Evolution av bakterier

Ytterligare information: Livets evolutionära historia

Färgat svepelektronmikrofotografi som visar karbapenemresistent Klebsiella pneumoniae som interagerar med en mänsklig neutrofil .

Utvecklingen av bakterier har fortskridit under miljarder år sedan den prekambriska tiden med deras första stora avvikelse från den arkeala / eukaryota härkomsten för ungefär 3,2-3,5 miljarder år sedan. Detta upptäcktes genom gensekvensering av bakteriella nukleoider för att rekonstruera deras fylogeni . Dessutom upptäcktes bevis på permineraliserade mikrofossiler av tidiga prokaryoter också i de australiska Apex Chert- klipporna, som går tillbaka för ungefär 3,5 miljarder år sedan under den tidsperiod som kallas prekambrisk tid. Detta tyder på att en organism i phylum Thermotogota (tidigare Thermotogae) var den senaste gemensamma förfadern till moderna bakterier.

Ytterligare kemiska och isotopiska analyser av forntida sten avslöjar att syre hade uppträtt vid den sideriska perioden , för ungefär 2,45 miljarder år sedan . Detta indikerar att oceaniska, fotosyntetiska cyanobakterier utvecklades under denna period eftersom de var de första mikroberna som producerade syre som en biprodukt av deras metaboliska process. Därför troddes denna filum ha varit dominerande för ungefär 2,3 miljarder år sedan. Men vissa forskare hävdar att de kunde ha levt så tidigt som för 2,7 miljarder år sedan, eftersom detta var ungefär före tiden för den stora syresättningshändelsen, vilket betyder att syrenivåerna hann öka i atmosfären innan det förändrade ekosystemet under denna händelse.

Ökningen av atmosfäriskt syre ledde till utvecklingen av Pseudomonadota (tidigare proteobakterier). Idag innehåller denna filum många kvävefixerande bakterier, patogener och frilevande mikroorganismer. Denna filum utvecklades för ungefär 1,5 miljarder år sedan under den paleoproterozoiska eran .

Men det finns fortfarande många motstridiga teorier kring bakteriers ursprung. Även om mikrofossiler av forntida bakterier har upptäckts, hävdar vissa forskare att bristen på identifierbar morfologi i dessa fossiler innebär att de inte kan användas för att dra slutsatser om en exakt evolutionär tidslinje för bakterier. Ändå innebär nyare tekniska utvecklingar att fler bevis har upptäckts.

Definiera bakterier

Bakterier är prokaryota mikroorganismer som antingen kan ha en baciller- , spirilli- eller kockerform och mäta mellan 0,5-20 mikrometer. De var en av de första levande cellerna som utvecklades och har spridit sig för att bebo en mängd olika livsmiljöer inklusive hydrotermiska öppningar , glaciala stenar och andra organismer. De delar egenskaper med eukaryota celler inklusive cytoplasman , cellmembranet och ribosomer . Några unika bakterieegenskaper inkluderar cellväggen ( finns också i växter och svampar ), flageller (inte vanligt för alla bakterier) och nukleoiden .

Bakterier kan metabolisera på olika sätt, oftast genom heterotrofa eller autotrofa (antingen fotosyntetiska eller kemosyntetiska ) processer. Bakterier förökar sig genom binär klyvning , även om de fortfarande kan dela genetisk information mellan individer antingen genom transduktion , transformation eller konjugering .

Process av bakteriell evolution

Bakterier utvecklas i en liknande process som andra organismer. Detta är genom processen av naturligt urval , varvid fördelaktiga anpassningar överförs till framtida generationer tills egenskapen blir vanlig inom hela befolkningen. Men eftersom bakterier förökar sig via binär fission - en form av asexuell reproduktion - är dottercellen och modercellen genetiskt identiska. Detta gör bakterier mottagliga för miljöpåverkan, ett problem som övervinns genom att dela genetisk information via transduktion, transformation eller konjugering. Detta gör det möjligt för nya genetiska och fysiska anpassningar att utvecklas, vilket gör att bakterier kan anpassa sig till sin miljö och utvecklas. Dessutom kan bakterier föröka sig på så lite som 20 minuter, vilket möjliggör snabb anpassning, vilket innebär att nya stammar av bakterier kan utvecklas snabbt. Detta har blivit ett problem när det gäller antibiotikaresistenta bakterier .

Termofila bakterier från djuphavsventil. Denna organism äter svavel och väte och fixerar sitt eget kol från koldioxid.

Thermotogales

Thermotogota- bakterier är typiskt termofila eller hypertermofila , gram-negativa färgande, anaeroba organismer som kan leva nära hydrotermiska ventiler där temperaturen kan variera mellan 55-95 °C. De anses vara några av de tidigaste livsformerna . Bevis på dessa organismer har upptäckts i australiensiska Apex Chert nära gamla hydrotermiska ventiler. Dessa stenar går tillbaka 3,46 miljarder år och dessa fossil tros ha tillhört tidiga termofila bakterier. Detta beror på att dessa organismer inte kräver syre för att överleva, vilket var ett grundämne som inte fanns i stora mängder i jordens tidiga atmosfär. Dessutom har denna filum fortfarande levande arter som Thermotoga neapolitana , som fortfarande till stor del liknar deras förfäders form och fortfarande lever runt dessa öppningar, vilket vissa forskare har använt som bevis för att stödja denna teori.

Nyare bevis har dykt upp, vilket tyder på att Thermotogales utvecklades för ungefär 3,2-3,5 miljarder år sedan. Dessa bevis samlades in via gensekvensering av bakteriella nukleoider för att rekonstruera deras fylogeni. Den första stora divergensen inom Thermotogales phylum var mellan Thermotogaceae och Fervidobacteriaceae, men det är ännu inte bestämt när detta inträffade. Familjen Thermotogaceae divergerade sedan in i släktet Thermotoga och släktet Pseudothermotoga . Släktet Thermotoga representerar majoriteten av befintliga hypertermofiler och är unika genom att de är insvepta i ett yttre membran som kallas en " toga ". Några bevarade Thermotoga- arter inkluderar T. neapolitana .

Thermotogale Phylogeny

Se även: Bakteriell taxonomi

Färgglad termofil (värmeälskande) arkebakteriefläck. Archaebacteria betraktas numera som sin egen domän Archaea , skild från Thermotogales.

Filogenin baserad på arbetet i All-Species Living Tree Project .

Thermotogales

Thermotogaceae Thermotoga T. naphthophila T. petrophila T. maritima (typ sp.) T. neapolitana Pseudothermotoga P. hypogea P. thermarum P. subterranea P. elfii P. lettingae Fervidobacteriaceae Fervidobacterium F. changbaicum F. islandicum F. nodosum (typ sp.) F. gondwanense F. riparium Thermosipho T. activus T. geolei T. atlanticus T. affectus T. melanesiensis T. globiformans T. africanus (typ sp.) T. japonicus

Cyanobakterier

Cyanobakterier eller blågrönalger är en gramnegativ bakterie, en filum av fotosyntetiska bakterier som utvecklades för mellan 2,3-2,7 miljarder år sedan. Denna prokaryot producerar syre som en biprodukt av dess fotosyntetiska processer. De har gjort en särskiljande inverkan inom läkemedels- och jordbruksindustrin på grund av deras potential att tillverka bioaktiva föreningar med antibakteriella, svampdödande, antivirala och anti-algegenskaper. Vanligtvis bildar de rörliga filament som kallas hormogonia , som kan bilda kolonier och sedan knoppa och resa för att kolonisera nya områden. De har lokaliserats i miljöer inklusive sötvatten, hav, jord och sten (både fuktig och torr), såväl som arktiskt berg.

Dessa organismer hade utvecklat fotosyntetiska reaktionscentra och blev de första syreproducerande autotrofer som förekom i fossilregistret. De använder solljus för att driva sina metaboliska processer, vilket tar bort koldioxid från atmosfären och frigör syre. På grund av denna egenskap tror vissa forskare att denna filum orsakade den stora syresättningshändelsen för ungefär 2,3 miljarder år sedan

Svenska: Blomning av cyanobakterier i en sötvattensdamm. Denna ansamling i ena hörnet av dammen orsakades av vinddrift. Det såg ut som om någon hade dumpat en hinkfärg i vattnet.

De närmaste kända släktingarna till syreproducerande cyanobakterier producerade dock inte syre. Dessa släktingar är Melainabacteria och Sericytochromatia, som ingen av dem kan fotosyntes. Genom genetisk sekvensering upptäckte forskare att dessa två grupper inte hade några rester av generna som krävs för att fotosyntetiska reaktioner ska fungera. Detta tyder på att Cyanobacteria, Melainabacteria och Sericytochromatia utvecklades från en icke-fotosyntetisk gemensam förfader.

externa länkar

• Vad är cyanobakterier och vilka är dess typer?
• Webbserver för Cyanobacteria Research
• Price, RG "Understanding Evolution: History, Theory, Evidence and Impplications" . rationalrevolution.net . Hämtad 2015-02-23 .