Галобактерии доклад 7 класс
Обновлено: 18.05.2024
Эти микроорганизмы являются членами сообщества галофилов , поскольку для роста им требуются высокие концентрации соли, при этом большинству видов требуется более 2,0 М NaCl для роста и выживания. [4] Они представляют собой отдельную эволюционную ветвь архей, отличающуюся наличием липидов, связанных с эфиром, и отсутствием муреина в их клеточных стенках .
Галоархеи могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Части мембран галоархей имеют пурпурный цвет [5], а крупные соцветия галоархей кажутся красноватыми из-за пигмента бактериородопсина , связанного с пигментом родопсина сетчатки глаза , который он использует для преобразования световой энергии в химическую энергию посредством процесса, не связанного с хлорофиллом фотосинтез на основе .
Галоархеи обладают способностью растворять фосфор. Солюбилизирующие фосфор галофильные археи вполне могут играть роль в питании фосфором растений, растущих на гиперсоленых почвах. Галоархеи также могут применяться в качестве инокулянтов для сельскохозяйственных культур, произрастающих в гиперсоленых регионах. [6]
СОДЕРЖАНИЕ
Чрезвычайно галофильные, аэробные представители архей классифицируются в пределах семейства Halobacteriaceae, порядка Halobacteriales в классе III. Галобактерии типа Euryarchaeota (Международный комитет по систематике прокариот, Подкомитет по таксономии Halobacteriaceae). По состоянию на май 2016 года семейство Halobacteriaceae насчитывает 213 видов в 50 родах.
Классификация Gupta et al. [15] [16]
- Halobacteriaceae (Типовые роды: Halobacterium )
Haladaptatus , Halalkalicoccus , Haloarchaeobius , Halarchaeum , Halobacterium , Halocalculus , Halorubellus , Halorussus , "Halosiccatus" , Halovenus , Natronoarchaeum , Natronomonas , Salarchaeum .
- Haloarculaceae (Типовые роды: Haloarcula )
Halapricum , Haloarcula , Halomicroarcula , Halomicrobium , Halorientalis , Halorhabdus , Halosimplex .
- Halococcaceae (Типовые роды: Halococcus )
Галококк .
- Haloferacaceae (Типовые роды: Haloferax )
Halabellus , Haloferax , Halogeometricum , ( Галогранум ), Halopelagius , Haloplanus , Haloquadratum , Halosarcina .
- Halorubraceae (Типовые роды: Halorubrum )
Halobaculum , ( Halogranum ), Halohasta , Halolamina , Halonotius , Halopenitus , Halorubrum , Salinigranum .
Halobiforma , Halopiger , Halostagnicola , Haloterrigena , Halovarius , Halovivax , Natrialba , Natribaculum , Natronobacterium , Natronococcus , Natronolimnobius , Natronorubrum , Salinarchaeum .
Для роста галоархеям требуются концентрации соли, превышающие 2 M (или около 10%), а оптимальный рост обычно происходит при гораздо более высоких концентрациях, обычно 20-25%. Однако галоархеи могут расти до насыщения (около 37% солей). [17]
Галоархеи приспособились использовать глицерин в качестве источника углерода и энергии в катаболических процессах, который часто присутствует в средах с высоким содержанием соли из-за видов Dunaliella, которые производят глицерин в больших количествах. [24]
Бактериородопсин используется для поглощения света, который обеспечивает энергию для переноса протонов (H + ) через клеточную мембрану. Градиент концентрации, полученный в результате этого процесса, можно затем использовать для синтеза АТФ . Многие галоархеи также обладают родственными пигментами, включая галородопсин , который накачивает ионы хлора в клетке в ответ на фотоны, создавая градиент напряжения и помогая в производстве энергии из света. Однако этот процесс не связан с другими формами фотосинтеза, включающего перенос электронов, и галоархеи неспособны связывать углерод из углекислого газа . [26] Ранняя эволюция белков сетчатки была предложена в качестве гипотезы пурпурной Земли . [5]
Галоархеи часто считаются плеоморфными или могут принимать различные формы даже в пределах одного вида. Это затрудняет идентификацию с помощью микроскопических средств, и теперь для идентификации более распространено использование методов секвенирования генов.
Галоархеи были предложены как вид жизни, способной жить на Марсе ; Поскольку давление марсианской атмосферы ниже тройной точки воды, пресноводные виды не будут иметь среды обитания на поверхности Марса. Присутствие высоких концентраций соли в воде снижает ее температуру замерзания, теоретически позволяя галофилам существовать в соленой воде на Марсе. [27]
Галобактерии (лат. Halobacteriaceae ) — семейство архей. Включает около двадцати родов, в том числе Halobacterium, Halococcus, Haloarcula, Natrococcus, Natrobacterium.
Представители семейства живут в средах с высоким содержанием солей, в том числе в Мёртвом море, где концентрация соли достигает 26—27 %, а в некоторые годы повышается до 31 % (при 36 % NaCl выпадает в осадок), на кристаллах соли в прибрежной полосе, в солончаках, на солёной рыбе, на засолённых шкурах животных, на рассольных сырах, в капустных и огуречных рассолах.
Строение, метаболизм
Галобактерии — кокковидные или палочковидные, подвижные или неподвижные аспорогенные микроорганизмы. Большинство из них окрашиваются грамположительно. У некоторых имеются газовые вакуоли для контроля плавучести.
Преимущественно аэробы, но могут переносить и очень низкое содержание кислорода в среде, свободноживущие сапрофиты. По типу источника энергии это фототрофы, по донору электронов — органотрофы и по источнику углерода — гетеротрофы. При наличии кислорода и органических соединений, которые можно использовать в качестве источника энергии, галобактерии способны развиваться и в темноте (то есть в зависимости от условий фотоорганогетеротрофы либо хемоорганогетеротрофы). Однако при недостатке или даже при полном отсутствии кислорода и ярком освещении в оболочке клеток синтезируется бактериородопсин, позволяющий использовать энергию Солнца. Из-за большого содержания каротиноидов галобактерии окрашены в красные, оранжевые и жёлтые тона. Наиболее распространённый каротиноид это бактериоруберин.
Их мембранный бислой построен из изопрениловых диэфиров фосфоглицерина, с небольшим содержанием неполярных липидов-с30-изопреноидов и с очень большим содержанием белков. В мембране различают участки пурпурного и красно-оранжевого цветов. В пурпурной мембране 75 % массы приходится на одно единственное вещество — бактериородопсин. В мембране также содержится два так называемых сенсорных родопсина, которые обеспечивают положительный и отрицательный фототаксис. Различные длины волн считываются ими, что вызывает каскад сигналов, управляющих жгутиковым двигателем бактерий. Кроме того, в мембране имеется галородопсин, представляющий собой светозависимый насос ионов хлора. Его основная функция — транспорт в клетку Cl − , которые постоянно теряются бактерией под действием электрического поля, создаваемого бактериородопсином. Жизнь в гипоксическом рассоле привела к выработке у галобактерий мощной системы активного транспорта, благодаря которой концентрация Na + в цитоплазме поддерживается на низком уровне, несмотря на колоссальный концентрационный градиент Na + на клеточной мембране.
Вид на северную часть озера Чокрак. Розоватая окраска воды обусловлена галобактериями, обитающими в рассоле.
Следует отметить, что чем выше концентрация натрия в среде, тем выше содержание К + внутри клеток. Известно, что калий необходим для работы большинства внутриклеточных ферментов, тогда как натрий подавляет активность многих из них. При существенном снижении концентрации соли в среде, клетки бактерий разрушаются. Посредником синтеза АТФ служит концентрационный градиент Н + на мембране галобактерий. Он создаётся и поддерживается системой активного транспорта, переносящей их из среды в цитоплазму. За счёт этого pH в цитоплазме стабилен, очень низок — около 3 и мало зависит от щелочности водоёма, где pH может достигать 12.
Экология
Судя по их строению, галобактерии — одни из древнейших обитателей нашей планеты. Человечеству они известны довольно давно по красноватому налёту на продуктах, консервируемых с использованием больших количеств поваренной соли. Впервые галобактерии были выделены в начале прошлого столетия из микрофлоры лиманной грязи, однако их систематическое изучение началось только в конце второго десятилетия двадцатого века. У них практически нет врагов или конкурентов, способных жить в таких же условиях, и поэтому галобактерии свободно эволюционировали на протяжении всей истории жизни на Земле. Галобактерии не наносят никакого существенного вреда народному хозяйству. Очевидно, что внутренняя среда человека непригодна для жизнедеятельности галобактерий, поэтому среди них нет ни одного патогена.
В последнее время ученых заинтересовали галобактерии, любители ржавой селедки. Они поселяются на соленой рыбе, живут в очень соленых морских бассейнах и озерах и даже в Мертвом море. Эти существа-клетки, выходцы из очень соленого мира, поразили исследователей оригинальностью устройства. Все в них было не так, как в привычной жизни, и это неудивительно, так как расцветают они в среде, в которой прочую живность можно лишь законсервировать. Но среди всех необычностей галобактерий самым ценным оказалось открытие, что внутренние перегородки-мембраны этих клеток содержат единственный белок, да еще похожий на тот, что имеется в палочках (!) нашего глаза. Тут требуется объяснение.
Во-первых, исследователей поразило близкое родство, обнаружившееся между белками таких далеких по организации, обязанностям живых телец, к тому же стоящих на разных концах эволюционной лестницы. Помимо того, что это подтверждает неновую, но очень важную мысль о некоем конечном числе основных кирпичиков природы, тут же невольно думается, что и в деятельности мембран галобактерий и глазной сетчатки есть хоть что-нибудь общее.
Во-вторых, перед ними оказался упрощенный донельзя вариант уже знакомых нам универсалов внутриклеточной деятельности — мембран. Биологи привыкли иметь дело с организацией невообразимой сложности — буквально напичканной белками, а тут вдруг святая простота.
Галобактериями занимаются сейчас многие лаборатории — Э. Рэкера в США, К. Мак-Клэра в Англии, У. Стохениус и Д. Эстерхельд публиковали свои работы на эту тему. Совместными усилиями ученых было выяснено, что двойник родопсина в этих бактериях, или, как его теперь называют, бактериородопсин, тоже реагирует на свет — он его поглощает, чтобы переработать в химическую энергию и запасти в клетке.
Другими словами, это простейший вариант фотосинтеза. Что это так, выяснилось сравнительно недавно. Раньше никто не знал, какую роль играют загадочные фиолетовые мембраны галобактерий. Потом возникла гипотеза. Она родилась у исследователей, занимающихся энергетикой клетки, тех из них, что придерживаются хемиосмотической теории Митчелла, — мысль, что в фиолетовых мембранах бактериородопсин служит генератором, переносит заряды с одной стороны мембраны на другую. А берется энергия из света, им же и поглощаемого.
Итак, это фотосинтез, но без хлорофилла и без длинной цепи переноса электрона, включающей в себя десяток белков.
Зачем понадобилось возиться с галобактериями столь упорно, вероятно, уже понятно до некоторой степени из самого рассказа о ходе событий. Удалось получить убедительное свидетельство справедливости упомянутой выше хемиосмотической теории, ее основного постулата, что внешняя энергия, поступая в клетку, преобразуется в энергию электрического поля. Это сулит надежду, что в проблеме фосфорилирования наступит какая-то ясность. Кроме того, само по себе открытие в природе совершенно нового типа преобразования энергии — достаточная сенсация.
Галобактерии — палочковидные, подвижные или неподвижные вакуоли для контроля плавучести.
Преимущественно электронов — клеток синтезируется бактериородопсин, позволяющий использовать энергию мембранный бислой построен из изопрениловых белков. В мембране различают участки пурпурного и красно-оранжевого цветов. В пурпурной мембране 75% массы приходится на одно единственное вещество — бактериородопсин. В мембране также содержится два так называемых сенсорных родопсина, которые обеспечивают положительный и отрицательный жгутиковым двигателем бактерий. Кроме того, в мембране имеется ионов хлора. Его основная функция — транспорт в клетку Cl – , которые постоянно теряются бактерией под действием электрического поля, создаваемого бактериородопсином. Жизнь в гипоксическом рассоле привела к выработке у галобактерий мощной системы активного транспорта, благодаря которой концентрация Na + в цитоплазме поддерживается на низком уровне, несмотря на колоссальный концентрационный градиент Na + на клеточной мембране.
Следует отметить, что чем выше концентрация натрия в среде, тем выше содержание К + внутри клеток. Известно, что калий необходим для работы большинства внутриклеточных Н + на мембране галобактерий. Он создаётся и поддерживается системой активного транспорта, переносящей их из среды в цитоплазму. За счёт этого pH в цитоплазме стабилен, очень низок — около 3 и мало зависит от Экология
| Это незавершённая статья по Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Галобактерии. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .
По своему количеству и разнообразию одноклеточные превосходят всех остальных обитателей нашей планеты.
Их находят в почве даже на пятиметровой глубине, во всей толще мирового океана, во льдах ледников, в водах систем охлаждения ядерных реакторов.
Среди них ярко выделяются микроорганизмы – экстремофилы, обитающие в настолько неблагоприятных условиях, что, на первый взгляд, жизнь там кажется невозможной.
К ним относятся: термофилы (теплолюбивые), которых можно найти в водах горячих гейзеров, галофилы (солелюбивые), обитающие в сильно соленых водах, ацидофилы, развивающиеся только в кислых средах, алкофилы, предпочитающие щелочную среду, радиорезистентные, способные жить при радиоактивных излучениях в сотни и тысячи раз более интенсивных, чем может выдержать человек.
Иногда к экстремофилам причисляют также психроактивные микроорганизмы, развивающиеся при температурах, близких к 0 градусов Цельсия.
Галофилы занимают особое место среди остальных микроорганизмов.
В глубокой древности, когда на нашей планете зарождалась жизнь, в теплых солёных озёрах Африки появились удивительные микроорганизмы - галобактерии.
Они жили и активно развивались в густых рассолах, черпая энергию из солнечных лучей.
Их потомки дожили до наших дней, не уставая удивлять учёных своими необычными свойствами.
Существуя длительное время в экстремальных условиях (температура воды 35 – 45 градусов Цельсия, высокая концентрация соли, очень интенсивное солнечное излучение), галобактерии не только выжили, но и приобрели ряд необычных свойств, таких как, например, устойчивость к радиации и ядам.
Это навело ученых на мысль использовать их для защиты организма от неблагоприятных воздействий.
Галобактерии - единственные бактерии, живущие в средах с высоким содержанием солей.
В Мертвом море, например, концентрация соли, достигает 34%, а при 35% она начинает выпадать из раствора в осадок.
Галофилы встречаются на кристаллах соли в прибрежной полосе, на соленой рыбе, на засоленных шкурах животных, на рассольных сырах, в капустных и огуречных рассолах.
Большие скопления галофилов, благодаря высокому содержанию в них каротиноидов, имеют бледно-морковный оттенок.
Судя по своему строению, галофилы – одни из древнейших обитателей нашей планеты.
Человечеству они известны довольно давно по красноватому налету на продуктах, консервируемых с использованием больших количеств поваренной соли.
Впервые галофилы были выделены в начале нашего столетия из микрофлоры лиманной грязи, однако их систематическое изучение началось только в конце второго десятилетия XX века.
У них практически нет врагов или конкурентов, способных жить в таких же условиях, и, поэтому, галофилы свободно эволюционировали на протяжении всей истории развития жизни на Земле.
Они заметно отличаются от других земных одноклеточных и, судя по всему, выделились в особую линию еще на заре эволюции, и с тех незапамятных времен развивались совершенно самостоятельно.
Вместе с тем, это вполне земные существа. Некоторые современные бактерии в экстремальных условиях приобретают черты галофилов и других древних, так называемых археобактерий.
Они, например, утрачивают верхний, более жесткий слой клеточной оболочки.
Полагают, что и археобактерии утратили этот слой под воздействием высоких концентраций соли.
В экспериментальных целях искусственно выделен также ряд штаммов, отличающихся некоторыми специфическими особенностями.
Для всех известных галофилов поваренная соль оказалась незаменимой.
Если попытаться заменить NaCl другими солями, эти бактерии не живут.
Однако, галобактериям нужны и другие ионы. Так концентрация ионов калия внутри клеток галофилов значительно превышает концентрацию ионов натрия, хотя в окружающей среде количество калия, по сравнению с натрием, незначительно.
Следует отметить, что чем выше концентрация поваренной соли в окружающей среде, тем выше содержание калия внутри клеток.
Очевидно, калий помогает клеткам галофилов противостоять высоким концентрациям хлористого натрия в окружающей среде.
Известно, что калий необходим для нормальной работы большинства внутриклеточных ферментов, тогда как натрий подавляет активность многих из них.
При существенном снижении концентрации соли в окружающей среде, например, за счет ее разбавления чистой водой, клетки галофилов разрушаются.
При наличии кислорода и органических соединений, которые можно использовать в качестве источника энергии, галофилы способны развиваться и в темноте.
Однако при недостатке или даже полном отсутствии кислорода и ярком освещении, в оболочке клеток галобактерий синтезируется бактериородопсин, позволяющий им использовать лучистую энергию для удовлетворения собственных жизненных потребностей.
Используемый галобактериями механизм преобразования солнечной энергии в энергию химических связей, пригодную для использования в биологических процессах, отличается от механизма фотосинтеза в растениях и зеленых водорослях, содержащих хлорофилл.
Для этой цели в галобактериях используется бактериородопсин – вещество, сходное с родопсином, обеспечивающим зрительное восприятие у человека и животных.
Эволюция галофилов в экстремальных условиях, характеризующихся высокой концентрацией солей в окружающей среде и высокой интенсивностью освещения, а также низким содержанием кислорода, привела к образованию у них специальных защитных систем, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность.
Оказалось, что благодаря этим системам, клетки галофилов весьма устойчивы не только к высоким концентрациям солей, но также к повышенным дозам радиации и к небезопасным для других организмов веществам.
Процесс формирования защитных систем у галофилов потребовал синтеза специфических соединений, практически не встречающихся в организмах других живых существ.
Очевидно, что внутренняя среда организма непригодна для жизнедеятельности галобактерий, поэтому среди них нет ни одного патогенного штамма.
С другой стороны, защитные для галобактерий вещества, попадая в организм животных, могут оказывать на них (и оказывают) такое же благотворное воздействие.
Читайте также: