

Напротив, с помощью молекулярной филогенетики было показано, что клеточные формы жизни развились в три основные линии или домены, два из которых принадлежат прокариотам. Бактерии и Археи составляют два домена, присоединенные к одной эукариотической линии. Интересно, что рРНК археев ближе к таковой эукариот, чем к бактериальной рРНК.

Заметим относительно номенклатуры: в научной литературе домен Бактерий часто называется Эубактерии, домен Археев — Архебактерии. Говоря об этих специфических линиях прокариот, мы будет пользоваться терминами Бактерии и Археи, хотя будем использовать термин прокариоты, применительно в целом к бактериям и археям.

Построенное Карлом Безе с сотрудниками на основании данных сравнения последовательностей рРНК, филогенетическое дерево описывает историю эволюции всех организмов. Считается, что в основании дерева находится универсальный предшественник, являющийся общим предком всех живых форм, существующих на Земле.

Было показано, что многие гены являются общими для всех трех доменов, что предполагает существование интенсивного горизонтального переноса генов на ранних этапах развития жизни.

Таким образом, гены, кодирующие такие основные клеточные функции, как транскрипция и трансляция, по-видимому, свободно перемещались по популяциям простейших организмов.

Этим предположением объясняется, почему во всех клетках, независимо от их принадлежности к тому или иному домену, присутствует много общих генов. По мере роста и развития каждой линии, некоторые биологические свойства утрачиваются, а другие приобретаются. Это обусловливает присутствие специфического набора генетического материала в каждой линии клеток.

В универсальном дереве жизни домен Бактерий подразделяется по меньшей мере на 10 основных групп. Однако это число, вероятно, занижено, поскольку познание мира микробов ограничивается нашими возможностями культивировать штаммы in vitro, и лишь небольшая часть всего их многообразия может быть выращена в лабораторных условиях.

Как показывают филогенетические данные, некоторые группы в пределах домена Бактерий включают организмы, у которых отсутствуют четкие фенотипические черты родства. Например, царство Протеобактерий содержит организмы, характеризующиеся смешанными физиологическими чертами, напоминающими черты, характерные почти для всех известных прокариот.

Второй прокариотический домен составляют Археи, состоящие из трех основных типов: Кренархеот, Эвриархиот и Корархеот. Физиологически бактерии и археи легко дифференцируются по наличию (у бактерий) или отсутствию (у археев) клеточной стенки, содержащей пептидогликан.

Представители домена Эукариот в составе своей клеточной стенки также не содержат пептидогликан. Близко от основания ветви Археев отходят представители Methanopyrus, которые представляют собой крайне выраженные термофилы, способные расти при температурах достигающих 110 °С.

Подобные организмы могли сохраниться с того времени, когда Земля еще находилась на ранних этапах формирования, которые характеризовались экстремальными условиями, и эти прокариоты (или близкие к ним археи) могут представлять собой реликты ранних форм жизни.

Первоначально, некоторые формы Археев были обнаружены при анализе рибосомальных генов организмов, обитающих в экзотической среде, например в открытом океане, Антарктических водах, и в водах глубоководных гидротермальных источников.

Однако они также находятся в обычной почве и в озерных водах.

Наша информация об универсальном дереве жизни продолжает расширяться. В современной филогенетике к числу трудных относится вопрос, каким образом классифицировать организмы по видам, и второй, с ним связанный, как группировать виды в основные домены или царства. По мере обнаружения новых видов, может быть пересмотрена и скорректирована структура основных доменов.

– Вернуться в содержание раздела “генетика” на нашем сайте

Оглавление темы “Цитология”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/genetika/evolucia_mikrobov.html

Эволюция микроорганизмов: этапы развития бактерий и вирусов

Эволюция микроорганизмов

Эволюция микроорганизмов началась более 3 миллиардов лет назад. Первоначально они имели минимальное количество структур, которые обеспечивали жизнедеятельность. Но постепенные изменения на протяжении 1-1.5 миллиардов лет привели к появлению прокариотов, эукариотов и простейших.

Вторая половина ХХ столетия (после изобретения антибиотиков) отмечена ускорением эволюционного развития свободноживущих и паразитических микроорганизмов, появлением новых инфекционных агентов, мутациями уже известных форм.

Широко распространилась микрофлора, устойчивая к антибактериальным, противовирусным, дезинфицирующим и химиопрепаратам.

Общие этапы эволюции микроорганизмов

Первичная атмосфера Земли, по сравнению с другими планетами Солнечной системы – Сатурном, Нептуном или Ураном, содержащими большое количество благородных газов, состояла преимущественно из водорода, азота, углекислоты. Кислород, выделяющийся в результате фотолиза паров воды, сразу соединялся с другими элементами, а не присутствовал в воздухе свободном состоянии.

Теорий происхождения микробов множество, но почти все сходятся в том, что жизнь зародилась именно в воде.

Под воздействием солнечных радиоактивных лучей, электромагнитных волн, электрических разрядов, температурных факторов из них формировались органические вещества, накапливающиеся в водоемах.

При достижении определенной концентрации возникли первые самовоспроизводящиеся организмы.

Предположительно ими были сине-зеленые водоросли, которые, научившись использовать энергию солнечного света (явление фотосинтеза), стали выделять кислород.

Насыщение атмосферы кислородом кардинально изменило Землю, создав условия для дальнейшей эволюции живых существ от микроба до человека.

Ученые, занимающиеся биологией, уверены, что за 3 миллиарда лет в ходе эволюции бактерий были усовершенствованы следующие факторы:

  • морфология и химический состав клеток;
  • принципы обменных процессов;
  • механизмы наследственности;
  • взаимодействие микроорганизмов между собой и с объектами неживой природы.

Эволюция микробов сыграла ведущую роль в формировании биосферы Земли и создании экологического баланса.

Эволюция бактерий

Пытаясь объяснить, как шла эволюция бактерий, ученые выдвигали многочисленные версии. Вероятнее всего, процесс развития начался с анаэробных микроорганизмов, разделившихся впоследствии на факультативных анаэробов, аэробов, хемосинтезирующих аутотрофов. Эти формы дошли до наших дней, получив широкое распространение в современных экосистемах.

Разнообразие видов, форм и способов приспособления микроорганизмов указывает на сложный путь, пройденный ими от сгустка вещества до живой клетки.

Необходимые условия для появления живой клетки

Больше всего подтверждений получила теория происхождения жизни, выдвинутая академиком Опариным А.И. Согласно ей, простейшие микроорганизмы возникли из «костного» неорганического материала вследствие его усложнения и полимеризации.

Изначально температурные показатели Земли достигали отметок до 8000°C. Но, по мере остывания планеты, испаряющиеся молекулы воды конденсировались в верхних слоях атмосферы, возвращаясь на поверхность в форме горячих ливней с растворенными органическими веществами.

Таким образом формировался мировой океан, названный ученым «первичным бульоном». В нем содержались белковоподобные соединения, состоящие из аммиака, сероводорода, метана, углекислого газа, а также отдельных атомов водорода, углерода и азота. Со временем между ними стали происходить химические реакции.

Их результатом стало образование высокомолекулярных форм, давших начало формированию сложных белковоподобных веществ.

Приспособившись в процессе эволюции к развитию при низкой температуре, они стали обосабливаться, формировать так называемые коацерватные капли в форме коллоидных частиц.

Теории происхождения прокариот

Сформированные коацерватные капли представляли собой высокомолекулярные протеиновые образования, адсорбирующие из окружающей среды отдельные химические элементы. Эта способность положила начало обмену веществ, который является одним из признаков жизни.

Растворенные в воде органические вещества, которые затем попадали внутрь коацерватов, увеличивали их массу. Когда она доходила до критической точки, связи, удерживающие молекулы вместе, разрывались, и коллоид распадался на более мелкие частицы. Так зарождался процесс размножения.

Судьба «дочерних» капель могла быть различной. Одни погибали, а другие продолжали поглощать органические элементы, расти, делиться, становясь предшественниками живых структур. Такой естественный отбор обеспечивал их развитие и усложнение, приводя к появлению новых представителей живого мира и разнообразию его форм.

Незначительные размеры и отсутствие твердых компонентов не позволили большинству примитивных живых организмов сохраниться до наших дней. Однако учеными были обнаружены породы возрастом 3.1 млрд лет, из которых выделены структуры, интерпретируемые как останки бактерий.

Строение безъядерных микроорганизмов

Основной характеристикой прокариотов является отсутствие ядра. Их ДНК, являющаяся носителем генетической информации, заключена в нуклеоид, заменяющий хромосомы. Отсутствие других мембранных органоидов (митохондрий, эндоплазматической сети и других) компенсируется мезосомами, выполняющих аналогичные функции. Имеется небольшое количество мелких рибосом.

В процессе эволюции некоторые бактерии утратили клеточную стенку и перешли в L-форму. Таким способом им удалось пережить возникшие неблагоприятные условия, а затем вернуться к исходному состоянию.

Бактерии, у которых в естественном состоянии отсутствует клеточная стенка, называются микоплазмами.

Появление в ходе эволюции жгутиковых форм бактерий определило способность микроорганизмов к передвижению. Впоследствии количество и расположение жгутиков на теле прокариот стало одним из признаков видовой принадлежности.

Микробы приобрели самые разные формы и органоиды, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям.

Чем питались и дышали древнейшие бактерии

Одними из старейших микроорганизмов считаются бактерии, восстанавливающие сульфаты. Они способны поглощать ионы водорода и переносить их на сульфаты, восстанавливая те до сульфидов.

Усовершенствованный в процессе эволюции метод переноса электронов, используемый бактериями, происходит с участием цитохромов (крупных белков).

Благодаря механизму фосфорилирования, протекающему в анаэробных (бескислородных) условиях, накапливается энергия.

Другими представителями микромира были:

  • бактерии, обладавшие способностью фиксировать углеводородные соединения и аммиак;
  • водородные бактерии, окислявшие молекулярный водород;
  • микроскопические сине-зеленые водоросли, использовавшие углеводород для строительства своего тела и выделявшие кислород.

Их жизнедеятельность привела к обогащению биосферы Земли кислородом с одновременным снижением концентрации в ней углекислого газа. Такая эволюция фотосинтеза привела к массовой гибели анаэробных микроорганизмов и дала возможность развиваться аэробам.

Таким образом, произошло четкое разделение между прокариотами и эукариотами. Безъядерные бактерии продолжали использовать сульфатное дыхание, формировать и потреблять метан, фиксировать азот и выполнять другие важные для экологии функции. Жизнедеятельность ядерных микроорганизмов базировалась в основном на фотосинтезе и существовании в присутствии кислорода.

Как передается генетическая информация

Отсутствие полового размножения у бактерий привело к возможности не только воспроизводить потомство путем простого деления, но и делиться генетическим материалом с другими микроорганизмами. Данное явление получило название горизонтального переноса. Оно создает значительные трудности для ученых в отслеживании развития определенного вида бактерий и архей.

Изучение подвижных генетических элементов и их роли в эволюции бактерий позволило установить, что они могут оказывать влияние на процесс преобразования наследственной информации в РНК или протеин. В результате этого происходит блокировка определенных действующих и активизация неактивных генов, вызывая мутации и создавая этим определенные эволюционные преимущества.

Эволюция вирусов

Вирусы представляют собой микроскопические частицы, которые состоят из молекул нуклеиновых кислот, заключенных в протеиновую оболочку (капсид). Особенностями вирусных микроорганизмов является наличие только одного типа нуклеиновых кислот (РНК или ДНК), а также неспособность размножаться, находясь вне клетки хозяина.

Так как вирусы не имеют общего предка и не образуют окаменелостей, то не существует единой теории их возникновения. Однако выделение вирусных элементов из геномов останков древних существ позволяет проследить их распространение и изменение.

Откуда взялись бесклеточные организмы

В настоящее время выдвинуты следующие теории происхождения вирусов в ходе эволюции:

  • регрессия одноклеточных микроорганизмов;
  • переход доклеточных форм к паразитическому способу жизни;
  • отсоединение отдельных участков ДНК или РНК клеточных организмов с сохранением зависимости.

У каждой теории существуют недостатки, не позволяющие ее принять за единую правильную версию.

Изменчивость и наследственность вирусов

Эволюцию вирусов ученые пытаются проследить, проводя анализ геномов современных микроорганизмов.

Выяснено, что развитие вирусов происходит в результате изменения последовательностей соединения участков ДНК или РНК под воздействием различных внешних факторов.

Это приводит к возникновению более адаптированных к создавшимся условиям мутантов, способным сразу же воспроизводить себе подобных.

Такая быстрота генетических изменений ускоряет эволюцию данных микроорганизмов, способствует появлению новых заболеваний, повышает устойчивость вирусов к неблагоприятным воздействиям.

Особенности эволюции вирусов на современном этапе

В ходе эволюции, помимо мутаций, у вирусов выработалась «антигенная изменчивость», результатом которой является создание новых штаммов микроорганизмов. Данный процесс заключается в «перемешивании» генов различных вирусов при заражении клетки микрочастицами, имеющими сходное происхождение.

Возникающие штаммы обладают большей вирулентностью, способностью противостоять антимикробным препаратам и дезинфицирующим средствам, а также заражать другие виды макроорганизмов.

Почему вирусы называют двигателями эволюции

Изучение роли вирусов в эволюции жизни на Земле привело ученых к выводу, что их жизнедеятельность спровоцировала треть всех изменений, оказывающих влияние на геном животных и человека.

Постоянное противостояние этим микроорганизмам привело к формированию всех органов и тканей, выполняющих различные функции. Поэтому вирусы еще называют стихийным злом эволюции.

Однако считается, что живой мир планеты не был бы таким, какой он есть сейчас, если бы не вирусы.

Влияние вирусов на эволюцию человека происходило во время инфицирования клеток, участвующих в процессе размножения. Образовавшиеся провирусы внедрялись в геном, становясь частью наследственной информации. Подобные мутации повлияли на изменения геномов даже в большей степени, чем это было возможно в ходе естественной эволюционной изменчивости.

Исследуя роль вирусов в эволюции эукариотических клеток, ученые обнаружили вирусное происхождение некоторых структурных элементов. Также существует теория вирусного возникновения ядра. В ее основу положено происхождение клеточного ядра от большого ДНК-содержащего вируса. Проникнув в архею и начав размножаться, микроорганизм стал полностью ее контролировать.

Как повлияло появление многоклеточных организмов на ход эволюции

Первыми прокариотами, которые могли появиться в водной среде, считаются анаэробные микроорганизмы, осуществлявшие свою жизнедеятельность за счет брожения. Через 1 млрд лет после того, как появился кислород, все эукариоты, большинство которых является аэробами, начали активно заселять водные пространства планеты.

Размножаясь, одноклеточные микроорганизмы образовывали многочисленные колонии. Большая скученность привела к появлению у них специализации и определенных клеточных структур.

У одних сохранились жгутики и ворсинки, другие их потеряли, сохранив взамен ложноножку. Таким образом, происходит расслоение колоний, где каждый устойчивый слой выполняет определенные функции.

Это можно считать началом эволюции одноклеточных форм до наиболее высокоразвитых животных.

К первым многоклеточным животным относятся губки, кишечнополостные и членистоногие. Дальнейшее развитие было направлено на усовершенствование способов передвижения, дыхания и координации функций клеток организма.

По мере того, как шла эволюция бактерий, грибов, растений и животных, произошел их выход на сушу. Это привело к быстрому появлению высокоорганизованных форм жизни.

Одноклеточные микробы сыграли основную роль в образовании многоклеточных организмов.

Эволюция микробного паразитизма и происхождение патогенных микроорганизмов

Эволюция паразитизма у сапрофитных бактерий и простейших базируется на расширении мест обитания, а также борьбе за новые сферы распространения.

Первыми возникли факультативные паразиты, использующие организм хозяина в качестве питательного субстрата, но не наносящие ему значительных повреждений. Данная форма «сожительства» носит название комменсализма.

В настоящее время она характерна для гнилостных сапрофитов, дрожжеподобных грибов и условно-патогенных микроорганизмов, обитающих в кишечнике животных и человека.

Спровоцировать патологические процессы они могут при создании благоприятных условий (снижение иммунитета под действием экзогенных и эндогенных факторов).

Усовершенствование паразитизма за счет увеличения зависимости от хозяина привело к появлению патогенных микроорганизмов, ставших возбудителями инфекционных заболеваний. Утратив сапрофитную форму, они стали неспособны жить самостоятельно во внешней среде.

В дальнейшем появились факультативные (шигеллы, менингококки, микобактерии), а затем облигатные (патогенные простейшие, хламидии, риккетсии) внутриклеточные паразиты.

По мере увеличения количества патогенных микроорганизмов, усовершенствования их вирулентных и токсических характеристик, развивались специфические и неспецифические способы иммунной защиты хозяев. Это стало одним из основных факторов естественного отбора.

Основные определения

Экология вирусов — это область вирусологии, изучающая взаимосвязь вирусов с объектами внешней среды.

Микроэволюция – это эволюционный процесс в популяции, приводящий к видообразованию новых разновидностей микроорганизмов за короткий период времени.

Фотолиз — это реакция разложения химического вещества под воздействием световой энергии.

Гетеротрофы — это микроорганизмы, которые питаются готовыми органическими веществами. Хемосинтезирующие автотрофы – это бактерии, источником энергии для которых служит реакция соединения железа и серы.

Коацерватные капли — это высокомолекулярные протеиновые структуры, которые появились из раствора с коллоидными частицами.

Подвижные генетические элементы — это автономные образования, содержащие информацию о структуре определенных протеинов и обеспечивающие возможность их перемещения из одной части генома в другую.

Сапрофитные бактерии — это микробы, использующие для питания органические вещества. Они являются антиподами паразитов.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/raznoe/evolyutsiya-mikroorganizmov.html

3. Возникновение и развитие микроорганизмов на Земле [1969 Германов Н.И. – Микробиология]

Эволюция микроорганизмов

НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

Формирование нашей планеты и ее коры происходило более трех с половиной миллиардов лет тому назад в так называемый догеологический этап развития Земли, когда никакой жизни на Земле не существовало. Жизнь на Земле возникла и существует приблизительно три миллиарда лет.

В наиболее древнейшей геологической эре – катархее докембрий 1 (3500-2700 млн. лет) – атмосфера Земли состояла из углекислого газа, аммиака, метана, водорода и других газов и паров воды. Свободного кислорода не было.

Углекислый газ, поднимавшийся из недр Земли при вулканических явлениях, находился в огромных количествах в атмосфере и гидросфере. Он в больших количествах расходовался на образование сложных углеродных соединений и известняков.

Развивались процессы химические, которые имели восстановительный характер, так как кислород находился в связанном состоянии.

Происходило накопление органических соединений, которое привело к образованию аминокислот и других высокомолекулярных веществ.

В настоящее время в эксперименте уже получены абиогенно, т. е. без участия организмов, аминокислоты и другие сложные вещества. Так, американский ученый С. Миллер, исходя из теории А. И. Опарина, получил аминокислоты из смеси водорода, метана, аммиака и нагретых паров воды, т. е.

из веществ, имевшихся в атмосфере, путем воздействия на них искровыми электрическими разрядами с максимумом напряжения в 60 000 в под давлением 100-200 мм рт. ст. Таким путем он получил глицин, аланин, аспарагиновую, глютаминовую кислоты и другие соединения, входящие в состав белков.

Советские биохимики А. Г. Пасынский и Е. Т. Павловская также наблюдали образование аминокислот при воздействии электрических разрядов в реакционной смеси из окиси углерода, метана, аммиака и воды.

Абиогенным путем получены пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в нуклеиновые кислоты.

Следующая, архейская эра докембрий 2 (2700-1900 млн. лет) – важнейший этап в истории Земли, когда были созданы условия для неизбежного происхождения жизни на ней.

Мы не можем подробно останавливаться на вопросе о происхождении жизни. Этот очень сложный вопрос должен изучаться комплексно многими учеными различных специальностей: астрономами, физиками, биохимиками, биологами, микробиологами, геологами, геохимиками, биогеохимиками и др.

Общеизвестна теория происхождения жизни, разработанная академиком А. И. Опариным. Она получила мировое признание. По этой теории жизнь возникла из неживого, неорганического “косного” вещества путем постепенного усложнения органических веществ, полимеризации их, развития белковых веществ. Таким образом в первичном океане возник материал для построения жизни.

Воды морей и океанов представляли собой как бы, по выражению А. И. Опарина, “питательный бульон”, раствор белковоподобных и других высокомолекулярных соединений. Эти соединения затем стали выделяться в коллоидные коацерватные капли, из которых при дальнейшем эволюционном развитии образовались системы с постоянным обменом веществ, взаимосвязью с внешней средой, т. е.

первичные живые организмы.

Первичная форма жизни была каплеобразной, с мельчайшими микроскопическими размерами капель. Первичные существа были анаэробами гораздо менее совершенными, чем примитивные организмы нашего времени. Их скорее всего можно представить как вирусоподобные. Предполагают, что они были гетеротрофами и использовали образовавшиеся абиогенным путем органические вещества из окружавшей их внешней среды.

В архейской эре в процессе эволюции получили распространение бактерии и микроскопические водоросли.

Наиболее древнейшей группой бактерий были потребители углеводородных соединений и аммиака, водородные бактерии – окислители молекулярного водорода – и серобактерии – окислители вулканического сероводорода.

Массовое отложение в эту пору карбоната кальция указывает на жизнедеятельность откладывающих кальций бактерий. Возникновение водорослей и фотосинтезирующих бактерий имело огромное значение. Они способствовали обогащению биосферы свободным кислородом и обеднению ее углекислотой.

Протерозой (1900-750 млн. лет) был эрой водорослей, главным образом одноклеточных, и бактерий. В этой эре они занимали господствующее положение и развивались по преимуществу в области морских мелководий.

Из бактерий находились серобактерии, железобактерии, сульфатвосстанавливающие бактерии и др. Это были автотрофы, которые получали необходимую им энергию путем реакции распада и преобразования минеральных веществ с выделением свободной энергии.

Водоросли, строя свое тело из углекислоты, выделяли огромное количество свободного кислорода. Таким образом изменялись свойства среды для организмов на Земле. Стало возможным развитие аэробных организмов.

Водоросли, извлекая из атмосферы огромное количество углекислоты, образовывали колоссальные массы органического вещества. Это органическое вещество уже в то время явилось исходным материалом для образования нефти и горючего газа, накопившихся и сохранившихся в недрах Земли до настоящего времени.

Они же отложили на дне древнейших морей большие количества углекислого кальция.

С конца протерозоя наблюдалось накопление свободного азота благодаря восстановлению аммиака в результате деятельности многих групп бактерий, в частности денитрифицирующих, а также разложения органических веществ белкового характера.

Рис. 40. Эволюция среды и жизни на Земле

Мир животных в это время был представлен одноклеточными простейшими. Его развитие шло медленно, и он еще не имел геологического значения. Только развитие фитопланктона и накопление запасов свободного кислорода привело к большому развитию животного мира в кембрии и дальше.

Мир бактерий морфологически изменялся очень мало. Бактерии остались одноклеточными. Их главное развитие происходило в биохимическом и физиологическом направлениях, развивались самые разнообразные физиологические группы. Различные сапрофитные и паразитические формы микробов возникли в основном после развития высших растительных и животных организмов.

Таким образом, протерозойская эра была временем исключительного господства бактерий и водорослей в водных средах Земли. Ими был в корне изменен состав атмосферы, который значительно приблизился к современному составу, выполнена большая геологическая работа по образованию многих осадочных горных пород и руд, накоплено много органического вещества.

Такая их жизнедеятельность продолжалась в палеозойскую и другие эры, но, конечно, там она уже не была такой исключительной в связи с расцветом многоклеточных организмов, особенно растений.

О значении микроорганизмов в дальнейших геологических системах можно судить из данных, приведенных в начале этой главы и в главе о круговороте веществ. Этапы развития бактерий, растений и животных представлены на схеме (стр.

132), разработанной А. Г. Вологдиным.

Шлюхи индивидуалки стерлитамак.

Источник: http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st039.shtml

Vse-referaty
Добавить комментарий