Obiective de Învățare

1. diferența între bacterii, protozoare, și eukarya.
2. desenați relațiile filogenetice dintre bacterii, archaea și eucarya.
3. identificați modalitățile prin care arhaea și bacteriile obțin energie și carbon.
4. explicați dovezile fosile, chimice și genetice pentru evenimente cheie pentru evoluția celor trei domenii ale vieții (bacterii, archaea, eucarya)
5. explicați de ce înflorirea cianobacteriilor a dus la oxigenarea atmosferei.,
6. plasează evoluția celor trei domenii ale vieții pe scara timpului geologic.
7. descrieți importanța procariotelor (bacterii și arhaea) în ceea ce privește sănătatea umană și procesele de mediu.

cele Trei domenii de viață de pe Pământ

secvență de ADN comparații și structurale și biochimice comparații în mod constant clasifica toate organismele vii în 3 primar domenii: Bacteria, Archaea și Eukarya (de asemenea, numit Eucariote; acești termeni pot fi folosite alternativ)., Ambele Bacterii și Archaea sunt procariote, unicelulare microorganisme cu nuclei, și Eukarya ne include și pe noi și toate celelalte animale, plante, ciuperci, și unicelulare protistele – toate organismele ale căror celule au nuclei să anexați ADN-ul lor separat de restul celulei. Fosilele arată că primele organisme vii au fost procariote (Bacterii și Archaea), și eucariote a apărut un miliard de ani mai târziu.

sfat de studiu: se sugerează să creați o diagramă pentru a compara și a contrasta cele trei domenii ale vieții pe măsură ce citiți.,

informațiile De mai jos a fost adaptat de la OpenStax Biologie 22.2

Archaea și Bacteria împărtășesc o serie de caracteristici, dar, de asemenea, sunt domenii distincte ale vieții:

• Ambele Archaea și Bacteriile sunt organisme unicelulare. În acest fel, ele sunt diferite de eucariote, care includ atât organisme unicelulare cât și multicelulare
• Archaea și celulele bacteriene nu au organele sau alte structuri interne legate de membrană., Prin urmare, spre deosebire de eucariote, arhaea și bacteriile nu au un nucleu care să le separe materialul genetic de restul celulei.
• Archaea și bacteriile au, în general, un singur cromozom circular– o bucată de ADN circular, dublu catenar situat într-o zonă a celulei numită nucleoid. În schimb, multe eucariote au cromozomi liniari multipli.
• Archaea și bacteriile se reproduc prin fisiune, un proces în care o celulă individuală își reproduce cromozomul unic și se împarte în două., Eucariotele se reproduc prin mitoză, care include pași suplimentari pentru replicarea și împărțirea corectă a mai multor cromozomi între două celule fiice. Multe eucariote se reproduc, de asemenea, Sexual, unde un proces numit meioză reduce numărul de cromozomi la jumătate pentru a produce celule haploide (numite de obicei spermă sau ouă), iar apoi două celule haploide fuzionează pentru a crea un nou organism. Archaea și bacteriile nu se pot reproduce sexual.,aproape toate procarioții au un perete celular, o structură protectoare care le permite să supraviețuiască în condiții extreme, care se află în afara membranei lor plasmatice. În schimb, unele eucariote au pereți celulari, în timp ce altele nu. Compoziția peretelui celular diferă semnificativ între domeniile bacterii și arhaea. Peretii celulelor bacteriene sunt compuse din peptidoglicanului, un complex de proteine și zaharuri, în timp ce archaeal peretii celulelor sunt compuse din polizaharide (zaharuri)., Compoziția pereților celulari diferă, de asemenea, de pereții celulari eucarioți găsiți în plante (celuloză) sau ciuperci și insecte (chitină). Unele bacterii au o capsulă exterioară în afara peretelui celular.alte structuri sunt prezente în unele specii procariote, dar nu și în altele. De exemplu:
  • capsula găsită la unele specii permite organismului să se atașeze de suprafețe, îl protejează de deshidratare și de atacul celulelor fagocitare și face agenții patogeni mai rezistenți la răspunsurile noastre imune.,unele specii au, de asemenea, flagella (singular, flagellum) folosit pentru locomoție și pili (singular, pilus) folosit pentru atașarea la suprafețe.
  • plasmidele, care constau din ADN extra-cromozomial, sunt de asemenea prezente în multe specii de bacterii și arhaea.procarioții, în special arhaea, pot supraviețui în medii extreme care sunt inospitale pentru majoritatea lucrurilor vii.

  

  Metabolice diversitate de procariote

  informațiile De mai jos a fost adaptat de la OpenStax Biologie 22.3

  Procariote au fost și sunt capabili să trăiască în fiecare mediu prin utilizarea de orice energie și surse de carbon sunt disponibile. Procarioții umplu multe nișe de pe Pământ, inclusiv fiind implicați în cicluri nutritive, cum ar fi ciclurile de azot și carbon, descompunând organismele moarte și înflorind în interiorul organismelor vii, inclusiv al oamenilor., Gama foarte largă de medii pe care procarioții le ocupă este posibilă deoarece au diverse procese metabolice. Fototrofele (sau organismele fototrofice) își obțin energia din lumina soarelui. Chemotrofii (sau organismele chemosintetice) își obțin energia din compuși chimici.procarioții nu numai că pot utiliza diferite surse de energie, ci și diferite surse de compuși de carbon. Reamintim că organismele care sunt capabile să fixeze carbonul anorganic (de exemplu, dioxidul de carbon) în carbon organic (de exemplu, glucoză) se numesc autotrofe., În schimb, heterotrofii trebuie să obțină carbon din compuși organici. Termenii care descriu modul în care procarioții obțin energie și carbon pot fi combinați. Astfel, fotoautotrofele folosesc energia din lumina soarelui și carbonul din dioxid de carbon și apă, în timp ce chemoheterotrofele obțin energie și carbon dintr-o sursă chimică organică. Chemoautotrofele își obțin energia din compuși anorganici și își construiesc moleculele complexe din dioxid de carbon. În cele din urmă, fotoheterotrofii folosesc lumina ca sursă de energie, dar necesită o sursă de carbon organic (nu pot fixa dioxidul de carbon în carbon organic)., În contrast cu mare metabolice diversitate de procariote, eucariote sunt doar photoautotrophs (plante și unele protistele) sau chemoheterotrophs (animale, ciuperci și unele protistele). Tabelul de mai jos rezumă sursele de carbon și energie din procariote.,d=”36c0e46128″>

relațiile Filogenetice între Archaea, Bacteria și Eukarya

în Timp ce termenul procariot („înainte de a-nucleul”) este utilizat pe scară largă pentru a descrie ambele Archaea și Bacteria, puteți vedea de la Arborele filogenetic de Viata de mai jos că acest termen nu descrie un grup monofiletic:

de fapt, Archaea și Eukarya forma un grup monofiletic, nu Archaea și Bacteria. Aceste relații indică faptul că archaea sunt mai strâns legate de eucariote decât de bacterii, chiar dacă superficial archaea par a fi mult mai asemănătoare cu bacteriile decât eucariote.,

evenimente cheie și dovezi în evoluția celor trei domenii ale vieții pe Pământ

Viața timpurie pe pământ: pământul are aproximativ 4, 6 miliarde de ani pe baza datării radiometrice. În timp ce formal este posibil ca viața să fi apărut în timpul Hadean eon, condiții nu ar fi fost destul de stabil pe planetă pentru a susține viața pentru că un număr mare de asteroizi s-au gandit s-a ciocnit cu planeta timpul Hadean și începutul Arhaice eoni. Dovezile din microfosile (literalmente „fosile microscopice”) sugerează că viața a fost prezentă pe Pământ cel puțin 3.,Acum 8 miliarde de ani. Cea mai veche dovadă chimică a vieții, sub formă de semnături chimice produse numai de organisme vii, datează de aproximativ 3, 6 miliarde de ani în urmă. Cum erau aceste forme de viață timpurii? În primii miliarde de ani de existență a Pământului, atmosfera a fost anoxică, ceea ce înseamnă că nu exista oxigen molecular (O2). Astfel, primele lucruri vii au fost anaerobe unicelulare, procariote (care trăiesc fără oxigen) și probabil chemotrofice., Revoluția oxigenului: evoluția fotosintezei apei și a fotosintezei generatoare de oxigen de către cianobacterii a dus la primul oxigen molecular liber în urmă cu aproximativ 2, 6 miliarde de ani. Oxigenul liber produs de cianobacterii a reacționat imediat cu fierul solubil în oceane, determinând precipitarea oxidului de fier (rugina) din oceane. Oxigenul nu s-a acumulat dintr-o dată, iar dovezile indică faptul că oceanele nu au fost complet oxigenate până acum 850 de milioane de ani (Mya)., Astăzi vedem dovezi ale acumulării lente de oxigen în atmosferă prin formațiunile de fier bandate prezente în rocile sedimentare din acea perioadă.creșterea oxigenului, numită „Revoluția oxigenului”, a permis evoluția corpurilor și organelor și țesuturilor mai mari, cum ar fi creierul, cu rate metabolice ridicate. Creșterea oxigenului este un exemplu dramatic al modului în care viața poate modifica planeta., Evoluția de fotosinteză oxigenică a schimbat atmosfera planetei a lungul a miliarde de ani, și, la rândul său a provocat schimbări radicale în biosferă: de la un mediu anoxic populate de anaerobe, unicelulare, procariote, la eucariote trăiesc într-o micro-aerophilic (scăzut de oxigen) mediu, pentru a multicelulare-organisme într-un bogat in oxigen mediu., Video de mai jos oferă o imagine de ansamblu de Oxigen Revoluție (aka, Oxigen Catastrofă), inclusiv efectele negative ale acesteia asupra organismelor care au trăit la timp:

Originea eucariotelor: Cum eucariote apar? Ipoteza principală, numită endosymbiotic teorie, este că eucariote a apărut ca un rezultat de o fuziune de Archaean celule cu bacterii, în cazul în care un vechi Archaean cuprins (dar nu a mâncat) un vechi, aerobic celulei bacteriene., La cuprins (endosymbiosed) celulă bacteriană a rămas în archaean celulă în ceea ce poate să fi fost un mutualistic relația: cuprins bacterie permis gazdă arhaice celulelor de a folosi oxigenul pentru a elibera energia stocată în substanțe nutritive, și celula gazdă protejate celula bacteriană de prădători. Dovezile Microfossil sugerează că eucariotele au apărut cândva între 1, 6 și 2, 2 miliarde de ani în urmă. Descendenții acestei celule antice înghițite sunt prezenți în toate celulele eucariote astăzi sub formă de mitocondrii. Vom discuta teoria endosimbiotică pentru originea eucariotelor mai mult în următoarea lectură., forme de viață complexe: o mare parte din viața de pe Pământ a fost individualizată până cu puțin timp înainte de „explozia” cambriană, când vedem apariția tuturor animalelor moderne phyla. Radiația cambriană (însemnând diversificarea evolutivă rapidă) a apărut la cca. 540 Mya. Termenul „explozie” se referă la o creștere a biodiversității organismelor multicelulare la începutul Cambrianului, acum 540 de milioane de ani., Vieții multicelulare au apărut doar câteva zeci de milioane de ani înainte de începutul Cambrianului, ca aspect bizar fosile (Ediacaran biota/Doushantuo fosile) și care prezintă proiecte de corp, spre deosebire de nimic văzut-prezent-zi animale. Aceste specii au dispărut în mare parte și au fost înlocuite de fauna cambriană, a cărei varietate include toate planurile corpului găsite în phyla animalelor de astăzi. Apariția faunei cambriene se întinde pe milioane de ani, nu toate au apărut simultan, așa cum implică în mod inexact termenul „explozie”.,

plasarea evenimentelor cheie pe scara de timp geologic

cum fiecare dintre aceste evenimente harta pe timp geologic? Cele mai multe dintre ele nu sunt „instantanee” de evenimente, și astfel încât acestea se întind pe mai multe perioade de timp, după cum urmează:

• Hadean eon (4.6-4 BYA): Nu există viață pe Pământ
• Arhaice eon (4 la 2,5 BYA)
  • Originea vieții (procariote, anaerobe), 2.8-2.6 BYA
  • Primul cianobacterii, capabil de a produce oxigen prin fotosinteză, ~2.5 BYA
• Proterozoic eon (2.,5 BYA să 542 MYA)
  • Oxigen revoluție (sau de catastrofă, în funcție de punctul dumneavoastră de vedere) și formarea de Banded Iron Formațiuni, se desfășoară pe o perioadă de la 2,5 la 1,9 BYA
  • Primul unicelulare, eucariote, ~1.6 BYA
  • Primul multicelulare alge, ~1.,4 BYA
  • Primele animale multicelulare, ~635 MYA
• Phanerozoic eon (542 MYA a prezenta zi)
  • exploziei din Cambrian (cele mai mari încrengături de animale a apărut în fosile), 542 MYA
  • Evident, multe alte evenimente au loc în Phanerozoic, și vom petrece cele mai multe din restul acestui modul de a discuta despre ele

Link-uri pentru sănătatea umană și mediu, procese

informațiile De mai jos a fost adaptat de la OpenStax Biologie 22.,4 Unele specii procariote pot dăuna sănătății umane ca agenți patogeni: bolile și plăgile devastatoare transmise de agenți patogeni, atât de natură virală, cât și bacteriană, au afectat oamenii de la începutul istoriei umane, dar, la acea vreme, cauza lor nu a fost înțeleasă. De-a lungul timpului, oamenii și-au dat seama că a sta departe de persoanele afectate (și de bunurile lor) a avut tendința de a reduce șansele de a se îmbolnăvi. Pentru ca un agent patogen să provoace boală, acesta trebuie să se poată reproduce în corpul gazdei și să deterioreze gazda într-un fel, iar pentru a se răspândi, trebuie să treacă la o nouă gazdă., În secolul 21, bolile infecțioase rămân printre principalele cauze de deces la nivel mondial, în ciuda progreselor înregistrate în cercetarea și tratamentele medicale din ultimele decenii. Informațiile de mai jos au fost adaptate din OpenStax Biology 22.5 nu toate procariotele sunt patogene; agenții patogeni reprezintă doar un procent foarte mic din diversitatea lumii microbiene. De fapt, viața noastră nu ar fi posibilă fără procariote. Unele specii procariote sunt direct benefice pentru sănătatea umană:

• bacteriile care populează pielea noastră și tractul gastro-intestinal face o serie de lucruri bune pentru noi., Ne protejează de agenții patogeni, ne ajută să ne digerăm mâncarea și să producem unele dintre vitaminele și alți nutrienți. Mai recent, oamenii de știință au adunat dovezi că aceste bacterii pot ajuta, de asemenea, la reglarea stărilor noastre de spirit, la influențarea nivelurilor noastre de activitate și chiar la controlul greutății afectând alegerile noastre alimentare și modelele de absorbție. Proiectul microbiomului uman a început procesul de catalogare a bacteriilor noastre normale (și arhaea), astfel încât să putem înțelege mai bine aceste funcții.,Oamenii de știință descoperă, de asemenea, că absența anumitor microbi cheie din tractul nostru intestinal ne poate stabili pentru o varietate de probleme. Acest lucru pare să fie valabil în special în ceea ce privește funcționarea adecvată a sistemului imunitar. Există descoperiri interesante care sugerează că absența acestor microbi este un factor care contribuie important la dezvoltarea alergiilor și a unor tulburări autoimune. În prezent, se desfășoară cercetări pentru a testa dacă adăugarea anumitor microbi în ecosistemul nostru intern poate ajuta la tratarea acestor probleme, precum și la tratarea unor forme de autism.,un exemplu deosebit de fascinant al florei noastre normale se referă la sistemele noastre digestive. Persoanele care iau doze mari de antibiotice tind să-și piardă multe dintre bacteriile intestinale normale, permițând unei specii rezistente la antibiotice, numită Clostridium difficile, să depășească și să provoace probleme gastrice severe, în special diaree cronică. Evident, încercarea de a trata această problemă cu antibiotice nu face decât să înrăutățească., Cu toate acestea, a fost tratat cu succes oferind pacienților transplanturi fecale (așa-numitele „pastile de caca”) de la donatori sănătoși pentru a restabili comunitatea microbiană intestinală normală. Studiile clinice sunt în curs de desfășurare pentru a asigura siguranța și eficacitatea acestei tehnici.

Alte procariote indirect, dar în mod dramatic, asupra sănătății umane prin rolurile lor în procesele din mediu:

• Procariote juca un rol critic în biogeochimice ciclism de azot, carbon, fosfor și alte elemente nutritive. Rolul procariotelor în ciclul azotului este critic. Azotul este un element foarte important pentru lucrurile vii, deoarece face parte din nucleotide și aminoacizi care sunt blocurile de construcție ale acizilor nucleici și, respectiv, ale proteinelor., Azotul este, de obicei, elementul cel mai limitativ în ecosistemele terestre, cu azot atmosferic, N2, oferind cel mai mare bazin de azot disponibil. Cu toate acestea, eucariotele nu pot folosi azot atmosferic, gazos pentru a sintetiza macromoleculele. Din fericire, azotul poate fi” fixat”, ceea ce înseamnă că este transformat în amoniac (NH3) fie biologic, fie abiotic. Fixarea abiotică a azotului are loc ca urmare a fulgerului sau a proceselor industriale. Fixarea biologică a azotului (BNF) se realizează exclusiv prin procariote: bacterii din sol, cianobacterii și Frankia spp., (bacterii filamentoase care interacționează cu plantele actinorhizale, cum ar fi arinul, bayberry și feriga dulce). După fotosinteză, BNF este al doilea cel mai important proces biologic de pe Pământ.
• Procariote sunt, de asemenea, esențial în microbiene bioremediere, utilizarea de procariote (sau metabolismul microbian) pentru a elimina poluanți, cum ar fi produse chimice agricole (pesticide, îngrășăminte) care se tranferă din sol în apele freatice și subterane, și anumite metale toxice și oxizi, cum ar fi seleniu și compuși ai arsenului., Unul dintre cele mai utile și interesante exemple de utilizare a procariotelor în scopuri de bioremediere este curățarea deversărilor de petrol, inclusiv deversarea Exxon Valdez din Alaska (1989) și, mai recent, deversarea de petrol BP în Golful Mexic (2010). Pentru a curăța aceste scurgeri, în zonă se adaugă nutrienți anorganici suplimentari care ajută bacteriile să crească, iar creșterea bacteriilor descompune excesul de hidrocarburi.,