Бактерии. Бактерии – самые древнейшие организмы на Земле

По данным ученых, клетки могут постоянно восстанавливать генетический материал и оставаться в живых. Специалисты пока не знают механизма постоянного восстановления, однако клетки выживают путем поглощения азота и фосфата, которые есть в вечной мерзлоте. На Марсе температура гораздо ниже и стабильней, что представляет собой еще лучшую среду для такого рода жизни.

Международная группа ученых из США, России, Швеции и Канады обнаружила следы древних бактерий, способных выживать на протяжении полумиллиона лет в малопригодных для жизни условиях - во льдах и условиях крайне низких температур.

Специалисты полагают, что подобные микроорганизмы могут выживать и в условиях Марса в зонах вечной мерзлоты на полярных шапках планеты.

В земных условиях ученые проверяли возможность жизни микроорганизмов на глубине 10 метров в сибирских реках, Антарктике и в полярных регионах Канады.

Основное открытие составит в том, что бактерии способны даже после отмирания части клетки организма восстанавливать ее и поврежденные части ДНК. До сих пор считалось, что способностью регенерации простейшие микроорганизмы не обладают.

Специалисты говорят, что на сегодня для ученых стало почти очевидным, что ни одна из планет Солнечной системы, кроме Земли, не содержит жизни. Однако данные бактерии если и не присутствуют на других планетах, то по крайней мере они должны быть способны там выжить.

Прекрасно сохранившиеся в вечной мерзлоте древние бактерии дают шанс считать Марс обитаемым

Древние бактерии могут жить примерно полмиллиона лет в условиях вечной мерзлоты, что говорит в пользу того, что на Марсе возможна жизнь. Об этом стало известно из исследований учеными Дании, США, России, Канады и Швеции микробов, живущих на глубине 10 метров в жесткой холодной среде. Образцы были взяты в северной Канаде, Сибири, Антарктиде и на Юконе.

Данные исследования представляют древнейшие ДНК, извлеченные из живых клеток, что может дать возможность лучше понять проблему старения, считает Эске Виллерслев, исследователь из университета Копенгагена. "Если бактерия может жить полмиллиона лет на Земле, она вполне могла бы жить на Марсе в течение очень долгого времени. Вечная мерзлота - идеальное место для поиска жизни на Марсе", - сказал он.

По данным ученых, клетки могут постоянно восстанавливать генетический материал и оставаться в живых. Специалисты пока не знают механизма постоянного восстановления, однако клетки выживают путем поглощения азота и фосфата, которые есть в вечной мерзлоте. На Марсе температура гораздо ниже и стабильней, что представляет собой еще лучшую среду для такого рода жизни, передает Reuters.

22.08.11 Британские и австралийские палеонтологи обнаружили окаменелые останки, возможно, самой древней бактерии на Земле - ее возраст составляет более 3,4 млрд лет, и она на 200 млн лет старше, чем предыдущая бактерия-«рекордсмен», заявляется в статье, опубликованной в журнале Nature Geosciences.

Группа ученых под руководством Дэвида Уейси (David Wacey) из университета австралийского города Кроули обнаружила останки микроорганизма в отложениях песчаника в местности под названием Стрелли Пул (Strelley Pool) в штате Восточная Австралия. Горные породы здесь образовались во время очень узкого «временного окна» - 3,6-3,4 млрд лет назад, что позволило установить возраст ископаемой бактерии.

«По крайней мере, у нас теперь есть убедительные доказательства того, что жизнь существовала уже 3,4 млрд лет назад. Наше открытие подтверждает то, что в это время существовали микроорганизмы, способные жить в условиях отсутствия кислорода», - пояснил один из участников группы Мартин Брейзер (Martin Braiser) из Оксфордского университета.

В те времена первичный океан Земли представлял собой густой «суп» из различных органических и неорганических соединений, а атмосфера состояла из смеси азота, углекислого газа, сероводорода и других газов. Примитивные живые организмы предпочитали «съедать», а не создавать органические вещества, которых было и так в достатке. По предположениям ученых, 3,5-2,5 млрд лет назад на Земле царили довольно причудливые микроорганизмы - так называемые бактерии-«экстремофилы», которые сегодня можно встретить только в самых экстремальных условиях, например, у жерла вулкана или в кипящей воде.

Уейси и его коллеги обнаружили останки одного из таких микроорганизмов, который относится к классу хемобактерий - живых существ, окисляющих соединения серы для получения энергии.

«Такие бактерии достаточно распространены и сегодня. Их можно найти в зловонных канавах, в почве, в горячих гейзерах или у источников горячей воды в океане - в общем, в любом месте, где мало кислорода и есть некоторое количество органики», - объяснил Брейзер.

Авторы работы обнаружили микроскопические останки бактерий в небольших порах в образцах песчаника, в которых они ранее обнаружили небольшие количества пирита - соединения серы и железа, конечного продукта жизнедеятельности большинства серных хемобактерий. Останки бактерий были соединены друг с другом, и их окружали небольшие кристаллы пирита.

Ученые проверили органическое происхождение обнаруженных останков хемобактерий, сравнив содержание тяжелого изотопа углерода-13 в микро-окаменелостях и в окружающей их среде. Пониженное содержание «тяжелого» углерода подтвердило их органический характер.

«Сейчас мы сравниваем нашу бактерию с другими известными микро-окаменелостями, и высоко оцениваем шансы найти и другие, более древние микроорганизмы», - подвел итог Брейзер.

Археология и история – это две науки, тесно переплетенные между собой. Археологические исследования дают возможность узнать о прошлом планеты, которое посредством истории выстраивается в хронологическом порядке. Ученые, занимающиеся такими изысканиями, постоянно стремятся найти все более и более древние формы живых существ, обитавших на Земле. Проведенные исследования показали, что бактерии – это древнейшие микроорганизмы, когда-либо населявшие планету.

Jpg" alt="древние бактерии" width="300" height="200" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/pervye-bakterii3-300x200..jpg 466w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

Эти микроорганизмы постоянно подвергаются тщательному изучению, поскольку их роль в процессе эволюции практически невозможно переоценить. Дискуссии на эту тему возникают очень часто, но в результате всегда оказывается, что бактерии проживают на планете намного дольше других существ, чему находятся многочисленные подтверждения.

Изучение древнейших бактерий

Процесс 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.

Png" alt="архейская эра" width="300" height="174" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/pervye-bakterii-300x174..png 759w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

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 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.

Jpg" alt="водоросли" width="300" height="214" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-i-vodorosli3-300x214..jpg 500w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

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.

Классификация и строение бактерий

В процессе эволюции появилось большое количество самых разнообразных бактерий. Классификацией различных микроорганизмов занимается биологическая систематика, которая определяет:

• наименование конкретного вида микроорганизмов;
• положение в общей классификации;
• характерные признаки разных видов микроорганизмов.

Строение бактерий предполагает наличие твердой оболочки, способной сохранить форму тела и внутренности микроорганизмов. Форма оболочки является одним из главных пунктов, позволяющих классифицировать бактерии: бывают шаровидные, палочковидные, спиралеобразные и прочие формы. Также микроорганизмы оцениваются по своим размерам: самые крупные представители могут достигать 0.75 мм в длине, а габариты мельчайших измеряются долями микрометров.

Png" alt="формы бактерий" width="400" height="300" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/10/bakterii-imejut-formu-400x300..png 600w, https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/10/bakterii-imejut-formu-285x215..png 800w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px">

Наиболее продвинутые бактерии выработали жгутики, обеспечивающие движение в пространстве. Для улучшения двигательных функций отдельные вытянулись в нитчатую форму. О жгутиковых организмах можно сказать отдельно. Основное отличие между жгутиковыми простейшими и бактериями заключается в наличии ядра у первых. Кроме того, эти микроорганизмы имеют хроматофоры, позволяющие им окрашивать себя в разные цвета, приобретая тем самым сходство с различными водорослями. Главным пигментом является хлорофилл, обеспечивающий зеленый цвет существа, но нередки и случаи соединения с другими пигментами.

Поскольку внешние факторы могут стать причиной , многие из них выработали защитную функцию – образование спор. При разрушении бактерии или прекращении ее жизненного цикла споры выходят за пределы оболочки и расселяются по доступному пространству. Выработка спор для большинства бактерий стала крайне удобным механизмом, поскольку споры отлично выдерживают большую часть агрессивных воздействий, включая температурный удар, отсутствие жидкости или пищи.

Jpg" alt="споры бактерий" width="216" height="300">

Поражает воображение: счет изученных видов доходит до нескольких десятков тысяч, что составляет лишь малую часть от существовавших на Земле микроорганизмов. Определенную сложность в изучении бактерий представляет тот факт, что они находятся практически во всех многоклеточных организмах, включая водоросли, земные растения и животных.

Роль бактерий и их развития в жизни планеты

Поиск древнейших, изначальных микроорганизмов является очень проблематичным занятием. От многих видов бактерий за многие миллионы лет не остается практически ничего, и исследовать их приходится, опираясь на современные виды живых существ, что существенно усложняет систематику. Конечно, качественное оборудование и ведущие умы специалистов позволяют узнать многое, но все же иногда исследования упираются в непробиваемую стену времени. Именно поэтому счет изученных живых организмов не превышает определенного значения: для систематики недостаточно данных.

Jpg" alt="Колонии бактерий в чашке Петри" width="300" height="274" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/klebsiella-bakterija-300x274..jpg 580w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

• температурой;
• давлением;
• движением ветра;
• иными физическими и химическими процессами.

Тем не менее по отдельным древнейшим пластам ученым удается установить многие аспекты, связанные с теми или иными организмами. Имея определенные данные о бактериях, водорослях и прочих структурах, появившихся позже, можно делать выводы о самых ранних существах и дополнять систематику.

Доподлинно известно, что самые первые организмы требовали питания, поэтому употребляли в пищу органику. За прошедшие миллионы лет сменилось большое количество видов микроорганизмов, и самые стойкие впоследствии стали базисом для образования бактерий. Некоторые из них сумели практически в неизменном виде дойти до сегодняшних дней. Ключевой особенностью, обеспечившей древним микроорганизмам столь высокую живучесть, является их возможность поглощать питательные вещества практически из любых веществ – земли, воды, воздуха и т.д. Дальнейшая эволюция заставила бактерии развиваться, вследствие чего появились , питающихся за счет брожения, гниения и прочих факторов.

Jpg" alt="Брожение" width="300" height="189" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/07/Bakterii-brozhenija-300x189..jpg 599w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

Самые древние микроорганизмы зарождались и развивались в воде, поскольку такая среда являлась для них наиболее комфортной. Отчасти этим и объясняется многообразие различных водорослей: изначально бактерии объединялись в подобные многоклеточные структуры. Такой тенденцией характеризовалась практически вся докембрийская эра. Постепенно мельчайшие организмы объединялись в многоклеточные организмы, и со временем произошел их выход на сушу, чем и обусловлено развитие наземной природы. Именно бактериям мир может быть обязан своим развитием и постоянной эволюцией, направленной на приспособление к новым условиям в перманентно изменяющемся мире.

Заключение

Наука постоянно движется вперед, позволяя изучать все новые и новые виды организмов. В прошлом было очень много и микроорганизмов, и ученые усердно трудятся, находя все более древние свидетельства жизни тех или иных жизнеформ: останки любого микроорганизма, будь то водоросль или сложный многоклеточный организм, имеют большую ценность.

Jpg" alt="Девушка смотрит в микроскоп" width="300" height="200" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/06/opredelenie-bakterij-300x200..jpg 660w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">

Роль этих исследований достаточно высока: в определенный момент наука сможет добраться до наиболее глубоких исторических и земных пластов, что даст возможность узнать больше о развитии природы на планете. Бактерии – это древнейшие микроорганизмы на планете, и они могут дать ключ к разгадке зарождения жизни, такое открытие станет невероятно важным для каждого человека.

Несколько лет назад в глухой местности штата Западная Австралия под названием Стрелли-Пул ученые из местного университета проводили работы по взятию проб грунта. Стрелли-Пул представляет собой старейшую из известных бывших береговых линий, поэтому оно является для науки весьма привлекательным местом, так как тут можно обнаружить и исследовать самые древние осадочные породы.

Взяв пробы песчаника, австралийские ученые обнаружили в них останки микроорганизмов. С привлечением к работе специалистов из Оксфорда они выяснили, что данный организм представляет собой бактерию, которая жила на Земле 3,4 млрд лет назад. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Geoscience .

На данный момент это самая древняя бактерия, о существовании которой достоверно известно ученым.

«Теперь у нас есть хорошие твердые доказательства существования жизни уже 3,4 миллиарда лет назад. В то время это были бактерии, живущие в отсутствие кислорода», — пояснил один из авторов работы Мартин Брэйзер из Оксфордского университета.

3,4 миллиарда лет назад планета Земля существовала чуть больше одного миллиарда лет. Это было не лучшее место для существования жизни: поверхность планеты имела высокую температуру, вследствие постоянных извержений вулканов и плотного облачного слоя, окутывавшего Землю. Температура воды была как в очень горячей ванне — не меньше 40-50 градусов по Цельсию. Никаких растений или водорослей, которые были в состоянии производить фотосинтез и выделять кислород, еще не было.

Соответственно, микроорганизмы, живущие в то время, не могли использовать этот химический элемент в своем обмене веществ.

Найденная учеными бактерия использовала для получения энергии соединения серы, о чем говорит большое количество пирита (FeS 2), в окружении которого были найдены окаменелости.

Впрочем, подобные бактерии существует и в наши дни. «Такие серные бактерии находятся в зловонных каналах, почвах, горячих термальных источниках и расположенных на дне океана гидротермальных источниках — то есть в любом месте, где есть небольшое количество свободного кислорода и отсутствие органического вещества», — объяснил профессор Брэйзер.

То, что данные окаменелости принадлежат именно бактериям, подтверждают три независимых факта, которые удалось установить, используя новейшие методы исследования микроскопических отложений, позволившие построить их трехмерную модель. Первый факт, о котором говорилось выше, — это окружение соединений серы, а именно, пирита, в котором были найдены окаменелости. Второй факт заключается в том, что найденные клеточные структуры весьма похожи на те, которые оставляют после себя бактерии, существовавшие гораздо позже («всего» 2 млрд лет назад). Наконец, эти окаменелости были объединены в группы, что говорит о биологическом характере данных образований.

«Сейчас мы детально сравниваем эту бактерию с другими известными микроскопическими окаменелостями. Мы оптимистично смотрим на то, чтобы в будущем найти и другие древние микроорганизмы», — заявил Брэйзер.

Данная работа имеет один интересный аспект. Если предположить, что жизнь в Солнечной системе есть не только на Земле, то почти наверняка (в отсутствие кислорода) она будет выглядеть как серные бактерии, подобные тем, что были найдены в Стрелли-Пул.

«Могут ли такого рода организмы существовать на Марсе? — задается вопросом профессор Брэйзер и тут же на него отвечает. — Пока это просто домыслы. Если что-то подобное будет обнаружено, то прежде чем говорить об открытии жизни на Марсе, нужно будет провести такие же тщательные исследования — с восстановлением детальной трехмерной структуры отложений — как и в нашем нынешнем случае».

МОСКВА, 23 окт - РИА Новости. Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова узнали, что у микроорганизмов, которые обитают в вечной мерзлоте, устойчивость к антибиотикам появилась намного раньше, чем у человека. Это в будущем поможет понять природу устойчивости человека к лекарствам, применяемым в медицине. Результаты работы были опубликованы в журнале Microbial Ecology in Health and Disease.

Авторы изучали живые микроорганизмы, бактерии и вирусы, поражающие бактерии, (бактериофаги), которые находятся в вечной мерзлоте. Микроорганизмы — неотъемлемая часть мерзлых пород, но их свойства, роль и значение, в том числе в геологических процессах, изучены слабо. Ученые предполагают, что возраст клеток микроорганизмов в мерзлых толщах, которые занимают около 65% территории России, составляет тысячи и даже миллионы лет. Однако механизм, который позволяет им сохраняться так долго, до сих пор неясен. Температуры мерзлоты недостаточно низки, чтобы клетки или бактериальные споры находились в мерзлом состоянии, и при этом их окружает лед и частицы горных пород. Они должны погибнуть из-за многочисленных повреждений генома и других клеточных структур, а эти повреждения обычно накапливаются довольно быстро.

"Оказалось, что изучаемые нами древние микроорганизмы устойчивы к антибиотикам. Это значит, что устойчивость к антибиотикам появилась у бактерий задолго до масштабного применения человеком таких средств.

Следовательно, ее природа, очевидно, не связана с современной адаптацией микробов к антибиотикам, а имеет гораздо более древнее происхождение", — рассказал один из авторов статьи Анатолий Брушков, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой геокриологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

В ходе работы ученые проводили генетические исследования, секвенирование и анализ генома одной из выделенных бактерий, а также экспериментальные исследования с использованием современных антибиотиков.

"Надеемся, что исследование поможет уточнить природу резистентности к этим крайне необходимым в медицине препаратам. Мерзлота сокращается в результате глобальных изменений климата, и появление в современной биосфере бактерий, заключенных в мерзлых породах, может принести сюрпризы", — заключил ученый.
Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Каролинского института в Стокгольме.