в каком году открыли бактерии

Кто впервые открыл и описал бактерии

Это сегодня благодаря мощным электронным микроскопам и современным методам исследования мы знаем, что представляют собой мельчайшие живые организмы нашей планеты ─ бактерии. А как врачи и ученые объясняли распространение инфекционных заболеваний 250 лет назад? И кто первым описал и открыл бактерии, попытался их изучить?

Как объясняли возникновение инфекционных заболеваний в древности

На протяжении многих столетий человечество не только не имело защиты от инфекционных заболеваний, а и не признавало их как заболевание вообще. Считалось, что они являются «карой божьей за грехи». Единственным плюсом было то, что таких больных старались изолировать. Врачами того времени было подмечено, что изоляция тем самым препятствует распространению болезни. Это дало возможность рассматривать распространение инфекции как заболевание. Так итальянский лекарь Джироламо Фракасторо первым предположил, что заболевание переходит от больного к здоровому через предметы и может передаваться на расстоянии. Он даже выдвинул гипотезу, что существуют маленькие организмы, способные передвигаться по воздуху, попадая в определенную среду, они начинают там размножаться. Таким образом, они являются разносчиками инфекции. Но только с изобретением первого микроскопа научно было доказано, что бактерии действительно существуют.

Изобретение первого микроскопа

Первый увеличительный прибор, благодаря которому были обнаружены бактерии, изобрел голландский натуралист-самоучка Антони ван Левенгук. Именно он был тем, кто описал и открыл бактерии. Все началось с его увлечения экспериментировать с увеличительными стеклами. До него изготовленные линзы были способны увеличивать предмет лишь в 20 раз. Его же «микроскопы» могли увеличивать изучаемый предмет в 200-300 раз. Первые увеличительные приборы были размером с горошину и вставлялись в оправу. Пользоваться ими было довольно сложно, но несмотря на это, увеличение было для того времени достаточно четким и точным.

Антони ван Левенгук всю свою жизнь занимался усовершенствованием своих увеличительных приборов. После смерти 26 микроскопов он завещал Лондонской академии наук.

Вклад ученого в микробиологию

Ученый-самоучка изучал все, что ему было интересно: листья растений, частички своей кожи, кровь, насекомых и т.п. Однажды, исследовав каплю дождевой воды, которая простояла в кувшине, он обнаружил удивительно маленьких, но живых «зверьков», которые были разной формы и беспорядочно двигались. Так в 1683 году были впервые обнаружены, а позднее описаны бактерии.

Ученый сделал целый ряд открытий, уникальных для своего времени.

За 50 лет исследований ученый описал более 200 видов микроорганизмов, внеся тем самым неоценимый вклад в развитие микробиологии. До сих пор остается загадкой, как при таком по современным меркам небольшом увеличении ученый смог так подробно изучить и описать эти виды.

Признание великого ученого

Свою миссию в признании ученого-самоучки сделал доктор Грааф. Именно он в 1673 году написал в Лондонское королевское общество письмо, в котором говорилось об ученом, который изобрел микроскоп, не имеющий аналогов. Королевский двор нашел Антони ван Левенгука, и между ними установилась переписка. За 50 лет переписки ученым было отправлено множество писем с подробным описанием своих исследований. В начале переписки описанное ученым подвергалось сомнениям других ученых. Но в ходе проверки была установлена правдивость всего описанного в письмах.

И в 1680 году ученый-самоучка стал равноправным членом Лондонского королевского двора, а позднее и Французской академии наук. Посмотреть на его удивительные увеличительные приборы приезжали не только ученые, а и многие правители.

Другие открытия ученого

Кроме того что он впервые обнаружил и описал микроорганизмы, ему принадлежит и ряд других открытий. Так он первый обнаружил в крови эритроциты и подробно это описал в своих трудах. Им впервые были обнаружены и описаны сперматозоиды. Он подробно изучил мышечные волокна и установил, что они бывают разные по своей структуре.

Работы ученого печатались во многих известных изданиях того времени. Его письма еще в те годы были переведены на латинский язык и опубликованы при жизни.

Левенгук вошел в историю как первооткрыватель удивительного мира бактерий и как величайший экспериментатор своего времени. Сегодня микробиология шагнула далеко вперед в изучении и описании бактерий, но до сих пор осталось множество неизученных видов, которые являются нераскрытыми тайнами из мира бактерий.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Источник

Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

Бактерии

Бактерии. История открытия бактерий.

Впервые бактерии были обнаружены в XVII в. благодаря изобретению увеличительных приборов.

Антони ван Левенгук

Голландский ученый Антони ван Левенгук (1632-1723) (Рис.1) впервые открыл мельчайшие живые существа, рассматривая под микроскопом разнообразные микропрепараты: стоячая вода, капли морской воды, перцовый настой и др. Первоначальные сведения о формах, объемах и движении бактерий Левенгук отправил в Лондонское королевское общество в 1683 году.

Рис.1 Антони ван Левенгук

Луи Пастер

Благодаря открытию французского ученого Луи Пастера в 1870-1880 гг. (Рис.2), стало известно, что микроорганизмы вызывают порчу пищевых продуктов и вызывают заболевания человека. Кроме того Пастер доказал, что в процессе брожения вина, пива и прочих пищевых продуктов происходит выделение ядовитых веществ.

Открытия Луи Пастера внесли огромный вклад в развитие микробиологии. Для уничтожения микроорганизмов ученым была предложена технология однократного нагревания продуктов до 70°С, в частности всех молочных. Это технология получила название — пастеризация.

Микробиология (от греч. «микрос» — мельчайший, «логос» — учение) — наука о строении и свойствах мелких, не видимых невооруженным глазом живых организмов.

Клеточное строение и жизнедеятельность бактерий.

Бактерии (от греч. «бактерион» — палочка) одноклеточные безъядерные организмы.

Клеточное строение бактерии представлено клеточной мембраной, прочной клеточной стенкой и цитоплазмой (Рис.3).

Рис.3 Строение бактериальной клетки (Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0)

Определенную форму, а также функции защиты и опоры для бактериальной клетки придает клеточная стенка.

В зависимости от строения клеточной стенки выделяют две группы бактерий:

Рис.4 Строение клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий

Клеточная стенка многих бактерий покрыта капсулой — особый слой, защищающий от высыхания (за счет нее некоторые цианобактерии могут жить в пустыне).

Цитоплазма включает в себя белки, жиры и кольцевую молекулу ДНК — нуклеоид (основное наследственное вещество бактерии). Оформленного ядра нет.

На поверхности бактерии имеются мелкие нитевидные выросты —пили, служащие для передачи наследственной информации между бактериями в ходе полового размножения (см.»размножение бактерий»), а также для прикрепления бактерии к субстрату, отвечаю за адаптацию клетки.

Передвижение бактериальной клетки обеспечивает один или несколько жгутиков.

Формы и цвет бактерий:

По форме бактерии подразделяют на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые. Наиболее простыми считаются шаровидные, их называют кокками. (Рис.5)

Рис.5 Формы бактериальных клеток (Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0)

Кокки могут группироваться попарно — диплококки; по 4 — тетракокки; по 8 и более — сарцины. Формы в виде виноградной грозди называют — стафилококки, в виде цепочки — стрептококки.

Большая часть бактерий обладает палочковидной формой, однако встречаются и в виде запятой — вибрионы, в виде спирали (латинская буква «S») — спириллы.

По цвету бактерии в основном бесцветны, однако есть и с пигментами (зеленые и пурпурные, способные к фотосинтезу).

Распространение и среда обитания бактерий

Бактерии распространены повсеместно. Больше всего их можно встретить в плодородном слое почты (чернозем). Меньше всего их в воздухе на высоте более 5 км. Очень много бактерий находится на покровах живых и мертвых организмов. Хемосинтезирующие бактерии обнаружены в почве на глубине 5 и более метров, а также на глубине до 1000 метров дна океанов.

Образование спор у бактерий

При недостатке питания, влаги, резком понижении или повышении температуры, бактерии способны образовывать споры. Это временная защитная форма бактерий, когда клетка не двигается и не питается, находясь в состоянии покоя долгое время (Рис.6).

Рис.6 Образование спор у бактерий.

Споры бактерий способны пролежать под землей до 20-30 лет. С помощью ветра споры разносятся на большие расстояния, а попав в благоприятные условия, «просыпаются», превращаясь в обычную клетку, способная вновь размножаться.

Цианобактерии

Именно цианобактерии стали одними из первых представителей живых организмов на Земле. Некоторые ископаемые останки цианобактерий имеют возраст превышающий 3 мдрд лет (Рис.7).

Рис.7 Цианобактерии (синезеленые водоросли)

Второе название цианобактерий — синезеленые водоросли. У них отсутствует ядро, что объединяет их с бактериями, а возможность фотосинтезировать относит к водорослям. Именно благодаря фотосинтезу, они первыми обогатили атмосферу нашей планеты кислородом, что сделало ее пригодной для существования живых организмов.

Цианобактерии представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами.

Носток — съедобная синезеленая водоросль, употребляемая в пищу в разных странах (Китай, Монголия, Южная Америка) (Рис.8).

Рис.8 Носток (Lamiot, CC BY 3.0)

Питание бактерий

По способу питания (получения энергии) бактерии подразделяются на две основные группы:

Отношение бактерий к кислороду

По отношению к кислороду все бактерии, как и другие организмы, делятся на две большие группы:

1. Анаэробы — бактерии способные обходиться без кислорода полностью или частично.

Бактерии, которые могут жить как в присутствии кислорода, так и без него — называют факультативными (от фр. факультатиф — необязательный, возможный) анаэробами. К ним относят бактерии гниения или уксуснокислые бактерии.

Микроаэрофильные бактерии лучше растут в атмосфере с низким содержанием кислорода.

Бактерии, для которых кислород губителен, называют облигатными (от лат. облигатус — обязательный, непременный) анаэробами. К ним относят винные бактерии или бактерии ботулизма.

2. Аэробы — дышащие кислородом бактерии (синегнойные, лактобактерии и др.). Дыхание многих бактерий похоже на дыхание растений и животных. Они поглощают кислород воздуха и выделяют углекислый газ и энергию.

Отношение бактерий к азоту

Определенная часть бактерий способна обходиться без органического азота, входящего в состав белковой пищи, так как они самостоятельно могут его усваивать из атмосферы.

Благодаря такой группе азотфиксирующих бактерий, азот входящий в состав воздуха, усваивается растениями, далее через пищевую цепь он поступает в другие живые организмы, встраиваясь в органические соединения (белки и нуклеиновые кислоты). Подобные бактерии образуют симбиоз с корнями бобовых растений (клубеньковые бактерии).

Размножение бактерий

Размножаются бактерии простым поперечным делением клеток (перетяжкой). Цитоплазма клетки «перешнуровывается», и клетка делится пополам. Перед делением, наследственный материал бактерии, представленный кольцевой молекулой ДНК, удваивается (реплицируется). Репликация может происходит несколько раз, именно поэтому в клетке бактерии иногда встречается больше одного нуклеотида (Рис.9).

Рис.9 Размножение бактерий поперечным делением клеток (перетяжкой)

Темп деления бывает очень высоким. Процесс деления может следовать один за другим через 20-30 мин. При наступлении неблагоприятных условий, бактерии прекращают деление, теряя свою жизнеспособность, что приводит к их гибели или образовании споры.

Некоторые бактерии способны размножаться половым путем, по типу конъюгации. В данном случае происходит слияние двух бактериальных клеток. «Мужская» клетка отдает свою ДНК «женской» клетке и после этого погибает. ДНК двух клеток комбинируется, в результате чего получается новая генетически «уникальная» клетка.

Бактериальные заболевания

Болезнетворные (патогенные) бактерии — это паразитические представители, способные вызвать заболевания людей, животных и растений. Они являются причиной таких инфекционных заболевании, как чума, столбняк, туберкулез, тиф, холера, сибирская язва, скарлатина и др. (таблица 1).

Таблица 1. Бактериальные заболевания, пути заражения и меры профилактики

После того как болезнетворные бактерии проникнут в организм человека, они начинают очень быстро размножаются. Бактерии выделяют ядовитые вещества (токсины), вызывающие отравление организма. Токсины разносятся кровью по всему телу вызывая серьезные последствия.

Организм человека наделен защитными функциями, которые позволяют многим людям долгие годы не прибегать к помощи врачей. Так, проникновению микробов в организм препятствует наша кожа. В носу микробов улавливают реснички и слизь. В ушах их задерживает ушная сера.

Слезная жидкость содержит небольшое количество солей и белки, которые помогают уничтожать болезнетворные организмы, оказавшиеся на поверхности глаза. Миндалины и аденоиды убивают микробов в горле, а соляная кислота в составе желудочного сока — в желудке.

Внутри организма с ними борются иммунные клетки крови.
Болезнетворные бактерии распространены в воде, воздухе, почве. Чем чище воздух в помещениях, тем меньше люди болеют. Необходимо ежедневно проветривать и дом, и классные комнаты.

Туберкулезные палочки вместе с пылью распространяются по воздуху. Они сохраняют жизнеспособность до 3 месяцев. Бактерии брюшного тифа сохраняются в почве тоже до 3 месяцев. Массовое поражение людей инфекционными заболеваниями называется эпидемией.

Туберкулез считается опасным инфекционным заболеванием. Передается он воздушно-капельным путем, поражая ткани легких (Рис 10).

Рис.10 Флюрография грудной клетки человека

При заболевании скота туберкулезом возбудители болезни могут передаваться человеку через молоко.

В 1882 г. немецкий микробиолог Р. Кох открыл возбудителя туберкулеза (палочка Коха), за что в 1905 был награжден Нобелевской премией.

Возбудителями тифа и сальмонеллеза человек заражается через продукты питания и воду.

Возбудителями дизентерии являются дизентерийные бактерии (а также одноклеточные животные — дизентерийные амебы). При употреблении сырого молока от больных коров человек может заразиться бруцеллезом.

Иногда при консервировании овощей, даже после их стерилизации при высоких температурах, могут сохраниться бактерии. В процессе развития они выделяют ядовитые вещества. Употребление таких продуктов вызывает у людей тяжелое отравление ботулизм.

Только благодаря интенсивному развитию медицины и микробиологии были найдены методы борьбы с микробами. Получены необходимые лекарства. Они убивают бактерий и очищают человеческий организм от болезнетворных микроорганизмов.

Так, при употреблении антибиотиков (пенициллин, ампициллин, бисептол) погибают многие бактерии. При простуде в человеческом организме также увеличивается количество болезнетворных бактерий. С помощью антибиотиков можно ускорить выздоровление.

К профилактическим мерам инфекционных заболеваний относится соблюдение правил гигиены. Например, следует употреблять только очищенную» кипяченую воду, мыть руки перед едой, держать одежду в чистоте, незамедлительно обрабатывать йодом или перекисью водорода пораненный участок кожи, не допускать порчи продуктов и др. Очень важно общее закаливание организма.

В сладкой, а также соленой среде бактерии не развиваются. Поэтому, заготавливая впрок мясо, рыбу и овощи, их солят, из ягод и фруктов делают варенье и др.

Растения также поражаются многими видами бактерий. Такие заболевания растений называют бактериозами. Они поражают корни, стебли, листья и плоды овощных, бахчевых, фруктово-ягодных и технических культур, нанося тем самым огромный вред.

Основными мерами борьбы с бактериозами являются обработка семян ядохимикатами перед посевом, отбор устойчивых к болезням сортов.

Ученые установили, что вещества, выделяемые листьями грецкого ореха, лоха, черемухи, тополя, сосны, уничтожают бактерий. Поэтому наряду с использованием этих деревьев в озеленении населенных пунктов их нужно садить и вблизи скотных дворов.

Значение бактерий в природе и жизни человека

Бактерии играют большую роль в круговороте веществ в природе. Бактерии гниения (сапрофиты) наряду с некоторыми растениями, животными и грибами санитары нашей планеты.

Они участвуют в разложении растительных остатков, мертвых тел и выделений животных, в образовании и почве перегноя.

Почвенные бактерии способствуют питанию растений. Они превращают перегной в минеральные вещества, которыми затем питаются растения. Бактерии не только обогащают почву минеральными веществами, но и улучшают ее структуру.

Чем плодороднее почва, тем больше в ней бактерий. В 1 г чернозема содержится 5-6 млрд бактерий. Почвенные бактерии оказывают влияние на рост и развитие растений. Многие бактерии развиваются на корнях растений и вблизи от них, воздействуя на жизнедеятельность растений.

Некоторые виды бактерий поглощают из воздуха азот и обогащают почву его соединениями. К ним относятся клубеньковые бактерии. Они живут в симбиозе с люцерной, горохом, донником, соей и другими бобовыми растениями. Другой вид бактерий выделяет азот в воздух.

Азот — основной компонент воздуха (78%). Он входит в состав всех живых организмов. На его основе строятся белки. Азот постоянно циркулирует между атмосферой и живыми организмами. Попав в почву, он преобразуется в нитраты, которые затем поглощаются растениями. Животные поедают растения и используют эти белки.

Вместе с отходами животных, а также в процессе разложения растений и животных после их смерти соединения азота возвращаются в почву. Внося удобрения, земледельцы повышают уровень содержания нитратов в почве, необходимый для роста растений.

Цианобактерии обогащают воздух молекулами кислорода, осуществляя фотосинтез. Образование в недрах земли селитры (азотное удобрение), железной руды, торфа и угля, я в море — сероводородов также связано с жизнедеятельностью бактерий. Тем самым бактерии, принимают участие в круговороте веществ, способствуют непрерывности жизни на Земле.

Велика роль бактерий и в народном хозяйстве. Их издавна использовали в хлебопечении, кожевенном производстве и т. д. Молочнокислые бактерии используются в сыродельном производстве, в молочной промышленности, при квашении овощей и фруктов, силосовании кормов.

Бактерии сбраживают углеводы. При этом образуется молочная кислота (например, при скисании молока, квашении капусты и др.), которая предотвращает порчу капусты и силоса. Одни бактерии обязательно необходимы для производства вина (винные), другие вызывают его порчу (уксусные).

В современной химической промышленности изучаются бактерии, разлагающие синтетические вещества. Уже найдены бактерии, разлагающие нейлон. Продолжаются поиски «пожирателей» полиэтилена, который в природе сохраняется в течение 500-700 лет.

Во многих странах в специальных водохранилищах выращивается цианобактерия спирулина для производства пищевого белка.

Источник

Следы первых бактерий на земле указали на происхождение жизни

Сколько в мире бактерий

По оценкам ученых факультета энергии объединенного института геномов на планете Земля существует 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 бактерий. Все они имеют примитивное строение: состоят из одно- или двухъядерной клетки и обладают приблизительно одинаковыми размерами – несколько микрометров.

Директор факультета Эдди Рубин в своей исследовательской работе акцентирует внимание на том, что микробы участвуют практически в любом биологическом процессе планеты: разложении органических остатков до неорганических веществ, в почвообразовании, в подпитке растений…

Всех представителей мира бактерий ученый постарался систематизировать и занести в каталог, чтобы облегчить в дальнейшем поиск функций геномов и тем самым дать толчок к пониманию людьми процессов, происходящих в биосфере.

Несколько лет назад для многих стал открытием тот интересный факт, что бактерии появились одними из первых на планете Земля свыше 3,8 трлн. лет назад. Американские ученые даже провели эксперимент, задействовав штаммы бактерий из образцов древнего льда Антарктиды, возраст которых исчисляется 8,1 млн. лет. Оттаявшие с кусками льда при комнатной температуре колонии микроорганизмов проснулись, начали расти и размножаться. Исследования подтвердили гипотезу, что за 1,1 млн. лет ни один из обнаруженных и классифицированных видов не трансформировался.

Согласно одной из гипотез именно бактерии сыграли ключевую роль в появлении многоклеточных живых организмов, а спустя десятки миллионов лет и в привычных нам животных. Именно они определи существование жизни во всем многообразии форм.

Подтверждением этому является тот факт, что 37% генов животных и людей схожи с генами бактерий. Велика вероятность, что они имеют общего предка.

Значение бактерий для жизни на Земле в наши дни трудно переоценить. Они играют основополагающую роль в циклических метаморфозах основных элементов, необходимых для поддержания жизни. Например: участвуют в производстве кислорода и азота, формировании серы, фосфора и углерода. До недавнего времени считалось, что микробиологи, разрабатывающие антибиотики не без помощи все тех же бактерий, ничего нового предложить уже не могут. Но последние исследования показывают, что на самом деле число неизвестных микроорганизмов несравненно больше. Этот факт открывает неограниченные возможности для разработки и внедрения новых эффективных препаратов.

Как объясняли возникновение инфекционных заболеваний в древности

На протяжении многих столетий человечество не только не имело защиты от инфекционных заболеваний, а и не признавало их как заболевание вообще. Считалось, что они являются «карой божьей за грехи». Единственным плюсом было то, что таких больных старались изолировать. Врачами того времени было подмечено, что изоляция тем самым препятствует распространению болезни. Это дало возможность рассматривать распространение инфекции как заболевание. Так итальянский лекарь Джироламо Фракасторо первым предположил, что заболевание переходит от больного к здоровому через предметы и может передаваться на расстоянии. Он даже выдвинул гипотезу, что существуют маленькие организмы, способные передвигаться по воздуху, попадая в определенную среду, они начинают там размножаться. Таким образом, они являются разносчиками инфекции. Но только с изобретением первого микроскопа научно было доказано, что бактерии действительно существуют.

Спонтанное зарождение

Какова вероятность, что случайные атомы сложатся в нуклеотиды, а те – в ДНК? Практически нулевая. Но всё же это произошло в результате бесконечного количества спонтанных экспериментов, столкновений частиц и т.д., гласит другая гипотеза.

Возможно, ДНК и РНК, которые хранят генетический код живых организмов, стали просто самым успешным из таких экспериментов. Изначально существовали и другие, более простые формы, но организмы-носители ДНК и РНК вытеснили их.

Эксперименты продолжались. При копировании ДНК и РНК возникали ошибки – мутации. Если они ухудшали результат, виды-носители таких мутаций были обречены на вымирание. Если же мутации были благоприятными, естественный отбор оставлял их на планете.

Отголоски в современности

Сегодня сложно делать категорические заявления о том, какими были те первые прокариоты много лет назад, поскольку нет полных данных об условиях, в которых жили эти первые микроорганизмы.

Но поиски следов зарождения органической жизни продолжаются, и иногда ученые получают возможность приоткрыть завесу тайны.

Так, интересные сведения были получены при изучении колонии архей (безъядерные микроорганизмы) Ферроплазма (Ferroplasma acidiphilum), обнаруженных в реакторе одного из металлургических заводов Тульской области.

При детальном изучении ферроплазмы были зафиксированы такие свойства, которые позволили бы микроорганизму с подобными характеристиками жить в условиях первичной атмосферы, предположительно существовавшей четыре миллиарда лет назад:

Изобретение первого микроскопа

Первый увеличительный прибор, благодаря которому были обнаружены бактерии, изобрел голландский натуралист-самоучка Антони ван Левенгук. Именно он был тем, кто описал и открыл бактерии. Все началось с его увлечения экспериментировать с увеличительными стеклами. До него изготовленные линзы были способны увеличивать предмет лишь в 20 раз. Его же «микроскопы» могли увеличивать изучаемый предмет в 200-300 раз. Первые увеличительные приборы были размером с горошину и вставлялись в оправу. Пользоваться ими было довольно сложно, но несмотря на это, увеличение было для того времени достаточно четким и точным.

Антони ван Левенгук всю свою жизнь занимался усовершенствованием своих увеличительных приборов. После смерти 26 микроскопов он завещал Лондонской академии наук.

Бактерии и человек

Количество бактерий в любом живом организме всегда в разы превышает число клеток. Человеческий организм не является исключением.

Интересен и тот факт, что 2 кг человеческого веса приходится на обитающие как на нем, так и внутри него бактерии. Так на каждую клетку организма человека приходится не менее десятка бактериальных клеток.

Для наглядности приведем результаты исследований, показывающие, что только в ротовой полости обитает свыше 40 тыс. разного рода бацилл. Поэтому в момент поцелуя вместе со слюной человек «делится» более тремя сотнями бактерий. Но опасность среди них в виде тех же инфекций представляют только 5% бацилл.

Первые бактерии попадают на тело человека в момент его появления на свет, когда малыш естественным путем проходит родовые пути, а также при первом контакте с кожей матери. С грудным молоком они попадают в ЖКТ младенца, становясь частью микрофлоры кишечника. Основной набор чужеродных микроорганизмов, с которым придется «в тесном соседстве идти по жизни», приобретается ребенком уже к трем годам.

Запасливые уранофилы

Возможно, самая ранняя жизнь не имела того состава, который имеет нынешняя, где в качестве базовых элементов преобладают углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера. Дело в том, что жизнь предпочитает более легкие элементы, с которыми проще «играть». Но эти легкие элементы имеют маленький ионный радиус и создают слишком прочные соединения. А жизни этого-то и не надо. Ей надо уметь эти соединения легко расщеплять. Сейчас у нас для этого есть множество ферментов, но на заре жизни их еще не существовало. Несколько лет назад мы высказали предположение, что у некоторых из этих шести основных элементов живого (макроэлементы C, H, N, O, P, S) были более тяжелые, но и более «удобные» предшественники. Вместо серы в качестве одного из макроэлементов, скорее всего, работал селен, который легко соединяется и легко диссоциирует. Место фосфора по той же причине, возможно, занимал мышьяк. Недавнее открытие бактерий, которые используют мышьяк вместо фосфора в своих ДНК и РНК, усиливает наши позиции. Причем все это справедливо не только для неметаллов, но и для металлов. Вместе с железом и никелем в процессе становления жизни значительную роль играл вольфрам. Корни жизни, таким образом, надо, вероятно, уводить в низ таблицы Менделеева.

Для подтверждения или опровержения гипотез об изначальном составе биологических молекул нам стоит обратить пристальное внимание на бактерий, живущих в необычных средах, возможно отдаленно напоминающих Землю в древние времена. Например, недавно японские ученые исследовали один из видов бактерий, обитающих в горячих источниках, и обнаружили в их слизистых оболочках урановые минералы

Для чего бактерии их накапливают? Возможно, уран имеет для них какую-то метаболическую ценность? Например, используется ионизирующий эффект радиации. Есть другой известный пример — магнитобактерии, которые существуют в аэробных условиях, в относительно холодной воде, и накапливают железо в виде кристалликов магнетита, обернутых в белковую мембрану. Когда железа в окружающей среде много — они формируют эту цепочку, когда железа нет — они его тратят и «сумочки» становятся пустыми. Это очень похоже на то, как у позвоночных накапливается жир в качестве энергетического запаса.

На глубине 2−3 км, в плотных осадках, оказывается, тоже живут бактерии и вполне обходятся без кислорода и солнечного света. Такие организмы обнаружены, например, в урановых шахтах Южной Африки. Питаются они водородом, и здесь его достаточно, потому что уровень радиации настолько высок, что вода диссоциируется на кислород и водород. Генетических аналогов на поверхности Земли у этих организмов не обнаружено. Где же эти бактерии сформировались? Где их предки? Поиск ответов на эти вопросы становится для нас настоящим путешествием во времени — к истокам живого на Земле.

Автор — академик РАН, директор Геологического института РАН

Статья «Тяжелый металл биогенеза» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№3, Март 2011).

Изучение древнейших бактерий

Процесс изучения бактерий активно идет, счет исследованиям практически не ведется, и каждое новое открытие становится сенсацией для всего мира. Одним из ярчайших событий стало обнаружение серных анаэробных бактерий, существовавших 3,4 млрд лет назад в Австралии. Находка вызвала массу споров и обсуждений: в ход шли даже теории о неземном происхождении микроорганизмов.

Существуют и другие виды существ, способных просуществовать крайне долго. Хорошим примером являются отдельные группы цианобактерий, возраст которых нередко достигает 2 млрд лет. Подобные бактерии являются одной из персистентных форм жизни – существ, способных эволюционировать без существенных изменений своих организмов.

Археологам удается находить массу уникальных останков микроорганизмов, так или иначе участвовавших в процессе эволюции. В число древнейших организмов попали ископаемые водоросли и микробы, найденные в горных породах Южной Африки: там были найдены останки простейших бактерий и сине-зеленых водорослей, существовавших по меньшей мере 3,2 млрд лет назад. Это открытие было невероятно важным для ученого сообщества, поскольку данные микроорганизмы были морскими, что говорит о том, что водное пространство уже тогда было домом для микробов, впоследствии трансформировавшихся в водоросли, растения и живых существ.

Еще одним немаловажным этапом в изучении древнейших бактерий стало изучение групп микроорганизмов, обнаруженных при раскопках в Онтарио. Исследование остатков показало, что эти микроорганизмы существовали уже два миллиарда лет назад. Данные бактерии тоже относились к числу наиболее примитивных микроорганизмов и уже занесены в соответствующий раздел систематики.

Немалый интерес для истории представляют и не столь древние существа. Так, в центральной части Австралии были найдены останки микроорганизмов, входящих в состав многоклеточных водорослей и других растений. Возраст этих бактерий находится в пределах одного миллиарда лет. Обнаружение подобных единиц микроорганизмов стало очень важным: опираясь на их исследования, ученые могут восстанавливать хронологию эволюции прошлого и дополнять систематику.

Древнейшие бактерии существовали не только в одноклеточном виде, но и входили в состав более сложных организмов, например, зеленых водорослей, способных размножаться половым путем. Каждое открытие такого масштаба предоставляет все новые возможности в изучении живых существ, поскольку возникает разнообразие форм организмов, обитавших в природе: любая новая единица всегда добавляет очередной штрих в генетическое разнообразие живых существ.

Окончательный переход к дифференциации многоклеточных существ произошел около 600 млн лет назад. Ученые считают, что причиной развития стало возникновение разных форм размножения и появление первых животных, в результате чего природа стала эволюционировать намного быстрее.

Внешность обманчива

Запах притрушенной каплями дождя земли для многих людей считается приятным. Но мало кто знает тот факт, что он возникает благодаря активизирующимися в этот период колониями почвенных бактерий рода стрептомициновых: актино- и цианобактерий. Запах, который мы чувствуем, производит геосмин – вещество органического происхождения. В переводе с греческого его название и обозначает «запах земли». Геосмин обуславливает также появление затхлого запаха в подвалах и погребах, поскольку преобразующих его бактерий способствует сырость.

Кровавый водопад – завораживающее зрелище, которое с периодичностью раз в несколько недель можно наблюдать в Восточной Антарктиде. Из небольшой трещины в леднике толщиной свыше 400 метров выходит напоминающая кровь жидкость. Причиной такого цвета является высокая концентрация железа в соленой воде.

При взаимодействии с кислородом двухвалентное железо и превращается в ржавчину. Соединение формируется благодаря жизнедеятельности бактерий. Не имея доступа к солнечному свету и потому потребляя в качестве источника энергии железо из окружающих пород, микроорганизмы используют его для дыхания. Обнаруженная экосистема дает повод строить гипотезы, что подобным образом может сохраняться жизнь и на других планетах, таких как Марс или Европа – спутник Юпитера.

Рекордсмены номинаций

В мире бактерий также есть свои рекордсмены. Самая большая бактерия носит название «Thiomargarita namibiensis», что в переводе с латинского звучит как «серная жемчужина Намибии». Размер шарообразной по форме протеобактерии в диаметре достигает от 0,1 до 0,3 мм. По сути, она видна невооруженным взглядом.

Свое название крупнейшая морская бактерия получила за то, что ее клетки содержат микроскопические гранулы серы. Под действием преломления света возникает эффект подобно сиянию жемчужины.

Многие бактерии являются возбудителями смертельных болезней. Но существуют «агрессоры», унесшие жизни миллионов людей. К числу самых опасных бактерий стоит отнести следующие:

Самыми древними архибактериями являются представительницы вида thermoacidophiles. Главная особенность этого интересного вида бактерий в том, что он способен выживать в условиях высокой кислотности, средах с неимоверной концентрацией серы, а также при температурах порядка 70-80°С.

Эти удивительные микроорганизмы, сочетающие в себе признаки ацидо- и термофилов, в большинстве своем обитают в горячих источниках и тех местах, где основная масса живых организмов просто погибает. Такая высокая приспосабливаемость развилась за счет плазматической мембраны, содержащей высокие концентрации насыщенных жиров, и присутствия ферментов, которые не денатурируют в экстремальных условиях.

Газы, вода и ток

Стэнли Миллер и Гарольд Юри в 1953 году провели интересный эксперимент. Они заполнили пробирки смесью метана, монооксида углерода, углерода и аммиака, а также добавили туда воды. Этот «первичный бульон» имитировал атмосферу Земли 4 млрд лет назад.

Затем через пробирки пропустили электрический ток. Он имитировал удары молнии.

В процессе взаимодействия химических веществ ученые получили пять основных аминокислот. Из этих блоков созданы все белки на планете.

В 2008 году другие исследователи проанализировали выводы Миллера и Юри и установили, что ученые полвека назад получили не пять аминокислот, а 22. Просто не все аминокислоты тогда удалось идентифицировать.

Большинство специалистов, проанализировав новую информацию, решили, что в результате удачной комбинации этих аминокислот появились РНК, ДНК и белки. Они стали новой ступенью формирования жизни.

Но часть ученых считает иначе. Так, Ричард Вульфенден и Чарльз Картер из Университета Северной Каролины заявили, что из 22 аминокислот были сначала созданы белковые ферменты. Они стали базой для РНК. А РНК, как универсальная молекула с возможностью самокопирования, обеспечила появление всего живого на планете.

Вульфенден доказал, что аминокислоты могли самостоятельно обеспечивать появление белков-ферментов, которые ускоряют химические реакции в организме. Картер установил, что белки могут распознавать транспортные рибонуклеиновые кислоты, чтобы обеспечивать их соответствие участкам генетического кода. В результате белки позволяют правильно передавать информацию из поколения в поколение.

Источник