Биоразнообразие прокариотов

Существует 25 фил бактерий, из которых рассматриваются 4 филы-гиганты. В противовес, существуют микроскопические филы, но все они равноценны.

До недавнего времени большинство исследователей традиционно считали, что клетки прокариот достаточно однообразны и в подавляющем большинстве имеют форму сферы, цилиндра или спирали. Они бывают одиночными, в иных случаях образуют колонии или нити. Прокариоты сферической формы, называемые кокками, могут после деления не расходиться, образуя пары клеток (диплококки) или цепочки (стрептококки). В том случае, когда деление происходит относительно равномерно в трех взаимно перпендикулярных направлениях и клетки после деления остаются соединенными друг с другом, возникают пакеты правильной формы (сарцины) или колонии сферической формы. Если деление не равномерно, образуются клеточные скопления неправильной формы. Прокариоты, имеющие форму цилиндра(палочковидные), сильно различаются по величине отношения длины клетки к её поперечнику. Прокариоты спиралевидной формы характеризуются разным числом витков: у спирилл – от одного до нескольких витков, вибрионы выглядят наподобие изогнутых палочек. За последнее время среди прокариот обнаружены организмы, отличающиеся от описанных. Из природных субстратов выделены бактерии червеобразной формы и напоминающие шестиугольную звезду. Для некоторых видов характерно слабое или довольно хорошо выраженное ветвление.

Длина бактерий от 0,1 до 10 мкм, ширина около 1мкм. От 0,1 до 1мкм - ультрамикроорганизмы.

Деление простое, пополам, перегородкой или перетяжкой. Могут образовываться одинаковые и неодинаковые клетки. Как выразился Мечников, материнская клетка не умирает, а растворяется в потомстве.

Почвенные бактерии делятся на автохтонных и аллохтонных. Автохтонные в больших количествах присутствуют в почве и перерабатывают полимеры, в некотором роде обеспечивая жизнь многим организмам. Аллохтонные – вселенцы, занесены случайно.

Фила BX: Cyanobacteria (оксигенныефототрофныебактерии).

Термин «цианобактерии»(греч. Kianeos – темно-синий и bacteria – палка). Предложил Родэжер Стэниер в начале 1980-х годов. Согласно результатам филогенетического анализа, это одна из самых архаичных ветвей эволюционного древа бактерий. По числу родов фила занимает четвертое место среди бактерий. Её представители очень разнообразны по морфологии, но однообразны в метаболическом плане. Обладают грамотрицательным морфотипом и всегда содержат тилакоиды.

Размеры клеток сильно варьируются.

Деление бинарно-экваивалентное, бинарно-неэквивалентное (почкование).

Активно подвижные формы перемещаютсяскольжением, пассивная вертикальная миграция происходит в результате накопления газовых везикул (всплытие) или полигликозидных включений (погружение).

Облигатные или факультативные фототрофы, одновременно обладают реакционными центрами RCI-типа и RCII-типа. Единственные бактерии, способные к оксигенному фотосинтезу. Способны улавливать свет всего спектра, но наиболее эффективен фотосинтез при свете спектра хлорофилла.

Способность использовать энергию квантов света была изначальной, утрачена гетеротрофами.

Предки цианобактерий рассматриваются в теории эндосимбиогенеза как наиболее вероятные предки хроматофоров красных водорослей. Цианобактерии, по общепринятой версии, явились «творцами» современной кислородсодержащей атмосферы на Земле, что привело к «кислородной катастрофе» — глобальному изменению состава атмосферы Земли, произошедшему в самом начале протерозоя (около 2,4 млрд лет назад) которое привело к последующей перестройке биосферы. В настоящее время цианобактерии служат важнейшими модельными объектами исследований в биологии.

Некоторые вырабатывают токсины. Один из них, например, способен вызывать болезнь Альцгеймера.

Фила BXII: Proteobacteria.

Название от имени древнегреческого божества Протея, которому приписывали способность принимать любые обличья. Раньше называлась «Пурпурные бактерии и их родственники».

Самая крупная бактериальная фила(404 рода), содержащая очень богатый ассортимент фенотипов.

Среди протеобактерий не обнаружены только объекты:

· с грамположительным морфотипом,

· лишенные клеточной стенки,

· обладающие оксигенным фотосинтетическим аппаратом,

· образующие эндоспоры.

Встречаются все варианты энергнетического и конструктивного метаболизма. Первичный метаболизм: фототрофия. Хемосинтетики используют как акцептор молекулярный водород, переводят железо из 2+ в 3+, сероводород – в серу. Отрицательный хемотаксис к кислороду: он не даёт нормально работать их фотосинтетической системе.

Фотосинтетики могут быть факультативными и облигатными.

Хемосинтетики делятся на:

1. Серные. Субстрат – H₂S.

2. Тионовые. Окисляют серу до сульфата. Негативная роль: разрушают мрамор памятников и зданий. Позитивная: используются в металлургии при получении металлов.

3. Нитрифицирующие. Извлекают энергию из аммиака, переводя его в нитрит и нитрат.

4. Метильные и метановые. Не используя цикл Кальвина, переводят метан в метиловый спирт, CH₂O и углекислый газ и воду.

5. Водородные. Цикл Кальвина.

6. Разрушители целлюлозы.

7. Едят что попало (все остальные).

Могут образовывать многоклеточные агрегаты и дифференцированные клетки (цисты), но не образуют эндоспоры.. Могут адаптироваться и к умеренным, и к экстремальным условиям окружающей среды. За счет исключительно широкой «коллективной» нормы реакции генотипа представители этой филы занимают большинство ниш, пригодных для жизни бактерий.

Играют одну из главных ролей в циклах биогенных элементов.

Фила состоит из пяти сильно дивергировавших филогенетических классов.

Имеют большое значение в биотехнологии.

Могут приносить вред человеку, животным и растениям.

Фила ВXIII: Firmicutes.

Название по-латыни буквально означает «толстокожие», т.е. это бактерии, имеющие толстую клеточную стенку. Гиббонс и Мюррей. Большинство представителей обладают грамположительным морфотипом. Некоторые из них способны образовывать уникальные дифференцированные клетки – эндоспоры. Очень крупная фила.

Среди родов нельзя найти лишь:

· обладающих оксигенным фотосинтетическим аппаратом,

· имеющих наружную мембрану,

· размножающихся почованием.

Встречаются все варианты энергетического и конструктивного метаболизма, кроме оксиненного фотосинтеза. Могут образовывать многоклеточные агрегаты и дифференцированные клетки (эндоспоры). Они могут адаптироваться и к умеренным, и к экстремальным условиям окружающей среды. Это уникально для прокариот (в смысле, эндоспоры, а не приспособленность).

За счет исключительно широкой «коллективной» нормы реакции генотипа представители филы занимают большинство ниш. Играют одну из основных ролей в биосфере. Используются в биотехнологии(молочнокислые бактерии).

Являются патогенами человека (ботуллизм, сибирская язва), животных и растений.

Фила BXIV: Actinobacteria.

Ранее их называли актиномицетами – мицелиальными грибами с очень длинными нитями гиф. Могут плавать, прорастать в толщи субстрата, образовывать воздушный мицелий. Имеют защитную оболочку из липидов. «Мицеты» -- из-за сходства с плесенью, «актино» -- по форме колоний. Попадая в открытые раны, они начинают размножаться (центробежный рост) и образуют скопления звёздчатой формы.

Не имеют наружной мембраны.

Иногда одна циста образуется на гифе, иногда цисты образуют цепочки (стрептомицеты).

Синтезируют антибиотики, подавляющие транскрипцию и трансляцию. Глобальная позитивная роль: участие в круговороте углерода.