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.
Врачи и биологи единодушны в том, что бактерии-прокариоты играют ключевую роль в эволюции жизни на Земле. Эти одноклеточные организмы, обладающие простой структурой, стали основой для формирования более сложных форм жизни. Их способность к быстрой адаптации и размножению позволяет им выживать в самых экстремальных условиях, что делает их важными участниками экосистем. Врачи отмечают, что понимание механизмов, с помощью которых бактерии взаимодействуют с окружающей средой и друг с другом, может привести к новым подходам в медицине, включая разработку антибиотиков и пробиотиков. Исследования показывают, что бактерии не только влияют на здоровье человека, но и участвуют в процессах, формирующих биосферу. Таким образом, изучение прокариотов открывает новые горизонты для науки и медицины, подчеркивая их значимость в эволюции и поддержании жизни на планете.
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.
Читайте также:
Среда обитания прокариотов практически ничем не ограничена. Выживать в любых условиях бактериям помогают особенности их способов получения пищи:
- Осмотрофный – питание без захвата твердых частиц, т.е. поглощение питательных веществ, растворенных в окружающей среде, напрямую через поверхность клетки.
- Автотрофный – синтез органики из неорганических веществ, осуществляемый фотосинтезом (энергия света) или хемосинтезом (энергия химических реакций). Характерные представители – сине-зеленые водоросли.
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.
Бактерии-прокариоты, несмотря на свою микроскопическую природу, играют ключевую роль в жизни на Земле. Эти одноклеточные организмы являются основой многих экосистем и участвуют в процессах, которые поддерживают жизнь. Люди восхищаются их способностью адаптироваться к самым экстремальным условиям, от горячих источников до ледяных пустынь. Исследования показывают, что прокариоты могут обмениваться генами, что способствует их эволюции и выживанию. Они не только участвуют в разложении органических веществ, но и помогают в производстве кислорода и азота, что делает их незаменимыми для поддержания баланса в природе. В последние годы ученые все больше обращают внимание на их потенциал в медицине и биотехнологиях, открывая новые горизонты для использования бактерий в борьбе с болезнями и загрязнением окружающей среды. Таким образом, бактерии-прокариоты действительно являются живыми «кирпичиками» эволюции, которые продолжают удивлять и вдохновлять.
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.
-
Читайте также:
При изучении особенностей строения и поведения вирусов становится понятно, почему наука никак не определится с их принадлежностью.
Царство грибов
Грибы в систематике живой природы стоят особняком. Долгое время считалось, что грибы относятся к растениям, не содержащим хлорофилл. Однако современная наука выделяет грибы в отдельное царство, сочетающее признаки растений и животных. Исследования показали, что грибы подразделяются на несколько больших групп, некоторые из них даже не являются родственными.
Отсутствие хлорофилла роднит грибы с животными, так как они используют гетеротрофный способ питания. То есть грибы поглощают готовые органические соединения, растворенные в окружающей среде, и выделяют мочевину, как животные. В этом их отличие от растений, которые вырабатывают пищу с помощью процесса фотосинтеза.
В то же время грибы имеют клеточные стенки, возможность неограниченного роста и не способны передвигаться, как и растения.
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.
Вопрос-ответ
Что такое прокариоты и как они отличаются от эукариотов?
Прокариоты – это одноклеточные организмы, которые не имеют ядра и мембранных органелл. Их генетический материал представлен в виде кольцевой ДНК, свободно расположенной в цитоплазме. В отличие от них, эукариоты имеют ядро, где содержится ДНК, а также различные органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, что позволяет им выполнять более сложные функции.
Как бактерии-прокариоты способствуют эволюции других организмов?
Бактерии-прокариоты играют ключевую роль в эволюции, так как они являются первыми живыми существами на Земле и основой для развития более сложных форм жизни. Они участвуют в обмене генетическим материалом через горизонтальный перенос генов, что способствует разнообразию и адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей среды.
-
Читайте также:
Какие экологические роли выполняют бактерии-прокариоты?
Бактерии-прокариоты выполняют множество экологических функций, включая разложение органических веществ, фиксацию азота, участие в круговороте углерода и очистку загрязненных сред. Они помогают поддерживать баланс экосистем, обеспечивая доступность питательных веществ для других организмов и способствуя здоровью экосистем в целом.
Советы
СОВЕТ №1
Изучайте разнообразие прокариотов: ознакомьтесь с различными видами бактерий и архей, их особенностями и ролью в экосистемах. Это поможет вам лучше понять, как они влияют на жизнь на Земле и как их изучение может помочь в медицине и экологии.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на симбиотические отношения: исследуйте, как прокариоты взаимодействуют с другими организмами, включая человека. Понимание этих взаимосвязей может открыть новые горизонты в области биотехнологий и здоровья.
СОВЕТ №3
Следите за новыми исследованиями: наука о прокариотах постоянно развивается. Подписывайтесь на научные журналы и блоги, чтобы быть в курсе последних открытий и технологий, связанных с бактериями и их применением в различных областях.
СОВЕТ №4
Экспериментируйте с микробиомом: изучите, как прокариоты влияют на ваше здоровье, и попробуйте включить в свой рацион пробиотики и ферментированные продукты. Это может положительно сказаться на вашем пищеварении и общем самочувствии.
