Кто такие эукариоты? являются ли они бактериями?

Бактерии слишком сложны, чтобы быть примитивными предками эукариот

  В поисках наиболее примитивных форм жизни на Земле бактерии, несомненно, были бы включены в список этих форм. Эти крошечные, одноклеточные организмы обладают маленьким геномом.

Почему же тогда Патрик Фортерр и Симонетта Грибальдо из института Пастера заявляют в журнале PNAS следующее:1 «Мы определенно должны перестать думать о бактериях как о простейших низших организмах»? Это происходит по той же причине, по которой на Science Daily говорится следующее: «Низшие бактерии оказываются намного сложнее, чем мы представляли раньше».

Конечно же, некоторые бактерии наделены одним из наиболее удивительных молекулярных двигателей на земле: жгутиками. Команда ученых под руководством Ховарда Берга из Гарварда недавно обнаружила, что вращения бактериального жгутика по часовой стрелке и против часовой стрелки происходят асимметрично.

В статье журнала Science Daily сообщается о работе ученых из университета Лойолы, обнаруживших новый пример «бактериальной сложности» под названием «ацетилирование белков» в действии. Раньше считалось, что этот процесс присущ только более сложным эукариотам и редко встречается у бактерий. Ацетилирование белков – молекулярный процесс, участвующий в регулировании генов и белков. «Бактерии уже давно считаются простыми родственными формами эукариот», – пишет Алан Вольф своим коллегам в Лойоле.  «Это неправильное представление явно следует изменить…. В организме бактерии происходит целый процесс, который мы раньше не замечали».  Неужели это открытие настолько волнующее?  Он отметил, что его аспиранты работают не покладая рук, потому что «они открывают нечто новое, и это воодушевляет».

Заголовки сообщают, что открытие сложного процесса в этих простых организмах представляет «начало нового этапа в исследовании бактерий».

Фортерр и Грибальдо, в своих комментариях журналу PNAS,2 обсуждают два других недавних открытия, которые относят бактерий к разряду сложных организмов: (1) открытие Ферстом того, что бактерии способны к эндоцитозу, в котором внеклеточный материал может проникать в клетку через защитную мембрану; и (2) открытие Девосом того, что клеточные мембраны бактерий содержат белки – «структурные аналоги белков мембранной оболочки эукариот».

Фортерр и Грибальдо объясняют: «Белки мембранной оболочки эукариот участвуют, как в механизмах миграции пузырьков, так и в образовании ядерной поры».

  Но ведь у бактерий нет ядра, не так ли? В действительности у многих бактерий есть внутрицитоплазматическая мембрана, аналог ядра эукариот, и белки мембранной оболочки, вероятно, образуют своего рода ядерную пору, через которую происходит миграция РНК между геномом и рибосомами – ну прямо как у эукариот.

  «Аналоги  механизмов миграции через мембрану бактерий группы PVC (планктомицеты, веррукомикробии, хламидии) и Эукарий, как на цитологическом уровне, так и на уровне протеиновой структуры, –  поразительно очевидны!» – восклицают исследователи.  «Теперь, когда мы обсуждаем происхождение ядер эукариотов, мы просто не можем игнорировать эти данные».

У биологов и в мыслях нет, чтобы игнорировать эти данные!

Итак, что же нового в связи между «простыми» прокариотами и более развитыми, превосходящими их эукариотами?  Прежде всего, Фортерр и Грибальдо выявили серьезные недостатки в популярной модели «эндосимбиоза» – идеи о том, что прокариоты поглотили архебактерии и дали начало симбиотической связи, результатом которой стало появление эукариот. «Однако гипотезу симбиотического происхождения Эукарий все равно очень трудно понять на языке известных биологических механизмов», – отметили они.  «Например, эти механизмы указывают на особую связь между бактериями и археями, не наблюдаемую в природе, и предполагают очень маловероятный процесс, в котором все гены  бактериального хозяина, кодирующие информационные белки, заменяются генами простейшего симбионта».  Так много сказано в пользу этой идеи. Жаль, что это было главным аргументом во многих документальных и популярных эволюционных представлениях.

Фортерр и Грибальдо предложили только два подхода к решению проблемы и подхода оба эволюционные: «Основная задача будущих исследований заключается в определении того, являются ли белки мембранной оболочки бактерий только структурными аналогами белков мембранной оболочки эукариот (пример конвергентной эволюции), или же они являются гомологичными белками».  С такой альтернативой Дарвин не пропадет.  «Это невозможно проверить через сходство последовательностей (даже между белками мембранной оболочки эукариот), потому что на уровне последовательностей эти белки эволюционируют слишком быстро», – отметили исследователи, снова намекая на эволюцию. «Однако на протяжении эволюции белки мембранной оболочки сохранили своё основное строение….»  Интересно, откуда им это известно? Два уникальных белковых домена, входящие в состав белков мембранной оболочки прокариот, «удивительно схожи у бактерий группы PVC и Эукарий».  Поэтому, авторы поддерживают гомологию, а не конвергенцию, но это должны подтвердить исследования. Они заявляют: «Предварительные результаты уже дали нам важную информацию, указывая, по сути, на древнее происхождение этих белков у PVC бактерий и Эукарий, так как некоторые копии белков мембранной оболочки, вероятно, уже присутствовали у их последних общих предков».

«Если допустить, что бактериальные и эукариотические белки мембранной оболочки имеют общее происхождение, как мы можем привести эту информацию в соответствие с современными теориями о происхождении эукариот?»  Воображение также является источником информации.

Как отметили сами Фортерр и Грибальдо: «Можно представить три сценария».  Модель эндосимбиоза, как сказано выше, больше не является надежной. Остается два «сценария, в которых  современные Эукарии произошли от предковой протоэукариотической ветви».

  Согласно первому сценарию PVC бактерии получили свои белки мембранной оболочки путем боковой передачи генов.  Исследователи согласны с тем, что этому нет доказательств.

  «По второму сценарию» (который они и поддержали), «белки мембранной оболочки уже присутствовали в последнем универсальном общем предке (LUCA) и унаследовались Эукариями  и PVC бактериями, а у всех остальных типов бактерий и у архей они утратились».  Но откуда эти белки взялись у LUCA?  Исследователи ничего не говорят.  В одном месте их история и впрямь становится запутанной и надо сказать странной:

«Если LUCA уже содержал мембранные белки, этот общий предок, вероятно, был разделен на компартменты (отсеки).  Эта идея может показаться странной для многих биологов, которые привыкли думать о LUCA и всех его современниках, как об очень примитивных организмах.  Однако образование пузырьков и манипуляции с мембраной могут быть очень древними характеристиками жизни.

Это указывает по аналогии на то, что даже древние клетки  с РНК геномами могли иметь такую способность и, следовательно, уже могли иметь компартменты. Если белки мембранной оболочки уже присутствовали  во времена существования  LUCA, древняя биосфера, возможно, была более многообразной, чем принято считать и имела различные группы компартментализованных клеток.

  Несмотря на то, что PVC бактерии являются истинными представителями бактериального домена,  возможно, они сохранили некоторые предковые характеристики  клеточной структуры и функции, открывающие новые горизонты представлений о природе наших клеточных предков.  Дальнейшее исследование разнообразия микроорганизмов, вероятно, преподнесет нам еще много сюрпризов.

  Другие компартментализованные клетки могли существовать среди огромного количества неразвитых простейших и бактериальных линий клеток».

Легко заметить, что представленный выше параграф содержит слишком много таких слов, как  вероятно и возможно.  В природе существует еще много сложности, которую необходимо объяснить.

Источник: http://www.origins.org.ua/page.php?id_story=1390

Эукариоты, прокариоты, вирусы

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют группу, не имеющую клеточного строения – вирусы. Все остальные организмы по типу клеточной организации делят на прокариотов и эукариотов.

1. Эукариоты – сложноустроенные клетки, имеющие оформленное ядро, из которых состоит большинство организмов от одноклеточных водорослей до человека.

2. Прокариоты – доядерные клетки, т.е не имеющие оформленного ядра. Единственная молекула ДНК, замкнутая в кольцо, свободно располагается в области цитоплазмы, называется нуклеоидом.

У прокариотов нет хлоропластов, митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи; их функции выполняют впячивания цитоплазматической мембраны – мезосомы.

В связи с отсутствием центриолей, митоза и мейоза также нет, деление осуществляется перетяжкой, снаружи формируется клеточная стенка из муреина.

Прокариоты делятся на две группы: бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи).

В цитоплазме бактерий находятся рибосомы и включения (крахмал, гликоген, жиры), а у бактерий, способных к фотосинтезу, есть мембранные структуры с пигментами, подобные хлоропластам. Многие виды бактерий образуют слизистую капсулу, которая предохраняет их от высыхания.

Бактерии встречаются повсеместно, населяя все среды обитания. Наибольшее их число находится в почве, обнаружены в воздухе, воде, продуктах питания, внутри организма.

– шарообразные (кокки, диплококки, стрептококки);

-палочковидные (бациллы);

-в виде запятой (вибрионы);

-извитые (спирохеты, спириллы).

По способу питания бактерии подразделяются на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы (в данном случае бактерии) – способны к самостоятельному синтезу органических веществ. Фотосинтезирующие бактерии используют для этого энергию солнца. Их зеленый пигмент называется бактериохлорофиллом.

Фотосинтез у них протекает в анаэробных условиях без выделения О2. Хемосинтезирующие бактерии используют энергию химических реакции: нитрифицирующие бактерии переводят аммиак в нитриты, а затем в нитраты; железобактерии – Fe2+ в Fe3+ и др. Хемосинтез был открыт в 1889-1890 гг.

русским микробиологом С.Н. Виноградским.

Гетеротрофные организмы (в данном случае бактерии) используют для питания готовые органические вещества.

Сапрофиты – бактерии гниения, используют органические вещества отмерших организмов или выделения других организмов (почвенные – разлагают перегной; клубеньковые – связывают свободный азот; молочнокислые – превращают сахар в молочную кислоту; маслянокислые – сбраживают углеводы, спирты до масляной кислоты). Паразитические бактерии – поселяются в живых организмах и питаются за их счет.

По типу энергетического обмена бактерии могут быть аэробными и анаэробными.

Аэробные бактерии – живут в кислородсодержащей среде и получают энергию в процессе окисления органических соединений до углекислого газа и воды.

Анаэробные бактерии – обитают в бескислородных условиях и существуют за счет энергии, выделяемой при брожении.

Обычно бактерии делятся бесполым путем, но характерен и половой процесс – конъюгация, при котором между двумя клетками происходит обмен участками ДНК.

При наступлении неблагоприятных условий бактерии образую споры. В таком виде они устойчивы к различным воздействиям и сохраняют жизнеспособность в течение длительного времени.

Положительное значение бактерий заключается в следующем:

– гнилостные бактерии разрушают трупы животных и растительные остатки;

– нитрифицирующие и клубеньковые бактерии повышают плодородие почвы;

– бактерии используются в пищевой промышленности для получения кисломолочных продуктов, сыра, сливочного масла, квашения овощей, виноделии;

– используются для получения различных спиртов, антибиотиков, витаминов, гормонов;

– бактерии, находящиеся в рубце жвачных животных, перерабатывают целлюлозу; лактобактерии, бифидобактерии, находящиеся в кишечнике человека являются нормальной микрофлорой, способствуют синтезу витаминов.

Отрицательное значение бактерий заключается в следующем:

– некоторые виды бактерий повреждают рыболовные сети, книги, сено, портят продукты питания;

– болезнетворные бактерии поселяются на покровах тела или в организме человека и вызывают следующие болезни: тиф, холера, дифтерия, столбняк, туберкулез, ангина, сибирская язва, бруцеллез, чума.

Борьба с бактериями включает следующий рад мероприятий: проветривание жилых помещений, дезинфекция, очистка воды и контроль продуктов питания, пастеризация (20-30 мин при температуре 60-700 С), термическая обработка пищи, инструментов, прививки.

Цианеи (цианобактерии)илисинезеленые водоросли – наиболее древние водные или почвенные автотрофные организмы. Имеют многослойные стенки из полисахаридов, пектиновых веществ и целлюлозы, сверху покрыты слизью.

Живут в виде отдельных клеток или образуют колонии. По строению схожи с бактериями. Способны к фотосинтезу, который идет на отдельных мембранах, лежащих в цитоплазме. Некоторые цианеи имеют вакуоли, заполненные азотом, что повышает их плавучесть.

Размножаются обычно делением надвое или распадом колоний. Способны к спорообразованию, некоторые цианеи очищают воду, минерализуя продукты гниения, встречаются цианеи в качестве симбионтов в лишайниках.

Цианеи – «пионеры» – первыми заселяют безжизненные места обитания.

Каждая вирусная частица состоит из небольшого количества ДНК или РНК (у остальных организмов всегда имеются обе эти нуклеиновые кислоты), т.е. генетического материала, заключенного в белковую оболочку (капсид), играющую защитную роль.

В связи с тем, что в состав вирусов входит только одна разновидность нуклеиновых кислот, они не могут самостоятельно синтезировать белки. Различают РНК-содержащие вирусы и ДНК-содержащие вирусы. Вирусы не растут, у них отсутствует обмен веществ.

Все активные процессы вирусов протекают в клетках-хозяевах.

Особую группу представляют вирусы бактерий – бактериофаги (фаги). Эти организмы, поселяясь внутри бактерий, заставляют их синтезировать белок с собственной ДНК, что приводит к гибели бактериальной клетки. В связи с этим фаги используют для лечения таких заболеваний, как дизентерия, брюшной тиф, холера и пр.

БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Оболочка клеток

Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки.

Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток; через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.

Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.

Имея незначительную толщину (мень­ше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опор­ной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений.

Обра­зование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.

Плазматическая мембрана.Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана, граничащая непосредственно с цитоплазмой. Изучение ее строения и функций возможно только с помощью электронного микроскопа.

В состав плазматической мембраны входят белки и липиды в разных соотношениях. Они упорядоченно расположены и соединены друг с другом хи­мическими взаимодействиями.

По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину.

Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает дина­мичность плазматической мембраны.

Источник: https://cyberpedia.su/15xa9ff.html

Отличие ЭУКАРИОТ от ПРОКАРИОТ

Все организмы, которые имеют клеточное строение, относятся к одной из групп (надцарств) – прокариотам (предъядерным) или эукариотам (ядерным).

К эукариотам относятся царства грибов, растений и животных. В переводе с греческого языка слово «эукариот» означает «владеющий ядром», т. е. все эукариоты имеют ядро. Эукариотические клетки в целом по строению сходны.

Хотя есть и заметные различия между клетками организмов, которые принадлежат к различным царствам живой природы. Например, растительные клетки имеют различные пластиды и крупную центральную вакуоль, которая иногда отодвигает ядро к периферии.

Кроме достаточно крупных рибосом у эукариот имеется и много других органоидов: ЭПС, митохондрии, клеточный центр, пластиды и т. д.  

Клетки прокариот имеют относительно простое строение. В них нет организованного ядра, а единственная хромосома не отделена мембраной от остальной части клетки, а лежит непосредственно в цитоплазме. Тем не менее, в этой хромосоме записана вся наследственная информация клетки. К прокариотам относятся бактерии, цианобактерии и архебактерии.

Цтоплазма прокариот очень бедна по составу структур. В ней находятся многочисленные мелкие рибосомы. Функциональную роль хлоропластов и митохондрий выполняют специальные мембранные складки.

Сами клетки эукариот и прокариот сильно отличаются и по размеру. Эукариотическая клетка превышает клетку прокариот по объему в 1000 раз, а по диаметру в 10 раз. Диаметр эукариотической клетки  составляет 0,01-0,1 мм, а прокариотической – 0,0005-0,01 мм.

Эукариоты и прокариоты отличаются и по генетическому аппарату. Так, генетический аппарат эукариотической клетки находится в ядре и защищен оболочкой. ДНК эукариот линейная, в соотношении 50/50 соединена с белками.

У них образуется хромосома. В отличие от эукариот, ДНК у прокариот кольцевая, голая (с белками почти не соединена), лежит в особой области цитоплазмы – нуклеоиде и отделяется от остальной цитоплазмы при помощи мембраны.

Эукариотическая клетка делится при помощи митоза, мейоза или комбинации данных способов. Жизненный цикл эукариот состоит из двух ядерных фаз. Первая (гаплофаза) отличается одинарным набором хромосом. Во второй фазе (диплофаза) две гаплоидные клетки, сливаясь, образуют диплоидную клетку, в которой содержится двойной набор хромосом. Через несколько делений клетка снова становится гаплоидной.

Эукариоты, в отличие от прокариот, могут переваривать твердые частицы путем их заключения в мембранный пузырек. Считается, что следствием данного процесса (фагоцитоза) у эукариот стало появление первых хищников.

Эукариоты отличаются от прокариот и наличием двигательных приспособлений. Эукариоты имеют жгутики, которые обладают сложным строением. Жгутики представляют собой тонкие клеточные выросты, которые окружены тремя слоями мембраны.

Данные выросты содержат девять пар микротрубочек по периферии и две в центре. Жгутики имеют толщину до 0,1 мм и способны изгибаться. Также, помимо жгутиков, эукариоты имеют реснички. Реснички и жгутики идентичны по своей структуре и отличаются только размером.

Длина ресничек достигает не более 0,01 мм.

Считается, что первыми около 3,5 млрд лет назад появились прокариоты, которые через 2,4 млрд лет положили начало возникновению эукариотических клеток.

Выводы:

1. К эукариотам относятся грибы, растения и животные, а к прокариотам – бактерии, цианобактерии и архебактерии.
2. У эукариот любого царства ядро есть. Именно в ядре находится генетический аппарат эукариотов, защищенный специальной оболочкой. У прокариот ядра нет.
3. Клетки прокариот имеют простое строение, а единственная хромосома со всей наследственной информацией лежит просто в цитоплазме, в отличие от клетки эукариот, которая гораздо сложнее и многообразнее.
4. Цитоплазма прокариот бедна по составу и имеет много мелких рибосом. У эукариот имеются крупные рибосомы и еще много других органоидов. Сама клетка по объему превышает клетку прокариот в 1000 раз, а по диаметру в 10 раз.
5. ДНК эукариот линейная, наполовину соединена с белками и в ней образуется хромосома. У прокариот ДНК кольцевая, голая и лежит в нуклеоиде – особой области цитоплазмы.
6. Эукариоты в основном размножаются посредством митоза и мейоза или сочетанием обоих способов, а прокариоты размножаются делением клетки надвое. 

Источник: https://thedb.ru/items/Otlichie_EUKARIOT_ot_PROKARIOT/

Кто такие прокариоты и эукариоты?

Все живые организмы делятся на две основные группы: прокариоты и эукариоты. В основе этой классификации лежат многочисленные структурные различия, из них наиболее основными являются:

наличие или отсутствие ядра, содержащего хромосомную ДНК;

строение и химический состав клеточной стенки;

наличие или отсутствие субклеточных цитоплазматических органелл.

В прокариотической клетке, например бактериальной, хромосомная ДНК находится непосредственно в цитоплазме, клетка окружена ригидной клеточной стенкой, в состав которой часто входит пептидогликан, но не хитин или целлюлоза; в клетке нет субклеточных цитоплазматиче-ских органелл.

В эукариотической клетке имеется ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной мембраной, хромосомная ДНК находится в ядре; клеточная стенка, если она есть, может содержать хитин или целлюлозу, но не пептидогликан; в цитоплазме содержатся различные субклеточные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, хлоропласт в клетках растений)

Методы консервирования пищевых продуктов?

Термический метод консервирования основан на отмирании различных видов микроорганизмов под влиянием температурного воздействия. Консервирование высокими температурами проводят для уничтожения микрофлоры и инактивации ферментов продовольственных товаров. К этим методам относятся пастеризация и стерилизация.

Консервация низкой температурой производится путем охлаждения пищевого продукта или его замораживания.

Охлаждение представляет собой воздействие низкой температуры на пищевой продукт с доведением температуры в толще его от 4 до 0°. При охлаждении пищевой продукт, не подвергаясь замораживанию, сохраняет свои пищевые, вкусовые и биологические свойства. Наиболее часто консервация охлаждением подвергается мясо.

Замораживание существенно нарушает структуру клеток и тканей замораживаемых продуктов, которые после оттаивания резко отличаются от свежих продуктов.

Обезвоживание (сушка) — консервирование, основанное на прекращении жизнедеятельности микроорганизмов при содержании влаги в пищевом продукте менее 15%.

Соление и консервирование сахаром производятся на основе повышения осмотического давления. Этот метод консервирования основан на свойстве микроорганизмов сохранять жизнеспособность только при условии определенной разности осмотического давления внутри бактериальной клетки и окружающей.

Маринование и квашение основаны на способности микроорганизмов развиваться в узких пределах рН.

Химические консерванты при консервировании пищевых продуктов в нашейстране применяются ограниченно; допускаются только некоторые химические вещества в количествах, не вредных для здоровья потребителей. В качестве химических консервантов используются пищевые антисептики (бензойная, сернистая и сорбиновая кислоты), антибиотики и антиокислители.

Копчение и презервирование относятся к комбинированным методам консервирования. В основе копчения лежит действие на продукт дыма, обладающего консервирующими свойствами. В коптильном дыму содержится комплекс продуктов возгонки, проявляющий антисептическое действие.



Источник: https://infopedia.su/16×595.html

Новооткрытый микроб заполняет брешь между прокариотами и эукариотами

В донных осадках на глубине 3283 м в Северном Ледовитом океане обнаружены микроорганизмы из надцарства архей, более близкие к эукариотам, чем любые другие прокариоты.

Читайте также:  Какие бактерии живут на руках?

Судя по набору генов, новая группа микробов, получившая название локиархей, обладает многими важными признаками эукариот, включая актиновый цитоскелет и способность к фагоцитозу.

Скорее всего, именно благодаря этой способности предкам эукариот удалось захватить бактериального симбионта, давшего начало митохондриям.

Открытие подтвердило, что эукариоты не просто имели общего предка с современными археями (что соответствует «трехдоменному» древу жизни), а произошли от одной, вполне определенной, группы архей, что соответствует «двухдоменному» древу и формально (с точки зрения кладистической систематики) заставляет считать эукариот подгруппой архей.

Происхождение эукариот — одна из самых интригующих проблем эволюционной биологии. Для объяснения отдельных этапов становления эукариотической клетки и всего процесса в целом предложены сотни гипотез, как конкурирующих, так и дополняющих друг друга.

На сегодняшний день твердо установлено, что митохондрии и пластиды эукариотической клетки являются потомками симбиотических бактерий (альфапротеобактерий и цианобактерий соответственно). Митохондрии были уже у последнего общего предка всех современных эукариот: это их универсальная черта. Хотя некоторые современные эукариоты лишены митохондрий, это — результат вторичной утраты.

Природа «хозяйской» клетки, некогда захватившей бактериальных симбионтов, менее очевидна, чем происхождение митохондрий и пластид. Геном эукариот явно имеет химерное происхождение: часть генов досталась им от архей, другая — от бактерий (в том числе от симбионтов, но не только от них).

Гены архейного происхождения выполняют в эукариотической клетке в основном «центральные» функции (такие как работа с генетической информацией и синтез белка), гены бактериального происхождения — в основном «периферические» (обмен веществ, взаимодействие с внешней средой).

Недавние исследования показали, что массированное заимствование бактериальных генов происходило на ранних этапах формирования чуть ли не всех крупных клад (групп) архей, так что предок эукариот в этом плане не был исключением (S. Nelson-Sathi et al., 2014. Origins of major archaeal clades correspond to gene acquisitions from bacteria).

Однако эукариотическая клетка устроена намного сложнее, чем прокариотическая, причем далеко не для всех эукариотических генов и молекулярных систем найдены очевидные прокариотические предшественники или аналоги.

Откуда взялись эти уникальные особенности эукариотической клетки — вот главный вопрос, на который необходимо ответить. Другой, менее принципиальный, но тоже интересный вопрос, связан со структурой древа жизни (рис. 2).

Альтернативная двухдоменная версия предполагает, что эукариоты отпочковались от одной из групп архей уже после того, как те начали расходиться (дивергировать). В этом случае эукариот формально следует считать подмножеством архей.

По мере накопления геномных данных позиции двухдоменной модели укрепляются. Становится всё более очевидно, что эукариоты обособились внутри архейной «кроны», то есть являются более близкими родственниками одним археям, чем другим.

На роль ближайшего родственника эукариот претендует так называемая клада TACK — надтип архей, включающий типы Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota и Korarchaeota.

Археи — чрезвычайно разнообразная группа, однако значительная часть их разнообразия сегодня известна ученым лишь по последовательностям гена 16S рРНК, по которому традиционно проводят классификацию прокариот.

Это некультивируемые микробы, отказывающиеся расти на лабораторных средах. Из проб, взятых в разных местах (например, из почвы, горячих источников или донных морских отложений) выделяют все имеющиеся там версии гена 16S рРНК и строят по ним эволюционные деревья.

На деревьях часто обнаруживаются ветви, не соответствующие ни одной из известных групп прокариот. О такой ветви можно только сказать, что это новая, неизвестная группа, и примерно определить степень ее родства с известными микробами.

«Примерно» — потому что одного-единственного гена 16S рРНК недостаточно для более строгих выводов.

В кладе TACK тоже есть такие условные группировки некультивируемых архей, одна из которых называется DSAG (Deep-Sea Archaeal Group — «глубоководная группа архей»). Археи из этой группы обнаружены во многих точках мирового океана на больших глубинах.

Фактически, DSAG — одна из самых многочисленных и широко распространенных групп архей в глубоководных донных отложениях, однако ни вырастить чистую культуру этих микробов в лаборатории, ни выделить из проб другие их гены, кроме 16S рРНК, пока не удавалось.

Точнее, выделить-то можно, но как понять, какие из бесчисленных фрагментов ДНК в данной пробе принадлежат именно интересующему нас микробу — обладателю необычного варианта 16S рРНК?

Исследователям из Уппсальского университета (Швеция) и Бергенского университета (Норвегия) удалось преодолеть технические препятствия, до недавних пор казавшиеся непреодолимыми, и собрать из кусочков почти полный геном одного микроба из загадочной группы DSAG, а также неполные геномы двух других ее представителей.

Авторы изучили ДНК из пробы грунта, поднятой с глубины 3283 м в Северном Ледовитом океане, недалеко от гидротермальной зоны Loki’s Castle («Замок Локи»), расположенной на склоне срединно-океанического хребта.

Это и позволило, наряду со сложнейшими современными методами метагеномного анализа и компьютерной обработки геномных данных, отделить фрагменты генетического материала DSAG от всех прочих и собрать из них три генома.

Авторы использовали множество хитроумных приемов.

Например, чтобы на первом этапе получить набор фрагментов ДНК, почти наверняка принадлежащих DSAG, они искали «филогенетически значимые» гены (то есть медленно эволюционирующие и при этом имеющиеся почти у всех микробов), строили для каждого гена эволюционное дерево, а затем выбирали те генетические варианты, чье положение на дереве соответствует положению DSAG на дереве 16S рРНК.

Поскольку природа DSAG после сборки геномов во многом прояснилась, авторы присвоили группе более внятное название.

Они нарекли глубоководных микробов «локиархеями» (Lokiarchaeota) в честь гидротермального района Замок Локи, а также в связи с тем, что споры мифологов вокруг фигуры этого скандинавского бога сопоставимы по остроте со спорами биологов о происхождении эукариот. Тот представитель группы, чей геном собрали почти полностью, был назван Lokiarchaeum, двух других обозначили пока условно: Loki2 и Loki3.

О чем же рассказали геномы локиархей? Прежде всего, они позволили построить надежное эволюционное дерево, основанное не на единственном гене 16S рРНК, как до сих пор, а на аминокислотных последовательностях 36 консервативных белков, считающихся хорошими «филогенетическими маркерами» (рис. 3).

На этом дереве локиархеи образуют единую монофилетическую группу в пределах надтипа TACK. Когда авторы включили в анализируемый массив данные по эукариотам, те пристроились к локиархеям в качестве одной из веточек: ближе к Loki3, чем к Lokiarchaeum и Loki2.

Таким образом, локиархеи оказались ближе к эукариотам, чем к другим археям (подобно тому, как шимпанзе ближе к людям, чем к другим обезьянам). С точки зрения кладистической систематики это означает, что эукариоты — подмножество архей (подобно тому, как люди — подмножество обезьян).

Одной из особенностей геномов локиархей является повышенная доля генов бактериального происхождения. Это согласуется со сказанным выше о периодическом массовом заимствовании бактериальных генов археями, в том числе, возможно, и предками эукариот.

Если локиархеи — ближайшая родня эукариот, то у них могут найтись гены и признаки, характерные для эукариот, но отсутствующие у других прокариот.

И действительно, в геноме Lokiarchaeum нашлось целых 175 белок-кодирующих генов (3,3% от общего числа генов в геноме), похожих на эукариотические, в том числе на так называемые ESPs (eukaryotic signature proteins) — белки, считающиеся уникальными для эукариот.

Авторы скрупулезно разбирают факты, позволяющие утверждать, что «эукариотические» гены Lokiarchaeum не являются результатом случайного загрязнения собранного генома нуклеотидными последовательностями эукариот.

Во-первых, эти гены у Lokiarchaeum всегда соседствуют с типично прокариотическими генами, а во многих случаях они находились на прочтенных фрагментах ДНК вместе с генами, уникальными для архей. Во-вторых, эти гены присутствуют в пробе во множестве экземпляров.

При этом настоящая эукариотическая ДНК там обнаружена лишь в следовых количествах, а характерные для эукариот гены 18S рРНК вовсе не найдены.

Среди «эукариотических» генов локиархей наибольший интерес представляют гены, связанные с подвижностью клетки и ее мембраны, с возможностью формирования разнообразных мембранных структур и активного захвата объектов из внешней среды (см. фагоцитоз). Ключевую роль в выполнении этих функций у эукариот играет белок актин — важнейший компонент цитоскелета.

В геноме Lokiarchaeum имеется целых пять генов, кодирующих белки, похожие на эукариотические актины и актиноподобные белки (ARPs, actin-related proteins). Эти белки локиархей («локиактины») намного ближе к актинам эукариот, чем открытые ранее у других архей гомологи актина — так называемые кренактины.

Эволюционные деревья показывают, что общий предок эукариот уже имел более одного актинового гена, то есть начало диверсификации актинов предшествовало появлению эукариот. Кроме того, у локиархей есть белки, похожие на известные эукариотические регуляторы формирования актиновых нитей. Таких белков нет у других прокариот.

По мнению авторов, эти факты показывают, что у локиархей с большой вероятностью имеется актиновый цитоскелет.

У локиархей также обнаружено большое разнообразие особых регуляторных белков (малых ГТФаз из надсемейства Ras, см. Ras superfamily), играющих у эукариот важную роль в регуляции работы актинового цитоскелета в ходе таких процессов, как фагоцитоз и везикулярный транспорт. У некоторых других прокариот тоже найдены похожие белки, но в несопоставимо меньшем количестве.

Еще одна «эукариотическая» черта локиархей — присутствие особого комплекса генов (ESCRT), служащего для образования всевозможных изгибов клеточной мембраны и отпочковывания мембранных пузырьков. У эукариот комплекс ESCRT обслуживает, помимо прочего, систему убиквитин-опосредованной деградации белка (см. Убиквитин); в геномах локиархей обнаружены компоненты и этой системы тоже.

Рибосомы локиархей, по-видимому, больше похожи на рибосомы эукариот, чем любые другие прокариотические рибосомы. В частности, только у локиархей есть «эукариотический» рибосомный белок L22e.

Анализ генома локиархей и его сравнение с геномами других представителей клады TACK показали, что архейный предок эукариот имел сложное строение и обладал многими продвинутыми признаками, которые раньше считались уникальными для эукариот.

Такие эукариотические «ноу-хау», как убиквитиновая система деградации отслуживших белков, актиновый цитоскелет, везикулярный транспорт, а возможно, и фагоцитоз, необходимый для захвата симбионтов, — всё это, вероятно, уже имелось у тех архей, которые дали начало эукариотам, подружившись с альфапротеобактерией — предком будущих митохондрий.

В свете новых данных становится понятнее отмеченное ранее мозаичное распределение отдельных эукариотических признаков у архей из клады TACK. Скорее всего, эти признаки имелись у их общего предка с локиархеями и эукариотами, но потом в разных ветвях они многократно и независимо терялись (рис. 4).

Растущие возможности метагеномики и компьютерного анализа нуклеотидных последовательностей позволяют надеяться, что среди некультивируемых микробов — этой «темной материи» мира прокариот — будет найдено еще немало интересных форм. В частности, среди локиархей (которые, как мы знаем, являются широко распространенной и массовой глубоководной группой) вполне могут обнаружиться виды, стоящие еще ближе к эукариотам, чем описанные в обсуждаемой статье.

Источники:
1) Anja Spang, Jimmy H. Saw, Steffen L. Jørgensen, Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka, Joran Martijn, Anders E. Lind, Roel van Eijk, Christa Schleper, Lionel Guy & Thijs J. G. Ettema.

Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes // Nature. Published online 06 May 2015.
2) T. Martin Embley & Tom A. Williams. Steps on the road to eukaryotes // Nature.

Published online 06 May 2015.

Александр Марков

Источник: https://elementy.ru/news/432477

В чём отличие бактериальной клетки от клеток эукариот?

Прежде чем разъяснить отличия эукариот от прокариот и прокариот от эукариот, мне бы хотелось поподробнее остановиться на том, кто же такие эукариоты и прокариоты.

На Земле к настоящему времени изучено и описано более полутора миллионов видов. Все живые организмы подразделяются на домены (не путайте с .ru, .com и прочими!). По современной классификации различают четыре домена, как то:

1. Бактерии
2. Археи
3. Вирусы
4. Эукариоты

Бактерии и археи – это и есть прокариоты. Все археи и в большинстве своём бактерии – одноклеточные организмы, однако представители типов цианобактерий и актиномицетов – состоят из большого числа безъядерных клеток. Про них мы говорим чуть позже, а сейчас хотелось бы отметить характерные особенности ещё одного домена – домена Вирусов.

Вирусы – понятие неоднозначное. Ведь их к живой природе можно отнести с натяжкой! Вирусы занимают как бы промежуточное положение между живой и неживой материей, поэтому мировое сообщество в лице микробиологов не сразу пришло к выводу, считать вирусы частью живой природы или нет. Решили считать.

Да и действительно, почему бы нет? Ведь у них же есть своя наследственная информация? Ну и что же, что нет ни ядра, ни рибосом, ни даже цитоплазмы, нет, собственно, клетки… Есть только ДНК (дезоксирибонуклеино­вая кислота, если подзабыли) или РНК (рибонуклеиновая кислота), которая обмотана, скрыта от внешнего мира, защищена от внешних раздражителей белковой оболочкой, которая на языке биологов называется капсидом. И всё. В неживой природе вирусы не проявляют никаких свойств живого. Но как только вирус попадает в чей-нибудь организм… в наш с Вами, например,.. хозяину приходится несладко. Вирус оживает что ли. Он проникает в клетку и заставляет ЕЁ производить вирусные белки, из которых потом собираются вирусы. А когда клетка гибнет и лопается мембрана, в наш организм выходят десятки, или сотни, или даже тысячи вирусов! Перечислять болезни, вызываемые вирусами можно часами, но я делать этого не буду, а только подытожу: вирусы – это внутриклеточные паразиты, которые до того утратили всё свои органы, что в итоге из одноклеточных прокариотических клеток превратились в безклеточных… представителей живого мира. То есть вирусы – это НЕ прокариоты. У прокариотов нет ядра В КЛЕТКЕ, но должна быть хотя бы клетка, а у вирусов её даже нет!

Но тем не менее около 3000 видов прокариотов открыто, изучено, описано и, возможно, нас ждут новые открытия.

Цианобактерии – немного другая история. Они-то состоят из большого числа сравнительно крупных клеток, хотя ни одна из них не имеет ядра. Но это не единственная особенность этого типа бактерий. Есть и ещё одна.

Особенность которая сближает цианобактерии с растениями. Речь идёт о способности цианобактерий к фотосинтезу, способности синтезировать питательные вещества за счёт энергии Солнца и углекислого газа.

Цианобактерии ещё называют сине-зелёными водорослями, но это НЕ водоросли (в современной науке, а ранее – да), хотя и физиологически с ними схожи.

Как Вы думаете, кто появился раньше: бактерии или растения? Конечно же, бактерии. Именно благодаря цианобактерям около 2,4 миллиардов лет назад образовалась современная атмосфера Земли.

Да и сейчас доля сине-зелёных водорослей в обеспечении мира кислородом колеблется, по разным подсчётам, на уровне 20-40%. Остальные 60-80% производят растения. Цианобактерии так же как и растения используются в пищу, причём не только обитателями морей (цианобактерии составляют значительную долю океанического фитопланктона), но и человеком – жителями Китая и Южной Америки.

К бактериям-фототрофам относят железобактерии, серобактерии и нитрифицирующие бактерии, которые образуют из аммиака сначала азотистую, а потом и азотную кислоту. Азотная кислота, в свою очередь, вступает в реакцию с минеральными вещестами почвы и образует соли, которые используются высшими растениями.

Например, у нас на огороде. Если есть эти бактерии – никаких удобрений не надо.

Вы уже, наверно, догадались, что эукариоты – это те организмы, клетки которых имеют ядро. То есть мы с Вами, коты, собаки, пауки, блохи, мухоморы, плауны обыкновенные – эукариоты. Все кроме бактерий и архей.

А в чём же отличия между эукариотическими и прокариотическими клетками?

Клетки прокариотов мизерные, да и «убранство» внутри клеток не впечатляет. Стиль минимализм.

Единственная хромосома плавает в цитоплазме, в ней же плавают малюсенькие рибосомки и капли питательных веществ. Клетка окружена мембраной, часто есть жгутики или реснички. У эукариотических клеток всё куда шикарней.

Набор органоидов куда шире: ядро, крупные рибосомы, митохондрии, лизосомы, ЭПС, аппарат Гольджи, вакуоли. У растений – ещё и пластиды (подробнее смотри тут).

Прокариоты размножаются только бесполым размножением, эукариоты, по большей части половым. Ну, и напоследок хочется отметить, что многие прокариоты – анаэробы, то есть они прекрасно обходятся без кислорода и могут жить где угодно. Авось и на Марсе когда-нибудь обнаружим…

Источник: http://www.bolshoyvopros.ru/questions/2054167-v-chjom-otlichie-bakterialnoj-kletki-ot-kletok-eukariot.html

Отличия прокариот от эукариот — Науколандия

Самое очевидное отличие прокариот от эукариот заключается в наличии у последних ядра, что отражено в названии этих групп: «карио» с древнегреческого переводится как ядро, «про» – до, «эу» – хорошо. Отсюда прокариоты — это доядерные организмы, эукариоты — ядерные.

Однако это далеко не единственное и возможно не главное отличие прокариотических организмов от эукариот.

В клетках прокариот вообще нет мембранных органоидов (за редким исключением) — митохондрий, хлоропластов, комплекса Гольджи, эндоплазматической сети, лизосом.

Их функции выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны, на которых располагаются различные пигменты и ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности.

Хромосомы эукариот находятся в ядре. У прокариот нуклеоид находится в цитоплазме и обычно крепится в одном месте к мембране клетки.

Кроме нуклеоида в прокариотических клетках бывает разное количество плазмид — нуклеоидов существенно меньшего размера, чем основной.

Количество генов в нуклеоиде прокариот на порядок меньше, чем в хромосомах. У эукариот есть множество генов, выполняющих регуляторную функцию по отношению к другим генам.

Это дает возможность эукариотическим клеткам многоклеточного организма, содержащим одну и ту же генетическую информацию, специализироваться; изменяя свой метаболизм, более гибко реагировать на изменения внешней и внутренней среды. Отличается и структура генов.

У прокариот гены в ДНК располагаются группами — оперонами. Каждый оперон транскрибируется как единое целое.

Отличия прокариот от эукариот есть и в процессах транскрипции и трансляции.

Самое главное заключается в том, что в прокариотических клетках эти процессы могут протекать одновременно на одной молекуле матричной (информационной) РНК: в то время как она еще синтезируется на ДНК, на готовом ее конце уже «сидят» рибосомы и синтезируют белок. В эукариотических клетках мРНК после транскрипции претерпевает так называемое созревание. И только после этого на ней может синтезироваться белок.

Рибосомы прокариот меньше (коэффициент седиментации 70S), чем у эукариот (80S). Отличается количество белков и молекул РНК в составе субъединиц рибосом. Следует отметить, что рибосомы (а также генетический материал) митохондрий и хлоропластов схожи с прокариотами, что может говорить об их происхождении от древних прокариотических организмов, оказавшихся внутри клетки-хозяина.

Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид).

Среди эукариот клеточная стенка есть у растений (ее основной компонент — целлюлоза), у грибов — хитин.

Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет сложных процессов клеточного деления (митоза и мейоза), характерных для эукариот.

В отличие от них у прокариот такого нет.

Для всего многообразия прокариотических организмов характерно большее, по сравнению с эукариотами, количество способов метаболизма.

Среди прокариот есть не только фотосинтетики, но и хемосинтетики (синтез органики без участия солнечной энергии, а за счет энергии, выделяемой при различных химических реакциях).

Кроме аэробного дыхания нередко встречается анаэробное (когда кислород не участвует в окислении органики). Анаэробные эукариоты — огромная редкость (например, у некоторых паразитических червей нет кислородного дыхания).

Питательные вещества в клетки прокариот поступают только с помощью осмоса. У эукариотических клеток кроме этого может также наблюдаться фаго- и пиноцитоз («захват» пищи и жидкости с помощью цитоплазматической мембраны).

В целом отличие прокариот от эукариот заключается в однозначно более сложном строении последних. Считается, что клетки прокариотического типа возникли путем абиогенеза (длительной химической эволюции в условиях ранней Земли).

Эукариоты появились позже от прокариотов, путем их объединения (симбиотическая, а также химерная гипотезы) или эволюции отдельно взятых представителей (инвагинационная гипотеза).

Сложность клеток эукариот позволила им организовать многоклеточный организм, в процессе эволюции обеспечить все основное разнообразие жизни на Земле.

Таблица отличий прокариот от эукариот

Признак
Прокариоты
Эукариоты
Клеточное ядро

Мембранные органоиды

Оболочки клетки

Генетический материал

Деление

Многоклеточность

Рибосомы

Обмен веществ

Происхождение

Нет	Есть
Нет. Их функции выполняют впячивания клеточной мембраны, на которых располагаются пигменты и ферменты.	Митохондрии, пластиды, лизосомы, ЭПС, комплекс Гольджи
Более сложные, бывают различные капсулы. Клеточная стенка состоит из муреина.	Основной компонент клеточной стенки целлюлоза (у растений) или хитин (у грибов). У клеток животных клеточной стенки нет.
Существенно меньше. Представлен нуклеоидом и плазмидами, которые меют кольцевую форму и находятся в цитоплазме.	Объем наследственной информации значительный. Хромосомы (состоят из ДНК и белков). Характерна диплоидность.
Бинарное деление клетки.	Есть митоз и мейоз.
Для прокариот не характерна.	Представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами.
Мельче	Крупнее
Более разнообразный (гетеротрофы, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие различными способами автотрофы; анаэробное и аэробное дыхание).	Автотрофность только у растений за счет фотосинтеза. Почти все эукариоты аэробы.
Из неживой природы в процессе химической и предбиологической эволюции.	От прокариот в процессе их биологической эволюции.

Источник: https://scienceland.info/biology10/prokaryote-eukaryote