Informacja

Dlaczego nie ma wielokomórkowych prokariotów?

Dlaczego nie ma wielokomórkowych prokariotów?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dlaczego nie istnieją złożone wielokomórkowe prokariota, a także co sprawia, że ​​eukariota są wielokomórkowe?


Dlaczego nie ma wielokomórkowych prokariotów?

Z zasobów internetowych kursu wprowadzającego do Molecular Cell Biology z Uniwersytetu w Illinios, który wyjaśnia ogólne odczucia w mikrobiologii dotyczące tego pytania:

Istnieje wiele jednokomórkowych eukariontów, w tym ameby, pantofelek, drożdże i tak dalej. Co do tego, czy istnieją wielokomórkowe prokariota, standardową odpowiedzią jest nie, ale istnieje wiele dowodów na to, że niektóre gatunki bakterii mogą się agregować i dzielić pracę, dzięki czemu „kolonia” pracuje wydajniej. Jest to charakterystyczne dla każdego tradycyjnego organizmu wielokomórkowego, ale wciąż istnieje wiele oporów przed pomysłem nazywania tych prokariotów „wielokomórkowymi”.

Tutaj jest Amerykański naukowiec artykuł na ten temat, który jest dobry dla laika i przyczyni się do zrozumienia. Należy zauważyć, że najbardziej złożone znane „wielokomórkowe prokariota” nie tworzą porównywalnie dużych ani skomplikowanych struktur w porównaniu z eukariontami. Mimo że prokarionty mają do dyspozycji więcej narzędzi biochemicznych, ich największa wielokomórkowa próbka blednie w porównaniu z naszymi małymi wielokomórkowymi eukariontami, nie mówiąc już o dużych eukariontach, takich jak Armillaria ostoyae grzyby w Oregonie (nazywane „największym organizmem na Ziemi”), gigantyczne sekwoje, dinozaury lub płetwale błękitne. Ale dygresja! Całkowita wielkość organizmu nie jest warunkiem wielokomórkowości, dlatego niektóre bakterie można tak nazwać.

Oto artykuł, który znalazłem w literaturze na temat pierwszego opisanego „prawdziwego” wielokomórkowego prokariota z 2004 roku. Od tego czasu zaobserwowano podobne organizmy. Zobacz link PubMed.

Na to samo pytanie obszernie odpowiedzieli również specjaliści Quora i ResearchGate.

Co sprawiło, że eukarionty stały się wielokomórkowe?

Twoje pytanie sugeruje wpływ zewnętrzny. Ewolucja biologiczna nie przebiega teleologicznie, mając na uwadze cel końcowy. Zamiast tego cechy stopniowo się kumulują, jeśli nie są szkodliwe dla replikacji genów. Ewolucja wielokomórkowości to złożona i aktywna dziedzina badań, ale nie ma powodu, dla której ta zasadnicza zmiana w komórkowość poza tym działa jako strategia dla replikującego się organizmu i jego genów. Organizmy wielokomórkowe przeżywają. To wszystko.


Bakterie z ciałkami - wielokomórkowe prokariota

Komórki bakteryjne zasadniczo różnią się od komórek zwierząt wielokomórkowych, takich jak ludzie. Są znacznie mniejsze, mają mniejszą organizację wewnętrzną i nie mają jądra (mają DNA, ale nie są bezpiecznie zapakowane w błonę). Z tego powodu bakterie są prawie wyłącznie organizmami jednokomórkowymi, posiadającymi własną autonomię i często mobilność.

Oczywiście wiele bakterii tworzy duże, wzajemnie połączone struktury, takie jak biofilmy i kolonie. Wykazują one imponującą organizację komórkową, ale tak naprawdę nie można ich uznać za jeden organizm wielokomórkowy. Aby być uznanym za istotę wielokomórkową, organizm musi spełniać pewne kryteria:

Czy są jakieś bakterie, które mogą to wszystko zrobić? Niewiele z nich może, to prawda, albo po równinach wędrowałyby duże wielokomórkowe „zwierzęta bakteryjne”. Istnieje jednak wiele bakterii fotosyntetycznych, które są w stanie tworzyć prawdziwie wielokomórkowe struktury, aczkolwiek raczej niewielkie.

Technicznie rzecz biorąc, te długie łańcuchy to jeden organizm, fotosyntetyzujące cyjanobakterie. Zewnętrzna ściana komórkowa otacza cały organizm jedną ciągłą otoczką i spełnia pierwszy warunek wielokomórkowości, utrzymując komórki razem. Strzałki wskazują na większe komórki, które wypełniają zarówno trzecią, jak i czwartą. Te większe komórki bardzo różnią się od otaczających je, zróżnicowały się, tworząc wyspecjalizowane komórki, których jedynym zadaniem jest pobieranie nieorganicznego azotu z otoczenia i "utrwalanie" go w użyteczną formę organiczną.

Jest to bardzo ważne osiągnięcie, ponieważ enzym niezbędny do wiązania azotu nie działa w obecności tlenu, który jest niezbędny do oddychania. Dlatego większość zwierząt i roślin nie potrafi wiązać azotu i zamiast tego polega na źródłach pożywienia lub otaczających bakteriach glebowych w celu uzyskania formy organicznej. Bakterie mają różne sposoby reagowania na ten problem. Niektóre polegają na zewnętrznych źródłach pożywienia, inne stają się całkowicie beztlenowe (nie używają w ogóle tlenu), a niektóre, jak sinice, zróżnicowały się, tworząc specjalne komórki wiążące azot.

(Istnieje trzecia strategia, która polega na tym, aby w nocy stać się bakterią wiążącą azot, a w dzień bakterią oddychającą tlenowo, ale wymaga to ogromnych ilości energii, ponieważ oznacza to, że komórka musi wykonać pełny obrót enzymatyczny co dwanaście godzin)

Zróżnicowana komórka nazywana jest heterocystą. Ma grubszą ścianę komórkową, która zapobiega dyfuzji tlenu do komórki, a wszystkie procesy komórkowe, które mogą wytwarzać tlen, zostały usunięte. Gdy komórka przekształci się w heterocystę, nie może się ponownie zmienić i jest całkowicie zależna od otaczających ją komórek, jeśli chodzi o produkty oddychania, których nie może przeprowadzić samodzielnie, ponieważ proces wymaga tlenu. Podobnie otaczające komórki są zależne od heterocysty w dostarczaniu azotu.

Komórki komunikują się również między sobą, wykorzystując system informacji zwrotnych wiadomości chemicznych, aby określić, które z nich zróżnicują się w komórkę azotową, a które pozostaną jako normalne oddychające komórki. Mogą również zdecydować się na różnicowanie w hormonogonie, które są małymi liniami bardzo maleńkich komórek, które działają jak inwazyjne cząsteczki rozmnażające się. Hormogonia ma całkiem niesamowite właściwości, może ślizgać się po szlamie, krążyć z piliami, a nawet unosić się na wodzie dzięki wewnętrznym pęcherzykom gazu. Jednak w przeciwieństwie do komórek wytwarzających azot, hormogonia nie jest ostatecznie zróżnicowana i może przekształcić się z powrotem w normalne komórki, gdy dotrą do dobrego miejsca do rozmnażania.

Czy można to uznać za „prawdziwe” zachowanie wielokomórkowe? Tak czy inaczej są argumenty, ale jeśli o mnie chodzi, jest to bakteria wielokomórkowa. Z pewnością jest najbliżej, jak bakteria może się zbliżyć do utraty swojej jednokomórkowej autonomii i istnienia w większym organizmie.

Ten post jest oparty na starszym poście z mojego poprzedniego bloga, Life of a Lab Rat.

Flores, E. i Herrero, A. (2009). Kompartmentalizowana funkcja poprzez różnicowanie komórek w nitkowatych sinicach Nature Reviews Microbiology, 8 (1), 39-50 DOI: 10.1038/nrmicro2242

Wyrażone poglądy są poglądami autora(ów) i niekoniecznie są poglądami Scientific American.

O AUTORACH)

Biochemik z zamiłowaniem do mikrobiologii, szczur laboratoryjny lubi odkrywać, czytać i pisać o bakteriach. Po tym, jak w końcu udało jej się oderwać od uniwersytetu, pracuje teraz dla małej firmy w Cambridge, gdzie przekształca dane w łatwe do opanowania słowa i niesamowite wykresy.


Czy możliwy jest wielokomórkowy organizm prokariotyczny?

Mówiąc dokładniej, czy jest coś nieodłącznego od prokariotów, co uniemożliwiłoby im utworzenie makroskopowego organizmu? Czy po prostu brakuje im genów niezbędnych do różnicowania i koordynacji, czy może jest coś w jądrze, mitochondriach itp., co umożliwia zorganizowaną wielokomórkowość? Trochę googlowałem, ale nie mogłem znaleźć satysfakcjonujących odpowiedzi.

Mimo że nadal tego uczą, termin „prokariota” jest mylącą nazwą w wielu kręgach biologicznych. Chodzi o to, że oznaczenie nie dotyczy eukariota i prokariota, ale drzewo życia składa się zamiast z bakterii, archeonów i eukariotów. trzy domeny. Pomysł ten został wprowadzony przez Carla Woese, który odkrył tę nową domenę archeonów. http://en.wikipedia.org/wiki/Carl_Woese

Powodem, dla którego termin prokariota już nie działa, jest to, że definiuje organizmy pozbawione jądra. Wraz z odkryciem archeonów wypełniamy lukę między bakteriami (jednokomórkowymi) i eukariotycznymi (wielokomórkowymi). Bardziej sensowne jest posiadanie związków filogenetycznych (opartych na DNA) między organizmami niż związków morfologicznych. Więcej informacji na temat odchodzenia od postawy prokariota można znaleźć w artykule Normana Pace z CU Boulder. http://mcdb.colorado.edu/courses/4350/2012/articles/Pace.MicrobiolToday.2009.pdf

Jak powiedział /u/LifeHasLeft, wiele eukariontów powstało w wyniku symbiotycznych związków bakterii. Pozornie organizmy jednokomórkowe są takie, ponieważ jest to najłatwiejszy (najniższy stan energetyczny) sposób życia. podobnie z organizmami wielokomórkowymi.


Dlaczego eukarionty mają o wiele więcej niekodującego DNA niż prokariota?

Kiedy byłem studentem biologii – prawie 20 lat temu – było dobrze wiadome, że eukarionty mają ogromne ilości „śmieciowego” lub niekodującego DNA, podczas gdy większość prokariontów ma ich bardzo niewiele. Krążyły różne teorie wyjaśniające, dlaczego tak się dzieje, z których żadna nie była dla mnie zbyt przekonująca, i było to coś, co desperacko chciałem wiedzieć.

Tak desperacko, że nie myśląc o tym od lat, obudziłem się w zeszłym tygodniu o 3 nad ranem z tym pytaniem wdrukowanym w mój mózg. Wyszukałem to w Google i nie znalazłem nic przydatnego poza badaniem, które wykazało, że bardzo mała mniejszość prokariontów ma dużo śmieciowego DNA i że wydaje się to być związane z tym, jak wyspecjalizowani byli w swojej niszy środowiskowej.

Co nie jest żadną odpowiedzią iw ogóle iw rzeczywistości czyni pytanie jeszcze ciekawszym.

Czy istnieje już coś takiego jak ostateczna odpowiedź?

Zastosowania i funkcje „śmieciowego DNA” zostały obszernie omówione w witrynie — jeśli wyszukasz w prawym górnym rogu pola „śmieciowe dna” lub „niekodujące DNA”, uzyskasz kilka dobrych trafień. Krótka odpowiedź: nie ma „śmieciowego” DNA, wszystko to ma cenne funkcje, po prostu nie jesteśmy całkowicie pewni, jakie one są. Z pewnością znaczna część DNA pomiędzy genami kontroluje ich ekspresję (przestrzenną i czasową) - tzw. wzmacniacze i promotory. Prokariota mają znacznie mniej niekodującego DNA, ponieważ potrzebują małych „przenośnych” genomów, które w dużej mierze zapobiegałyby lub przynajmniej selekcjonowałyby niekodujący DNA. Inną kwestią jest to, że organizmy wielokomórkowe potrzebują znacznie wyższego poziomu złożoności i subtelności w funkcjonowaniu genów - co przynajmniej częściowo wyjaśnia, dlaczego eukarionty mają znacznie więcej „śmieciowego” DNA niż prokariota

„Prokariota mają znacznie mniej niekodującego DNA, ponieważ potrzebują małych „przenośnych” genomów, które w dużej mierze zapobiegają lub przynajmniej selekcjonują niekodujące DNA”.

Jakże niezwykłe jest myśleć, że samo DNA jest nie tylko wynikiem, ale także przyczyną doboru!

Nie jestem pewien, czy w genomach nie będzie absolutnie żadnego „śmieciowego” DNA, ale jedna definicja genu jako „lokalizowany region sekwencji genomowej, odpowiadający jednostce dziedziczenia, która jest powiązana z regionami regulatorowymi, regionami transkrybowanymi i /lub inne regiony sekwencji funkcjonalnej” (konsorcjum Sequence Ontology, 2006) wskazuje w tym kierunku.

Stwierdzenie Davida dotyczące złożoności i subtelności genów w funkcji genów jest doskonałe - w przeciwnym razie eukariont taki jak poziomka (szacowany na około 35 000 „genów” w około 240 milionach podstawowych genomów) może odpowiadać na pytania na ten temat miejsce, a nie ludzie z większym rozmiarem genomu (około 3 miliardów par zasad), ale mniej „genów” (mniej niż 30 000)!

Ostatnio edytowane przez Steve Lolait (27 stycznia 2012 14:25:43 )

Co daje mi okazję wspomnieć o rybie fugu - ma bardzo zwarty genom z bardzo małą ilością "śmieciowego" DNA - dlaczego ewoluowała w ten sposób w porównaniu z wieloma innymi "porównywalnymi" rybami, nie wiadomo. Jest to jednak BARDZO przydatne w genomice, ponieważ pozwala łatwo zidentyfikować NAPRAWDĘ ważne sekwencje regulatorowe - jeśli fugu je posiada, to zazwyczaj są one ważne!

Słuszna uwaga. Myślę, że na podstawie przewidywań genomu fugu odkryto prawie 1000 wcześniej nierozpoznanych ludzkich genów.

Dobra wiadomość jest taka, że ​​postępy w technologii sekwencjonowania dokonane w ciągu ostatnich 20 lat są cenne w rozwiązywaniu tego rodzaju pytań! Jednak nie sądzę, że dotarliśmy jeszcze do bardziej ostatecznej odpowiedzi, której szukasz, ale oto kilka przemyśleń, które można dodać do powyższego.

Jedna z możliwości zaproponowana przez Lyncha i Conery'ego dotyczy stosunkowo znacznie większych rozmiarów populacji i krótszych czasów generacji prokariotów. To mogłoby wzmocnić selekcję względem nieco niekorzystnych obcych sekwencji DNA. Ponieważ eukarionty mają zwykle mniejszą populację, dryf genetyczny odgrywa większą rolę, a zatem zachowanie i akumulacja takich sekwencji staje się bardziej prawdopodobne. Sugerowałoby to, że początkowo niekodujący DNA mógł pojawić się i zostać zachowany z powodów nieadaptacyjnych, ale później przyniósł korzyści: role w regulacji, jako ewolucyjne źródło nowej informacji genetycznej i złożoności genomu itp. (patrz wyżej).

Ponieważ większość niekodującego DNA składa się z elementów transpozycyjnych (lub sekwencji, które prawdopodobnie z nich pochodzą), podejrzewam, że wyczerpująca odpowiedź na twoje pytanie musiałaby powołać się na mechanizmy reprodukcyjne TE, ich ewolucję oraz stosunek kosztów do korzyści dla organizmów vs ich usuwanie. Wydaje się prawdopodobne, że aseksualność prokariotów odgrywa rolę w ich względnym niedostatku niekodującego DNA, ponieważ TE mają tendencję do rozkwitu podczas wymiany i rekombinacji DNA, co występuje stosunkowo rzadko u prokariotów bezpłciowych.


Maty mikrobiologiczne

Maty drobnoustrojów lub duże biofilmy mogą reprezentować najwcześniejsze formy życia na Ziemi, istnieją dowody kopalne na ich obecność około 3,5 miliarda lat temu. A mata mikrobiologiczna to wielowarstwowy arkusz drobnoustrojów składający się głównie z bakterii, ale może to również obejmować archeony. Maty mikrobiologiczne mają grubość kilku centymetrów i zwykle rosną na styku dwóch materiałów, głównie na wilgotnych powierzchniach. Organizmy w macie mikrobiologicznej są utrzymywane razem przez wydzielaną przez nie lepką substancję podobną do kleju, zwaną macierzą zewnątrzkomórkową. Gatunki w macie wykonują różne czynności metaboliczne w zależności od środowiska. W rezultacie zidentyfikowano maty mikrobiologiczne, które mają różne tekstury i kolory odzwierciedlające skład maty i aktywność metaboliczną mikroorganizmów tworzących matę.

Pierwsze maty mikrobiologiczne prawdopodobnie czerpały energię z substancji chemicznych znalezionych w pobliżu kominów hydrotermalnych. A odpowietrznik hydrotermalny to pęknięcie lub szczelina w powierzchni Ziemi, która uwalnia wodę podgrzaną geotermalnie. Wraz z ewolucją fotosyntezy około 3 miliardów lat temu, niektóre organizmy w matach mikrobiologicznych zaczęły wykorzystywać szerzej dostępne źródło energii &mdash światło słoneczne &mdash, podczas gdy inne nadal były zależne od chemikaliów z kominów hydrotermalnych jako źródła energii i żywności.

Ta (a) mata mikrobiologiczna o średnicy około jednego metra rośnie nad otworem hydrotermalnym w Oceanie Spokojnym w regionie znanym jako „Pacyfikowy Pierścień Ognia”. Mata pomaga zatrzymać mikrobiologiczne składniki odżywcze. Kominy, takie jak wskazany strzałką, umożliwiają ucieczkę gazów. (b) Na tej mikrofotografii bakterie w macie są wizualizowane za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. (kredyt a: modyfikacja pracy dr. Boba Embleya, NOAA PMEL, głównego naukowca, kredyt b: modyfikacja pracy autorstwa Ricardo Murgi, Rodneya Donlana, dane CDC w skali od Matta Russella)


Epigenetyka rozrodu zwierząt

Rozmnażanie u jednokomórkowych prokariontów

Prokarionty (od starożytnego greckiego προ (pro), przed i αρυόν (karion), jądro), obejmują bakterie. Najwcześniejsza grupa organizmów jednokomórkowych wyewoluowała około 3,8 miliarda lat temu (Cooper, 2000). Są podzielone na dwie główne grupy, Archea (Archeobakterie) oraz Bakteria (Eubakteria). Prokarionty nie mają jądra, a materiał genetyczny (DNA) jest mniej zorganizowany w chromatynie i chromosomach niż w jednokomórkowych organizmach eukariotycznych. Mają rybosomy i satelitarny DNA cytoplazmatyczny i cytoszkielet, ale nie mają organelli związanych z błoną, takich jak plastydy i mitochondria. Bakterie, które nie posiadają płci, rozmnażają się bezpłciowo.


22.1 Różnorodność prokariotyczna

Prokarionty są wszechobecne. Zakrywają każdą możliwą do wyobrażenia powierzchnię, na której jest wystarczająca ilość wilgoci, i żyją na i wewnątrz innych żywych istot. W typowym ludzkim ciele komórki prokariotyczne przewyższają liczebnie komórki ludzkiego ciała o około dziesięć do jednego. Stanowią większość żywych organizmów we wszystkich ekosystemach. Niektóre prokarionty rozwijają się w środowiskach, które są niegościnne dla większości żywych istot. Prokarionty przetwarzają składniki odżywcze — niezbędne substancje (takie jak węgiel i azot) — i napędzają ewolucję nowych ekosystemów, z których niektóre są naturalne, a inne stworzone przez człowieka. Prokarionty były na Ziemi na długo przed pojawieniem się życia wielokomórkowego.

Prokarionty, pierwsi mieszkańcy Ziemi

Kiedy i gdzie zaczęło się życie? Jakie były warunki na Ziemi, kiedy zaczęło się życie? Prokarionty były pierwszymi formami życia na Ziemi i istniały przez miliardy lat, zanim pojawiły się rośliny i zwierzęta. Uważa się, że Ziemia i jej księżyc mają około 4,54 miliarda lat. Szacunek ten opiera się na dowodach z datowania radiometrycznego materiału meteorytowego wraz z innym materiałem podłoża z Ziemi i Księżyca. Wczesna Ziemia miała zupełnie inną atmosferę (zawierała mniej tlenu cząsteczkowego) niż dzisiaj i była narażona na silne promieniowanie, więc pierwsze organizmy rozwijały się tam, gdzie były lepiej chronione, na przykład w głębinach oceanów lub pod powierzchnią Ziemi. Również w tym czasie na Ziemi powszechna była silna aktywność wulkaniczna, więc jest prawdopodobne, że te pierwsze organizmy – pierwsze prokariota – przystosowały się do bardzo wysokich temperatur. Wczesna Ziemia była podatna na wstrząsy geologiczne i erupcje wulkaniczne i była poddawana bombardowaniu przez mutagenne promieniowanie słoneczne. Pierwszymi organizmami były prokariota, które mogły wytrzymać te trudne warunki.

Maty mikrobiologiczne

Maty drobnoustrojów lub duże biofilmy mogą reprezentować najwcześniejsze formy życia na Ziemi, istnieją dowody kopalne na ich obecność około 3,5 miliarda lat temu. Mata mikrobiologiczna to wielowarstwowy arkusz prokariotów (ryc. 22.2), który zawiera głównie bakterie, ale także archeony. Maty mikrobiologiczne mają grubość kilku centymetrów i zwykle rosną tam, gdzie stykają się różne rodzaje materiałów, głównie na wilgotnych powierzchniach. Różne typy prokariontów, które je tworzą, prowadzą różne szlaki metaboliczne i dlatego mają różne kolory. Prokariota w macie mikrobiologicznej są utrzymywane razem przez lepką substancję podobną do kleju, którą wydzielają, zwaną macierzą zewnątrzkomórkową.

Pierwsze maty mikrobiologiczne prawdopodobnie czerpały energię z substancji chemicznych znalezionych w pobliżu kominów hydrotermalnych. Komin hydrotermalny to pęknięcie lub szczelina w powierzchni Ziemi, która uwalnia podgrzaną geotermalnie wodę. Wraz z ewolucją fotosyntezy około 3 miliardów lat temu, niektóre prokariota w matach mikrobiologicznych zaczęły wykorzystywać szerzej dostępne źródło energii – światło słoneczne – podczas gdy inne nadal były zależne od chemikaliów z kominów hydrotermalnych w celu uzyskania energii i pożywienia.

Stromatolity

Skamieniałe maty mikrobiologiczne stanowią najwcześniejszy zapis życia na Ziemi. stromatolit jest strukturą osadową utworzoną, gdy minerały są wytrącane z wody przez prokarionty w macie mikrobiologicznej (ryc. 22.3). Stromatolity tworzą skały warstwowe zbudowane z węglanu lub krzemianu. Chociaż większość stromatolitów to artefakty z przeszłości, są miejsca na Ziemi, w których stromatolity wciąż się tworzą. Na przykład rosnące stromatolity znaleziono w pustynnym parku stanowym Anza-Borrego w hrabstwie San Diego w Kalifornii.

Starożytna atmosfera

Dowody wskazują, że przez pierwsze dwa miliardy lat istnienia Ziemi atmosfera była beztlenowa, co oznacza, że ​​nie było tlenu cząsteczkowego. Dlatego tylko te organizmy, które mogą rosnąć bez tlenu — organizmy beztlenowe — mogły żyć. Organizmy autotroficzne, które przekształcają energię słoneczną w energię chemiczną, nazywane są fototrofami i pojawiły się w ciągu miliarda lat od powstania Ziemi. Następnie miliard lat później z tych prostych fototrofów wyewoluowały sinice, znane również jako sinice. Cyjanobakterie (ryc. 22.4) rozpoczęły natlenianie atmosfery. Zwiększony poziom tlenu atmosferycznego pozwolił na opracowanie wydajniejszego O2-wykorzystanie szlaków katabolicznych. Otworzyło to również ziemię na wzmożoną kolonizację, ponieważ niektóre O2 jest przekształcany w O3 (ozon) i ozon skutecznie pochłaniają światło ultrafioletowe, które w przeciwnym razie spowodowałoby śmiertelne mutacje w DNA. Ostatecznie wzrost O2 koncentracje pozwoliły na ewolucję innych form życia.

Mikroby można dostosować: życie w umiarkowanych i ekstremalnych środowiskach

Niektóre organizmy opracowały strategie, które pozwalają im przetrwać trudne warunki. Prokarionty rozwijają się w wielu różnych środowiskach: niektóre rosną w warunkach, które wydają się nam bardzo normalne, podczas gdy inne są w stanie dobrze się rozwijać i rosnąć w warunkach, które zabiłyby roślinę lub zwierzę. Prawie wszystkie prokariota mają ścianę komórkową, ochronną strukturę, która pozwala im przetrwać zarówno w warunkach hiper-, jak i hipoosmotycznych. Niektóre bakterie glebowe są w stanie tworzyć przetrwalniki, które są odporne na ciepło i suszę, umożliwiając w ten sposób organizmowi przetrwanie do czasu, gdy powrócą sprzyjające warunki. Te adaptacje, wraz z innymi, pozwalają bakteriom być najliczniejszą formą życia we wszystkich ekosystemach lądowych i wodnych.

Inne bakterie i archeony są przystosowane do wzrostu w ekstremalnych warunkach i nazywane są ekstremofilami, co oznacza „miłośnicy skrajności”. Ekstremofile znaleziono we wszelkiego rodzaju środowiskach: głębinach oceanów, gorących źródeł, Arktyki i Antarktyki, w bardzo suchych miejscach, głęboko w Ziemi, w trudnych środowiskach chemicznych i środowiskach o wysokim napromieniowaniu (ryc. 22.5). by wymienić kilka. Organizmy te dają nam lepsze zrozumienie różnorodności prokariotycznej i otwierają możliwość znalezienia nowych gatunków prokariotycznych, które mogą prowadzić do odkrycia nowych leków terapeutycznych lub mieć zastosowania przemysłowe. Ponieważ mają wyspecjalizowane adaptacje, które pozwalają im żyć w ekstremalnych warunkach, wiele ekstremofili nie może przetrwać w umiarkowanych warunkach. Istnieje wiele różnych grup ekstremofili: są one identyfikowane na podstawie warunków, w których najlepiej rosną, a kilka siedlisk jest ekstremalnych na wiele sposobów. Na przykład jezioro sodowe jest zarówno słone, jak i zasadowe, więc organizmy żyjące w jeziorze sodowym muszą być zarówno alkalicznofilami, jak i halofilami (Tabela 22.1). Inne ekstremofile, takie jak organizmy odporne na promieniowanie, nie preferują ekstremalnego środowiska (w tym przypadku o wysokim poziomie promieniowania), ale przystosowały się do przetrwania w nim (ryc. 22.5).

Ekstremofile i ich preferowane warunki
Typ ekstremofilski Warunki optymalnego wzrostu
kwasofile pH 3 lub poniżej
Alkalifile pH 9 lub powyżej
Termofile Temperatura 60–80 °C (140–176 °F)
Hipertermofile Temperatura 80–122 °C (176–250 °F)
Psychofile Temperatura -15-10 °C (5-50 °F) lub niższa
Halofile Stężenie soli co najmniej 0,2 M
Osmofile Wysoka koncentracja cukru

Prokarionty w Morzu Martwym

Jednym z przykładów bardzo surowego środowiska jest Morze Martwe, basen hipersolny, który znajduje się między Jordanią a Izraelem. Środowiska nadsolne to zasadniczo skoncentrowana woda morska. W Morzu Martwym stężenie sodu jest 10 razy wyższe niż w wodzie morskiej, a woda zawiera wysoki poziom magnezu (około 40 razy większy niż w wodzie morskiej), który byłby toksyczny dla większości żywych organizmów. Żelazo, wapń i magnez, pierwiastki, które tworzą dwuwartościowe jony (Fe 2+ , Ca 2+ i Mg 2+ ), produkują to, co powszechnie nazywa się „twardą” wodą. Podsumowując, wysokie stężenie kationów dwuwartościowych, kwaśne pH (6,0) i intensywny strumień promieniowania słonecznego sprawiają, że Morze Martwe jest unikalnym i wyjątkowo wrogim ekosystemem 1 (ryc. 22.6).

Jakie prokarionty znajdujemy w Morzu Martwym? Maty bakteryjne wyjątkowo odporne na sól obejmują Halobakterie, Haloferax wulkani (która znajduje się w innych lokacjach, nie tylko nad Morzem Martwym), Halorubrum sodomense, oraz Halobaculum gomorrensei archeony Haloarcula marismortui, pośród innych.

Prokarionty nieuprawiane w kulturze i stan zdolny do życia, ale nienadający się do kultury

Mikrobiolodzy zazwyczaj hodują prokariota w laboratorium przy użyciu odpowiedniej pożywki hodowlanej zawierającej wszystkie składniki odżywcze potrzebne organizmowi docelowemu. Medium może być płynne, bulionowe lub stałe. Po czasie inkubacji w odpowiedniej temperaturze powinny pojawić się oznaki wzrostu drobnoustrojów (ryc. 22.7). Proces hodowli bakterii jest złożony i stanowi jedno z największych odkryć współczesnej nauki. Niemieckiemu lekarzowi Robertowi Kochowi przypisuje się odkrycie technik czystej kultury, w tym barwienia i stosowania pożywek wzrostowych. Jego asystent, Julius Petri, wynalazł szalkę Petriego, której zastosowanie jest nadal stosowane w dzisiejszych laboratoriach. Koch pracował głównie z Prątek gruźlicy bakteria wywołująca gruźlicę i rozwinęła postulaty identyfikacji organizmów chorobotwórczych, które są nadal szeroko stosowane w środowisku medycznym. Postulaty Kocha obejmują, że organizm może być zidentyfikowany jako przyczyna choroby, gdy jest obecny we wszystkich zainfekowanych próbkach i nieobecny we wszystkich zdrowych próbkach, i jest w stanie odtworzyć infekcję po wielokrotnym hodowaniu. Obecnie kultury pozostają podstawowym narzędziem diagnostycznym w medycynie i innych dziedzinach biologii molekularnej.

Jednak niektóre prokariota nie mogą rosnąć w warunkach laboratoryjnych. W rzeczywistości ponad 99 procent bakterii i archeonów nie nadaje się do hodowli. W większości wynika to z braku wiedzy, czym karmić te organizmy i jak je hodować, mają one specjalne wymagania dotyczące wzrostu, które pozostają nieznane naukowcom, takie jak potrzeba określonych mikroelementów, pH, temperatura, ciśnienie, -czynniki lub kometabolity. Niektóre bakterie nie mogą być hodowane, ponieważ są obowiązkowymi pasożytami wewnątrzkomórkowymi i nie mogą być hodowane poza komórką gospodarza.

W innych przypadkach organizmy nadające się do hodowli stają się niemożliwe do hodowli w stresujących warunkach, nawet jeśli ten sam organizm mógł być hodowany wcześniej. Te organizmy, które nie mogą być hodowane, ale nie są martwe, są w stanie żywym, ale nie nadającym się do hodowli (VBNC). Stan VBNC występuje, gdy prokariota reagują na stresory środowiskowe, wchodząc w stan uśpienia, który umożliwia im przetrwanie. Kryteria wejścia w stan VBNC nie są do końca zrozumiałe. W procesie zwanym resuscytacją prokariota może wrócić do „normalnego” życia, gdy poprawią się warunki środowiskowe.

Czy stan VBNC jest niezwykłym sposobem życia dla prokariontów? W rzeczywistości większość prokariontów żyjących w glebie lub wodach oceanicznych nie nadaje się do hodowli. Mówi się, że tylko niewielki ułamek, być może jeden procent, prokariotów można hodować w warunkach laboratoryjnych. Jeśli te organizmy nie nadają się do hodowli, to skąd wiadomo, czy są obecne i żywe? Mikrobiolodzy wykorzystują techniki molekularne, takie jak reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR), do amplifikacji wybranych fragmentów DNA prokariotów, wykazując ich istnienie. Przypomnijmy, że PCR może wytworzyć miliardy kopii segmentu DNA w procesie zwanym amplifikacją.

Ekologia biofilmów

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu mikrobiolodzy myśleli o prokariotach jako o odizolowanych istotach żyjących osobno. Model ten nie odzwierciedla jednak prawdziwej ekologii prokariontów, z których większość woli żyć w społecznościach, w których mogą wchodzić w interakcje. Biofilm to społeczność drobnoustrojów (ryc. 22.8) utrzymywana razem w gumowatej, teksturowanej matrycy, która składa się głównie z polisacharydów wydzielanych przez organizmy, wraz z niektórymi białkami i kwasami nukleinowymi. Biofilmy rosną przyczepione do powierzchni. Niektóre z najlepiej przebadanych biofilmów składają się z prokariontów, chociaż opisano również biofilmy grzybowe, a także niektóre złożone z mieszaniny grzybów i bakterii.

Biofilmy są obecne prawie wszędzie: mogą powodować zatykanie rur i łatwo kolonizować powierzchnie w warunkach przemysłowych. W ostatnich wybuchach epidemii bakteryjnego skażenia żywności na dużą skalę biofilmy odegrały główną rolę. Zasiedlają również powierzchnie domowe, takie jak blaty kuchenne, deski do krojenia, zlewy i toalety, a także miejsca na ciele człowieka, takie jak powierzchnie naszych zębów.

Interakcje między organizmami zasiedlającymi biofilm, wraz z ich ochronnym środowiskiem egzopolisacharydowym (EPS), sprawiają, że społeczności te są silniejsze niż wolno żyjące lub planktoniczne prokarionty. Lepka substancja spajająca bakterie wyklucza również większość antybiotyków i środków dezynfekujących, dzięki czemu bakterie biofilmu są twardsze niż ich odpowiedniki planktonowe. Ogólnie biofilmy są bardzo trudne do zniszczenia, ponieważ są odporne na wiele powszechnych form sterylizacji.

Połączenie wizualne

W porównaniu do swobodnie unoszących się bakterii, bakterie w biofilmach często wykazują zwiększoną odporność na antybiotyki i detergenty. Jak myślisz, dlaczego tak może być?


Wielokomórkowe vs. Jednokomórkowe organizmy

Jak sama nazwa wskazuje, główną różnicą między organizmami wielokomórkowymi a jednokomórkowymi jest liczba komórek w nich obecnych. Prowadzi to do rozwoju wszystkich innych cech i właściwości tych żywych organizmów. Przeczytaj o różnicy między tymi dwoma typami w tym artykule BiologyWise.

Jak sama nazwa wskazuje, główną różnicą między organizmami wielokomórkowymi a jednokomórkowymi jest liczba komórek w nich obecnych. Prowadzi to do rozwoju wszystkich innych cech i właściwości tych żywych organizmów. Przeczytaj o różnicy między tymi dwoma typami w tym artykule BiologyWise.

Komórki są budulcem wszystkich form życia. Każda żywa istota ma w swoim ciele komórki. Skład, rozmieszczenie i liczba komórek obecnych w organizmie określają, czy jest on wielokomórkowy, czy jednokomórkowy. Komórki w ludzkim ciele odgrywają istotną rolę w podtrzymywaniu życia.

Chcesz dla nas napisać? Cóż, szukamy dobrych pisarzy, którzy chcą rozpowszechniać informacje. Skontaktuj się z nami, a porozmawiamy.

W uproszczeniu różnica między organizmami jednokomórkowymi i wielokomórkowymi wynika z liczby komórek w nich obecnych. Jak sama nazwa wskazuje, organizmy jednokomórkowe zawierają jedną pojedynczą komórkę, podczas gdy organizmy wielokomórkowe zawierają w sobie więcej niż jedną komórkę. Wszystkie ich cechy fizyczne i cechy można przypisać różnicy w liczbie komórek, które zawierają.

Jednokomórkowe organizmy

Ze względu na obecność w nich tylko jednej komórki organizmy te są znacznie mniejsze i mają bardzo prostą budowę. Większość z tych organizmów należy do kategorii ‘prokariotów’ lub ‘jednostek prokariotycznych’, ponieważ ich skład i struktura nie jest złożona. Struktura znana jako jądro komórkowe jest całkowicie nieobecna u tych prokariotów, co prowadzi do ich niezdolności do radzenia sobie ze stosunkiem powierzchni do objętości. Z tego powodu ich rozmiary są bardzo małe.

Większość organizmów jednokomórkowych jest tak małych i mikroskopijnych z natury, że są prawie niewidoczne gołym ludzkim okiem. Nie mają również narządów wewnętrznych, a to oznacza, że ​​nie ma również błon, które są powłoką organiczną wokół narządów. Ze względu na bardzo uproszczoną formę życia mogą one występować na obszarach postrzeganych jako niebezpieczne dla życia ludzkiego i charakteryzujące się wysoką kwasowością lub radioaktywnością.

Wielu naukowców uważa, że ​​rasa ludzka jest wynikiem długotrwałej ewolucji wielu organizmów jednokomórkowych, które istniały miliony lat temu. Te dwa zestawy organizmów istnieją w harmonii ze sobą na naszej planecie. Poza tym wszystkie te organizmy mają swoje specyficzne role do odegrania w ekosystemie przyrody.

Przykłady: Wszystkie formy bakterii, ameby, drożdże i pantofelek.

Organizmy wielokomórkowe

Z drugiej strony te organizmy to te formy życia, które mają w sobie więcej niż jedną komórkę. W rzeczywistości mają w sobie miliony komórek.

Chcesz dla nas napisać? Cóż, szukamy dobrych pisarzy, którzy chcą rozpowszechniać informacje. Skontaktuj się z nami, a porozmawiamy.

Większa liczba komórek oznacza, że ​​organizmy te są znacznie większe i są bardzo złożone i zawiłe zarówno w swoim składzie, jak i budowie. Człowiek jest najlepszym przykładem organizmów wielokomórkowych, a duża liczba komórek prowadzi do narodzin wielu różnych organów pełniących różne funkcje. Większość ‘eukariotów’ lub ‘bytów eukariotycznych’ jest wielokomórkowych. Jądra komórkowe obecne u eukariontów i DNA organizmów są umieszczone oddzielnie, w przeciwieństwie do organizmów jednokomórkowych. Wszystkie te komórki współpracują ze sobą, aby utrzymać formę życia przy życiu, a to prowadzi do jednoczesnego występowania różnych złożonych funkcji.

Organizmy w obu kategoriach różnią się znacznie wyglądem i chociaż organizmy wielokomórkowe osiągają duże rozmiary, niektóre z nich nadal mają mikroskopijny charakter. Są one również znane jako ‘myxozoa’.

Przykłady: Istoty ludzkie, zwierzęta, rośliny, myksozoa i wszelkiego rodzaju grzyby.

Naukowcy odkryli wszystkie różnice między organizmami wielokomórkowymi i jednokomórkowymi, co położyło podwaliny pod rozwój reszty biologii. Zaawansowane badanie budowy wszystkich zwierząt i roślin nie byłoby możliwe bez odpowiedniej wiedzy o strukturze komórkowej tych organizmów, ponieważ komórki są podstawowymi siłami życiowymi i żaden organizm nie może żyć bez obecności w nich komórek.

Chęć poznania różnic między organizmami jest ważnym wydarzeniem w historii ludzkości i bez tego odkrycia medycyna nie byłaby tam, gdzie jest dzisiaj.

Powiązane posty

Organizmy jednokomórkowe odnoszą się do żywych istot, które mają tylko jedną komórkę, a komórka jest odpowiedzialna za wykonywanie wszystkich funkcji. Niektóre przykłady to ameba, pantofelek, bakterie i sinice.

W poniższym artykule przedstawiono różnice między roślinami jednoliściennymi a dwuliściennymi, biorąc pod uwagę ich różne cechy. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o klasyfikacjach dwuliściennych i jednoliściennych.

Egzocytoza jest odwrotnością endocytozy. Ten artykuł zawiera krótkie wyjaśnienie tych procesów, a także porównuje je.


Prokariotyczny kontra eukariotyczny

Organizmy jednokomórkowe mogły rozwinąć się z prokariotów w celu zwiększenia wydajności metabolicznej.

Wyjaśnienie:

  • Organizmy jednokomórkowe rozwinęły się z prokariontów w celu zwiększenia wydajności metabolicznej.
  • Komórki eukariotyczne to bardziej wyspecjalizowane komórki w królestwie Protista. Mogą to być zarówno organizmy jednokomórkowe, jak i wielokomórkowe. Mają organelle związane z błoną (chloroplast i mitochondria) oraz jądro, które zawiera długie nici DNA ustrukturyzowane w chromosomach.
  • Niektóre z prostych komórek prokariotycznych mogły pochłonąć inne komórki, które stały się strukturami wewnętrznymi lub organellami i ewoluowały w pierwsze komórki eukariotyczne.
  • Teorię spopularyzował L. Margulis. Jest teraz wspierany przez szczegółowe testy eksperymentalne.

Odpowiedź:

DNA to DNA to DNA. Nie różni się niczym poza tym, jak jest ułożony.

Wyjaśnienie:

DNA w komórkach eukariotycznych jest zwykle liniowy (tj. chromosom), podczas gdy DNA w komórkach prokariotycznych jest zwykle kolisty (jeden koniec łączy się z drugim końcem).

Jednak szkielet fosfodiestrowy i zasady purynowo-pirymidynowe są takie same.

Odpowiedź:

Komórki eukariotyczne mają jądro z organellami związanymi z błoną, w przeciwieństwie do bakterii i archeonów.

Wyjaśnienie:

Komórki eukariotyczne to bardziej wyspecjalizowane komórki w królestwie Protista. Mogą to być zarówno organizmy jednokomórkowe, jak i wielokomórkowe. Mają organelle związane z błoną (chloroplast i mitochondria) oraz jądro, które zawiera długie nici DNA ustrukturyzowane w chromosomach.

Bakterie (eubakterie) i archeony to jednokomórkowe organelle, w których brakuje organelli związanych z błoną i jądra komórkowego. Zawierają one bardziej prymitywne, pojedyncze, długie, okrągłe DNA zwane chromosomami, które zawierają wszystkie geny niezbędne do utrzymania, naprawy i wzrostu. Lokalizacja w komórce zwana nukleoidem.

W przeciwieństwie do komórek eukariotycznych, archeony są znane jako ekstremofile i znajdują się w nietypowych ekstremalnych środowiskach. Dzieli się je na pięć grup: metanogeny (wykorzystują dwutlenek węgla i wodór w warunkach beztlenowych do produkcji metanu), kwasofile (żyją w środowisku kwaśnym, zwykle poniżej pH 2), termofile (żyją w wysokich temperaturach, między 40 a 122° C), psychrofile (żyją w niskich temperaturach od -20 °C do 10 °C) i halofile (żyją w miejscach o wysokim stężeniu soli).

Podobnie jak komórki eukariotyczne, bakterie (eubakterie) są powszechnie postrzegane jako „prawdziwe” bakterie i są bardziej zróżnicowane niż archeony. Można je znaleźć prawie na każdym miejscu, od jelit po glebę.


Prokarionty i cykl azotowy

Azot jest bardzo ważnym pierwiastkiem dla życia, ponieważ jest głównym składnikiem białek i kwasów nukleinowych. Jest makroelementem iw naturze jest przetwarzany ze związków organicznych do amoniaku, jonów amonowych, azotanów, azotynów i gazowego azotu w wielu procesach, z których wiele jest przeprowadzanych tylko przez prokariota. Jak pokazano na rysunku 2, prokariota są kluczem do cyklu azotowego. Największa pula azotu dostępna w ekosystemie lądowym to gazowy azot (N2) z powietrza, ale azot ten nie jest wykorzystywany przez rośliny, które są głównymi producentami. Azot gazowy jest przekształcany lub „utrwalany” w łatwiej dostępne formy, takie jak amoniak (NH3), poprzez proces wiązanie azotun . Bakterie wiążące azot obejmują Azotobacter w glebie i wszechobecnych fotosyntetycznych sinicach. Niektóre bakterie wiążące azot, takie jak ryzobium, żyją w symbiotycznych związkach w korzeniach roślin strączkowych.

Innym źródłem amoniaku jest amonifikacja , proces, w którym amoniak jest uwalniany podczas rozkładu związków organicznych zawierających azot. Jon amonowy jest stopniowo utleniany przez różne gatunki bakterii w procesie zwanym nitryfikacją. Proces nitryfikacji rozpoczyna się od konwersji amonu do azotynu (NO2 –) i kontynuuje konwersję azotynu do azotanu. Nitryfikacja w glebach prowadzona jest przez bakterie należące do rodzajów Nitrosoma, Nitrobakterie, oraz Nitrospira. Większość azotu w glebie występuje w postaci amonu (NH4 + ) lub azotan (NO3 – ). Amoniak i azotan mogą być wykorzystywane przez rośliny lub przekształcane w inne formy.

Amoniak uwolniony do atmosfery stanowi jednak tylko 15 procent całkowitego uwolnionego azotu, reszta to N2 oraz n2O (podtlenek azotu). Amoniak jest katabolizowany beztlenowo przez niektóre prokariota, dając N2 jako produkt końcowy. Bakterie denitryfikacyjne odwracają proces nitryfikacji, redukując azotan z gleby do związków gazowych, takich jak N2O, NIE i N2.

Rysunek 2. Prokarionty odgrywają kluczową rolę w cyklu azotowym. (kredyt: Agencja Ochrony Środowiska)

Ćwicz pytania

Które z poniższych stwierdzeń dotyczących obiegu azotu jest fałszywe?

  1. Bakterie wiążące azot występują na brodawkach korzeni roślin strączkowych iw glebie.
  2. Bakterie denitryfikacyjne przekształcają azotany (NO3 − ) na azot (N2).
  3. Amonifikacja to proces, w którym jon amonowy (NH4 + ) jest uwalniany z rozkładających się związków organicznych.
  4. Nitryfikacja to proces, w którym azotyny (NO2 − ) są przekształcane w jon amonowy (NH4 + ).

Pomyśl o warunkach (temperatura, światło, ciśnienie oraz materiały organiczne i nieorganiczne), które możesz znaleźć w głębinowych kominach hydrotermalnych. Jakiego rodzaju prokariota pod względem ich potrzeb metabolicznych (autotrofy, fototrofy, chemotrofy itp.) spodziewałbyś się tam znaleźć?


Obejrzyj wideo: Tam Nie Ma Już Gdzie Budować. Najludniejsze Miejsce Na Ziemi! (Może 2022).


Uwagi:

  1. Kashicage

    bardzo pomocne!!! Autor jest po prostu przystojny !!!

  2. Weallcot

    Na pytanie „Co tu robisz?” 72% respondentów odpowiedziało negatywnie. Jesteś bardzo pomocny - tu mamy rozpustę... Nikt nigdy nie umarł na impotencję, chociaż nikt się nie urodził. O wiele łatwiej mężczyźnie zerwać dwudziestoletni związek niż dwudziestolatkowi. Dziewczyna nie pieprzy się, - po prostu zrelaksowała się ...

  3. Hildbrand

    Usunąłem zdanie

  4. Cearbhall

    Niesamowity temat, są bardzo ciekawe))))



Napisać wiadomość