- •Современные представления о возникновении и эволюции микробной жизни на Земле
- •2. Где и до какой глубины осуществляется микробиологические процессы в земной коре
- •3. Основные механизмы трансформации химических элементов микроорганизмами
- •4. Анаэробные и аэробные формы жизни. Точка и эффект Пастера
- •5. Как и где микроорганизмы образуют н2 в почве? Что происходит далее с н2 в почве? Что такое водородные бактерии?
- •6. Важнейшие звенья микробиологического цикла углерода в почве, Основные группы микроорганизмов, осуществляющих их.
- •Ассимиляция со2
- •Синтез орг. Вещества
- •6. Основные способы синтеза «органического» углерода на Земле, роль микроорганизмов.
- •8. Как микроорганизмы используют целлюлозу? Основные группы этих
- •9. Какие микроорганизмы и как используют лигнин?
- •10.Как и почему микроорганизмы образуют метан (сн4) в почве? Можно ли отличить сн4 «геологический» от «почвенного»?
- •11. Что происходит с метаном в почве? Почва как природный «противогаз».
- •12. Важнейшие звенья микробиологического цикла азота в почве.
- •1.Окисление аммиака до нитрит-аниона
- •2.Окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона
- •Выделение закиси азота эукариотами
- •13. Диазотрофия; роль в азотном балансе почв. Нитрогеназы, их особенности. Основные группы микроорганизмов-диазотрофов.
- •14. Как образуются нитраты в почве? Механизмы и организмы.
- •15. В чем сходство и различие терминов денитрификация-нитратредукция-нитратное дыхание? Механизмы этих процессов и организмы.
- •16. Как можно регулировать активность процессов азотного цикла в почве?
- •17. Биогеохимия фосфора, роль микроорганизмов в разрушении фосфатов. Микориза.
- •18. Микробиологическая мелиорация солончаков.
- •19. Важнейшие звенья цикла серы в почве. Роль микроорганизмов в судьбе Черного моря.
- •Бактерии
- •24. Окисление микроорганизмами сульфидов меди, молибдена, сурьмы. Современные биотехнологии с участием микроорганизмов.
- •1) Увеличение нефтеотдачи пластов
- •2) Очистка природных вод и почв от нефтяных загрязнений
- •3) Сульфатредукция
- •31. Современные представления о роли микроорганизмов образовании и
- •32. Роль микроорганизмов в образовании и деградации гумусовых веществ.
- •33. Учение о корах выветривания б.Б.Полынова и в.А.Ковды. Роль микроорганизмов в разрушении алюмосиликатов в природе. "Силикатные бактерии", кремниевый модуль.
- •34. Трансформация состава нефти в почвах, роль микроорганизмов в трансформации нефти.
- •35. Основные теории образования нефти.
- •36. Микробиологические методы повышения нефтеотдачи пластов.
- •37. Влияние микроорганизмов на состав современной атмосферы Земли, их роль в "парниковом эффекте" и в образовании "озоновых дыр".
- •38. Микробиология стратифицированных водоемов. Первичная и вторичная биологическая продукция.
- •39. Микробиология морей и океанов. Микробиология "черных курильщиков". Вторая биосфера.
- •40. Микробиологические методы очистки коммунальных и промышленных сточных вод.
-
Современные представления о возникновении и эволюции микробной жизни на Земле
Среди естественно-материалистических концепций наиболее научно значимыми являются две гипотезы: теория панспермии и эволюционная теория. Теория панспермии выдвигает идею о внеземном происхождении жизни. Ее основоположником был С. Аррениус, который еще в 1907 году высказал мысль о том, что жизнь на нашу планету была занесена в виде спор бактерий с космической пылью, благодаря давлению солнечных или звездных лучей. Позже изучение метеоритов и комет показало присутствие в них некоторых органических соединений. Однако, доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым достаточно убедительными. Наиболее общепризнанной в настоящее время является гипотеза А.И. Опарина, выдвинутая им в 1924 году. Сущность ее состоит в том, что жизнь на Земле явилась следствием процесса усложнения химических соединений до уровня возникновения абиогенным путем органических соединений и образования живых организмов, находящихся во взаимодействии с окружающей средой. То есть жизнь - это результат химической эволюции на нашей планете. Позже в 1929 году аналогичное предположение было выдвинуто и английским ученым Дж. Холдейном. В соответствии с гипотезой Опарина - Холдейна в происхождении жизни на Земле можно выделить шесть основных этапов: 1. Образование первичной атмосферы из газов, послуживших основой для синтеза органических веществ. 2. Абиогенное образование простых органических веществ (таких мономеров, как аминокислоты, мононуклеотиды, сахара). 3. Полимеризация мономеров в полимеры - полипептиды и полинуклеотиды.
Было выявлено, что растворенные в воде протеиноиды обладают слабой ферментативной активностью. Из этого следует, что, видимо, полученные абиогенным путем аминокислоты "первичного бульона", концентрируясь в испаряющихся водоемах, высушивались под действием солнечных лучей и формировали белковоподобные вещества-протеиноиды.
4. Образование протобионтов - предбиологических форм сложного химического состава, имеющих некоторые свойства живых существ.
Следующим шагом по пути возникновения жизни стало образование фазово-обособленных открытых систем – коацерватов в силу присущей всем высокомолекулярным веществам способности самопроизвольно концентрироваться не в виде осадка, а в виде отдельных капель высокомолекулярных веществ - коацерватов в присутствии электролитов. Благодаря более высокой концентрации органических веществ в коацерватах, а, следовательно, более тесному расположению их молекул, резко увеличивалась возможность их взаимодействия и расширялись возможности органического синтеза. Коацерваты некоторым свойствам внешне напоминают живые образования. Однако, в них отсутствует основной признак живого - это генетически закрепленная способность воспроизведения себе подобных и упорядоченный обмен с окружающей средой. 5. Возникновение примитивных клеток. Эволюция протобионтов шла по пути возникновения более сложно организованных систем - протоклеток, у которых происходило усовершенствование каталитической функции белков, формирование реакции матричного синтеза и на основе последнего воспроизведение себе подобных, возникновение клеточных мембран с избирательной проницаемостью и стабилизация параметров обмена веществ. Протоклетки в большом количестве накапливались в водоемах, усекаясь на дно, где они оказывались защищенными от губительного действия ультрафиолетовых, лучей. 6. Биологическая эволюция возникших живых существ. Первые организмы были гетеротрофами, поглощающими органические вещества первичного океана. Однако по мере размножения организмов запасы органических веществ иссякали, а синтез новых не поспевал за потребностями. Началась борьба за пищу, когда выживали более стойкие и более приспособленные. Случайно приобретаемые в результате наследственной изменчивости особенности строения и обмена веществ привели к появлению первых клеток. При этом в условиях все уменьшающихся запасов органических веществ у некоторых организмов возникла способность к самостоятельному синтезу органических веществ из простых неорганических соединений окружающей среды. Энергию, необходимую для этого, некоторые организмы стали освобождать путем простейших химических реакций окисления и восстановления. Так возник хемосинтез.
Позже на базе наследственной изменчивости и отбора возник фотосинтез. Таким образом, у части живых существ произошла переориентировка на усвоение энергии Солнца. Это были прокариоты типа сине-зеленых водорослей и бактерий. С развитием фотосинтеза в атмосфере стал накапливаться свободный кислород и возник новый путь освобождения энергии - Кислородное расщепление. Кислородный процесс в 20 раз эффективнее бескислородного, что создало предпосылки к быстрому прогрессивному развитию организмов. Увеличение количества О2 в атмосфере и его ионизация с образованием озонового слоя уменьшили количество ультрафиолетовой радиации, достигающей Земли. Это повысило устойчивость преуспевающих форм жизни и создало предпосылки выхода их на сушу. В настоящее время общепризнано, что вскоре после возникновения жизни она разделилась на три корня – надцарства: архе-бактерии, бактерии и эукариоты. Больше всего черт, присущих протоорганизмам, сохранили архебактерии.
Они обитают в бескислородных илах, концентрированных растворах соли, горячих вулканических источниках. Согласно симбиотической гипотезе, основой для эволюции эукариот послужило объединение крупных безъядерных прокариотических клеток, живущих за счет брожения, с аэробными бактериями, Способными использовать кислород при помощи процесса дыхания. По-видимому, такой симбиоз был взаимовыгодным и закрепился на наследственной основе. Надцарство эукариот разделилось на царства растений, животных и грибов. В проблеме происхождения есть много не решенных до конца вопросов; 1) возникновение полупроницаемых мембран клетки; 2) возникновение рибосом; 3) возникновение генетического кода, универсального для всего живого на Земле; 4) возникновение энергетического механизма летки с использованием АТФ и другое.