Реферат на тему архейская эра по биологии

Обновлено: 05.07.2024

Земля во время архейской эры. Процесс образования первичной коры, роль мощной и плотной атмосферы в формировании поверхности Земли. Первичный океан, реки, горы и появление осадочных пород. Формирование белкового вещества в результате химических процессов.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	01.12.2015
Размер файла	12,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Преподаватель Бедовая А.Г.

Студент группы № 11м/с Вихрова К.А.

архейский атмосфера белковый

Великий Новгород 2015

Архейская эра ведет свое начало со времени, когда Земля сформировалась как планета -- около 4 млрд. лет назад. Ее продолжительность составляет 1 млрд. лет.

Первичная кора, образовавшаяся в результате охлаждения Земли, беспрерывно разрушалась паром и газом, которые выделяло раскаленное вещество. Извергаемая миллионами вулканов лава застывала на поверхности, образуя первичные горы и плоскогорья, материки и океанические впадины.

Мощная, плотная атмосфера также охлаждалась, в результате чего выпадали обильные дожди. На горячей земной поверхности они мгновенно превращались в пар. Сплошные облака обволакивали Землю, препятствуя прохождению солнечных лучей, согревающих ее поверхность. Твердая кора охладилась, океанические впадины заполнились водой.

Первичный океан, реки, атмосфера разрушали первичные горы и материки, образуя первые осадочные породы. На протяжении многих миллионов лет истории Земли эти породы, неоднократно подвергаясь воздействию раскаленного вещества, громадного давления и высокой температуры, сильно изменились. Ныне они твердые и плотные. С ними связано образование многих полезных ископаемых: строительного камня, слюды, никелевой руды, каолина, золота, молибдена, меди, кобальта, радиоактивных минералов, железа.

В архейскую эру в теплых водах первичного океана протекали различные химические реакции между солями, щелочами и кислотами. Им благоприятствовали солнечная радиация, плотная атмосфера, ионизация воды, вызываемая разрядами огромных молний.

В конце архейской эры в морях появляются комочки белкового вещества, положившие начало всему живому на Земле. Основой синтеза первичных белковых веществ, несомненно, являлись аминокислоты. Но как же возникли сами аминокислоты?

Результаты радиоастрономических исследований убедительно свидетельствуют о том, что в космосе имеется множество химических веществ, в состав которых входят элементы--органогены (водород, углерод, азот, сера, фосфор), производные мочевины и других органических соединений. Таким образом, сложные и разнообразные соединения углерода Земля, по определению академика А. И. Опарина, “получила в наследство от космоса”.

Абиогенные органические соединения характерны также для земной коры. Они образуют карбосферу, существующую и в современных условиях (например, в жерлах вулканов).

Битумы и многие другие органические вещества были обнаружены в газожидкостных включениях древних минералов магматического происхождения.

Существование карбосферы земной коры, органические соединения космоса, солнечные лучи, радиация в конце концов послужили причиной образования первичных аминокислот.

Чрезвычайно благоприятствовала возникновению и развитию жизни на Земле относительно постоянная на протяжении последних 3 млрд. лет температура ее поверхности.

У первых живых существ не было ни раковин, ни панциря, ни твердого скелета. Поэтому в породах архейской эры не встречаются их отпечатки. Однако отложения известняка и графита архейской эры, которые могли образоваться лишь в результате деятельности живых организмов, свидетельствует об их существовании в то время.

До нынешнего времени археи объединяли с бактериями в общую группу, так называемую прокариоты, и они назывались архебактериями,но сейчас такая классификация считается устаревшей: установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

по биологии

Выполнила: ст-ка 11-с

Проверила: Махмадова Р.Р

г. Сатка, 2018

ГЛАВА1. Общая характеристика архей 4

1.1. Особенности химического состава и морфология 7

1.2. Размножение 8

ГЛАВА2. Среда обитания 9

2.1. Использование архей человеком 13

Список литературы 15

Apxeи (от латинского Archaea - дpeвний, cтapый)-один из трех доменов живыx opганизмoв.

Прeдмeтом нашегo исследoвaния является группа живых организмов, неизученных до конца.

Объектом исследования являются археи, самые древние существа нашей планете, которые до сих пор являются загадкой.

Цель работы: дать характеристику археям, узнать более подробно описание, открытие.

- углубить знания о многообразии органического мира.

- ознакомить с трех доменной системой органического мира Карла Вёзе

- дать понятие о строении и жизнедеятельности архей

Данная тема актуальна и в наше время. Ученые до сих пор пытаются изучить этот вид, чтобы в дальнейшем использовать их во благо человечества.

Глава1. Общая характеристика архей

Карл Вёзе - американский учёный, создатель молекулярной филогенетики и первооткрыватель архей. Внёс вклад в открытию трёхдоменного древа жизни. Он предложил систему трех доменов: археи, бактерии и эукариоты. Археи представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл. Установлено, что археи имеют свою независимую историю эвoлюции и характеризуются многими биологическими и химическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

Археи – архебактерии, прокариотическая группа, в настоящее время выделяемая в отдельную систематическую категорию наравне с истинными бактериями, так называемыми эубактериями и организмами имеющими ядро – эукариотами.

В настоящее время археи подразделяют на пять групп: кренархеоты, эвриархеоты, корархеоты и наноархеоты.

Из этих пяти групп наиболее изученными являются кренархеоты и эвриархеоты. Классифицировать архей по-прежнему сложно, так как большая часть из них никогда не выращивались в лабораторных условиях и были идентифицированы только по анализу нуклеиновых кислот из проб, полученных из мест их обитания.

Особенности архей от других микроорганизмов проявляются также в нуклеотидном составе и строении рибосом. Отличия в строении клеточной стенки и аппарата синтеза белка обусловливают устойчивость архей к действию бактериальных антибиотиков.

Особенности химического состава и морфология

Археи являются микроорганизмами, имеющие очень маленькие размеры. Их можно рассмотреть только под электронным микроскопом. Они имеют типичное внутреннее строение прокариотических клеток: плазмидная ДНК, клеточная стенка, клеточная мембрана, цитоплазма и рибосомы. У некоторых архей также имеется один или несколько жгутиков, которыми позволяют им двигаться.

Геном представлен двухцепочечной кольцевой ДНК длиной от 50000 до 400000 пар нуклеотидов и кольцевых плазмид – от 2713 до 40229 пар нуклеотидов. Наименьшим среди архей является геном состоящий из 490785 пар нуктеотидов.

Особенностью архей является своеобразное свойство их рибосомальных транспортных РНК, их рибосомы по размерам схожи с рибосомами бактерий, а по форме с рибосомами эукариот. Ряд рибосомальных белков у них уникален .

В отличие от других организмов археи в составе мембранных липидов имеют не глицерин и жирные кислоты, а многоатомные спирты, обычно с 20 или 35 атомами углерода. В последнем случае липидная пластина мембраны образована мономолекулярным слоем, придающая мембране особую прочность.

Разные виды архей могут иметь различное строение и химический состав покровов клетки, но им часто свойственно наличие поверхностных слоев, образованных определенным образом структурированными и регулярно уложенными белковыми или гликопротеиновыми молекулами правильной или довольно необычной формы. Иногда в состав клеточных стенок архей входят пептиды и полисахариды.

Некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не свойственные никаким другим организмам. Например, только метаногенные археи в процессе жизнедеятельности образуют метан.

Большинство архей- экстремофилы, то есть развиваются и обитают в экстремальных условиях, при высокой температуре, кислотности, в щелочах и насыщенных солевых растворах.

Многие макромолекулы клеточной стенки архей уникальны и, напротив, в них нет характерного для эубактерий муреина, а его функции выполняет отличный по строению клонмуреин . Поэтому археи нечувствительны к пенициллину и другим антибиотикам.

У архей отсутствуют хлорофилл и бактериохлорофилл, фотосинтез таким образом у архей бесхлорофилльный, пигментом является уникальный белок, присущий только археям.

Для фотосинтеза архей также характерно отсутствие электрон- этим также генерируется электрохимический градиент, который может быть использован для синтеза АТФ.

Так как многие археи являются экстремофилами, некоторые археи имеют термостабильные белки, позволяющие бать более устойчивым к действиям высокой температуры.

Клетки некоторых видов архей могут объединиться в общие группы длиной до 200мкм. Эти группы клеток могут формировать биоплёнки.

Размножения

Размножение архей происходит бесполым путем: бинарным или множественным делением, почкованием или фрагментацией. Мейоза не происходит, поэтому даже у представителей конкретного вида архей существуют в более чем одной форме, все представители имеют одинаковый генетический материал. Клеточное деление определяется клеточным циклом: после того, как хромосома реплицировалась и две дочерние хромосомы разошлись, клетка начинает делиться.

Археи не образуют споры. Некоторые виды могут претерпевать изменения фенотипа и существовать как клетки нескольких различных типов. Например с толстостенными клетками, устойчивыми к осмотическому шоку, позволяющие археям выживать в воде с низкой концентрацией соли.

Глава 2. Среда обитания

Археи обитают почти повсеместно и являются важной частью глобальной экосистемы, могут составлять до 17 % общей биомассы. Одними из первых открытых архей были экстремофилами. Их особенность заключается в обитание в экстремальных условиях.

Многие археи выживают при очень высоких температурах, часто свыше 100 градусов , и обнаружены в гейзерах, черных курильщиках и вулкана . Другие приспособились к жизни в очень холодных условиях, в сильносоленых, сильнокислых и сильнощелочных средах, а также при высоком давлении – до 600 атмосфер. Однако среди архей есть и мезофилы, обитающие в мягких условиях, в болотистых местностях, сточных водах, океанах и почве.

Экстремофильные археи относятся к четырем главным физиологическим группам: галофилам, термофилам, ацидофилам (кислотоустойчивым) и алкалифилам (щелочноустойчивым). Эти группы нельзя рассматривать как отдельные типы или как другие самостоятельные таксоны. Они не исключают друг друга, и некоторые археи относят одновременно к нескольким группам.

Галофилы живут в экстремально соленых средах, таких как соленые озера, и при минерализации больше 22-24% превосходят по численности бактерий.

Термофилы лучше всего растут в условия, где температура свыше 43 градусов. Это могут быть горячие источники. Для гипертермофилов оптимальная температура -79 градусов и выше.

Другие виды архей могут обитать в очень кислых или сильнощелочных средах. Например, наиболее устойчивый ацидофил растет при рН=0.

Устойчивость к экстремальным условиям внешней среды навела на мысль и стала главной темой обсуждения об возможности обитания архей на других планетах. Некоторые среды, в которых обитают экстремофилы, не сильно отличаются от таковых на Марсе, что приводит к мысле о возможном переносе таких устойчивых микроорганизмов между планетами на метеоритах.

Недавно несколько работ показало, что археи существуют не только в термофильных и мезофильных условиях, но также встречаются, иногда в большом количестве, и в местах с низкими температурами. Например, они встречаются в холодных водах, таких как полярные моря. Еще более важно то, что большое количество архей обнаружено повсеместно в океанах в не экстремальных условиях и составе планктона. Хотя эти археи могут присутствовать в поистине колоссальном количестве (до 38% от общей биомассы микробов), почти ни один из этих видов не был изолирован, выращен и изучен в чистой культуре и лабораторных условиях. Поэтому влияние архей на глобальный биогеохимический круговорот и наше понимание их роли в экологии океана остается в значительной мере неполным.

Некоторые морские кренархеоты способны к нитрификации, поэтому возможно , что они оказывают влияние на океанический круговорот азота, хотя эти океанические кренархеоты могут пользоваться и другими источниками энергии. Большое число архей также обнаружено в осадке, покрывающем океаническое дно, причем они составляют большинство живых клеток на глубине больше 1 м от уровня океанического дна.

Рoль в круговороте веществ. Археи вторично используют такие элементы, как углерод, азот и серу в своих различных средах обитания. Хотя такие превращения необходимы для нормального функционирования экосистемы, археи могут также содействовать вредным изменениям, вызванным деятельностью человека, и даже вызвать загрязнение.

Аpхeи выполняют многиe этапы круговорота азота. Это включает в себя как реакции, удаляющие азот из экосистемы, к примеру, азотное дыхание и денитрификация, так и процессы, в ходе которых поглощается азот, таких как усвоение нитратов и фиксация азота.

Недавно была открыта причастность архей к окислению аммиака. Эти реакции особенно важны в океанах. Археи также играют важную роль в почвенном окислении аммиака. Oни oбразуют нитpиты, которые зaтем окисляют другие микpобы и превращают их в нитраты. Нитраты потребляются растениями и другими организмами.

Роль архей в круговороте серы обусловлена тем, что некоторые из них живут за счет окисления соединений серы, Получают они их из каменистых пород и делают их доступными для других организмов. Однако виды, осуществляющие это, образуют серную кислоту как побочный продукт, и существование таких организмов в заброшенных шахтах может, совместно с кислотными шахтными водами, причинить вред окружающей среде.

В круговороте углерода метаногены удаляют водород и играют важную роль в разложение органических веществ группами микроорганизмов, выступающих как разлагатели в анаэробных экосистемах, таких как илы, болота и водные объекты. Однако метан является одним из самых распространенных газов в земной атмосфере, вызывающий парниковый эффект, достигая 17% от общего объема парниковых газов. Метаногены ( является главным источником атмосферного метана) выделяют большую часть ежегодного выброса метана. Поэтому эти археи причастны к созданию парникового эффекта и глобального потепления на Земле.

Взаимодействие с другими организмами. Достаточно хорошо изученные отношения между археями и другими организмами – мутуализм и комменсализм. Пока в науке не существует определенных доказательств существования паразитических или патогенных видов архей.

Мутуализм. Один из хорошо понятных примеров мутуализма – взаимодействие простейших и метанобразующих архей, обитающих в пищеварительном тракте животных, таких как жвачные и термита, способны переваривать целлюлозу. В этом анаэробном пространстве простейшие разлагают клетчатку (целлюлозу) для получения энергии. В конечном итоге в качестве побочного продукта освобождается водород, однако высокий его уровень сокращает получение энергии. Археи метаногены превращают водород в метан, и простейшие могут дальше нормально получать энергию. Археи могут также взаимодействовать и с более крупными организмами. Например, морская архея живет внутри (как эндосимбионт) губки.

Комменсализм. Археи могут существовать совместно с другим организмом, не принося ему ни вреда, ни выгоду, но с пользой для себя. К примеру, некоторые метагены наиболее примитивные представители архей в микрофлоре человека. Почти каждый десятый прокариот в человеческом пищеварительном тракте принадлежит к этому виду. В пищеварительном тракте человека и термита метаногены в действительности могут быть мутуалистами, взаимодействующими с другими микроорганизмами пищеварительного тракта и способствующими пищеварению. Археи также взаимодействуют с другими организмами, к примеру, живут на внешней поверхности кораллов и в почве, возле корней растений.

Жизнь зародилась в архейскую эру. Поскольку первые живые организмы еще не имели никаких скелетных образований, от них почти не осталось следов. Однако наличие среди архейских отложений пород органического происхождения — известняков, мрамора, графита и других — указывает на существование в эту эру примитивных живых организмов. Ими были одноклеточные доядерные организмы (прокариоты): бактерии и сине-зеленые водоросли.

Жизнь в воде была возможна благодаря тому, что вода защищала организмы от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Именно поэтому море смогло стать колыбелью жизни.

4 крупных события архейской эры

В архейскую эру в эволюции органического мира и развитии жизни произошло четыре крупных события (ароморфоза):

Появились эукариоты;
фотосинтез;
половой процесс;
многоклеточность.

Появление эукариот связано с образованием клеток, имеющих настоящее ядро (содержащее хромосомы) и митохондрии. Только такие клетки способны делиться митотически, что обеспечило хорошую сохранность и передачу генетического материала. Это явилось предпосылкой к возникновению полового процесса.

Первые обитатели нашей планеты были гетеротрофными и питались за счет органических веществ абиогенного происхождения, растворенных в первородном океане. Прогрессивное развитие первичных живых организмов обеспечило в дальнейшем огромный скачок (ароморфоз) в развитии жизни: возникновение аутотрофов, использующих солнечную энергию для синтеза органических соединений из простейших неорганических.

Разумеется, не сразу возникло такое сложное соединение, как хлорофилл. Первоначально появились более просто устроенные пигменты, способствовавшие усвоению органических веществ. Из этих пигментов развился, по-видимому, хлорофилл.

Со временем в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов, в первую очередь зеленых растений способных к фотосинтезу, обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, благодаря использованию солнечной энергии (космическая роль растений), а следовательно, существование и дальнейшее развитие жизни.

С возникновением фотосинтеза произошла дивергенция органического мира на два ствола, отличающиеся способом питания. Благодаря появлению аутотрофных фотосинтезирующих растений, вода и атмосфера стали обогащаться свободным кислородом. Этим была предопределена возможность появления аэробных организмов, способных к более эффективному использованию энергии в процессе жизнедеятельности.

Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, не пропускающего губительных для жизни ультрафиолетовых лучей. Это подготовило возможность выхода жизни на сушу. Появление фотосинтезирующих растений обеспечило возможность существования и прогрессивного развития гетеротрофных организмов.

Появление полового процесса обусловило возникновение комбинативной изменчивости, поддержанной отбором. Наконец, по-видимому, в эту эру от колониальных жгутиковых произошли многоклеточные организмы. Появлением полового процесса и многоклеточности была подготовлена дальнейшая прогрессивная эволюция.

Самый ранний и древний период развития коры земли - это архейская эра. Именно в это время по мнению ученых появились первые живые организмы-гетеротрофы, которые в качестве пищи использовали различные органические соединения. В конце архейской эры происходило формирование ядра нашей планеты, интенсивно снижалась активность вулканов, из-за чего на Земле начала развиваться жизнь.

Архейская эра началась около 4 000 000 000 лет назад и продолжалась около 1,56 миллиардов лет. Разделяется на четыре периода: Неоархей, Палеоархей, Мезоархей и Эоархей.

Земная кора в Архейскую Эру

В период Неоархей, который проходил около 4 000 милионов лет назад, Земля уже была сформирована как планета. Практически вся площадь была занята вулканами, которые извергали в большом количестве лаву. Ее горячие реки образовывали материки, плоскогорья, горы и океанические впадины. Постоянная активность вулканов и высокие температуры привели к формированию полезных ископаемых - руды, меди, алюминия, золота, строительного камня, радиоактивных металлов, кобальта и железа. Около 3,67 млрд. лет назад образовались первые метаморфические и магматические горные породы (гранит, анортозит и диорит), которые были найдены в самых разных местах: Балтийский и Канадский щиты, остров Гренландия и др.

Во время Палеоархея (3,7-3,34 миллиардов лет назад) происходит образование первого континента - Вальбару, и единого океана. При этом структура океанических хребтов изменилась, что привело к постепенному увеличению количества воды и уменьшению количества газа углекислого в атмосфере Земли.

Потом последовал Мезоархей, во время которого суперконтинент начал медленно раскалываться. В Неоархей, закончившийся примерно 2,65 млдр лет назад, формируется основная континентальная масса. Этот факт говорит о древности всех континентов нашей планеты.

Архейская эра характеризовалась малым количеством воды. Вместо обширного единого океана были только мелководные бассейны, расположенные отдельно друг от друга. Атмосфера состояла в основном из газа (углекислого - химическая формула СО2), плотность ее была намного выше нынешней. Температура воды достигала 90 градусов. Азота в атмосфере было мало, около десяти-пятнадцати процентов. Метана, кислорода и некоторых других газов практически не было. Температура самой атмосферы, по мнению ученых, достигала отметки 120 градусов.

Архейская эра: биология

Во время данной эры происходит зарождение первых простейших организмов. Анаэробные бактерии стали первыми жителями Земли. В архейскую эру появились первые фотосинтезирующие организмы - цианобактерии (доядерные) и синезеленые водоросли, которые начали выделять в атмосферу из океана Земли свободный кислород. Это способствовало появлению живых организмов, способных выживать в кислородной среде.

Но Археозойская эра важна не только появлением фотосинтеза. В это время происходят еще два наиважнейших эволюционных события: появляются многоклеточность и половой процесс, который резко повысил приспособление к условиям внешней среды из-за создания множества хромосомных комбинаций.

Читайте также: