Supervaltakunnan ydinorganismit (EUCARYOTA). Esiydinorganismit Superkingdom prenukleaarinen tai prokaryoottien valtakunta

Tiivistelmä aiheesta: Esiydinorganismit

JOHDANTO

1. SUPERKINGDOM PRENUCLEAR TAI KINGDOM OF PROKARYOTES

2. PROKARYOOTTIEN RAKENNE

2.1. Cell

2.2. Flagella

2.3. Pili ja fimbriat

2.4. Plasmakalvo, mesosomit ja fotosynteettiset kalvot

2.5. Geneettinen materiaali

3. PROKARYOOTTIEN LISÄÄNTYMINEN

4. PROKARYOOTTIEN ELÄMÄTAVAT

5. PROKARYOOTTIEN PÄÄRYHMÄT

5.1. Bakteerit ovat fototrofeja

5.2. Bakteerit ovat kemoautotrofeja

5.3 Bakteerit - organotrofit

6. SINIVIHREÄ LEVE

PÄÄTELMÄ

KIRJASTUS

JOHDANTO

Esiytimiä eliöitä - prokaryootteja - ovat yksinkertaisimmat yksisoluiset organismit. Arkielämässä niitä kutsutaan bakteereiksi tai mikrobeiksi.

Sinilevät kuuluvat myös prokaryooteihin. Tässä työssä yritän kuvata prokaryoottien rakennetta, lisääntymistä, elämäntapaa ja prokaryoottien pääryhmiä.

Näillä mikro-organismeilla on suuri rooli elämässämme, joten tämä aihe kiinnostaa minua.

Prokaryootteja voidaan käyttää lääketieteessä. Viime vuosisadan jälkipuoliskolle asti lääketiede ei käytännössä kyennyt hoitamaan bakteerien aiheuttamia sairauksia. Nyt lääkärit käsittelevät useimpia heistä menestyksekkäästi. Siksi uskon, että tämä aihe on edelleen ajankohtainen.

1. SUPERKINGDOM PRENUCLEAR TAI KINGDOM OF PROKARYOTES

Kaikki tunnetut yksisoluiset ja monisoluiset organismit on luonnostaan ​​jaettu kahteen suureen ryhmään - prokaryootit ja eukaryootit.

Kaikki prokaryootit kuuluvat samaan Drobnyaki-valtakuntaan, jota edustavat bakteerit ja sinilevät.

Prokaryoottisoluilla (kreikan sanasta pro - to, karion - ydin) ei ole muodostunutta ydintä. Toisin sanoen prokaryoottien geneettinen materiaali (DNA) sijaitsee suoraan sytoplasmassa, eikä sitä ympäröi ydinkalvo. Bakteeriryhmiä on kaksi: arkebakteerit (kreikan sanasta archaios - vanhin) ja eubakteerit.

2. PROKARYOOTTIEN RAKENNE

Prokaryootit ovat paljon suurempia kuin virukset (keskimäärin 0,5 - 5 mikronia), pienin niistä voi olla pienempi kuin isorokkovirus. Suurimmat bakteerit voidaan nähdä paljaalla silmällä pisteiden ja sauvojen muodossa, mutta nämä ovat poikkeuksia. Tyypillisesti prokaryoottisoluja tutkitaan optisella mikroskoopilla. Hollantilainen luonnontieteilijä A. van Leeuwenhoek huomasi bakteerit ensimmäisen kerran 1600-luvun lopulla yksinkertaisella mikroskoopilla - yhdestä pienestä pisaran muotoisesta linssistä tehdyllä suurennuslasilla.

2.1. Cell

Prokaryoottisolu on yleensä peitetty kalvolla (soluseinämällä), kuten kasvisolu. Mutta tämä elastinen, kuten autonrenkaan kuori, ei koostu selluloosasta, vaan sitä läheisestä aineesta, mureiinista (latinasta "mura" - seinä). Jotkut bakteerit (samat mykoplasmat) ovat menettäneet kalvonsa toisen kerran.

2.2. Flagella

Monilla bakteereilla on flagella. Flagella koostuu identtisistä pallomaisista flagelliiniproteiinin alayksiköistä (samanlainen kuin lihasaktiini), jotka on järjestetty spiraaliin ja muodostavat onton sylinterin, jonka halkaisija on noin 10-20 nm. Huolimatta lippujen aaltoilevasta muodosta, ne ovat melko jäykkiä.

Siimoja ohjaa ainutlaatuinen mekanismi. Siiman pohja ilmeisesti pyörii siten, että siima näyttää olevan ruuvattu väliaineeseen ilman satunnaisia ​​lyöntejä ja siten työntää solua eteenpäin. Tämä on ilmeisesti ainoa luonnossa tunnettu rakenne, joka käyttää pyörän periaatetta.

Toinen flagellan mielenkiintoinen ominaisuus on yksittäisten flagelliinialayksiköiden kyky koota spontaanisti kierteisiksi filamenteiksi liuoksessa. Spontaani itsensä kokoaminen on erittäin tärkeä ominaisuus monissa monimutkaisissa biologisissa rakenteissa. Tässä tapauksessa itsekokoaminen määräytyy flagelliinin aminohapposekvenssin (primäärirakenteen) perusteella. Liikkuvat bakteerit voivat liikkua vasteena tiettyihin ärsykkeisiin, toisin sanoen ne pystyvät taksiilemaan.

Flagellat on helpoimmin tutkittavissa elektronimikroskoopilla käyttämällä metallisputterointitekniikkaa. Siimaloita voi olla jopa useita kymmeniä.

2.3. Pili ja fimbriat

Joidenkin gramnegatiivisten bakteerien soluseinissä on ohuita ulokkeita (sauvan muotoisia proteiiniulokkeita), joita kutsutaan piluksiksi tai fimbriaiksi. Ne ovat lyhyempiä ja ohuempia kuin flagella, ja ne kiinnittävät soluja toisiinsa tai johonkin pintaan antaen erityistä "tahmeutta" niille kannoille, joilla niitä on. He joivat, on erilaisia. Mielenkiintoisimpia ovat niin sanotut F-pilit, joita koodaa erityinen plasmidi ja jotka liittyvät bakteerien seksuaaliseen lisääntymiseen.

2.4. Plasmakalvo, mesosomit ja fotosynteettiset kalvot

Kuten kaikki solut, bakteerien protoplasmaa ympäröi puoliläpäisevä kalvo. Joissakin bakteereissa plasmakalvo vetäytyy soluun ja muodostaa mesosomeja tai fotosynteettisiä kalvoja.

Mesosomit– laskostuneet kalvorakenteet, joiden pinnalla ovat hengitysprosessissa mukana olevia entsyymejä. Siksi mesosomeja voidaan kutsua primitiivisiksi organelleiksi. Solunjakautumisen aikana mesosomit sitoutuvat DNA:han, mikä näyttää helpottavan kahden tytär-DNA-molekyylin erottamista replikaation jälkeen ja edistävän väliseinän muodostumista tytärsolujen välille.

2.5. Geneettinen materiaali

Bakteeri-DNA:ta edustavat yksittäiset pyöreät molekyylit, joiden pituus on noin 1 mm. Jokainen tällainen molekyyli koostuu 5-100 nukleotidiparista. Bakteerisolun DNA:n kokonaispitoisuus (genomi) on paljon pienempi kuin eukaryoottisolussa, ja näin ollen myös siihen koodatun tiedon määrä on pienempi. Keskimäärin tällainen DNA sisältää useita tuhansia geenejä.

Prokaryoottisten solujen muodot ovat melko yksinkertaisia: pallot ( cocci), joskus yhdistettynä kahdeksi (kaksinkertainen koki- diplokokit); muodostaa ketjuja ( streptokokit) tai liimattu yhteen eräänlaiseksi viinirypäletertukseksi ( stafylokokit/ kreikasta staphylus - viinirypäleet, liimattu yhteen neljäksi ( sarkiinit); tikkuja ( basillit), kierretyt tikut ( vibrios); korkkiruuvin muotoinen ( spirilla). Solujen haarautumismuodot ovat paljon harvinaisempia.

Muodon yksinkertaisuus tekee mahdottomaksi tunnistaa prokaryootteja tarkasti ulkonäön perusteella. Päinvastoin, niiden fysiologia on niin monipuolinen, että mikrobiologiassa uuden lajin tai lajikkeen kuvauksessa on tarpeen osoittaa, mitä mikro-organismi tarvitsee ja mitä tuotteita se tuottaa, eli ympäristön kanssa tapahtuvan vaihdon pääominaisuudet.

3. PROKARYOOTTIEN LISÄÄNTYMINEN

Prokaryootit lisääntyvät useimmiten yksinkertaisella solujakaumalla. Harvemmin orastava, kun orastava nuori solu on paljon pienempi kuin emosolu. Jaetut solut pysyvät usein yhdessä muodostaen lankoja ja joskus monimutkaisempia rakenteita. Suotuisissa olosuhteissa prokaryootit kasvavat erittäin nopeasti, eksponentiaalisesti. Kun kaikki resurssit on saatu talteen, väestö lakkaa kasvamasta. Lisäksi niiden lukumäärä voi laskea oman aineenvaihdunnan tuotteiden aiheuttaman myrkytyksen vuoksi. Virtausympäristössä kasvunopeus on vakio ja riippuu lämpötilasta ja ravinnon määrästä. Siksi maaperän läpi suodatetussa lähdevedessä ei ole bakteereja - ne eivät ehdi lisääntymään ennen kuin ne kulkeutuvat lähteen ulkopuolelle.

Epäsuotuisissa olosuhteissa jotkut bakteerit muodostavat itiöitä - lepotilassa olevia vaiheita, jotka on peitetty tiheällä kalvolla. Itiöiden muodossa ne sietävät korkeita lämpötiloja, joskus jopa yli 100 0 C, ja säilyvät elinkykyisinä useita vuosia. Päinvastoin, useimpien prokaryoottien kasvavat, jakautuvat solut kuolevat jo 80 0 C:ssa. On kuitenkin myös korkeiden lämpötilojen ystäviä - kuumissa lähteissä asuvia termofiilejä.

Mikrobiologit kasvattavat usein bakteereita kiinteän alustan pinnalle lihaliemessä, jossa on gelatiinia tai agaria. Tämän ravitsevan hyytelön pinnalle putoava solu alkaa jakautua ja muodostaa pesäkkeen (tietyn muotoisen ja värin täplän), jossa kaikki solut ovat yhden, alkuperäisen jälkeläisiä. Tämä on hyvin yleinen tekniikka puhtaan mikrobisarjan saamiseksi.

4. PROKARYOOTTIEN ELÄMÄTAVAT

Vaikka mikro-organismit ovat luonnossa näkymättömiä, niitä löytyy valtavia määriä kaikkialla, erityisesti maaperässä. Itse asiassa he ovat luoneet koko maan ulkonäön. He voivat syödä melkein mitä tahansa, paitsi keinotekoisia muoveja, pesujauheita ja myrkkyjä. Kaikenlaiset bakteerit voivat imeä kaiken muun.

Mikro-organismeille on ominaista elämän kolmen olennaisen osatekijän luonne: energia, hiili ja vety.

Vetyä ei tarvita sellaisenaan, vaan elektronien lähteenä:

H 2 → 2H + + 2e ¬, joten se voidaan korvata muilla yhdisteillä ja alkuaineilla, jotka luovuttavat helposti elektroneja.

Energialähteen perusteella on olemassa kaksi organismiluokkaa: fototrofit(käyttämällä auringonvaloa) ja kymotrofit(käyttäen ravintoaineiden kemiallisten sidosten energiaa).

Hiilenlähteen mukaan ne erottuvat autotrofit(CO 2) ja heterotrofit(eloperäinen aine). Lopuksi vedyn lähteen (elektronien) perusteella ne erottavat organotrofit(kuluttaa orgaanista ainesta) ja litotrofit(ei välttämättä kuluta kiviä / kreikaksi "lithos" - kivi), ja tuotantolitosfääri - Maan kivikuori; se voi olla itse H2 ja NH3, H2S, S, SO, Fe 2+ ja niin edelleen.

Tämän luokituksen mukaan maakasvit ovat fotolitotrofeja (kevyiden kivien syöjiä), eläimet ovat kemoorganotrofeja (elinten syöjiä). Prokaryoottien maailmasta löytyy upeimmat yhdistelmät.

Prokaryooteilla on toinen merkittävä ominaisuus, joka puuttuu korkeammista organismeista. Vaikka typpi (N 2) tarkoittaa kreikaksi "elotonta", se on välttämätön elämälle, joten se on osa sen pääkomponentteja - proteiineja ja nukleiinihappoja. Mutta kasvit tai eläimet eivät pysty absorboimaan ilmakehän typpeä, vain jotkut prokaryootit voivat tehdä tämän, ensin pelkistämällä sen ammoniakiksi (NH 3) ja muuttamalla sen sitten nitriiteiksi (NO 2) ja nitraateiksi (NO 3). Ennen kemianteollisuuden kehitystä me kaikki elimme bakteereista. Tämä prosessi tapahtuu hapettomassa ympäristössä, joten typpeä sitovat mikro-organismit ovat kehittäneet erityisiä laitteita suojaamaan sitä hapelta.

5. PROKARYOOTTIEN PÄÄRYHMÄT

5.1. Bakteerit ovat fototrofeja

Monet bakteerit käyttävät valoa energianlähteenä. Ne ovat kaikki punaisia, oransseja, vihreitä tai sinivihreitä; koska jotta valo voisi tehdä mitään työtä, sen täytyy imeytyä väriaineeseen - pigmentti. Bakteereilla on monenlaisia klorofyllit Ja karotenoidit.

Purppuraiset rikkibakteerit saavat vetyä (elektroneja) rikkivedystä (H2S) ja hapettavat sen rikiksi ja sulfaatiksi. Purppurat ei-rikkibakteerit saavat sen liuenneesta orgaanisesta aineesta.

Maan bakteerit voivat myös assimiloida H 2 S:tä, molekyylivetyä ja orgaanista ainetta. Suurin osa niistä voi sitoa molekylaarista typpeä. Ne elävät useimmiten lietepinnalla olevissa säiliöissä, jotkut kuumissa lähteissä.

Bakteerien fotosynteesin erikoisuus on, että se vapauttaa vapaata happea (O 2). Tämän tyyppistä fotosynteesiä kutsutaan happittomaksi (hapettomaksi).

He käyttävät aurinkoenergiaa täysin eri tavalla. syanobakteerit(niitä kutsuttiin epätarkasti sinileviksi). Ne jakavat vettä ja käyttävät vetyä, ja molekyylistä happea vapautuu ilmakehään. Uskotaan, että syanobakteerit happifotosynteesin kanssa tekivät planeettamme ilmakehän hapettuneeksi.

Syanobakteerit kestävät kotitalouksien ja teollisuuden saastumista, mikä aiheuttaa "kukkimista" ja pilaantumista altaissa, järvissä ja altaissa. Ne voivat elää rannikkokivillä ja kallioilla, vuorilla ja aavikoilla (kaste riittää heille) ja kuumissa lähteissä.

Mutta syanobakteerien joskus aiheuttamat ongelmat voivat olla "anteeksiantettavia", eivätkä vain siksi, että ne aikoinaan tekivät maapallon ilmakehän sopivaksi hengitykseen vapauttamalla vapaata happea.

Nämä organismit sitovat aktiivisesti ilmakehän typpeä varmistaen riisipeltojen sadon ja kaikkien muiden vesistöjen tuottavuuden.

5.2. Bakteerit ovat kemoautotrofeja

Monet bakteerit saavat energiaa käyttämällä epäorgaanisia aineita: ammoniakkia, nitriitejä, rikkiyhdisteitä, rauta- ja muita metalli-ioneja. Niiden hiililähde on hiilidioksidi. Näitä ovat bakteerit, jotka muuttavat ammoniakin nitriiteiksi - nitraateiksi. Muut bakteerit saavat kasvuaan energiaa hapettamalla rikkiyhdisteitä:

H 2 S → S → SO 3 2- → SO 4 2-

Koska rikkiä ja rikkivetyä löytyy usein tulivuoren kuumista lähteistä, nämä bakteerit ovat siellä yleisiä. Antiikin metallurgit, myös Venäjällä, arvostivat korkeasti suoissa olevia rautasuon malmeja. Niistä saatiin korkealaatuista, puhdasta rautaa hiilen avulla. Bakteerit luovat näitä malmeja, jotka hapettavat rautaraudan ferriksi:

Fe 2+ → Fe 3+.

Jotkut rautabakteerit voivat myös hapettaa rikkiä ja käsitellä liukoisia sulfaatteja, ei vain rautasulfideja, vaan myös muita metalleja. Nyt tällaiset bakteerit auttavat metallurgeja huuhtomalla sinkkiä, antimonia, nikkeliä, mangaania, molybdeeniä ja uraania köyhistä malmeista. Helpoin tapa on kuljettaa vettä bakteerien kanssa paksun murskatun kerroksen läpi ja kerätä virtaava vesi vastaavien metallien sulfaatilla. Kaikki muut menetelmät tässä osoittautuvat taloudellisesti kannattamattomiksi.

5.3 Bakteerit - organotrofit

Siirrytään nyt orgaanista ainetta kuluttaviin bakteereihin. Viime vuosisadalla suuri ranskalainen kemisti ja mikrobiologi L. Pasteur tajusi, että ilman mikro-organismeja, hajoamista ja käymistä, jotka muuttavat orgaanisen aineksen epäorgaanisiksi yhdisteiksi NH3, H2S, CO2, H2O, elämä maapallolla tulisi mahdottomaksi. He ovat niitä, jotka sulkevat ravinteiden kierron planeetallamme ja toimittavat vihreille kasveille - fytotrofeille - tarvittavat "raaka-aineet". Vain keinotekoiset muovit, pesujauheet ja myrkyt ovat liian kestäviä mikro-organismeille. Siksi ne kerääntyvät ympäristöömme ja alkavat jo uhata ihmisen olemassaoloa.

Organotrofisista mikro-organismeista ihmiset käyttävät useimmiten toiminnassaan bakteereja, jotka käyttävät fermentaatioreaktiota energianlähteenä. Näitä prosesseja tapahtuu ilman happea. Mikro-organismeja, jotka eivät vaadi H2O:ta, kutsutaan anaerobeiksi.

On olemassa pakollisia anaerobeja, joille vapaa happi on tappava myrkky; ja valinnainen, valinnainen, jotka siirtyvät helposti käymisestä happihengitykseen.

Maitohappokäymisbakteerit saavat energiaa muuntamalla hiilihydraatteja maitohapoksi. Tämä reaktio tapahtuu myös lihaksissa erittäin intensiivisen työn aikana, kun veri ei ehdi kuljettamaan happea. Mutta elimistössämme se ei voi kestää kauan - tässä prosessissa muodostunut maitohappo, jota fysiologit nimenomaisesti kutsuvat "väsymysmyrkkyksi", väsyttää lihaksia. Maitohappobakteerit muuttavat maidon jogurtiksi, kefiiriksi ja kumissiksi. Niistä muodostuu myös hapantaikinaa, erilaisia ​​juustoja, peittauskaalia ja kurkkuja sekä säilörehua.

Muut bakteerit tuottavat käymisen aikana muita orgaanisia happoja: propioni-, muurahais-, etikka-, meripihka- ja muita yhdisteitä. Joitakin niistä käytetään kemianteollisuudessa.

Jatketaan prokaryootteja, jotka ovat sopeutuneet elämään eläinten iholla ja suolistossa. Niiden joukossa on hyödyllisiä omistajilleen. Lehmät, lampaat ja kaikki märehtijät sisältävät monimutkaisissa mahassaan valtavan määrän bakteereja, jotka hajottavat kuitua (selluloosaa). Muut suoliston bakteerit toimittavat vitamiineja isäntilleen. Heidän joukossaan on myös yksinkertaisesti "vapaakuormaajia", jotka eivät tuota suoraa hyötyä, mutta eivät ole välinpitämättömiä omistajilleen.

Ihminen ei ole poikkeus; Pesemme ne ajoittain pois, mutta jos kaikki nämä bakteerit katoavat esimerkiksi antibioottien väärinkäytön vuoksi, vapautuneen tilan valtaavat hiivamaiset sienet, jotka voivat aiheuttaa ihosairauksia.

Mutta suolistomme sisällössä on verrattomasti enemmän bakteereja. Ihmisen ulosteet koostuvat 30 paino-% bakteereista. Pohjimmiltaan nämä ovat tiukasti pakollisia anaerobeja Bactericides-suvusta. On paljon vähemmän fakultatiivisia anaerobeja, jotka voivat lisääntyä happiilmakehässä. Näistä tunnetuin on Escherichia coli. E. colia on helppo kasvattaa laboratoriossa. Tämä on tutkituin bakteeri, koska se on ollut useiden vuosikymmenten ajan molekyylibiologien ja geenitekniikan suosikkiaihe.

Nämä ovat sairauksia aiheuttavia bakteereja. Vaarallinen sairaus punatauti on laajalle levinnyt. Suolistossa lisääntyvä punatautibasilli aiheuttaa vaarallisen häiriön ("veriripuli"). Samanlaisia ​​taudinaiheuttajia ovat salmonelloosi ja lavantauti. Niitä kaikkia kutsutaan "likaisten käsien taudeiksi", mutta ne voivat tarttua myös kärpästen, saastuneen ruoan ja veden välityksellä. Kolera on vielä vaarallisempaa, sen aiheuttaa yksi vibriotyypeistä - fakultatiivinen anaerobi, joka leviää jäteveden mukana. Sen solut erittävät vaarallista myrkkyä - myrkkyä, joka tuhoaa suolen limakalvon solut, elimistö menettää paljon vettä ja kuivuminen voi aiheuttaa kuoleman.

Monet bakteerit tartuttavat hengitysteitä ja aiheuttavat ihmiselle kurkkukipua. Se on oireiltaan samanlainen, mutta vertaansa vailla vaarallisempi on kurkkumätä, jonka aiheuttaa omituisen muotoinen mailan muotoinen sauva. Se vaikuttaa nielun ja risojen onteloon. Kurkkumätäbacillus ei ole vaarallinen sinänsä, vaan vain ne lajikkeet, jotka sisältävät "kesytetyn" viruksen - "freeloaderin". Tämä virus tuottaa toksiinia, joka estää proteiinisynteesiä eukaryoottisoluissa, mukaan lukien sydänlihas, hermot ja munuaiset. Kurkkumätä on erityisen vaarallinen lapsille. Pneumokokin aiheuttamat keuhkokuumeen (keuhkokuumeen) muodot ovat laajalle levinneitä.

Vuosisadan alussa sana "tuberkuloosi" inspiroi kauhua, aivan kuten AIDS nykyään. Tuolloin tämä yleensä keuhkoihin vaikuttanut sairaus oli parantumaton. Mutta se voi vaikuttaa myös muihin elimiin (luun tuberkuloosi). Sitä kutsutaan ns. Koch tikku", nimetty R. Kochin, suuren saksalaisen mikrobiologin mukaan, joka kuvaili sitä. Kochin basilli on mikrobakteeri. Vakavan ja vaikean sairauden spitaalin aiheuttaja on lähellä sitä.

Maaperässä elää muitakin mikrobakteereja, joista osa voi imeä aineita, kuten öljyä, parafiinia ja naftaleenia. Tuberkuloosi on nykyään parannettavissa, mutta sitä pidetään edelleen vakavana sairautena.

Muinaisista ajoista lähtien ihmiskunnan vitsaus on ollut ihmiskunnan vitsaus, josta kokonaisia ​​kaupunkeja kuoli sukupuuttoon keskiajalla. Tämän taudin aiheuttaa ruttobacillus. Rutto itsessään on jyrsijöiden sairaus. Heistä ihmisiin se siirtyy kirppujen kautta. Jo nyt rokotuksista ja lääkkeistä huolimatta ruttoa on vaikea hoitaa. Sen puhkeamista on helpompi ehkäistä.

Korkkiruuvin muotoiset mikro-organismit - spirokeetat - voivat myös olla vaarallisten sairauksien aiheuttajia; uusiutuva kuume, tarttuva keltaisuus, kuppa.

Pakolliset mikro-organismit, tiukat anaerobit, erottuvat toisistaan. Näitä ovat vaarallisimpien sairauksien patogeenit: kaasukuolio, tetanus, botulismi. Kaksi ensimmäistä ihmistä sairastuvat, kun maata joutuu heidän haavoihinsa. Tällaisissa tapauksissa rokottaminen on kiireellistä. Botulismibakteeri kehittyy proteiinipitoisissa liha- ja kalatuotteissa sekä säilykepalkokasveissa. Se erittää tappavaa myrkkyä, botuliinia, joka aiheuttaa hengityshalvauksen. Sitä kutsuttiin ennen makkaramyrkkyksi.

6. SINIVIHREÄ LEVE

Sinilevät (syaanit) ovat vanhimmat (elinneet yli 3 miljardia vuotta sitten) vedessä tai harvemmin maaperässä autotrofisia organismeja. Soluilla on paksut, lukuisat seinämät (koostuvat polysakkarideista, pektiinistä ja selluloosasta), jotka usein peitetään limakalvolla. Niiden prokaryoottisolut ovat rakenteeltaan samanlaisia ​​kuin bakteerit. Fotosynteesi tapahtuu kalvoilla, jotka sijaitsevat vapaasti sytoplasmassa, joka sisältää klorofylliä ja muita pigmenttejä.

Monet sinilevälajit sisältävät typellä täytettyjä tyhjiä. Nämä vakuolit säätelevät solun kelluvuutta ja antavat sen kellua vedessä. Sinilevät lisääntyvät yleensä jakamalla solut kahteen osaan, kun taas siirtomaa- tai rihmalevät lisääntyvät hajottamalla pesäkkeitä tai filamentteja. Epäsuotuisissa olosuhteissa voi muodostua itiöitä.

Sinilevät ovat laajalle levinneitä biosfäärissä, mutta suurin osa lajeista elää makeassa vedessä, osa lajeista elää merissä ja maalla. Toiset elävät orgaanisen saastumisen alueilla ja ruokkivat mykotrofisesti. Ne pystyvät puhdistamaan vettä mineralisoimalla hajoamistuotteita.

Jotkut sinilevät pystyvät sitomaan typpeä. Sinilevät esiintyvät symbionteina monissa jäkäläissä. Syaanit ovat ensimmäisiä, jotka asuttavat seuraavia elinympäristöjä: tulivuoren saaret ja laavavirrat.

PÄÄTELMÄ

Tutkimme lähes sadasosan taudinaiheuttajista vain ihmisillä sairauksia aiheuttavista bakteereista. Mutta sekä eläimet että kasvit kärsivät bakteereista.

Nykyaikainen lääketiede on kehittänyt kaksi päätapaa tämäntyyppisten sairauksien hoitamiseksi ja ehkäisemiseksi.

Ensimmäinen niistä on oikea-aikaiset rokotukset ja rokotteet.

Toinen tapa on lääketieteen suuri saavutus - antibiootteja, joista ensimmäinen ilmestyi toisen maailmansodan aikana ja heti sen jälkeen.

Yhteenvetona kaikista yllä olevista prokaryootit voidaan luonnehtia seuraavan taulukon avulla:

pöytä 1

Prokaryoottien yleiset ominaisuudet

Ominaista	Prokaryootit
Solujen koot	Halkaisija keskimäärin 0,5-5 mikronia
Lomake	Yksisoluinen tai rihmamainen
Geneettinen materiaali	Pyöreä DNA sijaitsee sytoplasmassa, eikä sitä suojaa mikään. Varsinaista ydintä tai kromosomeja ei ole olemassa. Ei ydintä.
Organellit	Organelleja on hyvin vähän. Yhdelläkään niistä ei ole kuorta (kaksoiskalvo)
Solun seinät	Kova, sisältää polysakkarideja ja aminohappoja. Pääasiallinen vahvistava ainesosa on mureiini.
Flagella	Yksinkertaisia ​​mikrotubuluksia ei ole olemassa. Ovat häkin ulkopuolella
Hengitä	Esiintyy mesosomeissa. Sinlevissä - sytoplasmisissa kalvoissa.
Fotosynteesi	Kloroplasteja ei ole. Esiintyy kalvoissa, joilla ei ole erityistä pakkausta.
Typen kiinnitys	Joillakin on tämä kyky

KIRJASTUS

1. Gilbert S. Kehitysbiologia. osa 1, 1993.
2. Golichenkov V.A. Kehitysbiologia. 1991.
3. Green N. et ai. osa 1, 1993.
4. Ivanova T.V. Biologia. 2002.
5. Kemp, Pamela Arms, Karen. Johdatus biologiaan, 1998.
6. Mamontov S.G. Biologia, 1991.
7. Mednikov B. Elinmuodon ja -tason biologia, 1994.
8. Mustafin et al., Biologia yliopiston hakijoille, 1995.
9. Pavlov I. Yu. ja muut, 1996.
10. Chebyshev N.V., Kuznetsov. Biologia yliopistoon tuleville. v.1. 2000.

Luonnolliset ja keinotekoiset ekosysteemit, niiden ominaisuudet.

1. Ekosysteemi - joukko eri lajien eläviä organismeja, jotka liittyvät toisiinsa ja elottoman luonnon komponentteihin aineenvaihdunnan ja energiamuunnosten kautta tietyllä biosfäärin alueella.

2. Ekosysteemin rakenne:

- lajit- ekosysteemissä elävien lajien lukumäärä ja niiden lukumäärän suhde. Esimerkki: noin 30 kasvilajia kasvaa havumetsässä, 40-50 lajia tammimetsässä, 30-50 lajia niityllä, yli 100 lajia trooppisessa sademetsässä;

- tila- organismien sijoittaminen pystysuoraan (porrastettu) ja vaakasuoraan (mosaiikki) suuntiin. Esimerkkejä: 5-6 kerroksen esiintyminen leveälehtisessä metsässä; erot kasvien koostumuksessa metsän reunassa ja tiheässä, kuivilla ja kosteilla alueilla.

3. Yhteisön osatekijät: abioottinen ja bioottinen. Elottoman luonnon abioottiset komponentit - valo, paine, kosteus, tuuli, kohokuvio, maaperän koostumus jne. Bioottiset komponentit: organismit - tuottajat, kuluttajat ja tuhoajat.

4. Tuottajat - kasvit ja jotkut bakteerit, jotka luovat orgaanisia aineita epäorgaanisista auringonvalon energialla.

6. Tuhoajat - sienet ja jotkut bakteerit, jotka tuhoavat orgaaniset aineet epäorgaanisiksi, ruokkien ruumiista ja kasvijätteistä.

7. Aineiden kierto ja energian muuntaminen ovat välttämättömiä edellytyksiä minkä tahansa ekosysteemin olemassaololle. Aineiden ja energian siirtyminen ravintoketjuissa ekosysteemissä.

8. Ekosysteemin kestävyys. Ekosysteemien stabiilisuuden riippuvuus niissä elävien lajien määrästä ja ravintoketjujen pituudesta: mitä enemmän lajeja ja ravintoketjuja, sitä vakaampi ekosysteemi on ainekierrosta.

9. Keinotekoinen ekosysteemi - syntynyt ihmisen toiminnan seurauksena. Esimerkkejä keinotekoisista ekosysteemeistä: puisto, pelto, puutarha, kasvimaa.

10. Erot keinotekoisen ja luonnollisen ekosysteemin välillä:

Pieni määrä lajeja (esimerkiksi vehnä ja tietyntyyppiset rikkakasvit vehnäpellolla ja niihin liittyvät eläimet);

Yhden tai useamman lajin organismien vallitsevuus (vehnä pellolla);

Lyhyet ravintoketjut pienestä lajimäärästä johtuen;

Avoin ainekierto, joka johtuu orgaanisten aineiden merkittävästä poistamisesta ja niiden poistamisesta kierrosta viljelykasvien muodossa;

Alhainen vakaus ja kyvyttömyys elää itsenäisesti ilman ihmisen tukea.

1. Maan organismien monimuotoisuus, niiden rakenteen ja elämäntoiminnan samankaltaisuus: solurakenne, samankaltainen solurakenne, kemiallisen koostumuksen samankaltaisuus, aineenvaihdunta, lisääntyminen.

2. Solurakenteen erot muodostavat perustan kaikkien organismien jakamiselle kahteen suureen ryhmään: esinukleaarisiin (prokaryootit) ja tumaan (eukaryootit). Esimerkkejä esinukleaarisista organismeista: bakteerit ja sinilevät. Esimerkkejä ydinorganismeista: ihmiset, eläimet, kasvit, sienet.

3. Esinukleaaristen organismien rakenteen piirteet: 1) muodostuneen ytimen puuttuminen, ydinkalvo, ydinaine sijaitsee sytoplasmassa; 2) DNA on keskittynyt yhteen kromosomiin, joka on renkaan muotoinen ja sijaitsee sytoplasmassa; 3) useiden organellien puuttuminen: mitokondriot, endoplasminen verkkokalvo, Golgin laite; 4) kaikki tämän ryhmän organismit ovat yksisoluisia.

4. Tumattomien organismien, kuten bakteerien, solussa on tiheä hiilihydraattikalvo, plasmakalvo, ydinaine (kromosomi), sytoplasma ja hyvin pieniä ribosomeja.

5. Tuma-organismien rakenteelliset piirteet: 1) muodostuneen ytimen läsnäolo solussa, joka on rajattu sytoplasmasta huokosineen; 2) koko sytoplasmisten organellien kompleksin läsnäolo: mitokondriot, Golgi-laitteisto, lysosomit, ribosomit, endoplasminen retikulumi, solukeskus sekä kasvi- ja sienisolujen plasmakalvo ja ulkokalvo; 3) useiden kromosomien läsnäolo ytimessä.

Tässä kasvien supervaltakunnassa erotetaan sienten valtakunta ja kasvien valtakunta.

Sienet voivat muodostaa symbioottisia suhteita muihin eliöihin, kuten leviin tai sinileviin, muodostaen jäkälää. Ne voivat myös astua symbioosiin korkeampien kasvien kanssa, peittäen ja tunkeutuen kasvien juuriin hyfeillään ja muodostaen rakenteita (juuri + sieni), joita kutsutaan mykorritsaksi. Tämä symbioosi kasvien kanssa varmistaa jälkimmäisten fosfaattien tarpeen. Esimerkiksi 80 % maakasveista, mukaan lukien monet maatalouskasvit, muodostaa symbioosin Glornus versiforme -sienen kanssa, joka elää niiden juurillaan ja helpottaa niiden fosfaattien ja kivennäisravinteiden imeytymistä maaperästä.

Tämän valtakunnan organismien joukossa on sekä yksisoluisia (mikroskooppisia) tai alempia että monisoluisia (korkeampia) sieniä.

Sienet luokitellaan osiin: Todelliset sienet, Oomycetes ja Jäkälät.

True-sienten joukossa on luokat Chytrid sienet, Zygomycetes, Ascomycetes (Marsupial sienet), Basidiomycetes ja Imperfect sienet (Deuteromycetes).

Ascomycetes on lukuisin sieniryhmä (yli 30 000 lajia), jotka eroavat pääasiassa kooltaan. On olemassa sekä yksisoluisia että monisoluisia muotoja. Heidän kehoaan edustaa haploidinen rihmasto. Ne muodostavat askeja (pusseja), jotka sisältävät askosporeja, mikä on näille sienille ominaista piirre. Tämän ryhmän sienistä tunnetuimpia ovat hiivat (panimo, viini, kefiiri ja muut). Esimerkiksi hiiva Saccharomices cerevisiae vaikuttaa glukoosin (CgH^Og) käymiseen. Yksi glukoosimolekyyli tuottaa kaksi etyylialkoholimolekyyliä tämän entsymaattisen prosessin aikana.

Basidiomykeetit ovat korkeampia sieniä. Niille on ominaista suuret koot, jotka voivat nousta jopa puoleen metriin. Heidän ruumiinsa koostuu myös myseelistä (rihmasto), mutta monisoluista, muodostaen sieniä. Sienisolujen protoplasti ei sisällä vain ytimiä, vaan myös mitokondrioita, ribosomeja, Golgi-laitteistoa ja jopa glykogeenia vara-aineena. Hyfit kietoutuvat yhteen muodostaen hedelmäkappaleita, joita jokapäiväisessä elämässä kutsutaan sieniksi ja jotka koostuvat varresta ja korkista.

Nämä sienet lisääntyvät sekä kasvullisesti että aseksuaalisesti sekä seksuaalisesti. Tunnetuimmat basidiomykeetit ovat hattusieniä, joiden joukossa on sekä syötäviä että myrkyllisiä.

Oomykeetit ovat pääasiassa vesi- ja maasieniä. Näistä sienistä Phytophtora-suvun lajit ovat erittäin kuuluisia, ja ne aiheuttavat perunoiden, tomaattien ja muiden yöviirien sairauksia.

Sienillä on merkittävä rooli luonnossa. Erityisesti ne ovat tuhoavia organismeja. Osana monia ekologisia järjestelmiä ne ovat vastuussa kasviperäisen orgaanisen materiaalin tuhoutumisesta, koska ne tuottavat entsyymejä, jotka vaikuttavat selluloosaan, ligniiniin ja muihin kasvisolujen aineisiin. Niitä käytetään laajalti juustoteollisuudessa monien suosittujen juustolajien tuottamiseen. On huomattava, että Neurospora crassalla on erinomainen rooli kokeellisena kohteena monien aineenvaihduntareittien tuntemisessa.

Jäkälät ovat monimutkaisia ​​organismeja, jotka muodostuvat sienten, viherlevien tai sinilevien ja Azotobakteerin välisen symbioosin seurauksena (kuva 4). Jäkälä on siis yhdistelmäorganismi, eli sieni + levä + atsotobakteeri, jonka olemassaolon takaa se, että sienen hyfit vastaavat veden ja mineraalien imeytymisestä, levät fotosynteesistä ja atsotobakteeri, joka sitoo ilmakehän typen. Jäkälät ovat kaikkien kasvitieteellisten ja maantieteellisten vyöhykkeiden asukkaita. Ne lisääntyvät vegetatiivisesti, aseksuaalisesti ja seksuaalisesti.

Jäkälän merkitys luonnossa on suuri. Koska jäkälä on herkkä ympäristön epäpuhtauksille, niitä käytetään ilmakehän puhtauden indikaattoreina. Pohjoisessa ne ovat peurojen pääruokaa. Niitä käytetään myös apteekeissa ja hajuvedessä.

Sienillä on ikivanha alkuperä. Heidän fossiilijäännöksensä on kirjattu siluriin ja devonin alueelle. Jotkut kasvitieteilijät ehdottavat, että ne ovat peräisin viherlevistä, jotka menettivät klorofyllin. Yleisempi näkemys on, että sienet kehittyivät siimaeläimistä (alkueläimistä).

Jäkäläjen fossiilisia jäänteitä löytyy myös devonin ajalta, minkä vuoksi niiden ikä on noin 400 miljoonaa vuotta. Jäkäläjen muodostumisen uskotaan olevan ensimmäinen tapaus, jossa organismien välille muodostui symbioottisia suhteita. Tämä mahdollisti niiden laajan leviämisen erilaisiin ekologisiin markkinaraon.

Kasvikunta (Plantae tai Vegetabia). Tätä valtakuntaa edustavat organismit, joiden soluissa on tiheät soluseinät ja jotka kykenevät fotosynteesiin. Tämän valtakunnan kasvit luokitellaan kolmeen alavaltakuntaan, nimittäin: purppuralevät (Phycobionta), oikeat levät (Phycobionta) ja korkeammat kasvit (Embryophyta).

Purppuralevien ja todellisten levien runkoa ei ole jaettu kudoksiin ja elimiin. Tästä syystä niitä kutsutaan usein ala- tai kerroskasveiksi. Päinvastoin, loput kasvit tunnetaan korkeampina kasveina, koska niille on ominaista erilaisten kudosten läsnäolo ja kehon jakautuminen elimiin. Nämä kasvit ovat sopeutuneet elämään maan päällä.

Purppuran osavaltakunta (Rhodophyta). Tämän alavaltakunnan kasvit ovat monisoluisia organismeja (kuva 5). Purppuraisten kukkien runkoa edustaa tallus. Scarlet-lajeja on noin 4000, joista tunnetuimpia ovat porfyra, ne-malyon, koralli ja muut. Niiden karmiininpunainen väri riippuu klorofyllin, karotenoidien, punaisten fykoerytriinien, sinisten fykosyaniinien ja muiden pigmenttien pitoisuudesta. He asuvat suurten merien ja valtamerien syvyyksissä. Niitä kutsutaan usein punaleviksi. Punainen meri on erityisen rikas niistä.

Ne lisääntyvät sekä aseksuaalisesti että seksuaalisesti vuorotellen sukupuolisen ja aseksuaalisen sukupolven kanssa.

Niillä on taloudellinen merkitys. Tietyt lajit toimivat raaka-aineena, josta agar-agar uutetaan. Monissa maissa niitä käytetään karjan rehuna.

Punakuoriaiset ovat ikivanhoja organismeja, mutta niiden alkuperä ja yksittäisten lajien väliset fylogeneettiset suhteet ovat edelleen epäselviä.

Subkuningas Todelliset levät (Phycobionta). Todelliset levät ovat kasveja, joiden kehoa edustaa talli. Näitä organismeja tunnetaan noin 30 000 lajia. Sekä yksisoluisia että monisoluisia leviä löytyy. Ne ovat pääasiassa makean veden altaiden ja merien asukkaita, mutta maaleviä ja jopa lumi- ja jääleviä löytyy. Yksisoluiset levät lisääntyvät fissiolla; monisoluiset muodot lisääntyvät sekä suvuttomasti että seksuaalisesti. Virgil kirjoitti kerran - "nigilvilor algo" (ei ole mitään pahempaa kuin levät). Meidän aikanamme levät ovat saaneet muita arvioita.

Algologit luokittelevat levät useisiin ryhmiin.

osasto Vihreälevä (Chlorophyta). Tätä osiota edustavat liikkuvat ja liikkumattomat yksi- ja monisoluiset organismit, joilla on melko paksu soluseinä ja jotka ovat muodoltaan lankoja ja putkia (kuva 6). Jotkut lajit muodostavat liikkuvia ja liikkumattomia pesäkkeitä. Näitä leviä on yli 13 000 lajia, joista suurin osa on makean veden asukkaita. Mutta myös merimuodot tunnetaan.

Yksisoluiset ja monisoluiset viherlevät kykenevät fotosynteesiin, koska ne sisältävät kloroplasteja, joihin klorofylli on keskittynyt ja jonka läsnäolosta ne saavat vihreän värin. Ne sisältävät myös ksantofylliä ja karoteenia.

Tyypillisiä yksisoluisten viherlevien edustajia ovat lätäköissä ja muissa pienissä makeissa vesistöissä elävät chlamydomonas (sukusta Chlamidomonas) sekä makeissa ja suolaisissa vesissä elävän samannimisen chlorella (Chlorella) pinnalla. kosteasta maasta, puiden kuoresta. Klorellalla on poikkeuksellinen fotosynteettinen aktiivisuus, sillä se pystyy sieppaamaan ja käyttämään 10-12 % valoenergiasta. Sisältää useita arvokkaita proteiineja, B-, C- ja K-vitamiineja.

Esimerkki monisoluisista viherlevistä on lampilainen Volvox. Pesäkkeen muodostava organismi koostuu 500-60 000 solusta, joista jokainen on varustettu kahdella siimalla, ja sisältää myös silmänsolun, erilaistuneen ytimen ja kloroplastin. Paksu massakalvo ympäröi jokaista solua ja erottaa sen viereisistä soluista. Jos yksi solu pesäkkeessä kuolee, loput jatkavat elämäänsä. Solujen järjestely pesäkkeessä varmistaa tämän organismin liikkumisen.

Ne lisääntyvät halkeamalla tai muodostamalla liikkuvia zoosporeja, jotka erotetaan äidin kehosta, kiinnittyvät johonkin substraattiin ja kehittyvät sitten uudeksi organismiksi. Spirogyrassa seksuaalinen prosessi tapahtuu konjugaation muodossa.

Näiden levien taloudellinen merkitys on pieni, paitsi että chlorellaa käytetään rehuna runsaan proteiini- ja vitamiinipitoisuuden vuoksi. Kasviplanktonin osana se toimii kalojen ravinnoksi.

Vihreiden levien uskotaan syntyneen aromorfoosien seurauksena, mikä osoittautui ytimen muodostumiseksi, monisoluisuuden ilmaantumisen ja seksuaalisen prosessin seurauksena. Uskotaan myös, että ne synnyttivät primitiivisiä maakasveja, joista tuli sammalten esi-isien muotoja.

osasto Piilevät levää tai piilevät (Chrysophyta) edustavat pääasiassa monisoluiset organismit ja joskus jopa siirtomaamuodot (kuva 7). Yksisoluisia muotoja löytyy myös. Tunnetaan 5700 lajia. Niille on ominaista kehon selkeä erilaistuminen sytoplasmaan ja ytimeen. Soluseinä on "kyllästetty" piidioksidilla, minkä seurauksena sitä kutsutaan kuoreksi. Ne ovat makeiden vesien, merien ja valtamerien asukkaita ja ovat osa kasviplanktonia.

Näiden levien solut sisältävät jyvien tai levyjen muodossa olevia kloroplasteja, jotka ovat värjätty eri väreiksi eri pigmenttien (karoteeni, ksantofylli ja sen muunnos diatomiini) vuoksi. Tästä syystä piileviä kutsutaan usein kullanruskeiksi.

Lisääntyminen tapahtuu jakamalla solut puoliksi. Joillakin lajeilla on sukupuolinen lisääntyminen. Piilevät ovat diploidisia organismeja.

Kuolleiden piilevien kerroksista syntyi piimaa, joka koostuu 50-80 % niiden kuorista ja jota käytetään absorbenttinä kemian ja elintarviketeollisuudessa.

Piilevien merkitys luonnossa on erittäin suuri. Niillä on erittäin tärkeä paikka ainekierrossa, koska ne ovat kalojen pääravinto. Niiden ravintoarvo on erittäin korkea.

Evoluutioteoriassa piilevät ovat lähimpänä viherleviä, mutta niiden alkuperä on epäselvä.

osasto Ruskealevä (Phaeophyta). Nämä levät ovat monisoluisia organismeja. Jokainen solu sisältää vain yhden ytimen. Kooltaan ne ovat suurimpia (pisimpiä) leviä, joiden pituus on useita kymmeniä metrejä (kuva 8). Noin 900 lajia tunnetaan. He ovat merien ja valtamerten, myös pohjoisten, asukkaita. Niiden pigmentaatio määräytyy sen perusteella, että ne sisältävät kloroplasteja, jotka ovat klorofyllipitoisuuden vuoksi ruskeita, sekä ruskeita pigmenttejä (karoteenia, ksantofylliä ja fukoksantiinia).

Tunnetuimpia ovat levät suvuista Laminaria ja Fucus.

Ne lisääntyvät vegetatiivisesti, aseksuaalisesti ja seksuaalisesti. Vegetatiivinen lisääntyminen tapahtuu talluksen osissa, aseksuaalista (itiöpohjaista) - haploidisten itiöiden avulla, jotka kehittyvät gametofyyteiksi, seksuaalista - isogamian, heterogamian tai oogashin kautta. Ominaista on haploidisten ja diploidisten sukupolvien vuorottelu. Sukupuolisolut on varustettu flagellalla.

Näiden levien, erityisesti rakkolevän, taloudellinen merkitys on erittäin suuri. Niistä uutetaan jodia, kaliumsuoloja ja elintarviketeollisuudessa käytettyjä agarmaisia ​​aineita. Merilevänä tunnettua merilevää käytetään ihmisten ravinnoksi. Joitakin leviä käytetään lannoitteina.

Ruskeat levät ovat vanhimpia vesikasveja. Niiden uskotaan synnyttäneen saniaisia ​​muistuttavia kasveja.

Tämän levätietojen yhteenvedon päätteeksi on huomattava, että yleisesti ottaen levät ovat tärkeitä monissa ekologisissa järjestelmissä. Itse asiassa ne ovat tärkein orgaanisen aineen lähde vesistöissä. Levien arvioidaan vastaavan 550 miljardin tonnin orgaanisen aineksen vuotuisesta synteesistä Maailmanmeressä, mikä muodostaa merkittävän osan koko biosfäärin tuottavuudesta. Lisäksi niillä on erittäin merkittävä rooli ilmakehän rikastamisessa hapella. Lopuksi levät osallistuvat vesistöjen itsepuhdistumiseen ja maaperän muodostukseen.

Subkuningas Korkeammat kasvit (Embryophyta tai Embryobionta). Tämän alavaltakunnan muodostavia kasveja kutsutaan usein lehtipuiksi, koska niiden ruumis on jaettu varteen, lehteen ja juureen. Lisäksi niitä kutsutaan myös iduiksi, koska ne sisältävät alkion. Lopuksi niitä kutsutaan verisuonikasveiksi (paitsi sammaliksi), koska niiden sporofyyttien elimet sisältävät suonia ja henkitorveja.

Historiallisen kehityksen aikana korkeammat kasvit ovat sopeutuneet elämään maan päällä. Näillä kasveilla on vuorotellen sukupuolinen (gametofyytti) ja aseksuaalinen (sporofyytti) sukupolvi. Gametofyytti tuottaa sukusoluja ja suojaa alkiota, kun taas sporofyytti tuottaa itiöitä, jotka tukevat seuraavan sukupolven gametofyyttiä. Korkeammissa kasveissa hallitsee diploidi sporofyytti, joka määrää kasvin ulkonäön.

Alavaltakunnassa Korkeammat kasvit erotetaan toisistaan ​​korkeammat itiökasvit ja korkeammat siemenkasvit. Korkeammille itiöille on ominaista sukupuolisen ja aseksuaalisen lisääntymisen erottelu. Ensimmäisessä tapauksessa lisääntyminen tapahtuu yksisoluisilla itiöillä, jotka muodostuvat sporofyyttien itiöissä, toisessa - gametofyyttien sukupuolielimissä muodostuneilla sukusoluilla. Korkeammille siemenkasveille on ominaista monisoluisen muodostelman läsnäolo - siemen, joka muodostuu lisääntymisprosessin aikana ja antaa siemenkasveille tärkeimmän evoluutioedun itiökasveihin verrattuna.

Subkuningas Korkeammat kasvit luokitellaan useisiin osastoihin. Erityisesti korkeammat itiökasvit luokitellaan divisioonoihin Rhyniophyta ja Zosterophyllophyta, joiden organismit ovat kuolleet kokonaan sukupuuttoon, sekä olemassa oleviin divisioonoihin Bryophyta, Lycopodiophyta, Psilotophyta, Eguisetophyta ja Saniaiset (Polypodiophyta). Korkeammat siemenkasvit luokitellaan jakoihin Gymnospermae (Gymnospermae) ja Angiospermae (Angiospermae tai Magnoliophyta). Gymnosspermit ja Angiospermit ovat siemenkasveja, kun taas kaikki muut ovat korkeampia itiöitä. Joissakin korkeammissa itiöissä kaikki itiöt ovat samoja (yksihuokoiset kasvit), ja joissakin itiöt ovat erikokoisia (heterospooriset kasvit).

Nykyaikaisten osastojen kasveista vain muutamia niistä tarkastellaan alla.

osasto Bryofyytit(Bryophyta). Tätä osastoa edustavat matalakasvuiset monivuotiset kasvit. Joissakin niistä ruumista edustaa tallus, mutta useimmissa se on jaettu varsiin ja lehtiin (kuva 9). Sammaleita on noin 25 000 lajia. He asuvat kosteissa paikoissa kaikilla maantieteellisillä alueilla. Ne on kiinnitetty maaperään käyttämällä hiusmaisia ​​ulokkeita, joita kutsutaan risoideiksi. Näiden rakenteiden kautta ne tarjoavat maaperän ravintoa. Tämän tyypin tunnetuimpia edustajia ovat käkipellava, monipuolinen Marchantia ja sphagnum sammal (300 lajia).

Sammaleiden kehitykselle on ominaista sukupuolisten (gametofyytti) ja aseksuaalien (sporofyytti) sukupolvien vuorottelu. Seksuaalisen sukupolven kasveissa muodostuu erikokoisia itiöitä. Kun urossolut ovat hedelmöittäneet naisen sukusolut, kehittyy sporofyytti (itiöineen itiö), jonka soluissa on diploidi kromosomisarja. Itiöissä meioosin seurauksena muodostuneilla itiöillä on haploidi kromosomisarja. Maaperään roiskunut itiöt itävät ja synnyttävät kasvin, gametofyytin, jolla on haploidi kromosomisarja soluissa, jotka lisääntyvät mitoosin avulla. Haploidi gametofyytti hallitsee kehityssykliä. Sukupuolisoluja muodostuu uudelleen gametofyyttiin, ja prosessi toistetaan. Näiden kasvien erityispiirre ei ole vain haploidisen gametofyytin hallitsevuus, vaan myös se, että gametofyytti (sukupuolinen sukupolvi) ja sporofyytti (aseksuaalinen sukupolvi) ovat yksi kasvi.

Sammaleen merkitys luonnossa piilee siinä, että ekosysteemeissä ne vaikuttavat monien muiden kasvilajien ja eläinten elinympäristöön. Sammalen intensiivinen lisääntyminen vaikuttaa osaltaan maaperän huononemiseen. Kun sphagnum sammalet kuolevat, ne muodostavat turvetta ja muodostavat turvekertymiä. Joitakin tyyppejä käytetään lääketeollisuudessa.

Uskotaan, että tämän ryhmän kasvit olivat ensimmäisten maakasvien joukossa ja kasvoivat laajalti 450-500 miljoonaa vuotta sitten ja että niiden kehitys koostui sporofyytin regressiivisestä kehityksestä. Bryofyytien uskotaan olevan sokea evoluution haara.

osasto Saniaiset(Palypodiophyta). Tähän luokkaan luokitellaan myös kosteissa paikoissa elävät nurmikasvit (kuva 10). Joitakin tropiikissa eläviä saniaisia ​​edustavat puumaiset muodot, joista osa saavuttaa 25 metrin korkeuden. Näitä kasveja on yli 10 000 lajia. Pteridofyyttien tyypillisiä edustajia ovat saniaiset.

Saniaisille on ominaista myös sukupuolisten ja aseksuaalisten sukupolvien vuorottelu, mutta toisin kuin sammalilla, tähän osastoon kuuluvissa organismeissa sporofyytti, jolle on ominaista diploidisuus, on vallitseva. Sporofyytillä on pääelimet - varsi, lehdet, juuri. Päinvastoin, gametofyytille on ominaista erittäin pieni koko, joka edustaa pientä levyä, joka on kiinnitetty maaperään risoidien avulla.

Saniaisille on ominaista monimutkainen kehityssykli. Kierto alkaa gametofyytti-isosporien (prothallus) kehittymisellä, joille muodostuu lisääntymiselimiä anteridian ja arkegonian muodossa. Jälkimmäisessä kehittyvät sukusolut. Hedelmöityksen jälkeen tsygootista muodostuu sporofyytti, johon muodostuu itiöitä, jotka synnyttävät gametofyytin. Useimpia saniaisia ​​edustavat heterosporous kasvit.

Saniaisten merkitys luonnossa on suuri, koska ne ovat osa monia ekosysteemejä. Nykyaikaisten saniaisten kaltaisten kasvien taloudellinen merkitys on pieni, paitsi että tiettyjen lajien kasvit toimivat lääkeraaka-aineina.

Saniaiset luokitellaan 7 luokkaan, joista suurinta osaa edustavat sukupuuttoon kuolleet lajit.

Saniaiset ovat vanhimpia itiöitä. Niitä esiintyi jo devonissa, ja hiilikaudella ne muodostivat kasvimetsiä, joiden korkeus oli jopa 30 metriä. Näiden kasvien jäännökset osallistuivat hiilen muodostumiseen.

osasto Gymnossperms(Gymnospermae). Tämän osaston kasvit tuottavat siemeniä, jotka ovat pohjimmiltaan tulevien kasvien valmiita alkioita. Siemenen pääelimet ovat alkion juuri, alkion varsi ja alkiokerrokset. Siementen siemeniä ei kuitenkaan peitetä karpeilla. Tästä syystä niitä kutsutaan gymnospermeiksi.

Siemenisiä siemeniä edustavat puut, pensaat ja viiniköynnökset. Lajeja on noin 700. Levitetty ympäri maapalloa. Pohjoisella pallonpuoliskolla ne vievät laajoja alueita muodostaen havumetsiä.

Gymnossperms on ominaista sukupolvien vuorottelu, joka liittyy haploidisten ja diploidisten tilojen muutokseen, mutta niillä on vähentynyt gametofyytti. Kataja, kykadi, tuja, kuusi, mänty, lehtikuusi ovat sporofyyttejä. Kuten kaikki siemenkasvit, siemenkasvit ovat heterosporisia. Sukuelimet ovat naaras- ja uroskäpyjä, jotka muodostuvat samaan puuhun ja sisältävät gametofyytin.

Siementen muodostuminen on sporofyyttien kehityksen ensimmäinen vaihe. Naaraskäpyjä on rakennettu suurista suomuista, joita kutsutaan megasporofylleiksi, joiden jokaisen sisäpinnalla on kaksi megasporangiumia, ja jokaisessa megasporangiumissa on puolestaan ​​megaspori, josta kehittyy monisoluinen gametofyytti, joka sisältää kaksi tai kolme arkegoniaa. Jokainen archegonia koostuu yhdestä suuresta munasolusta ja useista pienistä pitkänomaisista soluista. Megasporangiumia peittää ns. Megasporangiumia, jossa on sisäkalvo, kutsutaan munasoluksi.

Uroskäpyissä on suomujen sisäpinnalla (mikrosporofyllien päällä) kaksi mikroitiötä sisältävää mikroitiötä, joista jokainen kehittyy haploidiksi siitepölyksi. Siitepölyrakeet (jyvät) muodostavat miespuolisen gametofyytin.

Megasporofyllit ja mikrosporofyllit kerätään (vastaavasti) mega- ja mikrostrobiileiksi lyhennetylle itiötä kantavalle versolle, joka on varsi, jossa on itiöitä kantavia lehtiä.

Kun siitepöly laskeutuu naaraskäpyihin, se siirtyy munasoluun, jolloin jokaisesta siitepölyrakeista kehittyy heteputki ja kaksi siittiöytimet, ja kun heteputki tunkeutuu munan läpi, siittiön ydin fuusioituu munasolun ytimeen. Tämä on lannoitus. Diploidisesta tsygootista tulee diploidi alkio. Ajan myötä munasolun ulkopinta muuttuu siemenkuoreksi ja endospermi muodostuu megasporangiumin jäännöksistä. Tämän seurauksena munasolu muuttuu siemeneksi. Kypsymisen jälkeen siemenet putoavat käpyistä.

Siemeniset ovat hyvin ikivanha korkeampien kasvien ryhmä. Devonikaudella (noin 350 miljoonaa vuotta sitten) ilmestyneet siemenkotaiset paleotsoiikan lopussa - mesozoiikan alussa syrjäyttivät pteridofyyttien, koska ne osoittautuivat paremmin sopeutuneiksi elämään maanpäällisissä olosuhteissa. Yksi heidän hypoteeseistaan ​​on, että siemenkota on kehittynyt vanhimmista pteridofyyteistä.

osasto Angiosperms, tai Kukinta(Angiospermae tai Magnoliophyta). Tämän osaston kasveja löytyy melkein kaikkialta. Niitä on 250 000-300 000 lajia, eli lähes kaksi kolmasosaa kasvikunnan lajeista. Ne ovat tällä hetkellä vaurain kasviryhmä.

Tällä osastolla erotetaan yksi- ja kaksisirkkaiset kasvit, jotka ovat sekä ruoho- että pensaslajeja sekä puita. Tämän osaston tyypillisiä edustajia ovat ruis, vehnä, ruusu, koivu, haapa ja muut. On yksi- ja kaksisirkkaisia ​​koppisiemenisiä.

Näille kasveille on ominaista myös sukupolvien vuorottelu, mutta niiden gametofyytti on vähentynyt merkittävästi.

Näiden kasvien merkittävä piirre on kukka, joka on muunneltu verso ja sporofyytin johdannainen (kuva 11). Tästä syystä kukkia tuottavia kasveja kutsutaan kukkiviksi kasveiksi. Kukat ovat pääsääntöisesti biseksuaalisia, mutta joskus kaksikotisia. Kukassa on emi ja heteet, jotka ovat sen pääosia. Siemenet kehittyvät emen alaosassa (munasarja). Tästä syystä näitä kasveja kutsutaan koppisiemeniksi. Emiksen alaosaa edustaa munasarja, kapea tyyli ja leima. Mitä tulee heteisiin, jokainen niistä koostuu filamentista ja ponnesta.

Biseksuaalisissa kasveissa, jotka muodostavat suurimman osan koppisiementen joukosta, kukissa on sekä emiä että heteitä, toisin sanoen näissä kasveissa on emimäisiä (naaras) ja ruokuvia (uros) kukkia. Mutta monissa lajeissa joissakin kukissa on vain emiä, kun taas toisissa on vain heteitä. Tällaisia ​​kasveja kutsutaan kaksikotisiksi. Pölytys johtuu siitepölyn siirtymisestä heteistä leimautumiseen.

Yleinen kaavio koppisiementen lisääntymisestä kuvassa. 12.

Kukkivien kasvien naispuolinen gametofyytti koostuu 8 alkiopussisolusta, joista yksi on munasolu. Tämä mikroskooppinen rakenne kehittyy yhdestä megasporesta. Urosgametofyytti kehittyy mikroitiöistä tai siitepölyrakeista, jotka sijaitsevat ponnen mikrosporangiumissa. Kun siitepölyrae on joutunut emeen leimaamaan, se synnyttää jakautumisen seurauksena generatiivisen solun ja solun, joka kehittyy siitepölyputkeksi. Seuraavaksi siitepölyputki kasvaa munasarjan onteloon. Generatiivisen soluputken tuma siirtyy siitepölyputken pohjalle, jossa generatiivinen solu jakautuu tuottaakseen kaksi siittiösolua. Yksi näistä siittiöistä fuusioituu munan kanssa muodostaen diploidisen tsygootin, kun taas toinen siittiö fuusioituu ytimeen (alkiopussin keskellä, munasolussa) muodostaen triploidisen ytimen, joka sitten kehittyy endospermiksi. Lopulta molemmat rakenteet päätyvät siemeniin ja siemen munasarjaan, josta kehittyy hedelmä. Jälkimmäinen voi sisältää yhdestä useampaan siemeneen. Tällaista lannoitusta kutsutaan kaksoislannoitukseksi (kuva 13). Sen löysi vuonna 1898 S. G. Navashin (1857-1950). Kaksoislannoituksen biologinen merkitys on, että triploidisen endospermin kehittyminen yhdistettynä valtavaan määrään sukupolvia varmistaa kasvimuovin ja energian säästöjä.

Sen löysi vuonna 1898 S. G. Navashin (1857-1950). Kaksoislannoituksen biologinen merkitys on, että triploidisen endospermin kehittyminen yhdistettynä valtavaan määrään sukupolvia varmistaa kasvimuovin ja energian säästöjä.

Varsi on kasvin elin, johon lehdet, juuret ja kukat kiinnittyvät. (Puuisen kasvin varren rakenne on esitetty kuvassa 14.)

Lehdet ovat kasvien tärkein elin. Niille on ominaista erilaiset muodot ja ne on rakennettu useista solukerroksista, jotka sisältävät suuren määrän kloroplasteja. Toimii kaasunvaihtoelimenä kasvien ja ympäristön välillä. Lehdissä olevan klorofyllin vuoksi tapahtuu fotosynteesi, joka perustuu kahteen reaktioon - veden fotolyysiin ja COg:n kiinnittymiseen.

Juuri on kasvielin, joka imee vettä ja mineraaleja maaperästä ja kuljettaa ne varteen. Koppisiemenissä, kuten varsisiemenissä, maaperän vesi ja ravinteet adsorboivat juurikarvat ja kulkeutuvat ksyleemiin juurijärjestelmän osmoottisen paineen, kapillaarien toiminnan, ksyleemissä esiintyvän alipaineen, joskus jopa 100 baarin paineen seurauksena. joissakin puumuodoissa ja haihtuminen, t e. veden haihtuminen lehdistä (kuva 15).

Koppisiementen taloudellista merkitystä on erittäin vaikea yliarvioida, koska niitä käytetään erittäin laajasti ihmisten elämässä (ravintolähde, teollisuuden raaka-aineet, rehu jne.).

Angiospermit ovat planeettamme hallitsevia kasveja. Siksi niiden alkuperän selittäminen on pitkään ollut yksi evoluution opin tärkeimmistä tehtävistä. Charles Darwinin jälkeen koppisiementen selittämiseksi on esitetty useita hypoteeseja. Yhden heistä oletetaan, että koppisiemeniset polveutuivat joistakin varsinaisista ja yksisirkkaiset joistakin muinaisista kaksisirkkaisista. Tämä ja muut hypoteesit eivät kuitenkaan ole tyhjentäviä. Erimielisyyksiä on myös koppisiementen ilmestymisajan määrittämisessä. Uusimpien ideoiden mukaan kukkivien kasvien pääasiallinen monipuolistuminen, mukaan lukien jakautuminen yksisirkkaisiin ja kaksisirkkaisiin, tapahtui 130-90 miljoonaa vuotta sitten, ja tämä aiheutti sitten muutoksia maapallon ekosysteemeissä.

Keskustelun aiheita

1. Miten ymmärrät esiydin- ja ydinorganismien väliset erot?

2. Nimeä esiydinorganismien alivaltakunnat.

3. Mitä tiedät arkebakteereista ja niiden ominaisuuksista, joita muilla esiydinorganismeilla ei ole?

4. Mikä on bakteerien rooli luonnossa ja ihmisen elämässä? Mitä bakteerien morfologisia muotoja tunnet?

5. Luettele sienien tärkeimmät ominaisuudet. Miten sienet eroavat jäkäläistä?

6. Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja kasvisolujen ja eläinsolujen välillä on?

7. Miten viherlevät eroavat syanobakteereista?

8. Onko levillä mitään taloudellisesti merkittäviä ominaisuuksia?

9. Mitkä ominaisuudet ovat ominaisia ​​korkeammille kasveille?

10. Mitä sukupolvien vuorottelu tarkoittaa kasveissa ja mikä on sen biologinen rooli?

11. Onko sammalten ja saniaisten kaltaisten kasvien välillä eroja? Onko niiden alkuperässä jotain yhteistä?

13. Miksi koppisiemenillä on tämä nimi?

14. Mitä kukka tarkoittaa?

16. Mitä on kaksoislannoitus koppisiemenissä?

16. Mikä merkitys koppisiemenillä on ihmisen elämässä?

17. Mitä tiedät koppisiementen alkuperästä?

Kirjallisuus

Green N., Stout W.. Taylor D. Biology. M.: Mir. 1996. 368 s.

Nidon K., Peterman I., Scheffel P., Shaiba B. Kasvit ja eläimet. M.: Mir. 1991. 260 s.

Starostin B. A. Kasvitiede. Kirjassa. "Biologian historia". M.: Tiede. 1975. 52-77.

Yakovlev G.P., Chelombitko V.A. Kasvitiede. M.: Korkeakoulu. 1990. 367 s.

Rosemweig M. L. Lajien monimuotoisuus tilassa ja ajassa. Cambridge University Press. 1995. 436 s.

Biosfäärin edellytykset eukaryoottisten organismien syntymiselle

Vladimir Malakhov

Sata vuotta sitten venäläinen biologi K.S. Merezhkovsky ehdotti, että eukaryoottisolu syntyi useiden itsenäisten organismien symbioosin seurauksena. Tästä ideasta on tullut yksi modernin biologian pääparadigmoista.

Kaikki planeetallamme asuvat elävät organismit on jaettu kahteen suureen ryhmään: prokaryootit (ei-ydin) ja eukaryootit (ydin). Prokaryootit ovat bakteereja, joiden perinnöllinen materiaali on yksinkertainen pyöreä DNA-molekyyli. Ydinsolut ovat erilaisia ​​yksisoluisia ja monisoluisia organismeja (alkueläimet, kasvit, eläimet ja sienet), joiden soluissa on muodostunut ydin, jossa on kromosomeja, joissa lineaariset DNA-molekyylit liittyvät erityisiin ydinproteiineihin - histoneihin. Eukaryoottisten organismien soluissa on ytimen lisäksi muitakin organelleja: mitokondrioita, siimoja, kloroplasteja. Milloin ja miten modernia biosfääriä hallitsevat eukaryoottiorganismit syntyivät?

Nykyaikaisten ideoiden mukaan planeettamme muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Aluksi maapallo oli kuiva, vettä ilmestyi pohjamaan kaasunpoiston seurauksena - vesihöyryn ja muinaisen ilmakehän muodostavien kaasujen vapautumisen ilmakehään. Vesihöyryn tiivistyessä ilmaantui ensin pieniä lätäköitä, jotka kasvoivat vähitellen yhä suuremmiksi. Kesti kuitenkin 500-700 miljoonaa vuotta ennen kuin maapallolle ilmestyi enemmän tai vähemmän suuria vesistöjä, jotka muodostivat vähitellen hydrosfäärin - planeettamme nestekuoren, joka tällä hetkellä vie noin 70% sen pinnasta. Sitten erilaisten hiukkasten laskeutuessa säiliöiden pohjalle muodostui sedimenttikiviä.

Vanhimpia sedimenttikiviä pidetään Grönlannin Isua-muodostelman grafitoituneina liuskeina - niiden ikä on noin 3,8 miljardia vuotta. On yllättävää, että näistä kivistä löydettiin kiistattomia merkkejä entisestä elämästä - jälkiä fotosynteesiprosessin suorittaneiden organismien toiminnasta. Tosiasia on, että fotosynteesin aikana syntyvässä orgaanisessa aineessa hiilen isotooppien 12C ja 13C suhde muuttuu kevyemmän isotoopin 12C hyväksi. Ja riippumatta siitä, mitä tälle aineelle tapahtuu tulevaisuudessa, tämä suhde siinä säilyy. Isua-muodostelman liuskeissa oleva hiili on selvästi orgaanista alkuperää. Tämä tarkoittaa, että jo 3,8 miljardia vuotta sitten fotosynteesiin kykeneviä organismeja asui planeetan ensisijaisissa altaissa (todennäköisimmin Maailmanvaltamerta ei vielä ollut olemassa tuolloin). 3,5 miljardia vuotta vanhoista kivistä (Warrawoona Formation Australiassa) löydettiin kivettyneet solut, jotka muistuttavat moderneja sinileviä. Hieman nuoremmissa sedimenteissä (yli 3,1 miljardia vuotta vanhoja) löydettiin klorofyllin jäänteitä - fytaania ja pristaania sekä tiettyjä syanobakteerien pigmenttejä - fykobiliinia.

Tietenkin tuon ajan organismien joukossa ei ollut vain auringonvalon energiaa käyttäviä fotosynteettisiä aineita, vaan myös kemosynteettisiä aineita, jotka saivat energiaa erilaisten kemiallisten reaktioiden kautta. Biosfäärin olemassaolon ensimmäisten miljardien vuosien aikana muodostui kemosynteettisten bakteerien toiminnan vuoksi monet (ellei suurin osa) ihmiskunnan edelleen käyttämistä malmiesiintymistä, joten malmista löytyy usein kivettyneet bakteerijäännökset. kehot. Esimerkiksi nykyaikaisten tietojen mukaan sellainen suuri rautamalmiesiintymä kuin Kurskin magneettinen anomaalia muodostui bakteerien toiminnan seurauksena.

Ei ole epäilystäkään siitä, että merkittävän osan sen historiasta (vähintään 2 miljardia vuotta) biosfääri oli prokaryoottinen, eli se sisälsi vain nykyaikaisten bakteerien kaltaisia ​​organismeja. Eukaryoottiset organismit - erilaiset yksisoluiset alkueläimet ja myöhemmin (600-800 miljoonaa vuotta sitten) monisoluiset organismit - omaksuivat paikkansa biosfäärissä vain noin miljardi vuotta sitten.

Prokaryootit ja eukaryootit ovat kaksi pääasiallista elävien olentojen tyyppiä planeetallamme. Biologit ja lääkärit tutkivat kuitenkin aktiivisesti toista biologisten esineiden ryhmää - viruksia, mutta niillä on elävän organismin ominaisuuksia vain "isäntiensä" solujen sisällä. Prokaryoottisten solujen koot ovat useimmissa tapauksissa 0,5-3 mikronia, ja pienimmät (mykoplasmat) eivät ylitä 0,10-0,15 mikronia. Joidenkin rikkibakteerien jättimäisten solujen pituus on 100 mikronia, ja spirokeettisolut kasvavat joskus jopa 250 mikronia. Prokaryoottien pääominaisuus on ytimen puuttuminen. Niiden geneettistä materiaalia (genoforia) edustaa yksi pyöreä kaksijuosteinen DNA-molekyyli, joka on kiinnittynyt solua peittävään sytoplasmiseen kalvoon. Prokaryooteilla ei ole ydinkalvoa, endoplasmista retikulumaa (joskus pintakalvossa on invaginaatioita - ns. mesosomeja), mitokondrioita, plastideja ja muita eukaryooteille tyypillisiä sytoplasmisia organelleja. Niistä puuttuu myös mikrotubuluksia, joten niillä ei ole sentrioleja eikä karaa. Prokaryoottisista ribosomeista puuttuu yksi tyyppi ribosomaalista RNA:ta (ns. 5.8S RNA) ja niiden massa on pienempi kuin eukaryoottien. Tyypillisesti ribosomien massa arvioidaan ns. sedimentaatiovakiolla (indikaattori sedimentaationopeudesta sentrifugoinnin aikana). Prokaryoottisilla ribosomeilla se on 70S ja eukaryooteilla 80S.

Prokaryooteilla on valtava määrä (eukaryooteihin verrattuna) erilaisia ​​aineenvaihduntaprosesseja. Ne pystyvät kiinnittämään hiilidioksidia, typpeä, erilaisia ​​käymistyyppejä ja hapettamaan kaikenlaisia ​​epäorgaanisia substraatteja (rikki-, rauta-, mangaani-, nitriittejä, ammoniakkia, vetyä jne.). Prokaryoottien joukossa on monia fotosynteettisiä muotoja, pääasiassa sinileviä, joita esiintyy usein nykyaikaisessa biosfäärissä ja joita kutsutaan myös sinileviksi. Ne (tai niihin liittyvät organismit) olivat laajalle levinneitä kaukaisessa menneisyydessä. Muinaisten sinilevien (luultavasti yhdessä muiden fotosynteettisten prokaryoottien kanssa) luomia geologisia rakenteita - stromatoliitteja - löytyy usein maankuoren vanhimmista kerroksista, jotka vastaavat arkeaa ja varhaista proterotsoiikkaa. Fotosynteettisten ja muiden autotrofisten prokaryoottien aktiivisuudella, joka alkoi noin 4 miljardia vuotta sitten, oli useita tärkeitä seurauksia.

Ensimmäinen johtuu maapallon ilmakehän muutoksista. Tosiasia on, että muinaisina aikoina se oli käytännössä hapeton. Fotosynteesin seurauksena molekyylistä happea alkoi vapautua ilmakehään, mutta se liittyi nopeasti litosfäärin hapettumattomiin komponentteihin - rautaan ja muihin metalleihin. Siksi jatkuvasta vapaan hapen lähteestä huolimatta biosfääri pysyi pääosin anaerobisena. Tänä aikana eläviä organismeja edustivat myös pääasiassa anaerobit. Samaan aikaan litosfääriin kerrostettiin nauhamaisia ​​rautamalmeja (ns. jaspiliteja), joissa hapettunut rauta vuorottelee alihapettuneen raudan kanssa. Hapottomissa olosuhteissa kerrostui pyriittejä (FeS2-tyyppisiä malmeja), joita ei voinut muodostua vapaan hapen läsnä ollessa. Tällaisten fossiilien löydökset mahdollistavat sen toteamisen, että fotosynteettisten aineiden runsaudesta huolimatta biosfäärin kehityksen anaerobinen jakso kesti lähes 2 miljardia vuotta.

Noin 2 miljardia vuotta sitten ilmakehän happipitoisuus saavutti kuitenkin yhden prosentin ja jatkoi nousuaan, koska siihen mennessä suurin osa pinnan raudasta ja muista metalleista oli hapettunut. Samaan aikaan maan syvyydestä nousevan raudan ja muiden metallien määrä väheni vähitellen. Planeetan muodostumisen aikana raskaat ja kevyet komponentit sekoitettiin satunnaisesti. Myöhemmin painovoiman erilaistumisprosessissa metallit vajosivat vähitellen kohti planeetan keskustaa muodostaen sen rautaytimen, ja kevyet komponentit - silikaatit - nousivat ylöspäin muodostaen vaipan.

Anaerobisille organismeille happipitoisuuden nousu oli katastrofi, koska happi on erittäin aggressiivinen alkuaine, se hapettaa ja tuhoaa orgaaniset yhdisteet nopeasti. Jos anaerobiseen biosfääriin, stromatoliittien paksuuteen, jäi aerobisia taskuja, joista fotosynteesin seurauksena kertynyt happea levisi ilmakehään, nyt biosfäärissä, akateemikko G.A. Zavarzin, "käännetty nurinpäin" - siitä tuli happi, jossa oli muutama hapeton tasku, joihin anaerobiset mikro-organismit löysivät turvapaikan. Uudessa aerobisessa ilmakehässä selviytyivät vain ne muutamat prokaryootit (oksibakteerit), jotka olivat aiemmin sopeutuneet korkeisiin happipitoisuuksiin stromatoliitin paksuisissa happitaskuissa.

Toinen tärkeä seuraus autotrofisten prokaryoottien aktiivisuudesta on orgaanisen aineen kerrostumien kertyminen. Yksinomaan prokaryooteista koostuvan biosfäärin aineiden bioottinen kierto oli hyvin epätäydellinen. Autotrofisten bakteerien tuottama biomassa hajosi pääasiassa ulkoisen ympäristön abioottisten fysikaalisten ja kemiallisten prosessien vaikutuksesta. Epäilemättä heterotrofisilla bakteereilla oli myös merkittävä rooli prokaryoottisten autotrofien luoman biomassan hajoamisessa, mutta niiden mahdollisuudet olivat rajalliset prokaryoottisten solujen järjestäytymisen erityispiirteiden vuoksi. Kuten tiedetään, prokaryootit ovat pohjimmiltaan kykenemättömiä nielemään uhriaan. Bakteerien saalistaminen on hyvin harvinaista ja näyttää melko epätavalliselta. Petobakteeri Bdellovibrio on kooltaan paljon pienempi kuin sen uhrit, se tunkeutuu bakteerin soluseinän läpi ja lisääntyy onnettoman organismin sisällä.

Fossiilisten prokaryoottisten organismien solut lähellä sinileviä ohuissa osissa arkealaisia ​​sedimenttikiviä (vasemmalla ja keskellä). Oikealla on valokuva muinaisten fotosynteettisten bakteerien muodostamista fossiilisista stromatoliiteista.

Miksi prokaryootit eivät pysty nielemään ruokaa? Tosiasia on, että heiltä puuttuu aktiini ja myosiini - proteiineja, jotka varmistavat sytoplasmisen liikkuvuuden eukaryooteissa. Niiden ansiosta ruokahiukkasten sieppauksen (fagosytoosi) ja ruoansulatusvakuolien muodostumisen aikana muodostuu pseudopodia (tilapäiset sytoplasmiset projektiot, jotka palvelevat ruoan liikkumista ja sieppaamista). Prokaryootit eivät voi tehdä tätä. Heterotrofiset bakteerit vapauttavat entsyymejä ulkoiseen ympäristöön, tapahtuu eräänlaista "ulkoista digestiota" (eksofermentaatiota) ja matalamolekyylipainoiset tuotteet imeytyvät sytoplasman kalvon läpi. Kaikki tämä määritti autotrofisten prokaryoottien luoman biomassan alhaisen hajoamisnopeuden. Siksi biosfäärin evoluution alkuvaiheissa valtavat massat orgaanista hiiltä poistettiin biologisesta kierrosta, säilyivät sedimentissä ja muuttuivat kemiallisesti muuttuen öljyliuskeeksi, öljyksi ja kaasuksi, joita ihmiskunta edelleen käyttää aktiivisesti.

Ainoastaan ​​mikroskooppisten aerobisten petoeläinten ilmaantuminen, jotka nielevät bakteereja, pilkkoisivat niitä ja palauttaisivat hiiltä (mieluiten CO2:n muodossa), typpeä (ammoniumyhdisteiden muodossa), fosforia ja muita biosfääriin, voisivat parantaa biologista kiertoa ja nopeuttaa hiilen ja muiden biogeenisten alkuaineiden palautuminen siihen. Ensimmäisistä eukaryoottisista organismeista tuli tällaisia ​​saalistajia.

Saalistajat

Eukaryooteissa on kaksi universaalia proteiinia - aktiini ja myosiini, jotka tarjoavat erilaisia ​​​​solujen liikkuvuutta: ameboiditoimintaa, soluelinten liikkumista solussa ja korkeammissa organismeissa - lihasten supistuksia. Aktiini-myosiinijärjestelmä mahdollistaa pseudopodioiden muodostumisen, uhrin vangitsemisen ja ruoansulatusvakuolien muodostamisen (jopa virukset tunkeutuvat eukaryoottisoluihin provosoimalla niin sanottua "endosytoosia" - solu ottaa ne johonkin hyödylliseen, "nielee" ne , ja sytoplasmaan päästyään virus aloittaa tuhoavan työnsä). Aktiini-myosiinijärjestelmän hankkiminen mahdollisti eukaryoottien ruokkimisen fagosytoosin avulla ja vangitsi aktiivisesti suuria ruokahiukkasia.

Tällaisten organismien ilmaantuminen kiihdytti epätavallisesti bioottista kiertoa, koska niistä tuli bakteeribiomassan kuluttajia. Bakteerisoluja pilkkomalla fagotrofiset eukaryootit palauttivat nopeasti elementtejä aineiden kiertoon, jotka aiemmin pääsivät sinne takaisin vain hitaan hajoamisen kautta. Voidaan olettaa, että eukaryoottien ilmaantuminen merkitsi "bakteerifossiilien" eli bakteerien toiminnasta johtuvien orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kerrostumien jyrkkää vähenemistä.

Eukaryoottien kyky siepata ruokahiukkasia tarkoitti, että saalistajan oli oltava saalista suurempi. Itse asiassa pienten maaperän ameebejen tai flagellaattien lineaariset mitat ovat noin 10 kertaa suuremmat kuin niiden bakteerien koko, joille ne ruokkivat. Siten eukaryoottien sytoplasman tilavuus on noin 1000 kertaa suurempi kuin prokaryoottien, mikä vaatii myös suuren määrän geenikopioita toimittaakseen sytoplasmaan transkriptiotuotteita. Yksi tapa ratkaista tämä ongelma on lisätä genoforien eli pyöreän DNA-molekyylien määrää. Suuret (ns. "polyploidiset") bakteerit ja eukaryoottien esi-isät, joilla oli suuri määrä sytoplasmaa, seurasivat tätä tietä. Useista genoforeista (alun perin identtiset) tuli kromosomien alkeet, joissa erot vähitellen kasautuivat.

Syanobakteerit viihtyvät myös nykyaikaisessa biosfäärissä (vasemmalla kuva). Paikoin ne muodostavat muinaisia ​​stromatoliitteja muistuttavia rakenteita. Oikealla olevassa kuvassa on modernit stromatoliitit Shark Baysta Pohjois-Australiasta. Ameboidiliikkeen ja fagosytoosin aiheuttaman ravinnon myötä solun sytoplasma (erityisesti perifeerinen) muuttuu erittäin liikkuvaksi. Solun pintakalvoon kiinnittyneet genoforit joutuivat voimakkaiden sytoplasmisten virtojen vyöhykkeelle, joten keskussytoplasmaan ilmestyi kalvosuojattu alue, johon genoforit varastoitiin. Prosessi voi tapahtua eri tavoin, mutta yksi mahdollisista tavoista on sytoplasman kalvon osien syvät invaginaatiot, joihin on kiinnitetty genoforeja (tuman vaippa on loppujen lopuksi osa eukaryoottisolun endoplasmista retikulumia, joka voidaan yhdistää ulkoiseen ympäristöön).

Primaarisilla eukaryooteilla oli siten tuma, jota rajoittaa kaksinkertainen tumavaippa - endoplasmisen retikulumin johdannainen, mutta niillä oli myös genoforien rengasrakenne ja heiltä puuttuivat spesifiset ydinproteiinit - histonit. Yllättäen samanlainen ydinrakenne on säilynyt joissakin nykyaikaisissa eukaryooteissa, esimerkiksi dinoflagellaateissa. Näissä alkueläimissä tumaa ympäröi kaksoisydinkalvo, mutta kromosomit sisältävät pyöreitä DNA-molekyylejä, joista puuttuu histoneja. Ilmeisesti dinoflagellaattien ydin on jäännerakenne, joka on säilyttänyt primaarisille eukaryoottisille organismeille ominaisen rakenteen.

Mitokondrioiden ja flagellan symbioottinen alkuperä

Kyky fagotrofiseen ravintoon määräsi ennalta mahdollisuuden solunsisäisten symbionttien syntymiseen eukaryooteissa. Prokaryootit eivät voineet tehdä tätä - heiltä riistettiin kyky niellä ketään, he eivät hankkineet solunsisäisiä endosymbiontteja. Eukaryooteille päinvastoin erilaisten prokaryoottisten ja eukaryoottisten organismien sisällyttäminen solunsisäisiksi symbionteiksi on hyvin tyypillistä. Eukaryoottisolu syntyi primordiaalisen ameboidiorganismin symbioosin seurauksena erilaisten prokaryoottisten ja eukaryoottisten olentojen kanssa. Tämä kanta muodosti perustan niin sanotulle symbiogeneesin käsitteelle, josta on tullut yksi modernin biologian paradigmoista.

"Salistus" nykyaikaisissa prokaryoottisissa organismeissa. Yllä näkyy, kuinka "saalisperäinen" bakteeri Bdellovibrio tunkeutuu E. coliin ja lisääntyy siinä. Alla - bakteriofagivirus ruiskuttaa DNA:nsa bakteeriin, kun taas sen proteiinikuori pysyy ulkopuolella. Viruksen DNA varmistaa uusien viruspartikkelien synteesin.	Aktiini-myosiinijärjestelmän ansiosta eukaryoottiset organismit voivat muodostaa pseudopodia ja fagosytoosibakteereja ja muita hiukkasia (ylhäällä). Virus käyttää tätä eukaryoottisten organismien ominaisuutta ja provosoi endosytoosia - viruspartikkelin imeytymistä itse soluun (alla).

Symbiogeneesin käsite muotoiltiin 1900-luvun alussa. kaksi merkittävää venäläistä biologia - K.S. Merezhkovsky (kuuluisan kirjailijan D.S. Merezhkovskyn veli) ja F.S. Faminitsyn. Heidän ideoitaan ei kuitenkaan tuolloin arvostettu, eikä niitä levitetty laajalti. Biologit palasivat ajatukseen symbiogeneesistä vasta 1900-luvun viimeisinä vuosikymmeninä, jolloin eukaryoottisten organismien solujen rakenteesta oli kertynyt paljon tietoa. Symbiogeneettisen konseptin nykyaikaiset säännökset kehitettiin amerikkalaisen biologin Lina Margelisin ja kotimaisten tutkijoiden A.L. Takhtajan ja I.M. Mirabdullaeva.

Nykykäsityksen mukaan sellaiset tärkeät eukaryoottisten solujen organellit, kuten mitokondriot, ovat symbioottista alkuperää. Ne varmistavat minkä tahansa solun pääenergialähteen - ATP:n - synteesin oksidatiivisen fosforylaation vuoksi, mikä on mahdollista vain hapen läsnä ollessa. Vain joillakin anaerobisissa olosuhteissa (esimerkiksi eläinten suolistossa tai happipuutteisissa suovesissä) elävillä alkueläimillä ei ole mitokondrioita. Epäilemättä niiden mitokondrioiden puute on toissijainen ominaisuus, joka liittyy olemassaoloon hapettomissa olosuhteissa, tämän vahvistaa se tosiasia, että joitain mitokondriogeenejä löydettiin tällaisten alkueläinten genomista.

Kuten tiedetään, mitokondrioita ympäröi kaksi kalvoa, joista sisempi (se, joka muodostaa mitokondrioiden kristallit) kuuluu itse mitokondrioon ja ulompi kuuluu tyhjiöön, jossa symbiontti sijaitsee. Mitokondriolla on oma perinnöllinen materiaalinsa, joka on järjestetty samalla tavalla kuin prokaryoottisissa organismeissa. Tämä on pyöreä DNA-molekyyli, jossa ei ole histoneita ja joka kuljettaa tietoa proteiineista, jotka syntetisoituvat itse mitokondriossa sen omissa prokaryoottityyppisissä ribosomeissa, joiden sedimentaatiovakio on 70S. Totta, mitokondrioissa on pyöreä DNA-molekyyli, joka on noin sata kertaa lyhyempi kuin itsenäisesti olemassa olevien bakteerien molekyyli. Tosiasia on, että monet mitokondrioproteiinit on koodattu eukaryoottisolun tuman DNA:han. Ilmeisesti isäntäsolun ja symbiontin pitkäaikaisen yhteisevoluution aikana merkittävä osa mitokondriogenomin geeneistä siirtyi eukaryoottisolun ytimeen. Mitokondrioiden genomiin jäävät vain niiden proteiinien geenit, jotka eivät voi ylittää kahden kalvon estettä (esimerkiksi hydrofiiliset proteiinit). Mitokondriot eivät kuitenkaan synny uudelleen solussa - ne jakautuvat samalla tavalla kuin vapaasti elävät bakteerit. Mitkä prokaryootit voisivat olla mitokondrioiden esi-isiä? Nykyaikaisten prokaryoottien joukossa purppuraiset alfa-proteobakteerit ovat niitä lähinnä (tämän todistavat erityisesti uudet molekyylifylogeniatiedot) - aerobisia fotosynteettisiä bakteereja, joiden kalvo muodostaa syviä invaginaatioita, jotka ovat samanlaisia ​​​​kuin mitokondrioiden cristae. Tällaisten bakteerien esi-isät asuivat luultavasti anaerobisen biosfäärin happitaskuissa. Symbioosissa muinaisten ameboidi eukaryoottien kanssa proteobakteerit menettivät kykynsä fotosyntetisoida, koska ne alkoivat vastaanottaa kaikki tarvittavat orgaaniset aineet isännältä - muinaisesta eukaryootista, joka sai hyödyn: hän lakkasi pelkäämästä korkeita happipitoisuuksia, joita symbiontit käyttivät.

Ensisijaiset aerobiset eukaryootit symbionteineen asuttivat myös happitaskuja, mutta kun 3 miljardia vuotta biosfäärin muodostumisen jälkeen happipitoisuus alkoi nousta, eukaryootit pääsivät leviämään laajasti biosfäärissä. Tältä ajalta peräisin olevissa maankuoren kerroksissa ilmaantuu niin kutsuttuja akrirkkoja - suuria pallomaisia ​​soluja, joiden halkaisija on 50-60 mikronia. Ne eivät voineet kuulua prokaryooteihin, joiden pallomaiset solut eivät ylitä halkaisijaltaan muutamaa mikronia (lankamaiset muodot voivat saavuttaa paljon suuremman pituuden). Kerroksissa, joiden ikä on noin 1,7 miljardia vuotta, löydettiin steroleja - aineita, jotka syntetisoituivat eukaryoottisten organismien ytimessä. Siten ajanjaksolla 1-2 miljardia vuotta sitten alkoi eukaryoottien mukautuva evoluutio.

Lipput eivät ole erotettu sytoplasmasta kalvoilla, proteiinien siirtymiselle sytoplasmasta siimalle ei ole esteitä, joten useimmat flagellaariset proteiinit ovat koodattuja solun ytimessä. Samaan aikaan siiman tyvirungon sisällä on pieni pyöreä DNA-molekyyli, joka sisältää useita geenejä, jotka ohjaavat tyvikappaleen muodostumista. Tosiasia on, että sentriolit (tyvikappaleet) eivät esiinny solussa tyhjästä. Ennen jakamista kaksi sentriolia erottuu ja kummankin viereen muodostuu uusi. Siten seuraavan organellin synteesiä varten tarvitaan "siemen" vanhan muodossa.

Oletetaan, että siiman esi-isät olivat bakteereja, jotka muistuttivat nykyaikaisia ​​spirokeetteja, liikkuvia bakteereja, joiden kapeat spiraalimaisesti kiertyneet solut liikkuvat nopeasti, ikään kuin kiertyessään avaruuteen. Totta, he eivät itse voi mitenkään olla flagellan esi-isiä: heillä ei ole mikrotubuluksia, ja niiden hieno rakenne on täysin erilainen. Mutta tämä ei tarkoita ollenkaan sitä, että kaukaisessa menneisyydessä ei ollut muita spirokeetan kaltaisia ​​organismeja, joista tuli eukaryoottisen siiman esi-isä. Ilmeisesti sen esi-isät olivat aluksi eksosymbiontteja, eli ne olivat kiinnittyneet primitiivisen eukaryootin sytoplasmiseen kalvoon ulkopuolelta. Symbiontti käytti ravintoonsa isännän erittämiä aineenvaihduntatuotteita, ja vastineeksi liikkumisaktiivisuutensa ansiosta myötävaikutti sen nopeaan (pseudopodioiden muodostumiseen verrattuna) liikkeeseen. Juuri tämä vuorovaikutus on muodostunut spirokeettien ja joidenkin suurten alkueläinten välille. Symbioottiset spirokeetat istuvat Myxotricha paradoxan (jossa on myös tavallinen siima) pinnalla, niiden liikkeet ovat koordinoituja, kuten todellisissa väreissä, ja liikkumisaktiivisuus varmistaa siiman tasaisen ja asteittaisen liikkeen, kun taas sen omat siimat sallivat sen tehdä vain nopeat liikkeet eteenpäin spiraalissa. On uteliasta, että spirokeettien kiinnittymisen helpottamiseksi isäntäsolu muodostaa ystävällisesti erityisiä tiivistettyjä "tukia", joista fibrillikimput ulottuvat isännän sytoplasmaan, muistuttaen todellisten siipien ja värekävien juuria. Tämä esimerkki osoittaa, että liikkuvien bakteerien ja eukaryoottien välinen symbioosi voi tapahtua toistuvasti.

Eukaryoottisten kasvien alkuperä

Primääriset eukaryootit olivat yksisoluisia eläimiä. Ne ruokkivat sieppaamalla ja sulattamalla muita mikroskooppisia organismeja. Yksi niiden evoluution pääsuunnista oli fotosynteettisten symbionttien hankkiminen, jotka muuttuivat organelleiksi, jotka varmistivat orgaanisten aineiden synteesin hiilidioksidista ja vedestä auringonvalon energian avulla. Tämä polku johti erilaisten eukaryoottisten kasvien ryhmien eli autotrofisten fotosynteettisten organismien syntymiseen. Ne eivät liity toisiinsa, ja ne syntyivät saalistusperäisten protistien (alkueläinten tai niiden pesäkkeiden) symbioosin seurauksena erilaisten fotosynteettisten organismien kanssa.

Useissa tapauksissa sinilevät - sinilevät, yleisimmät (ainakin nykyaikaisessa biosfäärissä) ja ehkä vanhin fotosynteettisten prokaryoottien ryhmä - tulivat saalistusperäisten eukaryoottien symbionteiksi. Niiden kiistattomat jälkeläiset ovat punalevien fotosynteettiset organellit (kloroplastit). Niitä ympäröi vain kaksi kalvoa, niillä on oma pyöreä DNA ja prokaryoottityyppiset ribosomit ja ne sisältävät syanobakteereille tyypillistä klorofylliä "a" ja sinilevien spesifisiä pigmenttejä - fykobiliineja. Punalevät ovat tällä hetkellä laajalle levinneitä planeettamme merissä. Ne pystyvät esiintymään useiden satojen metrien syvyyksissä, mutta elävät myös vuorovesivyöhykkeellä, ja jotkut lajit elävät myös makeissa vesissä. Punalevät voivat olla vanhin eukaryoottisten kasvien ryhmä. Tästä on osoituksena se, että niiden elinkaaressa ei ole lainkaan siimautuneita vaiheita (jopa niiden siittiöt ovat siimottomia), mikä viittaa siihen, että näiden levien esi-isät erosivat muista eukaryooteista jo ennen siimojen hankkimista.

Punalevät eivät kuitenkaan ole ainoa ryhmä, joka käyttää syanobakteerien jälkeläisiä symbionteina. Yksisoluisissa flagellaateissa - glaukofyyteissä (jotka eivät liity lainkaan punalevään) fotosynteettisiä organelleja kutsutaan syanelleiksi. Ne säilyttävät jopa syanobakteereille ominaisen mureiinikalvon (eli mekaanisesti vahvan soluseinän elementin). Syanellat ovat kuitenkin todellisia symbiontteja, jotka eivät voi elää erillään isännästään. Jopa niiden genomi - pyöreä DNA - on noin 10 kertaa lyhyempi kuin vapaasti elävien sinilevien oma. Tämä tarkoittaa, että tässä tapauksessa merkittävä osa syanellaproteiineista on koodattu isännän tuman genomiin.

Vihreiden levien kloroplastit (Chlorella, Chlamydomonas, Volvox jne.) ovat myös fotosynteettisten prokaryoottien jälkeläisiä. Niitä ympäröi kaksi kalvoa, ne sisältävät pyöreän DNA:n ja omia prokaryoottityyppisiä ribosomeja. Heidän klorofyllisarjansa on kuitenkin täysin erilainen - ne ovat klorofyllejä "a" ja "b", mutta fykobiliineja ei ole. Tämä tarkoittaa, että viherlevien kloroplastien esi-isät eivät voineet olla sinileviä. Pitkään aikaan vapaana eläviä bakteereja, joilla on klorofylli "a" ja "b", ei tiedetty. Vain viimeisen kahden vuosikymmenen aikana löydettiin edustajia erityisestä proklorofyyttiryhmästä - Prochloron ja Prochlorotrix - joilla on sama klorofyllisarja. Prochloron on suuri, pallomainen bakteeri, joka elää siirtomaa-askidialaisten tunikassa, kun taas Prochlorothrix on rihmamainen makean veden muoto. Tällä hetkellä proklorofyytit ovat jäänneryhmä, jossa on vain muutamia lajeja, mutta kaukaisessa menneisyydessä niillä oli todennäköisesti merkittävä rooli biosfäärissä. On täysin mahdollista, että muinaiset proklorofyytit osallistuivat (syanobakteerien ohella) stromatoliittien rakentamiseen. Sitten he aloittivat symbioosin viherlevien esi-isien kanssa. Tämän liiton merkitys on sitäkin suurempi, koska viherlevien jälkeläiset - korkeammat kasvit - perivät kloroplasteja, joissa on kaksi kalvoa ja klorofyllit "a" ja "b". Siten vihreässä männyn neulassa tai kiiltävässä ficus-lehdessä säilyvät muinaisten proklorofyyttien jälkeläiset, jotka muuttuivat kloroplasteiksi.

Eukaryoottisten kasvien maailma ei suinkaan rajoitu puna- ja viherleviin. Erilaiset organismiryhmät, joilla on kullanruskeita kloroplasteja, viihtyvät modernissa biosfäärissä. Yksisoluiset ja koloniaaliset piilevät, joiden soluja suojaa piidioksidikuori, hallitsevat Maailman valtamerta ja elävät makeissa vesissä ja kosteassa maaperässä. Meren rannikkoaluetta asuttavat ruskeat levät - fucus, rakkolevä ja sargassum (jälkimmäinen voi selviytyä avoimessa valtameressä - muista Sargassomeri). Ruskeiden levien joukossa on todellisia jättiläisiä. Esimerkiksi Etelä-Amerikan Tyynenmeren rannikolla elää planeetan suurin kasviorganismi - macrocystis, jonka pituus on 150 metriä. Fotosynteettiset flagellaatit - kultalevät ja kryptomonadit - ovat yleisiä meri- ja makean veden planktonissa.

Kultalevien, piilevien ja ruskealevien kloroplastit sisältävät klorofyllejä "a" ja "c", ja niitä ympäröi jostain syystä 4 kalvoa. Niiden alkuperä auttoi ymmärtämään kryptomonadien rakennetta - pieni ryhmä flagellaatteja, joiden kloroplasteissa on myös klorofyllejä "a" ja "c", ympäröi 4 kalvoa, ja toisen ja kolmannen välissä on pieni eukaryoottinen ydin - nukleomorfi. , ja viimeisen, neljännen kalvon rajoittaman tilan sisällä on pyöreä DNA. Tämä rakenne viittaa siihen, että kryptomonadien kloroplastit syntyivät kaksoissymbioosin seurauksena. Ensin eräs saalistuseläinprotisti hankki kultaisen bakteerin, jossa oli klorofyllit "a" ja "c" symbionttina, ja sitten itsestään tuli kryptomonan symbiontti. Ruskeiden, piilevien ja kultalevien kloroplasteissa ei enää ole nukleomorfia, vaikka niitä ympäröi edelleen 4 kalvoa, mikä osoittaa symbiontin ja isännän syvempää integraatiota.

Eri eukaryoottisten kasvien ryhmät hankkivat kloroplasteja toisistaan ​​riippumatta, ja kloroplastien esi-isät olivat erilaisia ​​vapaasti eläviä organismeja: joissakin tapauksissa ne olivat bakteereja (vihreitä tai sinivihreitä) ja toisissa eukaryoottisia alkueläimiä.

Päätelmän sijaan

Eukaryoottiset organismit - alkueläimet, erilaiset kasviryhmät, sienet ja monisoluiset eläimet - hallitsevat nykyaikaista biosfääriä. Kuitenkin ne kaikki kantavat soluissaan symbiontteja - muinaisten vapaasti elävien bakteerien jälkeläisiä. Vain niiden ansiosta eukaryoottiset organismit pystyvät elämään happiilmakehässä ja käyttämään auringonvalon energiaa orgaanisten aineiden syntetisoimiseen. Joten ehkä itse asiassa eukaryootit eivät hallitse biosfääriä ollenkaan, mutta se vain näyttää siltä? Symbiogeneesin teorian kannattaja, amerikkalainen biologi L. Thomas sanoi kerran: "Mitokondrioita pidetään yleensä orjuutetuina olentoina, jotka viedään vangiksi toimittamaan ATP:tä soluille ja jotka eivät pysty hengittämään omin voimin Asiaa tästä orjaomistajien näkökulmasta, jotka itse ovat kaikki eukaryootteja, mutta mitokondrioiden itsensä näkökulmasta ne ovat olentoja, jotka ovat kauan sitten löytäneet itselleen parhaan mahdollisen suojan, jossa he voivat elää vähimmällä vaivalla. ja altistuminen pienimmälle riskille."

Emme saa unohtaa, että jokaisessa kehomme solussa asuu pieniä muinaisten oksifiilisten bakteerien jälkeläisiä, jotka hiipivät kaukaisten esi-isiemme kehoon 2 miljardia vuotta sitten ja elävät edelleen meissä säilyttäen omat geeninsä ja oman erityisen biokemiansa. Toinen lainaus L. Thomasilta: "Tässä he liikkuvat sytoplasmassani, hengittäen kehoni tarpeita varten, mutta he ovat vieraita, jos voisin tutustua mitokondrioihini paremmin Kun keskittyn, voin kuvitella, että tunnen Ei se, että tunnen heidän vääntelevän, mutta silloin tällöin en voi olla ajattelematta, että jos tietäisin enemmän siitä, kuinka he saavuttavat sellaisen harmonian, ymmärtäisin musiikkia eri tavalla. KIRJAILIJASTA:
Malakhov Vladimir Vasilievich, Moskovan valtionyliopiston selkärangattomien eläintieteen laitoksen professori, 190 julkaisun kirjoittaja. Tieteelliset kiinnostuksen kohteet: selkärangattomien vertaileva anatomia ja embryologia. Venäjän luonnontieteiden akatemian täysjäsen, Venäjän tiedeakatemian vastaava jäsen.

10. Vakuoli 11. Hyaloplasma 12. Lysosomi 13. Sentrosomi (Centriole)

Eukaryootit, tai Ydin(lat. Eukaryota kreikasta εύ- - hyvä ja κάρυον - ydin) - elävien organismien supervaltakunta, jonka solut sisältävät ytimiä. Kaikki organismit paitsi bakteerit ja arkeat ovat ydinaineita.

Eukaryoottisolun rakenne Eukaryoottisolut ovat keskimäärin paljon suurempia kuin prokaryoottisolut, tilavuusero on tuhansia kertoja. Eukaryoottisolut sisältävät noin tusinaa tyyppiä erilaisia ​​rakenteita, jotka tunnetaan organelleina (tai organelleina, mikä kuitenkin vääristää jonkin verran tämän termin alkuperäistä merkitystä), joista monet on erotettu sytoplasmasta yhdellä tai useammalla kalvolla. Prokaryoottisolut sisältävät aina solukalvon, ribosomeja (merkittävästi eroavat eukaryoottisista ribosomeista) ja geneettistä materiaalia - bakteerikromosomin eli genoforin, mutta kalvon ympäröimät sisäiset organellit ovat harvinaisia. Ydin on osa solua, jota eukaryooteissa ympäröi kaksoiskalvo (kaksi alkeiskalvoa) ja joka sisältää geneettistä materiaalia: DNA-molekyylejä, ”pakattuina” kromosomeihin. Siellä on yleensä yksi tuma, mutta on myös monitumaisia ​​soluja. Jako valtakuntiin On olemassa useita vaihtoehtoja eukaryoottisen supervaltakunnan jakamiseksi kuningaskuntiksi. Kasvi- ja eläinkunnat erotettiin ensimmäisenä. Sitten tunnistettiin sienten valtakunta, jota biokemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi useimpien biologien mukaan ei voida luokitella yhdeksi näistä valtakunnista. Jotkut kirjoittajat erottavat myös alkueläinten, myksomykeettien ja kromistien valtakunnat. Joissakin järjestelmissä on jopa 20 valtakuntaa. Erot eukaryoottien ja prokaryoottien välillä Eukaryoottisolujen tärkein perusominaisuus liittyy geneettisen laitteen sijaintiin solussa. Kaikkien eukaryoottien geneettinen laite sijaitsee ytimessä, ja sitä suojaa ydinvaippa (kreikaksi "eukaryootti" tarkoittaa ydintä). Eukaryoottinen DNA on lineaarinen (prokaryooteissa DNA on pyöreä ja kelluu vapaasti sytoplasmassa). Se liittyy histoniproteiineihin ja muihin kromosomaalisiin proteiineihin, joita bakteereissa ei ole. Eukaryoottien elinkaaressa on yleensä kaksi ydinvaihetta (haplofaasi ja diplofaasi). Ensimmäiselle vaiheelle on tunnusomaista haploidi (yksi) kromosomisarja, sitten sulautuessaan kaksi haploidista solua (tai kaksi ydintä) muodostavat diploidisen solun (ytimen), joka sisältää kaksinkertaisen (diploidisen) kromosomijoukon. Useiden jakautumisten jälkeen solusta tulee jälleen haploidi. Tällainen elinkaari ja yleensä diploidisuus eivät ole tyypillisiä prokaryooteille. Kolmas, ehkä mielenkiintoisin ero, on erityisten organellien läsnäolo eukaryoottisoluissa, joilla on oma geneettinen laite, lisääntyvät jakautumalla ja joita ympäröi kalvo. Nämä organellit ovat mitokondrioita ja plastideja. Rakenteeltaan ja elämäntoiminnaltaan ne ovat hämmästyttävän samanlaisia ​​kuin bakteerit. Tämä seikka on saanut nykyajan tutkijat uskomaan, että tällaiset organismit ovat bakteerien jälkeläisiä, jotka ovat tulleet symbioottiseen suhteeseen eukaryoottien kanssa. Prokaryooteille on ominaista pieni määrä organelleja, eikä yksikään niistä ole kaksoiskalvon ympäröimä. Prokaryoottisoluilla ei ole endoplasmista retikulumia, Golgi-laitteistoa tai lysosomeja. Prokaryoottien ja eukaryoottien välisiä eroja kuvattaessa on yhtä tärkeää puhua sellaisesta ilmiöstä eukaryoottisoluissa kuin fagosytoosi. Fagosytoosi (kirjaimellisesti "syöminen") viittaa eukaryoottisolujen kykyyn siepata ja sulattaa monenlaisia ​​kiinteitä hiukkasia. Tämä prosessi tarjoaa tärkeän suojatoiminnon kehossa. Sen löysi ensimmäisenä I.I. Mechnikov meritähdellä. Fagosytoosin esiintyminen eukaryooteissa liittyy todennäköisimmin keskikokoon (lisätietoja kokoeroista on kirjoitettu alla). Prokaryoottisten solujen koot ovat suhteettoman pienempiä, ja siksi eukaryootit kohtasivat evoluution kehitysprosessissa ongelman toimittaa keholle suuria määriä ruokaa, minkä seurauksena ensimmäiset saalistajat ilmestyivät eukaryoottien ryhmään. Useimmilla bakteereilla on erilainen soluseinä kuin eukaryootti (kaikilla eukaryooteilla ei ole sitä). Prokaryooteissa se on kestävä rakenne, joka koostuu pääasiassa mureiinista. Mureiinin rakenne on sellainen, että jokaista solua ympäröi erityinen verkkopussi, joka on yksi valtava molekyyli. Eukaryooteista sienillä ja kasveilla on soluseinät. Sienissä se koostuu kitiinistä ja glukaaneista, alemmissa kasveissa selluloosasta ja glykoproteiineista, piileissä ne syntetisoivat soluseinää piihaposta, korkeammissa kasveissa selluloosasta, hemiselluloosasta ja pektiinistä. Ilmeisesti suuremmille eukaryoottisoluille on tullut mahdottomaksi luoda erittäin lujaa soluseinämää yhdestä molekyylistä. Tämä seikka voi pakottaa eukaryootit käyttämään erilaista materiaalia soluseinämään. Myös bakteerien aineenvaihdunta on monimuotoista. Yleisesti ottaen ravitsemustyyppejä on neljää, ja ne kaikki löytyvät bakteereista. Nämä ovat fotoautotrofisia, fotoheterotrofisia, kemoautotrofisia, kemoheterotrofisia (fototrofinen käyttää auringonvalon energiaa, kemotrofinen käyttö kemiallista energiaa). Eukaryootit joko syntetisoivat energiaa auringonvalosta itse tai käyttävät tätä alkuperää olevaa valmista energiaa. Tämä voi johtua petoeläinten ilmaantumisesta eukaryoottien joukkoon, joille energian syntetisointitarve on kadonnut. Toinen ero on flagellan rakenne. Bakteereissa ne ovat ohuita - vain 15-20 nm halkaisijaltaan. Nämä ovat onttoja filamentteja, jotka on valmistettu flagelliiniproteiinista. Eukaryoottisten lippujen rakenne on paljon monimutkaisempi. Ne ovat solukasvustoa, jota ympäröi kalvo, ja ne sisältävät sytoskeleton (aksoneemin), jossa on yhdeksän paria perifeerisiä mikrotubuluksia ja kaksi mikrotubulusta keskellä. Toisin kuin pyörivät prokaryoottiset siimot, eukaryoottiset siimot taipuvat tai kiemurtelevat. Nämä kaksi organismiryhmää, joita tarkastelemme, ovat, kuten jo mainittiin, hyvin erilaisia ​​keskikokoiltaan. Prokaryoottisolun halkaisija on yleensä 0,5-10 mikronia, kun taas eukaryoottien vastaava luku on 10-100 mikronia. Tällaisen solun tilavuus on 1000-10000 kertaa suurempi kuin prokaryoottisen solun tilavuus. Prokaryooteilla on pienet ribosomit (70S-tyyppiä). Eukaryooteilla on suuremmat ribosomit (80S-tyyppi). Ilmeisesti myös näiden ryhmien syntymisaika vaihtelee. Ensimmäiset prokaryootit syntyivät evoluutioprosessissa noin 3,5 miljardia vuotta sitten, ja niistä noin 1,2 miljardia vuotta sitten kehittyi eukaryoottisia organismeja.