Старо и Странно : Археи, Бактерии и Протисти

Прекарахме последните няколко месеца от курса, говорейки за животни, особено животното Човек. Защото обичаме да говорим за себе си и също, защото животните са наистина интересни. Но е крайно време да говорим за останалия жив свят. Съжалявам да го призная, но повечето живи същества на Земята са едноклетъчни организми. Под "повечето живи" имам предвид, че тези организми съставляват две от трите таксономични надцарства, плюс едно от царствата. Говоря за археи, бактерии и протисти. С изключение на някои протисти, те всички са едноклетъчни и са най-изобилните и разнообразни организми на Земята. И може би още по-важно, те претендират за най-старите и най-ранни родословия, датиращи от най-първия проблясък на живот на планетата. С разбирането на тези три групи започваш наистина да разбираш живота на Земята, произхода му и как всичко, дошло след тях, включително ние, се е появило. Още повече, понеже имат толкова древен произход, тези организми често приемат странни, жестоки форми, които не отговарят на представите ни за нещо живо. А те правят невероятни неща. Някои не само живеят, но просперират в среда, която би убила теб, мен и всичко, което ни е скъпо. Други живеят, като нахлуват в организми, в това число в нас, и причиняват болести. Има и такива, които правят точно обратното – правят живота възможен чрез фиксиране на азота от атмосферата или помагат на животните да разграждат храната. Много от тези групи имат имена като "окото на моряка" , "слузеста плесен" и "повръщано от куче" и те могат да имат формата на пръчици, капки, свредели или пружини. Малко като треперещите ексцентрични роднини, с които си принуден да прекарваш празниците веднъж годишно, археите, бактериите и протистите са най-старите ни роднини и е крайно време да се запознаеш с тях. Няма как да се отрече, всеки многоклетъчен организъм на планетата, независимо дали е гъба или прилеп вампир, еволюира от едноклетъчен организъм. Докато някои от тези едноклетъчни еволюирали, за да населят света, като носорози и смокините удушвачи, други намерили щастие в едноклетъчния начин на живот и не са се променили много през последните няколко милиарда години. Днес почти всички едноклетъчни са или археи, или бактерии или протисти. Протистите, ще си спомниш, са еукариотни организми, които съставят царство Протиста от надцарство Еукариотни. Бактериите и археите, от друга страна, са собствени прокариотни надцарства. Надявам се си спомняш това. Голямата разлика между прокариоти и еукариоти е, че еукариотните организми, в това число ти, растенията, гъбите и животните, които познаваш, имат клетки с ядро, което съдържа генетичната им информация. А прокариотните клетки нямат ядро или изобщо някакви органели. Тези две групи имат някои важни общи неща като плазмени мембрани, които са пълни с цитоплазма и рибозоми, съдържащи РНК и синтезирани протеини. И също така и двете имат ДНК, която носи инструкциите за функциониране на клетката. Но еукариотната ДНК идва в нишки под формата на хромозоми, докато прокариотната ДНК се открива в т. нар. плазмиди. Отново, и този път с чувство... Протистите са главно едноклетъчни еукариотни организми, археите и бактериите са едноклетъчни прокариотни организми. Прокариотен всъщност значи "преди ядрото", което е ключ, че прокариотните са по-стара форма на живот. Буквално не можем да намерим нищо по-старо от археите. Първите вкаменелости на археи датират от преди 3,5 милиарда години. Говоря за само милиард години след формирането на Земята, когато все още е била обстрелвана от комети, метеорити, без да споменавам изпържващата UV радиация. Но сред всичко това археите просто си отмаряли айляшки. Климатът на планетата се е поуспокоил оттогава, така че днес археите се откриват в някои от най-екстремните места по света: в подводни хидротермални цепнатини, нефтен кладенци, вулканични горещи извори, дори киселинни отпадъци от мини. Археите са вероятно най-ранните живи същества и тяхната адаптивност вероятно им е позволила да "покълнат" в ранните гнусни условия на Земята. Една ключова група археи са метаногените. Тези приятелчета предпочитат по-умерени условия, като кал, блата и червата ти. Но те извличат енергия от водороден газ и въглероден диоксид, което е доста яко. Те отделят метан като отпадъчен продукт. Метаноген – метанови генератори. Познаваме тези отпадъци като блатен газ и също други видове газ. Другите групи са екстремофили, които не само толерират, но предпочитат наистина проклети условия. Най-известни сред тях са термофилите, които живеят при температури, които биха ти стопили лицето. Сериозно го казвам. Вид археи, открити през късните 1990 в хидротермални шахти, живеят при температури от около 113 градуса по Целзий. Не Фаренхайт! Целзий! Доста над точката на кипене на водата. Повечето организми не могат да понасят такава жега, защото тя кара ДНК да се размотава и протеините да променят свойствата си или да променят формата си перманентно. Но термофилите са развили приспособления, които ги поддържат стабилни в тези свръх горещи температури. Също има халофили, или "любители на солта", които обичат места като Мъртво море или Голямото солено езеро, или може би устата на Даниел Тош. Повечето халофили дишат кислород и са хетеротрофни. Но има някои чудновати войници, като видове, които използват светлина, за да произвеждат енергия, но не като растенията. Tе има пигменти, събиращи светлина в мембраните си, които реагират с нея и позволяват на клетката да произведе АТФ за енергия. Знам! Лудо! Но въпреки начините им на живот, които звучат извънземно, археите наистина не са много по-различни от бактериите, които също са прокариоти. Всъщност археите и бактериите са били класифицирани заедно през по-голямата част на 20-и век. Едва когато учените осъзнават, че те имат важни генетични разлики – като последнователността на рибозомната им ДНК и строежа на РНК, те ги разделят в две надцарства. Бактериите не са толкова древни като археите. Вкаменелостите показват, че са били широко срещани преди 1,5 милиарда години. Но има доказателства, че са били наоколо преди повече от 3 милиарда години. Днес те съставят по-голямата част от прокариотите на Земята и те са супер умели що се отнася до бързо приспособяване. Много бактерии са паразити. Мисли за възпаленото ти гърло, инфекцията от стафилококи и всичко, за което някога си взимал/а антибиотици. Бактериите могат да избягват антибиотиците и нинджите на имунната ти система. И чрез подбирането на ДНК от едно поколение до друго, те могат да включват и изключват случайни гени, като създават уникални генетични комбинации, докато популацията се размножава, държейки имунната система на приемника и производителите на лекарства нащрек. Като археите, бактериите не се размножават полово, но бактериите са измислили начин да предават генетичния си материал на приятелчетата си, малък трик, наречен хоризонтален генетичен трансфер. Например, антибиотичната резистентност ти е позната, нали? Хоризонталният генетичен трансфер е една от причините за нея. Щам бактерии, които имат генетична резистентност към един антибиотик, могат да предадат някои от ДНК молекулите си и тази резистентност на друг щам. Заради това винаги сме в някаква въоръжена борба с бактериите по света. И разбира се, бактериите са невероятно многообразни, с твърде много типове – можем да изброим над две дузини. Един начин да ги класифицираме е по различните видове клетъчни мембрани, които реагират различно на оцветяваща техника, наричана от учените Оцветяване по Грам. Грам-положителните бактерии имат дебели клетъчни мембрани и има голяма група от тях, която включва видове, живеещи поединично, като стафилококите и стрептококите, както и някои колониални бактерии, отговорни за болести, като проказа и туберкулоза. Има много видове и грам-отрицателни бактерии, които имат по-тънки мембрани. Най-голямата група тук са протеобактериите, именувани на Протей, понеже имат толкова различни форми. Това включва бактерии, които правят живота ни възможен, като превръщат азота от атмосферата във вещества, достъпни за растенията. Също и други, които причиняват например хранителни отравяния и легионерска болест. Същевременно цианобактериите са единствените прокариоти, които използват фотосинтеза, за да произведат храната си и те са едни от най-важните членове на водната мрежа, предоставяйки микроскопичен фураж за всякакви видове сладководни и морски екосистеми. Спирохетите са бактерии с формата на свредели, които сигурно знаеш. Повечето са безвредни, но някои паразитни видове са причинители на болести като лаймската болест и сифилис. Като говорим за полово предавани болести, последната голяма група бактерии, които си струват споменаване са... хламидиите. Те всички са паразитни и живеят само в животински клетки. Те очевидно са гадини и са главната инфекциозна причина за ослепяване в света, както и за онази епонимна инфекция на уретрата. Това ме кара да искам да си кръстосам краката, само като си помисля. Значи, археите са успели да просъществуват много милиарди години, оцелявайки в странни, недостъпни места, а бактериите са развили начини да предават ДНК без полово размножаване. Но... Но знаеш ли кои са голяма бъркотия? Протистите. Еволюционно, те са най-младите от трите. Еволюирали са от бактериите преди около 1,7 милиарда години. По много начини, те са по-изтънчени. Като начало, те са еукариоти. Но някои са също така и многоклетъчни, а някои видове могат дори да се размножават полово. Но тяхното надцарство е един голям цирк, защото част от протистите изглеждат по-близки до растения, други до животни, трети до гъби. Учените обикновено ги разглеждат въз основа на това какво друго наподобяват. Има протозои, които са вид подобни на животни, водорасли, които приличат на растения, и гъби, като такива, включващи вкусно кръстения слузест лишей. Едно нещо, общо за всички тях, е нуждата да живеят някъде на влажно: в мочурище, в тялото ти, в снежна пряспа и пр. Протозоите са всъщност доста яки, защото са като мънички животни. Като нас, те са хетеротрофни, затова трябва да ядат други неща, за да живеят. За да се хранят, те имат усти – или поне неща подобно на уста. Те могат да се движат наоколо, като използват всякакви видове готини структури. Някои имат камшичета, за да се придвижват през водата. Или власинки, които изглеждат като гребла, а някои се движат с подобно на амеба движение. Казвам подобно на амеба, защото протозоите, които се придвижват така, са амеби. И като стана дума за амеби, някои протозои са паразити. Сигурно знаеш за амебната дизентерия, причинявана от амеби. Маларията се причинява от този малък протозой, наречен Plasmodium Vivax. А африканската сънна болест се причинява от Trypanosoma brucei, това момче тук. Преминаваме на подобните на растения протисти, които са водорасли. Всички водорасли фотосинтезират като растения, въпреки че не са растения, защото използват различен вид хлорофилни молекули. Някои са едноклетъчни: кремъчни водорасли, които имат твърда обвивка от кварц. Невероятното нещо при едноклетъчните водорасли е, че те могат да пораснат наистина грамадни. Например разгледай "окото на моряка", което се счита за най-големия едноклетъчен организъм на планетата. Също познат като "водорасло мехурче" Живее на морското дъно на тропическите океани и може да порасне до 5 сантиметра в диаметър. Как така това е една клетка? Както и да е, вече знаеш, че многоклетъчните видове водорасли са близки родственици на растенията, както можеш да предположиш. Те са главно групирани в червени, зелени и кафяви разновидности, въпреки че всички те имат и едноклетъчни форми. Зелените водорасли са вероятно това, от което са възникнали растенията на сушата преди към 475 милиона години. Те са най-изобилните и разнообразни и имат хлоропласти, подобни на тези на растенията, така че могат да живеят само в плитки води, защото се нуждаят от много слънчева светлина. Червените водорасли могат да живеят в по-големи дълбочини и имат допълнителен пигмент, наречен фикоеритрин. Той увеличава възможностите на хлорофила в по-дълбока вода. Кафявите водорасли са голямата част от това, което виждаш в океана. Келпът е един пример. Те са най-големите и най-сложни многоклетъчни водорасли. Накрая, имаме нашите подобни на гъби протисти, които включват очарователните слузести плесени. Те абсорбират вещества от средата си и произвеждат плодни телца като гъбите. Но дори и да изглеждат като купчинки повръщано, те могат всъщност да се движат наоколо като амеби и да ядат бактерии като фагоцити. Слузестите плесени са доста лесни за забелязване, защото те често имат ярък цвят. Като този очарователен вид, познат съвсем сериозно като "слузеста плесен кучешко повърнато" Чу ме. Тези организми са толкова жестоко прецакани, че учените не могли да им измислят по-добро име. "Слузеста плесен кучешко повърнато" Както казах, те са стари, те са странни. Свиквай с това.