Ход работы

1. На основе каких признаков бактерии и сине-зелёные объединяются в надцарство прокариот?

2. Вспомните особенности биологии грибов. Рассмотрите муляжи плодовых тел шляпочных грибов и грибов-трутовиков. Почему грибы выделяются в отдельное царство?

3. Рассмотрите гербарий водоросли, мха, папоротника, веточку сосны (ели), цветковое растение. Определите имеющиеся у них органы. Вспомните строение шишки, цветка. Результаты работы внесите в таблицу № 3.

4. Выявите черты усложнения в строении растений разных отделов и раскройте их значение. Чем отличается спора от семени? Каково значение плода? Каковы направления эволюции спорофита и гаметофита. Определите, в каких направлениях шла эволюция растений.

Таблица № 3

Направления эволюции растений

Признаки растений	Водоросли	Мхи	Папоротни-кообразные	Голосеменные	Покрыто-семенные
1. Одноклеточность
2. Многоклеточность
3. Способность к фотосинтезу
Вегетативные органы (особенности строения)
5. Особенности бесполого размножения
6. Особенности гаметофита
7. Особенности спорофита
8. Условия оплодотворения
9. Наличие семени
10. Наличие плода
11. Примеры растений (3-4)

5. Найдите признаки сходства между растениями разных отделов; объясните причины сходства.

Вопросы для самопроверки

1. Какие факты доказывают происхождение всех хордовых от одного «ствола», который в ходе эволюции распался на множество ветвей?

2. Как можно использовать данные систематики для доказательства эволюции организмов?

Схема 4. Современная классификация органического мира



Урок 5

Средообразующее значение прокариот

Задания для самоподготовки

• Чем отличается строение прокариотической клетки от эукариотической?

• Каковы особенности строения цианобактерий?

• Каковы особенности обмена веществ у прокариот?

• Какие растения вступают в симбиоз с клубеньковыми бактериями?

В

Роль прокариот в формировании полезных ископаемых

формировании полезных ископаемых органогенного происхождения большую роль сыграли хемосинтетики. Явление хемосинтеза было открыто в 1887 г. С.Н. Виноградским. Хемосинтетики – это бактерии, использующие энергию реакций окисления неорганических соединений для синтеза органических веществ. Энергия, выделяющаяся в реакциях окисления водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (П), не может быть непосредственно использована бактериями в процессе ассимиляции. Сначала эта энергия переводится в энергию макроэргических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.

В образовании полезных ископаемых принимают участие хемотрофные железобактерии, серобактерии.

В

Образование серы

водоёмах, вода которых содержит сероводород, живут бесцветные серобактерии. Энергию, необходимую для синтеза органических веществ из углекислого газа, они получают, окисляя сероводород: 2H2S + O2 = 2H2O + 2S + энергия. Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в их клетках в виде крупинок. При недостатке сероводорода серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты: 2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4 + энергия. Энергетический эффект окисления сероводорода до серной кислоты равен 666 кДж на каждую окисленную грамм-молекулу сероводорода. Колоссальное количество серобактерий обитает в Чёрном море, в котором глубже 200 м вода насыщена сероводородом.

Анаэробные фотосинтезирующие зелёные бактерии Chlorobium и пурпурные серобактерии (например, Chromatium) используют в качестве доноров водорода и электронов сероводорода и другие восстановленные соединения серы. При этом откладывается сера: 2Н2S + CO2 = {CH2O} + 2S + H2O.

Принимают участие в круговороте серы архебактерии термоацидофилы, живущие в горячих вулканических источниках (100º С). Одни виды архей превращают серу в серную кислоту, другие – восстанавливают серу до сероводорода. В этом плане очень интересна группа гипертермофильных архей. Эти микроорганизмы обитают исключительно в горячих источниках на поверхности Земли или на дне океана в зонах вулканической активности. Местом их обитания является территория вокруг глубоководных вулканических источников «чёрных курильщиков», образовавшихся в океане на тысячеметровой глубине. Температура воды в них благодаря высокому давлению может достигать 200-300º С. При взаимодействии воды источника с морской водой образуется чёрный осадок, источник как бы дымится. Около таких источников обитает Pуrodictum occultum «огненная сеточка». Данный вид архей окисляет серой молекулярный водород вулканического газа до сероводорода: Н2 + S = H2S.

К серобактерам относится Sulfolobus acidocaldarius, не имеющий постоянной формы, так как окружён только структурированным слоем гликопротеиновых субъединиц. На его поверхности имеются пили, при помощи которых Sulfolobus прикрепляется к частичкам серы, которую использует как субстрат для дыхания: 2S + O2 + 2Н2О = 2Н2SO4.

М

Образование железа

еталлурги древности, в том числе и на Руси, высоко ценили железные болотные руды, залегавшие в болотах. Из них на древесном угле выплавляли высококачественное чистейшее железо. Эти руды создают железобактеры, окисляя двухвалентное железо до трёхвалентного: Fe²¯ → Fe³¯

А

Образование соли

рхеи (Halobactеrium, Halococcus, Natrobactеrium, Natronococcus) приняли участие в образовании залежей соли в озёрах Израиля, Иордании (Мёртвое море), США, Кении, юга России. Мембраны названных архей содержат родопсин аналогичный родопсину человеческого глаза, обеспечивающий ориентировку бактерий относительно источника света, или красные каротиноидные пигменты. При массовом размножении архей соль окрашивается в красный цвет (царская соль).

Роль прокариот в почвообразовании

Образование почвы зависит от многих факторов. Прокариоты обеспечивают плодородие почвы, которое зависит от содержания гумуса. Гумус – это слой разложившегося органического вещества, который не только содержит питательные вещества, но и обладает важными физическими и химическими свойствами, такими, например, как способность удерживать воду. На средообразующее значение бактерий – сапрофитов обратил внимание великий французский химик и микробиолог Л. Пастер. Без микроорганизмов гниения и брожения, превращающих органику в неорганические соединения – аммиак, сероводород, углекислый газ, воду, жизнь на Земле стала бы невозможной. Именно они замыкают круговорот биогенных веществ на нашей планете, поставляя зелёным растениям – фототрофам необходимые химические элементы. «Не по зубам» микроорганизмам только созданные человеком пластмассы, стекло. Поэтому они накапливаются в окружающей нас среде.

Рис. 3. Формы бактерий

Плодородие почвы определяется содержанием в ней азота. Эукариотические организмы не могут усваивать молекулярный азот из воздуха. Для его фиксации необходимы затраты энергии, так как молекула азота состоит из двух атомов, и её нужно сначала расщепить. У азотофиксирующих бактерий в этой реакции участвует специальный фермент нитрогеназа, который использует энергию АТФ. Самый богатый естественный источник связанного азота – бобовые растения (горох, бобы, соя, клевер, люпин, люцерна). На их корнях имеются вздутия, называемые клубеньками, которые образуются под воздействием колоний азотофиксирующих бактерий рода Rhizobium, живущих внутри растительных клеток. Это симбиотическая связь, так как растение получает от бактерий азот в виде аммиака, а бактерии в свою очередь пользуются энергетическими запасами растения и получают от него углеводы и другие питательные вещества. Все азотофиксаторы включают азот в аммиак, но он сразу же используется для образования органических веществ, в основном для синтеза белков. На единице площади бобовые растения иногда связывают в 100 раз больше азота, чем свободноживущие почвенные бактерии и сине-зелёные водоросли. Поэтому бобовые используют для обогащения почвы азотом. Это даёт двойную выгоду, т.к. вегетативная масса идёт на корм скоту.

Ведущую роль в почвообразовании играют хемосинтетики – нитрифицирующие бактерии, чрезвычайно широко распространённые в почве. Они получают энергию в процессе окисления аммиака и азотистой кислоты, играя важную роль в круговороте азота в природе. Аммиак, образующийся при гниении белков, окисляется нитрифицирующими бактериями, которые С.Н. Виноградский назвал нитросомонас (Nitrosomonas). Этот процесс отражает уравнение: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + энергия. Энергия, выделяющаяся при этом (662 кДж), используется для синтеза органических соединений вследствие восстановления углекислого газа. Дальнейшее окисление образовавшейся азотистой кислоты до азотной кислоты осуществляется другой группой нитрифицирующих организмов, названных С.Н. Виноградским нитробактером (Nitrobacter): 2HNO2 + O2 = 2HNO3

В почвах тундр, обеднённых кислородом, северных болотах, в иле водоёмов, обитают представители надцарства Археи – метанобразующие бактерии – метаногены (Mеthanothеrmus fеrvidis). Это строгие облигатные анаэробы. Внешне они ничем не отличаются от обычных бактерий, среди них есть кокки, бациллы, сарцины. Метаногены восстанавливают диоксид углерода до метана (болотного газа) молекулярным водородом: 4Н2 + СО2 = СН4 + 2Н2О. Весь метан биогенного происхождения на Земле образуется только этой группой прокариот (ежегодно 5-10 т). Метаногены обитают также в очистных сооружениях, рубце жвачных.

Для фотосинтезирующих пурпурных несерных бактерий (Rhodospirillum) различные органические соединения служат источником водорода, который используется для восстановления углекислого газа (у фотоавтотрофов) или какого-нибудь органического соединения (у фотогетеротрофов).

Таблица № 4