бактерии это прокариоты так как у них нет

Бактерии-прокариоты – живые «кирпичики» эволюции

Первые живые организмы (прокариоты), послужившие исходным материалом для эволюции жизни на Земле, имели очень примитивное строение. Бактерии относят к прокариотам, поскольку у них нет ядра и других органелл, присущих более развитым формам жизни.

Представители царства прокариотов

Название «прокариоты» происходит от древнегреческих слов «перед» и «ядро», т. е. это организмы, существовавшие еще до появления в клетках ядер. Это своеобразные предки эукариотов – видов, которые имеют оформленное клеточное ядро.

Прокариоты – это одноклеточные бактерии, в которых нет четко оформленного ядра клетки, ограниченного ядерной оболочкой, и дополнительных мембранных органоидов. Вместо этого прокариоты используют структуру, состоящую из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), белков и РНК (рибонуклеиновой кислоты).

Исключение составляют фотосинтезирующие организмы, например, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые имеют плоские цистерны – мембранная структура, обеспечивающая процесс жизнедеятельности клетки. Эта группа бактерий содержит зеленые и синие пигменты и участвует в процессе фотосинтеза, насыщая атмосферу кислородом.

Еще один представитель царства прокариотов – археи (лат. «древний, первозданный»). Эти одноклеточные бактерии интересны не только тем, что у них нет ядра, но и особенностями питания. Так, они могут существовать и находить пищу в самых экстремальных условиях – в горячих источниках и соленых озерах. Археи широко распространены в океанах, почве, болотах, даже в организме человека. Эти бактерии играют одну из ведущих ролей в круговороте углерода и азота на нашей планете.

Итак, к прокариотам относятся все бактерии, включая сине-зеленые водоросли и археи. Некоторые ученые относят к царству прокариотов и вирусы, но общего мнения на их счет пока не существует, так как некоторые биологи не считают вирусы живыми организмами.

Считается, что прокариоты появились около 3,5 млрд лет назад, и только через 2,5 млрд лет после них возникли первые эукариотные клетки. Все микроорганизмы, входящие в царство прокариотов, так или иначе способствовали созданию и поддержанию жизни на Земле.

Характеристика и строение

В среднем размер клетки-прокариота от 1 до 10 мкм. Мы уже знаем, что бактерии – это прокариоты, у которых нет клеточного ядра. Вместо него в клетке находится единственная крупная кольцевая или линейная молекула ДНК. Эта молекула содержит основную часть генетического материала клетки и называется нуклеоид («подобный ядру»). Прокариоты считают предками митохондрий и пластид – энергетических станций клеток эукариотов.

Нити ДНК и белки (гистоны) в прокариотических клетках не взаимодействуют, в отличие от клеток эукариот. Однако, по аналогии, комплекс ДНК и белков называют хромосомой. Хромосома прокариота крепится к мембране клетки, как правило, в одной точке. При удвоении хромосомы копии расходятся в разные стороны, образуя новые клетки, т.е. размножаются простым делением.

В отличие от эукариотов в этих микроорганизмах нет митохондрий, эндоплазматической сети и других органоидов. То есть как более примитивные организмы прокариоты не содержат тех мембранных структур, которые упорядочивают строение эукариотов.

Среда обитания прокариотов практически ничем не ограничена. Выживать в любых условиях бактериям помогают особенности их способов получения пищи:

Клетки прокариотов могут иметь различную форму: прямые или изогнутые палочки, шарики. Часто их клетки образуют колонии в виде нити или грозди, могут быть неподвижными или передвигаться с помощью жгутиков.

Эукариоты и прокариоты различаются настолько сильно, что ученые-систематики относят их к самым крупным подразделениям живой природы – царствам.

Поставщики кислорода и азота

Одним из ярких представителей царства прокариотов являются цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Эти бактерии считают наиболее близкими к первым ископаемым микроорганизмам, найденным учеными. Возраст предков сине-зеленых водорослей составляет примерно 3,5 млрд лет.

Сине-зеленые водоросли – это единственные бактерии, способные выделять кислород. Правда, для самих водорослей это побочный продукт, но для существования жизни на нашей планете это одно из основных условий.

Сине-зеленые водоросли очень сложно организованы и имеют различные формы и размеры. Эти микроорганизмы способны даже менять свой цвет от темно-синего до светло-зеленого в зависимости от спектрального состава света.

Кроме способности выделять кислород, сине-зеленые водоросли имеют еще одну очень полезную черту – они могут связывать атмосферный азот и делать его доступным для других живых организмов. Эта последняя способность делает сине-зеленые водоросли незаменимыми для всех растений, которые не могут самостоятельно добывать азот из окружающей среды.

Вирусы – живая или неживая материя?

Вирусы поражают все типы живых организмов: растения, животных, бактерии, даже сами вирусы. Вирусы бактерий называют бактериофагами, а вирусы других вирусов – вирусы-сателлиты (простите за тавтологию).

Вирусы относят к неклеточной форме жизни. Они занимают положение между живой и неживой материей. У вирусов нет цитоплазмы и других клеточных органоидов. Отсутствие собственного обмена веществ роднит вирусы с неживой природой.

Вместе с тем вирусы отлично живут и размножаются внутри клеток других организмов, что делает их схожими с живыми существами. Но вне клетки-хозяина вирус существует только в кристаллической форме.

При изучении особенностей строения и поведения вирусов становится понятно, почему наука никак не определится с их принадлежностью.

Царство грибов

Грибы относят к эукариотам, но по размеру генома они приближаются к прокариотам. То есть в клетках грибов есть ядро с ДНК-структурой, но процесс передачи генной информации может происходить и при помощи вирусов. Размер генома грибов и размер хромосом значительно меньше, чем у других видов эукариотов.

Точное определение царства грибов отсутствует, но их изучение необходимо для понимания эволюции жизни на Земле.

Горизонтальный перенос генов

Впервые этот процесс был описан в Японии в 1959 г. Горизонтальный перенос генов имеет широкое распространение в царстве прокариотов и даже у некоторых эукариотных клеток. В отличие от привычного нам вертикального переноса генов (от предка к потомку) смысл горизонтального процесса заключается в передаче генного материала организму, не являющемуся потомком исходной клетки. Именно такой принцип использует современная генная инженерия.

Открытие такого обмена генным материалом повлияло на учение об эволюции жизни. Раньше ученые считали, что виды не могут обмениваться наследственной информацией между собой. Однако прокариоты передают генную информацию как самостоятельно, так и с помощью вирусов-бактериофагов. То есть в прошлом нашей планеты, населенной древними микроорганизмами, существовал массированный перенос генетической информации, что не могло не повлиять на то, каким путем пошел процесс эволюции на Земле.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Источник

Конспект «Прокариоты. ЦАРСТВО БАКТЕРИИ»

Какие организмы относятся к прокариотам, а какие – к эукариотам

Смотрите, есть организмы одноклеточные и многоклеточные. У одноклеточных весь организм – это всего лишь одна клетка. У многоклеточных (например, у дождевого червя, свиньи, человека) клеток много.

Если организм одноклеточный и он прокариотический (то есть у него нет ядра в этой одной клетке) – это бактерия.

Если он одноклеточный, но с ядром – это простейшее. К простейшим относятся, например, амебы, инфузории, эвглены и другие.

Если он многоклеточный, то он однозначно эукариот, потому что многоклеточных прокариот не бывает. Какой именно эукариот – надо уже смотреть, это может быть и растение, и гриб, и животное.

Получается вот такая схема:

Все организмы были поделены на прокариотов и эукариотов французским биологом Эдуардом Шаттоном в первой половине 20 века. А точнее в 1925 году.

Блесните знаниями

В школе достаточно описывать всех существующих организмов по моей схеме. Но вы можете еще добавить, что кроме бактерий к прокариотам относятся так называемые археи. Это почти те же бактерии, но у них есть некоторые различия в генетическом аппарате, в процессе синтеза белков и пр.

Да и по образу жизни они не очень совпадают – археи могут жить в среде, кислотность которой в 8 раз превышает кислотность желудочного сока. Некоторые из них способны размножаться только при температуре больше 100 градусов по Цельсию.

Видео

Поставщики кислорода и азота

Одним из ярких представителей царства прокариотов являются цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Эти бактерии считают наиболее близкими к первым ископаемым микроорганизмам, найденным учеными. Возраст предков сине-зеленых водорослей составляет примерно 3,5 млрд лет.

Сине-зеленые водоросли – это единственные бактерии, способные выделять кислород. Правда, для самих водорослей это побочный продукт, но для существования жизни на нашей планете это одно из основных условий.

Сине-зеленые водоросли очень сложно организованы и имеют различные формы и размеры. Эти микроорганизмы способны даже менять свой цвет от темно-синего до светло-зеленого в зависимости от спектрального состава света.

Кроме способности выделять кислород, сине-зеленые водоросли имеют еще одну очень полезную черту – они могут связывать атмосферный азот и делать его доступным для других живых организмов. Эта последняя способность делает сине-зеленые водоросли незаменимыми для всех растений, которые не могут самостоятельно добывать азот из окружающей среды.

Бывают ли у эукариот клетки без ядра

Да. Например, у человека есть три типа клеток крови: лейкоциты (которые обеспечивают иммунитет), эритроциты (переносят кислород) и тромбоциты (обеспечивают свертывание крови). Так вот, ядро есть только у лейкоцитов, остальные клетки его не содержат.

Но. Обратите внимание, клетки крови – это ведь не самостоятельный организм, это часть нашего организма, все остальные клетки которого – ядерные.

То есть эритроциты и тромбоциты – это не как бактерии, которые живут сами по себе, поодиночке.

Царство грибов

Грибы относят к эукариотам, но по размеру генома они приближаются к прокариотам. То есть в клетках грибов есть ядро с ДНК-структурой, но процесс передачи генной информации может происходить и при помощи вирусов. Размер генома грибов и размер хромосом значительно меньше, чем у других видов эукариотов.

Точное определение царства грибов отсутствует, но их изучение необходимо для понимания эволюции жизни на Земле.

Особенности размножения

Размножение прокариотов обычно происходит с помощью простого деления клетки. Изредка встречается метод почкования; отделяющаяся при этом дочерняя клетка гораздо меньше родительской. Поделившиеся клетки зачастую остаются рядом, образуя нитевидную или иную структуру.

Источник

Прокариоты и эукариоты — что это и в чем их отличия

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru.

Все живущие на Земле организмы в зависимости от структуры их клеток относятся к одной из двух групп: прокариоты или эукариоты.

Термины «прокариоты» и «эукариоты» были предложены французским ботаником Э.Шаттоном в 1925 г.

Деление организмов на прокариотические и эукариотические сохранялось довольно долго (до 1990-х гг.), пока американский микробиолог К.Вёзе не обнаружил, что в среде прокариотов находится большая группа особей с существенными генетическими различиями.

В этой связи он предложил разделить прокариотов на бактерии и археи. В настоящий момент разделение живых организмов на эукариотов, бактерии и археи считается общепризнанным.

Прокариоты — это.

Прокариоты – это одноклеточные живые организмы без оформленного клеточного ядра. Они не развиваются, не переходят в многоклеточную форму и способны к автономному существованию.

Прокариоты – самая представительная форма жизни на Земле по количеству видов. Например, 1 грамм плодородной почвы может содержать порядка 10 млрд.бактериальных клеток.

Как уже отмечено выше, к прокариотам относятся бактерии (в том числе цианобактерии или сине-зелёные водоросли) и археи.

У прокариотов молекула органического вещества не отделена от цитоплазмы, а прикреплена к клеточной мембране. У них, как правило, бесполый способ размножения, а ДНК имеет кольцевую форму. У большинства прокариотов геном (что это?) представлен одиночной хромосомой.

Прокариоты – это древнейшие и в то же время самые примитивные организмы на нашей планете. Они встречаются повсеместно: в воздухе, в воде, в почве, внутри живых организмов.

Их можно обнаружить в океанических глубинах, на горных вершинах, во льдах Антарктиды и Арктики. В атмосфере споры бактерий присутствуют на высоте до 15 км, а в грунт они проникают на глубину более 4 км.

По форме бактериальные клетки отличаются огромным разнообразием. Они могут быть в виде палочек (бациллы), округлыми (диплококи), шестиугольными, звездообразными, стебельковыми и т.д. Диплококки образуют пары, стрептококки – цепочки, стафилококки – скопления наподобие виноградных гроздей.

Строение бактериальной клетки в упрощённом виде выглядит следующим образом:

Подавляющее большинство прокариот размножается посредством простого бинарного деления, которое начинается с удвоения ДНК без образования хромосом.

Обе вновь образовавшиеся молекулы ДНК отделяются друг от друга плазматической мембраной, в результате чего клетка делится пополам. Таким образом, каждая дочерняя клетка содержит по одной равнозначной молекуле ДНК.

Процесс деления при благоприятных условиях происходит каждые 25-30 минут. Этот интервал может увеличиться под воздействием сдерживающих факторов, таких как нехватка пищи, солнечный свет, высокая температура и др.

По способу питания бактерии делятся на гетеротрофов (это как?) и автотрофов (это как?).

Первые представлены сапротрофами (питаются мёртвой органикой), паразитами (потребляют органику живых особей) и симбионтами (живут и питаются вмести с другими организмами). Вторые получают питание посредством фотосинтеза (путём преобразования солнечной энергии либо за счёт химического окисления неорганических веществ).

Эукариоты — это.

В отличие от прокариотов, эукариоты – это ядерные живые организмы (т.е. их клетки содержат ядро).

Они могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными, однако строение клеток у них однотипное.

Клетки эукариот разделены системой мембран на отдельные отсеки, имеют схожий химический состав и однотипный обмен веществ.

Генетический материал сконцентрирован, главным образом, в хромосомах, которые образованы цепочками ДНК и белковыми молекулами. В цитоплазме располагаются мембранные органоиды.

Непременным структурным элементом любой эукариотической клетки является ядро. В нём, а также в митохондриях животные клетки хранят наследственную информацию.

В растительных клетках эта информация находится не только в ядре и митохондриях, но ещё и в пластидах. Объёмное соотношение между ядром и цитоплазмой называется ядерно-цитоплазматическим индексом, с помощью которого можно оценить уровень метаболизма (это что?).

У клеток грибов есть оформленное ядро, поэтому их относят к эукариотам.

В состав клетки эукариот входят следующие основные компоненты:

Согласно самым распространённым научным гипотезам эукариоты появились порядка 1,5 млрд.лет тому назад. Многие учёные полагают, что они эволюционировали благодаря симбиогенезу, т.е. взаимодействию собственных клеток с клетками бактерий.

Отличие прокариотов от эукариотов

Главное, что отличает прокариотов от эукариотов, – отсутствие клеточного ядра.

А это значит, что ДНК прокариотической клетки не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эукариотические клетки устроены намного сложнее. Их ДНК упакована в хромосомы, которые располагаются как раз в ядре.

Основные отличия рассматриваемых биологических категорий сведены в таблицу:

» alt=»»>

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (4)

Происхождение эукариотов является одной из самых больших тайн эволюции. Ученые до сих пор не знают, как возникло ядро и главное — почему? Есть мнение, что для качественного перехода прокариотам понадобилось войти в контакт с некими клетками или бактериями, которые либо уже существовали на планете, либо попали на Землю извне. В результате их симбиоза и возникли эукариоты.

Неприятно думать и вообще задумываться на эту тему, что нас окружают миллиарды микроскопических организмов. Хорошо, что глаз их никак не улавливает, иначе можно было бы свихнуться. А вообще, природа загадочна и удивительна!

На Марс недавно сел очередной планетоход, как раз в русло древней высохшей реки, было бы здорово, если бы этот марсоход обнаружил

там древних марсианских бактерий, пусть и мёртвых, всё равно это была бы сенсация.

Источник

Прокариоты, микробиология

Прокариоты, микробиология

(лат. Procaryota, от др.-греч. πρό ‘перед’ и κάρυον ‘ядро’), или доя́дерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (таких как митохондрии или эндоплазматический ретикулум, за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий).

Прокариоты не развиваются и не дифференцируются в многоклеточную форму. Некоторые бактерии растут в виде волокон или клеточных масс, но каждая клетка в колонии одинакова и способна к самостоятельной жизни.

С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Например, прокариоты в море составляют 90 % от общего веса всех организмов и более 10 миллиардов бактериальных клеток в одном грамме плодородной почвы. Известно около 3000 видов бактерий и архей, но это число, вероятно, составляет менее 1 % от всех существующих видов в природе.

Классификация прокариоты

Название «прокариоты» (prokaryotes) было предложено Эдуардом Шаттоном в 1925 году. Однако в таксономическом смысле Шаттон не определил этот термин, то есть он не ставил таксономический диагноз. Несмотря на это, в биологических классификациях предлагаемое разделение организмов на прокариотические и эукариотические оставалось до 1990-х годов.

Большинство прокариотических клеток очень малы по сравнению с эукариотическими клетками. Типичная бактериальная клетка имеет размер около 1 мкм, тогда как эукариотические клетки имеют большой размер от 10 до 100 мкм. Типичная прокариотическая клетка примерно такого же размера, как эукариотическая митохондрия.

Этот набор характеристик отличает их от эукариот (ядерных организмов), которые имеют клеточные ядра и могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными. Разница между структурой прокариот и эукариот крупнейшая среди групп организмов. Большинство прокариот — бактерии, и эти два термина ранее рассматривались как синонимы. Однако, американский ученый Карл Вёзе предложил разделение прокариот на бактерий и архей (Bacteria и Archaea, сначала Eubacteria и Archaebacteria) через существенные генетические различия между этими группами. Система разделения на эукариот, бактерий и архей сейчас считается признанной и называется Системой трех доменов.

На протяжении большей части XX века прокариоты считались единой группой и классифицировались по биохимическим, морфологическим и метаболическим особенностям. К примеру, микробиологи пытались классифицировать микроорганизмы в зависимости от формы клеток, деталей строения клеточной стенки и потребляемых микроорганизмами веществ. В 1965 году было предложено устанавливать степень родства разных прокариот на основании сходства строения их генов.

Филогенетика подход

В конце XX-го века молекулярные исследования дали ключевую информацию для понимания эволюционного прошлого прокариот и доказали парафилетический характер этой группы организмов. Оказалось, что археи, обнаруженные в 1970-х годах, так же далеки от бактерий, как и от эукариот, а в некоторых отношениях даже ближе к последним.

Первоначально бактерии и цианобактерии, считающиеся отдельными группами, были объединены под названием прокариот (или царство Дробянки (лат. Monera)). Затем цианобактерии считались группой бактерий, а другая ветвь бактерий стала идентифицироваться как так называемые архебактерии (ныне археи).

Однако помимо получившей широкое признание системы Вёзе, все же существуют альтернативные системы групп высшего уровня.

Система «с двумя империями» (система с двумя надцарствами) была системой биологической классификации высшего уровня общего пользования до создания системы с тремя доменами. Онa классифицировалa жизнь разделяя ее на Прокариот и Эукариот. Когда была введена система с тремя доменами, некоторые биологи все же предпочли систему с двумя империями, утверждая, что система с тремя доменами переоценила разделение между археями и бактериями. Однако, учитывая текущее состояние знаний и быстрый прогресс в области биологии, особенно благодаря генетическому анализу, эта точка зрения практически исчезла.

Клада Neomura состоящая из двух доменов: Archaea и Eukaryota. была предложена английским биологом Томасом Кавалир-Смитом, теория предполагает, что группа эволюционировала от Bacteria, и одним из важнейших изменений была замена пептидогликана клеточной стенки другими гликопротеинами, происхождение представителей наддомена от грамположительных бактерий (Firmicutes и Actinobacteria) подтверждается также по результатам сравнительного анализа генов белков семейства HSP90.

В мае 2015 года опубликованы результаты исследования, предлагающего выделение нового типа архей — Lokiarchaeota с предполагаемым родом Lokiarchaeum.

Он был выделен на основании генома, собранного при метагеномном анализе образцов, полученных рядом с гидротермальными источниками в Атлантическом океане на глубине 2,35 км. Филогенетический анализ показал, что Lokiarchaeota и эукариоты образуют монофилетический таксон. Геном Lokiarchaeota содержит около 5400 генов, кодирующих белки. Среди них были обнаружены гены, близкие к генам эукариот. В частности, гены, кодирующие белки, отвечающие за изменение формы клеточной мембраны, определение формы клетки и динамический цитоскелет. Результаты этого исследования служат подтверждением так называемой двухдоменной, или эоцитной гипотезы, согласно которой эукариоты появились как особая группа внутри архей, близкая к Lokiarchaeota и приобретшая митохондрии в результате эндосимбиоза.

Все царства объединяют в четыре надцарства, или домена: бактерии, археи, эукариоты и вирусы. К домену бактерии относят царство бактерии, к домену археи — царство археи, к домену вирусы — царство вирусы, к домену эукариоты — все остальные царства.

Царство Простейшие (или Протисты )

Описание

Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов. Тип питания осмотрофный и автотрофный (фотосинтез и хемосинтез).

Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид), не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (синезелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды.

Прокариоты разделяют на два таксона в ранге домена (надцарства):

Изучение бактерий привело к открытию горизонтального переноса генов, который был описан в Японии в 1959 году. Этот процесс широко распространён среди прокариот, а также у некоторых эукариот.

Открытие горизонтального переноса генов у прокариот заставило по-другому взглянуть на эволюцию жизни. Ранее эволюционная теория базировалась на том, что виды не могут обмениваться наследственной информацией.

Прокариоты могут обмениваться генами между собой непосредственно (конъюгация, трансформация) а также с помощью вирусов — бактериофагов (трансдукция).

Прокариоты имеют прокариотический цитоскелет, хотя и более примитивный, чем у эукариот. Помимо гомологов актина и тубулина (MreB и FtsZ), спирально расположенный строительный блок жгутика, флагеллин является одним из наиболее значимых цитоскелетных белков бактерий, поскольку он обеспечивает структурные предпосылки хемотаксиса, основного клеточного физиологического ответа бактерий на химический раздражитель. По крайней мере, некоторые прокариоты также содержат внутриклеточные структуры, которые можно рассматривать как примитивные органеллы. Мембранные органеллы (или внутриклеточные мембраны) известны у некоторых групп прокариот, таких как вакуоли или мембранные системы, которые обладают особыми метаболическими свойствами, такими как фотосинтез или хемолитотрофия. Кроме того, некоторые виды также содержат заключенные в углеводы микрокомпартменты, которые выполняют различные физиологические функции (например, карбоксисомы или газовые вакуоли). Литотрофы могут образовывать симбиотические отношения, и в этом случае они называются «прокариотическими симбионтами». Примером таких отношений может служить симбиоз хемолитотрофных бактерий с гигантскими многощетинковыми червями.

Характерные особенности прокариотов:

Классификация организмов по типу метаболизма

Все живые организмы можно разделить на восемь основных групп в зависимости от используемого: источника энергии, источника углерода и донора электронов (оксисляемого субстрата).

В качестве источника энергии живые организмы могут использовать: энергию света (фото-) или энергию химических связей (хемо-). Дополнительно для описания паразитических организмов использующих энергетические ресурсы хозяйской клетки применяют термин паратроф.

В качестве донора электронов (восстановителя) живые организмы могут использовать: неорганические вещества (лито-) или органические вещества (органо-).

В качестве источника углерода живые организмы используют: углекислый газ (авто-) или органические вещества (гетеро-). Иногда термины авто- и гетеротроф используют в отношении других элементов, которые входят в состав биологических молекул в восстановленной форме (например азота, серы). В таком случае «автотрофными по азоту» организмами являются виды, использующие в качестве источника азота окисленные неорганические соединения (например, растения; могут осуществлять восстановление нитратов). А «гетеротрофными по азоту» являются организмы не способные осуществлять восстановление оксисленных форм азота и использующие в качестве его источника органические соединения (например, животные, для которых источником азота служат аминокислоты).

-гидро- когда в качестве донора электронов выступает вода.

Из таблицы очевидно, что метаболические возможности прокариот значительно разнообразнее по сравнению с эукариотами, которые характеризуются фотолитоавтотрофным и хемоорганогетеротрофным типом метаболизма.

Следует отметить, что некоторые виды микроорганизмов могут в зависимости от условий среды (освещение, доступность органических веществ и т. д.) и физиологического состояния осуществлять метаболизм разного типа. Такое сочетание нескольких типов метаболизма описывается как миксотрофия.

Морфология и размеры

Прокариотические клетки имеют различные формы; четыре основные формы бактерий:

Большинство прокариот имеют размер от 1 до 10 мкм, но их размер может варьироваться от 0,2 мкм (Mycoplasma genitalium) до 750 мкм (Thiomargarita namibiensis). Прокариотические клетки обычно намного меньше, чем эукариотические клетки. Следовательно, прокариоты имеют большее отношение площади поверхности к объему, что обеспечивает им более высокую скорость метаболизма, более высокую скорость роста и, как следствие, более короткое время генерации, чем у эукариот. Минимальный размеры генома прокариот имеют определенные теоретические ограничения. В 1996 году Аркадий Мушегян и Евгений Кунин (Национальный центр биотехнологической информации, США) предположили, что 256 ортологичных генов, общих для грамотрицательной бактерии Haemophilus influenzae и грамположительной Mycoplasma genitalium, являются хорошим приближением к минимальному набору генов бактериальной клетки.

2004 го- группа исследователей из университета Валенсии (Испания) предложила набор из 206 кодирующих белки генов, полученный в результате анализа нескольких бактериальных геномов.

Учёные из группы Крейга Вентера занимались созданием организма с минимальным искусственно синтезированным геномом, начиная с 1995 года. В 1995 году они секвенировали геном возбудителя заболеваний мочеполовой системы человека Mycoplasma genitalium — минимальный среди известных к настоящему времени организмов, способных к самовоспроизведению. Этот микроорганизм содержит 517 генов, из которых 482 кодируют белки. Полный объём генома составляет 580 тыс. нуклеотидных пар. К 1999 году, анализируя расположение транспозонов в секвенированных геномах, удалось установить, что жизненно необходимыми для организма являются от 265 до 350 генов и более 100 генов имеют неизвестное назначение. Дальнейшие исследования к 2005 году расширили список жизненно необходимых генов[22]. Команда учёных систематически удаляла гены, чтобы найти минимальный набор генов, необходимый для жизни. Результат: 382 гена. Эта работа была также известна как Проект Минимального Генома.

В дальнейшем были обнаружены прокариотические геномы ещё меньшего размера, но все они принадлежат облигатным симбионтам — не способным к автономному существованию организмам.

В 2003 году был секвенирован геном Nanoarchaeum equitans размером 490 885 пар. Установлено также, что несеквенированный геном вида Buchnera имеет длину около 450 тыс. пар.

Наименьший из расшифрованных к настоящему моменту бактериальных геномов — геном внутриклеточного эндосимбионта листоблошек бактерии Carsonella, состоящий из 159 662 нуклеотидных пар и содержащий всего 182 гена, кодирующих белки. Этот геном был секвенирован японскими исследователями в 2006 году. В 2009 году был проведён анализ некультивируемых клеток ARMAN из рудниковой биоплёнки с использованием трёхмерной криоэлектронной томографии. Оказалось, что размер клеток ARMAN соответствует нижнему предсказанному пределу для живых клеток: их объём составляет 0,009—0,04 мкм³. Выяснилось также, что в клетках ARMAN имеется в среднем 92 рибосомы на клетку, в то время как в клетке кишечной палочки Escherichia coli содержится около 10 тысяч рибосом. Судя по всему, ARMAN обходятся очень малым числом метаболитов на одну клетку, что поднимает вопрос о минимальных потребностях живых клеток. 3D-реконструкция клеток ARMAN в естественной среде обитания показала, что некоторые клетки ARMAN прикрепляются к другим археям из порядка Thermoplasmatales. Клетки этих архей проникают сквозь клеточную стенку ARMAN, достигая цитоплазмы. Природа этого взаимодействия неясна; возможно, здесь имеет место некоторая разновидность паразитизма или симбиоза. Возможно, ARMAN получают от других архей те метаболиты, которые не могут синтезировать сами.

Однако некоторые прокариоты не полагаются на свой малый размер и соответствующее такому эволюционному вектору упрощению своего генотипа. Например бактерия Desulforudis audaxviator, найденная в пробах воды, полученных на глубине 2,8 км под землей приблизительно четыре микрометра в длину, выживает уже в течение миллионов лет на химических источниках пищи, которые происходят из-за радиоактивного распада минералов в окружающей породе. Это делает ее единственным видом, который известен как один в своей экосистеме. Физиология, которая позволяет ему жить в этих экстремальных условиях, является данью его необычайно большому геному, состоящему из 2157 генов вместо 1500 у бактерий такого типа.

Согласно опубликованным данным, размер варьируется от 0,58 мегабазы ​​(1 мегабаза (Мб) — один миллион пар оснований (п.о.)) во внутриклеточном патогене Mycoplasma genitalium, до более 10 Мб у нескольких видов цианобактерий, за исключением Bacillus megaterium, геном которого составляет 30 Мб. Второй самый маленький из когда-либо опубликованных геномов — это Buchnera sp. APS, эндосимбионт зерновой тли Acyrthosiphon pisum, размером 641 кб. Недавно исследовательская группа охарактеризовала шесть геномов, меньших, чем даже у Mycoplasma, наименьший из которых — у Buchnera sp. CCE, эндосимбионт тли Cinara cedri, размером 0,45 Мб. Как правило, большинство геномов имеют размер менее 5 Мб. Возникает вопрос есть ли связь между размером генома и количеством генов? Размер прокариотического гена однороден, около 900—1000 п.о. Следовательно, можно оценить плотность генов в каждом секвенированном геноме. Плотность генов является более или менее постоянной, как у бактерий, так и у архей. Мы можем заключить, что, по крайней мере у прокариот, геномы имеют большее количество генов, а также являются более сложными чем у эукариот. То есть количество генов отражает стиль жизни. Таким образом, более мелкие бактерии являются специалистами, такими как облигатные паразиты и эндосимбионты, а более крупные бактерии являются универсалами и могут даже иметь определенную степень развития, такую ​​как споруляция (Процесс образования спор) у Bacillus.

Плазмиды (небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от хромосом и способные реплицироваться автономно) как правило, встречаются у бактерий, но изредка встречаются также у архей и эукариот. Чаще всего плазмиды представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы. Несмотря на способность к размножению, плазмиды, как и вирусы, не рассматриваются в качестве живых организмов. Размеры плазмид варьируют от менее чем 1 тысячи до 400—600 тысяч пар оснований (п. о.). Некоторые плазмиды содержатся в клетке в количестве одной-двух копий, другие — в количестве нескольких десятков. Плазмиды разных классов могут сосуществовать в клетке. В природе плазмиды обычно содержат гены, повышающие приспособленность бактерий к окружающей среде (например, обеспечивают устойчивость к антибиотикам). Если самые маленькие плазмиды содержат менее 2 тысяч пар оснований, то так называемые мегаплазмиды включают сотни тысяч пар оснований (обычно до 600 тыс.). В этом случае уже сложно провести чёткую границу между мегаплазмидой и минихромосомой.

Отдельные виды бактерий могут одновременно содержать множество различных плазмид, так что их суммарный генетический материал превосходит по размеру таковой у самой бактерии. Например, симбиотическая почвенная бактерия Sinorhizobium meliloti[en] содержит 3 репликона размером 3,65, 1,68 и 1,35 миллиона п. о. (мегабаз) соответственно вдобавок к её собственной хромосоме (6,69 мегабазы)

Размножение

Размножение бактерий происходит в три этапа. Когда популяция бактерий попадает в очень питательную среду, которая обеспечивает рост, клетки должны сначала адаптироваться к новой среде. Первая стадия развития (фаза называется лаг-фазой) характеризуется медленным ростом, когда клетки сначала адаптируются и готовятся к быстрому росту. Следующим шагом является логарифмическая фаза или экспоненциальный рост, что означает, что когда число измеряется после равного интервала времени, бактерии начинают размножаться с тем же фактором или коэффициентом, который усиливается числом интервалов. Это происходит до тех пор, пока питательные вещества не иссякнут.

После этой фазы третья фаза, которая называется «фазой сна», происходит там, где бактерии не размножаются.

И наконец финальная фаза роста — фаза смерти, при которой запас питательных веществ исчерпывается и бактерии погибают. Многие прокариоты обитающие в обедненных средах выживают в условиях схожих с перманентным анабиозом тем самым экономя энергию и размножаются невероятно медленно раз в сотни или даже тысячи лет.

Время удвоения некоторых известных одноклеточных организмов

при оптимальных условиях

Время удвоения некоторых известных одноклеточных организмов

при оптимальных условиях

Продолжительность жизни не имеет чёткого определения для одноклеточных организмов.

Есть несколько сроков, которые могут использоваться в таком качестве.

В первую очередь, при благоприятных условиях количество одноклеточных организмов экспоненциально возрастает, а характеристикой этого возрастания является время удвоения количества организмов или время одного поколения.

Другой характеристикой, аналогичной продолжительности жизни, являются характеристики процесса старения организмов. Одноклеточные организмы имеют два типа старения — «условное старение», или хронологическое старение в стационарной фазе, где возможно измерить среднюю или максимальную продолжительность жизни. Тем не менее, данные для сравнительной характеристики одноклеточных организмов отсутствуют. Другим типом старения является «репликативное старение», или старение материнской клетки во время каждого отделения от неё дочерней клетки, что обычно измеряется в количестве делений. Для дрожжей Saccharomyces cerevisiae максимальный репликативный возраст составляет около 25 делений, а для бактерии Caulobacter crescentis — около 130. Для остальных организмов данные отсутствуют.

Одноклеточные организмы отличаются высоким уровнем зависимости от условий окружающей среды. Со снижением температуры время удвоения и скорость старения снижаются практически для всех них. Многие одноклеточные организмы могут замедлить скорость роста в сотни раз, и сохраняться в замороженном виде на протяжении десятков лет и даже дольше. Также и наличие питательных веществ оказывает влияние на скорости роста и старения. Кроме того, многие одноклеточные организмы при неблагоприятных условиях формируют споры и другие неактивные формы, способные к существованию на протяжении многих лет.

Колонии

Обычно прокариотический организм представляет собой одну клетку. Иногда потомки нескольких отделений остаются связанными в колонии. В случае актиномицетов и многих цианобактерий «колония» представляет собой клеточную линию, между которой существует связь и даже определенное распределение функций. Истинная многоклеточность, однако, не встречается у прокариот. Одной из наиболее характерных черт прокариотической клетки является слабая компартментализация, то есть отсутствие множества внутренних секций, соединенных через систему элементарной мембраны. Для большинства прокариот цитоплазматическая мембрана является единственной мембранной системой клетки. Однако его топология часто сложна, так как мембранные складки проникают глубоко в цитоплазму. Цианобактерии являются единственным исключением из этого правила. В них аппарат фотосинтеза расположен на рядах герметичных мембранных мешков или тилакоидов, сходных по структуре и функции с тилакоидами хлоропластов. Однако в цианобактерии тилакоиды включены в определенные органеллы, но лежат непосредственно в цитоплазме.

История понятия

Основная статья: Дробянки

Монеры — так Геккель назвал простейшие одноклеточные организмы без ядра. Так как присутствие ядра во многих случаях трудно констатируется, то первоначально, пока методы микроскопического исследования были сравнительно несовершенны, безъядерными считались очень многие формы жизни. Вопрос о монерах представляет некоторый интерес ввиду того, что первоначальное возникновение организмов на Земле, вероятно, произошло в форме тел, не дифференцированных ещё на ядро и протоплазму.

В настоящее время термин «монеры» не применяется.

Эволюция прокариоты

Широко распространенная текущая модель эволюции первых живых организмов заключается в том, что это были некие формы прокариот, которые могли эволюционировать из протоклеток, в то время как эукариоты развивались позднее в истории жизни. Некоторые авторы подвергли сомнению этот вывод, утверждая, что текущий набор прокариотических видов, возможно, эволюционировал от более сложных эукариотических предков в процессе упрощения.

3 области жизни возникли одновременно, из набора разнообразных клеток, которые образовали единый генофонд. Это противоречие было обобщено в 2005 году:

Среди биологов нет единого мнения относительно положения эукариот в общей схеме эволюции клеток. Текущие мнения о происхождении и положении эукариот охватывают широкий спектр, включая мнения о том, что эукариоты возникли первыми в эволюции и что прокариоты происходят от них, что эукариоты возникли одновременно с эубактериями и археабактериями и, следовательно, представляют собой основную линию происхождения равного возраста и ранга, что и прокариоты, что эукариоты возникли в результате симбиотического события, влекущего за собой эндосимбиотическое происхождение ядра, что эукариоты возникли в результате симбиотического события, влекущего одновременное эндосимбиотическое происхождение жгутика и ядра, в дополнение ко многим другим модели, которые были рассмотрены и обобщены в другом месте.

Самые древние из известных окаменелых прокариот были заложены примерно 3,5 миллиарда лет назад, всего лишь около 1 миллиарда лет после образования земной коры. Эукариоты появляются только в окаменелостях позже и могут образоваться в результате эндосимбиоза нескольких предков прокариот. Самым древним известным ископаемым эукариотам около 1,7 миллиарда лет. Однако некоторые генетические данные свидетельствуют о том, что эукариоты появились еще 3 миллиарда лет назад.

В то время как Земля является единственным местом во вселенной, где, как известно, существует жизнь, некоторые полагают, что на Марсе имеются доказательства наличия ископаемых или живых прокариот. Однако, эта возможность остается предметом значительных дебатов и скептицизма.

Источник