4.5: Глибоко розгалужені бактерії

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3951

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть унікальні особливості глибоко розгалужених бактерій
Наведіть приклади значних глибоко розгалужених бактерій

На філогенетичному дереві (див. Системний підхід) стовбур або корінь дерева представляє спільного давнього еволюційного предка, якого часто називають останнім універсальним загальним предком (LUCA), а гілки - його еволюційними нащадками. Вчені вважають глибоко розгалужені бактерії, такі як рід Acetothermus, першою з цих не-лукових форм життя, вироблених еволюцією близько 3,5 мільярдів років тому. При розміщенні на філогенетичному дереві вони випливають із загального кореня життя, глибокого і близького до кореня ЛУКА - звідси і назва «глибоко розгалужені» (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Діаграма філогенетичного дерева. В основі знаходиться етикетка LUCA Це розгалуження на дві гілки. Гілка зліва - бактерії, гілка праворуч знову розгалужується, щоб утворити архею та Еукарію. Найнижча гілка бактерій - ацетотермус (який зіровується). Гілки вище, які включають (знизу вгору): водоносний горизонт, термотога, зелені нитчасті бактерії, бактероїди, цитофаги, планктоміцес, грампозитивні, ціанобактерії, портейобактерії та спірохети. Гілки аркеї знизу вгору: піродіктикум, термопротеус, термокок, метанокок, метанобактерії, метаносарцин, галофії. Гілки Еукарії знизу вгору: дипломонади, мікроспоридії, трихомонади, джгутики, ентамоеби, слизові цвілі, війки, рослини, тварини та гриби. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зірка на цьому філогенетичному дереві життя показує положення глибоко розгалужених бактерій Acetothermus. (кредит: модифікація роботи Еріка Габи)

Глибоко розгалужені бактерії можуть дати підказки щодо структури та функції стародавніх, а тепер вимерлих форм життя. Ми можемо припустити, що стародавні бактерії, як і глибоко розгалужені бактерії, які все ще існують, були термофілами або гіпертермофілами, що означає, що вони процвітали при дуже високих температурах. Acetothermus paucivorans, грамнегативна анаеробна бактерія, виявлена в 1988 році в осаду стічних вод, є термофілом, що росте при оптимальній температурі 58° C. ¹ Вчені визначили, що це найглибша розгалужувальна бактерія, або найближчий еволюційний родич ЛУКА (рис. \(\PageIndex{1}\)).

Клас Aquificae включає глибоко розгалужені бактерії, пристосовані до найсуворіших умов на нашій планеті, нагадуючи умови, які, як вважають, домінують над землею, коли життя вперше з'явилося. Бактерії з роду Aquifex - це гіпертермофіли, що мешкають в гарячих джерелах при температурі вище 90° C. вид A. pyrophilus процвітає поблизу підводних вулканів і термальних океанських жерл, де температура води (під високим тиском) може досягати 138° С. бактерії використовують в якості поживних речовин неорганічні речовини. Наприклад, A. pyrophilus може знижувати кисень, і він здатний знижувати азот в анаеробних умовах. Також вони показують чудову стійкість до ультрафіолету і іонізуючого випромінювання. Разом ці спостереження підтверджують гіпотезу про те, що стародавні предки глибоко розгалужених бактерій почали розвиватися більше 3 мільярдів років тому, коли земля була гарячою і не вистачало атмосфери, піддаючи бактерії неіонізуючого та іонізуючого випромінювання.

Клас Thermotogae представлений переважно гіпертермофільними, а також деякими мезофільними (віддають перевагу помірним температурам), анаеробними грамнегативними бактеріями, клітини яких загорнуті в своєрідну оболонку зовнішню мембрану під назвою тога. Тонкий шар пептидоглікану в їх клітинній стінці має незвичайну структуру, містить діамінопімелову кислоту і D-лізин. Ці бактерії здатні використовувати різні органічні субстрати і виробляти молекулярний водень, який можна використовувати в промисловості. Клас містить кілька родів, з яких найвідомішим є рід Thermotoga. Один з видів цього роду, T. maritima, мешкає поблизу термальних океанських жерл і процвітає при температурі 90° C; інший вид, T. subterranea, мешкає в підземних резервуарах нафти.

Нарешті, глибоко розгалужена бактерія Deinococcus radiodurans належить до роду, назва якого походить від грецького слова, що означає жахливу ягоду. Прізвисько «Конан бактерія», D. radiodurans вважається поліекстремофілом через його здатність виживати в багатьох різних екстремальних умовах - екстремальної спеки, посухи, вакууму, кислотності та радіації. Своєю назвою він зобов'язаний своїй здатності протистояти дозам іонізуючого випромінювання, які вбивають всі інші відомі бактерії; ця особлива здатність приписується деяким унікальним механізмам відновлення ДНК.

Мікрофотографія з чотирьох круглих клітин, що утворюють квадрат. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): *Deinococcus radiodurans*, або «Конан бактерія» виживає в найсуворіших умовах на землі.

Резюме

Глибоко розгалужені бактерії філогенетично є найдавнішими формами життя, будучи найближчими до останнього універсального спільного предка.
Глибоко розгалужені бактерії включають багато видів, які процвітають в екстремальних середовищах, які, як вважають, нагадують умови на землі мільярди років тому.
Глибоко розгалужені бактерії важливі для нашого розуміння еволюції; деякі з них використовуються в промисловості

Виноски

1 Г. Дітріх та ін. «Acetothermus paucivorans, ген. Листопад., sp. Листопад, суворо анаеробна, термофільна бактерія з осаду стічних вод, бродіння гексоз до ацетату, CO ₂ та H ₂». Систематична та прикладна мікробіологія 10 № 2 (1988) :174—179.