Эволюция бактерий - Википедия - Evolution of bacteria

Дальнейшая информация: Эволюционная история жизни
Раскрашенное сканирование электронная микрофотография показывает устойчивость к карбапенемам Клебсиелла пневмонии взаимодействуя с человеком нейтрофил.
Часть серии по
Эволюционная биология
Зяблики Дарвина, автор Gould.jpg

В эволюция из бактерии прогрессирует за миллиарды лет с тех пор, как Докембрийский время с их первым серьезным отклонением от архей /эукариотический происхождение примерно 3,2-3,5 миллиарда лет назад.[1][2] Это было обнаружено путем секвенирования генов бактериального нуклеоиды реконструировать свои филогения. Кроме того, свидетельства перминерализованный микрофоссилий раннего прокариоты был также обнаружен в австралийском Апекс Черт скалы, датируемые примерно 3,5 миллиарда лет назад[3] в период, известный как докембрийское время. Это говорит о том, что организм в филюм Термотоги[4] был самым последним общим предком современных бактерий.

Дальнейшие химические и изотопный анализ древнего рока показывает, что Сидериан период, примерно 2,45 миллиарда лет назад,[5] кислород появился. Это указывает на то, что океанический, фотосинтетический Цианобактерии эволюционировали в этот период, потому что они были первыми микробами, которые производили кислород в качестве побочный продукт от их метаболический процесс.[6] Таким образом, этот тип считался преобладающим примерно 2,3 миллиарда лет назад. Однако некоторые ученые утверждают, что они могли жить еще 2,7 миллиарда лет назад.[7] поскольку это было примерно до Большое событие оксигенации, что означает, что уровень кислорода в атмосфере успел повыситься, прежде чем он изменил экосистема во время этого мероприятия.

Повышение содержания кислорода в атмосфере привело к развитию Протеобактерии. Сегодня этот тип включает в себя множество фиксация азота бактерии патогены, и свободноживущие микроорганизмы. Этот тип сформировался примерно 1,5 миллиарда лет назад во время Палеопротерозой эпоха.[8]

Однако до сих пор существует множество противоречивых теорий о происхождении бактерий. Хотя микрофоссилии древних бактерий были обнаружены, некоторые ученые утверждают, что отсутствие идентифицируемых морфология Наличие этих окаменелостей означает, что они не могут использоваться, чтобы делать выводы о точной временной шкале эволюции бактерий. Тем не менее, более поздние технологические разработки означают, что было обнаружено больше доказательств.

Определение бактерий

Бактерии прокариотический микроорганизмы который может иметь бациллы, спириллы, или же кокки форма и размер от 0,5 до 20 микрометров. Они были одними из первых эволюционировавших живых клеток.[9] и распространились, чтобы населять множество различных сред обитания, включая гидротермальные источники, ледниковые скалы и другие организмы. Они имеют общие характеристики с эукариотический ячейки, включая цитоплазма, клеточная мембрана, и рибосомы. Некоторые уникальные бактериальные особенности включают: клеточная стенка (также содержится в растениях), жгутики (не является общим для всех бактерий), а нуклеоид.

Они метаболизируются по-разному, но чаще всего это происходит либо гетеротрофный или же автотрофный (либо фотосинтетический или же хемосинтетический ) процесс. Они также воспроизводятся через двойное деление. Они по-прежнему могут обмениваться генетической информацией между людьми посредством трансдукция, трансформация, или спряжение.

Процесс бактериальной эволюции

Бактерии эволюционируют аналогично другим организмам. Это через процесс естественный отбор, чем выгодно приспособления передаются будущим поколениям, пока этот признак не станет общим для всей популяции.[10] Однако бактерии размножаются посредством бинарного деления, которое является формой бесполое размножение это означает, что дочерняя клетка и родительская клетка генетически идентичны. Это делает бактерии восприимчивыми к воздействию окружающей среды. Это преодолевается путем обмена генетической информацией посредством трансдукции, трансформации или конъюгации. Это позволяет развиваться новым генетическим и физическим адаптациям, позволяя бактериям адаптироваться к окружающей среде и развиваться. Кроме того, бактерии могут размножаться всего за 20 минут.[11] который обеспечивает быструю адаптацию, что означает, что новые штаммы бактерий могут быстро развиваться. Это стало проблемой относительно бактерии, устойчивые к антибиотикам.

Термофил бактерии из глубоководных источников. Этот организм поедает серу и водород и связывает собственный углерод из углекислого газа.

Thermotogales

Эти организмы обычно теплолюбивый или же гипертермофильный, Грамотрицательный окрашивание, анаэробный организмы, которые могут жить рядом гидротермальные источники где температура может колебаться в пределах 55-95 ° C. Считается, что они являются одними из самых ранних форм жизни. Свидетельства существования этих организмов были обнаружены в австралийской вершине Апекс-Черт возле древних гидротермальных источников.[12][13] Возраст этих пород составляет 3,46 миллиарда лет, и считается, что эти окаменелости принадлежали ранним термофильным бактериям. Это потому, что эти организмы не нуждаются в кислороде для выживания, который был элементом, который не присутствовал в больших количествах в ранней атмосфере Земли.[14] Кроме того, в этом типе все еще есть живые виды, такие как Thermotoga neapolitana, которые до сих пор во многом напоминают их наследственный формируются и все еще живут вокруг этих отверстий, которые некоторые ученые использовали в качестве доказательства в поддержку этой теории.

Появились более свежие данные, свидетельствующие о том, что Thermotogales возникли примерно 3,2–3,5 миллиарда лет назад. Эти доказательства были собраны с помощью секвенирования генов бактериальных нуклеоидов для реконструкции их филогении.[1][2]

Первое серьезное расхождение в филуме Thermotogales произошло между Thermotogaceae и Fervidobacteriaceae, однако, когда это произошло, еще предстоит определить. Семейство Thermotogaceae затем разделилось на род Thermotoga и род Pseudothermotoga.[15] Род Thermotoga представляет большинство существующих гипертермофилы и уникальны тем, что они обернуты внешней мембраной, называемой «тога». Сегодня некоторые из существующих видов рода Thermotoga включают T. neapolitana.

Thermotogale Филогения

Смотрите также: Бактериальная систематика
Английский: Красочное пятно термофильных архебактерий (теплолюбивых бактерий)

Филогения, основанная на работе Проект "Живое дерево всех видов".[15]

Thermotogales
Thermotogaceae
Thermotoga
 

Т. нафтофила

 
 
 

Т. петрофила

 
 
 

T. maritima (тип sp.)

 
 

T. neapolitana

 
 
 
 
Псевдотермотога
 
 

П. hypogea

 
 

P. thermarum

 
 
 
 

P. subterranea

 
 
 

P. elfii

 
 

P. lettingae

 
 
 
 
 
Fervidobacteriaceae
Фервидобактерии
 
 

F. changbaicum

 
 

F. islandicum

 
 
 
 

F. nodosum (тип sp.)

 
 
 

F. gondwanense

 
 

F. riparium

 
 
 
 
Термосифон
 

T. activus

 
 
 

T. geolei

 
 
 

T. atlanticus

 
 
 
 

Т. Аффектус

 
 

Т. melanesiensis

 
 
 
 

Т. globiformans

 
 
 

T. africanus (тип sp.)

 
 

T. japonicus

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Цианобактерии Бактерии

Цианобактерии или сине-зеленые водоросли грамотрицательные бактерии, тип фотосинтетический бактерии, которые возникли 2,3-2,7 миллиарда лет назад.[16] Этот прокариот производит кислород как побочный продукт фотосинтетических процессов.[17] Они оказали заметное влияние на фармацевтическую и сельскохозяйственную промышленность благодаря своему потенциалу создания биоактивных соединений с антибактериальными, противогрибковыми, противовирусными и противовирусными свойствами. Обычно они образуют подвижный волокна, называемые гормония, которые могут образовывать колонии, а затем отрастать и путешествовать, чтобы колонизировать новые районы. Они были расположены в таких средах, как пресная вода, океаны, почва и камни (как влажные, так и сухие), а также арктические породы.

Эти организмы развили центры фотосинтетических реакций и стали первыми производителями кислорода. автотрофы появиться в летописи окаменелостей. Они используют солнечный свет для управления своими метаболическими процессами, которые удаляют углекислый газ из атмосферы и выделяют кислород.[18] Из-за этой черты некоторые ученые считают, что именно этот тип вызывает Большое событие оксигенации примерно 2,3 миллиарда лет назад[19]

Английский: Цветение цианобактерии в пресноводном пруду. Это скопление в одном углу пруда было вызвано ветровым сносом. Это выглядело так, как будто кто-то вылил в воду цвет ведра.

Однако ближайшие известные родственники цианобактерий, продуцирующих кислород, не производили кислород.[20] Эти родственники Мелайнабактерии и Sericytochromatia, ни один из которых не может фотосинтезировать. Посредством генетического секвенирования ученые обнаружили, что в этих двух группах не было никаких остатков генов, необходимых для функционирования фотосинтетических реакций.[20] Это говорит о том, что цианобактерии, Мелайнабактерии, а серицитохроматия произошла от общего нефотосинтетического предка.

Рекомендации

  1. ^ а б Баттистуцци, Фабия У Фейджао, Андрея Хеджес, С. Блэр (2004-11-09). Геномная шкала времени эволюции прокариот: понимание происхождения метаногенеза, фототрофии и колонизации земли. BioMed Central Ltd. ISBN  9781741683660. OCLC  805122488.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ а б Браун, Дж. Р. Дулиттл, В. Ф. (декабрь 1997 г.). Археи и переход от прокариот к эукариотам. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. С. 456–502. ISBN  9781741683660. OCLC  679124743. PMID  9409149.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ "31. Древняя жизнь: микрофоссилий Апекс Черт". www.lpi.usra.edu. Получено 2019-05-21.
  4. ^ Ди Джулио, Массимо (декабрь 2003 г.). «Универсальный предок и предок бактерий были гипертермофилами». Журнал молекулярной эволюции. 57 (6): 721–730. Bibcode:2003JMolE..57..721D. Дои:10.1007 / s00239-003-2522-6. ISSN  0022-2844. PMID  14745541. S2CID  7041325.
  5. ^ Циммер, Карл (2013-10-03). "Тайна кислорода Земли". Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331. Получено 2019-05-21.
  6. ^ «Подъем кислорода». Журнал Astrobiology. 2003-07-30. Получено 2019-05-21.
  7. ^ "Когда появились бактерии?". Журнал Astrobiology. 2004-04-18. Получено 2019-05-21.
  8. ^ Дели Эспости, Мауро (27 ноября 2014 г.). «Биоэнергетическая эволюция протеобактерий и митохондрий». Геномная биология и эволюция. 6 (12): 3238–3251. Дои:10.1093 / gbe / evu257. ISSN  1759-6653. ЧВК  4986455. PMID  25432941.
  9. ^ Hartman, H; Мацуно, К. (1993). Происхождение и эволюция клетки. Происхождение и эволюция клетки. МИРОВАЯ НАУЧНАЯ. С. 1–446. Дои:10.1142/9789814536219. ISBN  9789810212629.
  10. ^ «Эволюционные ресурсы национальных академий». www.nas.edu. Получено 2019-05-21.
  11. ^ «О микробиологии - Бактерии». microbiologyonline.org. Получено 2019-05-21.
  12. ^ Бразье, М. Д. (2011). Геология и предполагаемый комплекс микрофоссилий ок. 3460 Ma 'Apex Chert', Чинаман-Крик, Западная Австралия: полевой и петрографический путеводитель. Геологическая служба Западной Австралии. ISBN  9781741683660. OCLC  748237320.
  13. ^ "Микрофоссилий Апекс Черт". ResearchGate. Получено 2019-05-21.
  14. ^ Фрок, Эндрю Д .; Notey, Jaspreet S .; Келли, Роберт М. (2010). «Род Thermotoga: последние разработки». Экологические технологии. 31 (10): 1169–1181. Дои:10.1080/09593330.2010.484076. ISSN  0959-3330. ЧВК  3752655. PMID  20718299.
  15. ^ а б Комплексная база данных рибосомных РНК Silva (Сентябрь 2015 г.). «Релиз 123 LTP на основе 16S рРНК (полное дерево)» (PDF).
  16. ^ Берман-Франк, Илана; Лундгрен, Пернилла; Фальковски, Пол (2003). «Азотфиксация и фотосинтетическое выделение кислорода у цианобактерий». Исследования в области микробиологии. 154 (3): 157–164. Дои:10.1016 / s0923-2508 (03) 00029-9. ISSN  0923-2508. PMID  12706503.
  17. ^ Гамильтон, Тринити Л .; Брайант, Дональд А .; Макалади, Дженнифер Л. (21 декабря 2015 г.). «Роль биологии в эволюции планеты: первичная продукция цианобактерий в протерозойских океанах с низким содержанием кислорода». Экологическая микробиология. 18 (2): 325–340. Дои:10.1111/1462-2920.13118. ISSN  1462-2912. ЧВК  5019231. PMID  26549614.
  18. ^ Тандо де Марсак, Николь; Хумар, Жан (январь 1993). «Адаптация цианобактерий к раздражителям окружающей среды: новые шаги к молекулярным механизмам». Письма о микробиологии FEMS. 104 (1–2): 119–189. Дои:10.1111 / j.1574-6968.1993.tb05866.x. ISSN  0378-1097.
  19. ^ «Великое окислительное событие: больше кислорода благодаря многоклеточности». ScienceDaily. Получено 2019-06-07.
  20. ^ а б «Бактерии, изменившие мир». evolution.berkeley.edu. Получено 2019-06-07.

внешняя ссылка