Решебник по биологии 7 класс Суматохин. Углубленный §8

Учёные выделяют три домена (Археи, Бактерии, Эукариоты) в современной системе живых организмов на основании фундаментальных различий в химическом составе, строении рибосомальной и транспортной РНК и эволюционном происхождении, которые были установлены молекулярно-генетическими методами.

Археи наименее изучены в связи с тем, что учёные не смогли вырастить чистые культуры большинства их представителей в лабораторных условиях для подробного исследования.

Археи могут жить повсеместно, включая экстремальные условия: вулканические и термальные горячие источники, насыщенные солевые растворы (солончаки), кислые и щелочные среды, а также в кишечнике травоядных животных.

Особенность клеточной стенки архей в том, что она не содержит пептидогликан, который является основным компонентом клеточной стенки бактерий. Клеточная стенка архей состоит из псевдомуреина или других белковых и полисахаридных соединений, что делает её уникальной.

Археи передвигаются с помощью археллумов (длинных белковых нитей), вращение которых по часовой стрелке обеспечивает движение вперёд, а вращение против часовой стрелки — движение назад.

Наиболее распространены археи в экстремальных условиях (термальные источники, солевые растворы), а также в почвах, океанах и кишечнике животных.

Метанобразующие археи можно использовать для производства биогаза (топлива) и для очистки сточных вод.

Преимущества однослойной плазматической мембраны архей:

• Повышенная жёсткость и стабильность, что позволяет археям выживать в экстремальных условиях (например, при высокой температуре и кислотности).

• Обеспечивает меньшую проницаемость для некоторых веществ.

Недостатки однослойной плазматической мембраны:

• Затруднено активное транспортирование некоторых веществ через мембрану.

Термоацидофиллы — это организмы, которые способны жить и активно размножаться в экстремально жарких (термо- ≥ +45°С) и кислых (ацидо- ≤ pH 3) условиях среды.

Примеры организмов: некоторые археи, выделенные из горячих вулканических источников.

Цель эксперимента: Получить биогаз (метан) в лабораторных условиях с помощью метанобразующих архей.

Материалы и оборудование: Герметичная ёмкость (биореактор), органический субстрат (навоз, пищевые отходы), чистая культура метанобразующих архей, вода, приборы для контроля температуры и pH, газоотводная трубка, прибор для измерения метана.

Ход эксперимента:

1. Подготовка среды: Поместить органический субстрат и воду в биореактор, создав анаэробные (бескислородные) условия.

2. Инокуляция: Внести в ёмкость чистую культуру метанобразующих архей.

3. Создание условий: Обеспечить оптимальную температуру (для термофильных архей это может быть +50···+60°С) и слабощелочной pH.

4. Ферментация: Выдерживать смесь в герметичных условиях в течение нескольких дней/недель, чтобы обеспечить разложение органики и выделение биогаза.

5. Контроль и анализ: Собрать выделяющийся газ через трубку и проанализировать его состав для подтверждения наличия метана (биогаза).

Археи используются для производства биогаза, потому что метанабразующая группа архей осуществляет биологическое образование метана (CH₄) в качестве конечного продукта своего обмена веществ при разложении органических соединений в бескислородных (анаэробных) условиях. Метан является основным компонентом биогаза.

Археи сложно вырастить в лаборатории, потому что многие из них являются экстремальными организмами (экстремофилами). Для их роста требуется создание специфических, трудновоспроизводимых условий, таких как очень высокая температура, высокая солёность, анаэробная среда или определённый уровень кислотности, которые сложно точно имитировать и поддерживать вне естественной среды обитания.

Археи выделены в отдельный домен, потому что, хотя они имеют прокариотическое строение, молекулярно-генетические исследования показали, что их химический состав (строение мембраны, РНК и клеточной стенки) фундаментально отличается от состава Бактерий и Эукариот, что свидетельствует об их уникальном эволюционном происхождении.

Возможные экстремальные условия для архей:

• Высокая температура (свыше +100°С) — термофилы.

• Высокая солёность (концентрация соли до 25%) — экстремальные галофилы.

• Высокая кислотность или щёлочность (низкие или высокие значения pH) — ацидофилы или алкалофилы.

• Анаэробная среда (отсутствие кислорода) — метанобразующие.

Почему другие организмы не могут там жить:

1. Денатурация белков: В таких условиях у большинства других организмов (особенно у эукариот) происходит разрушение (денатурация) белков и ферментов.

2. Разрушение мембран: Жёсткая однослойная мембрана архей устойчива к таким условиям, в то время как двуслойные мембраны бактерий и эукариот были бы разрушены высокой температурой или концентрацией солей.

3. Отсутствие необходимых механизмов: Другие организмы не обладают специфическими механизмами метаболизма, позволяющими им использовать доступные в экстремальной среде источники энергии (например, водород и углекислый газ).

Да, метанобразующие археи (не бактерии) причастны к созданию парникового эффекта.

Объяснение:

1. Метанобразующие археи (группа архей, а не бактерий) в процессе своей жизнедеятельности в анаэробных условиях (болота, кишечник животных, рисовые поля) выделяют метан (CH₄) как конечный продукт.

2. Метан является мощным парниковым газом.

3. Поскольку метанобразующие археи широко распространены и постоянно выделяют метан, они вносят значительный вклад в увеличение концентрации метана в атмосфере и, соответственно, в усиление парникового эффекта.

Происхождение азота в этих растениях (бобовых) связано с симбиотическими азотфиксирующими бактериями, которые живут в клубеньках на их корнях. Бактерии фиксируют атмосферный азот и переводят его в доступные для растения азотистые соединения.

Бобовые растения улучшают состав почвы, потому что азотфиксирующие симбиотические бактерии обогащают почву азотными соединениями, которые остаются в почве после гибели и разложения корней, делая её более богатой и плодородной, особенно азотом и белками.

Люпин считался наиболее удачным предшественником в севооборотах, потому что он является бобовой культурой, которая благодаря симбиотическим бактериям накапливает в почве большое количество азота (в 2–3 раза больше, чем другие культуры), что значительно повышает плодородие для последующих культур.

Сероводород (H₂S) не пригоден для жизни подавляющего большинства живых организмов, потому что он токсичен и является сильным клеточным ядом. Он блокирует дыхательные ферменты в митохондриях, что делает невозможным клеточное дыхание (получение энергии).

Существуют следующие версии происхождения сероводорода в Чёрном море:

1. Биологическая версия: Сероводород образуется в результате жизнедеятельности анаэробных (бескислородных) бактерий, которые разлагают органические остатки (трупы, планктон), опускаясь на глубину.

2. Геологическая версия: Сероводород образуется за счёт сероводородных месторождений в морских отложениях или за счёт выхода газа из вулканических пород.

Сероводород не может заполнить весь объём моря, потому что:

1. Он образуется только в анаэробных условиях на большой глубине (более 1000 м) в результате жизнедеятельности бактерий.

2. В верхних, насыщенных кислородом слоях моря сероводород окисляется (разлагается) и не может подниматься выше определённого уровня.

3. На границе кислородной и бескислородной зон обитают хемосинтезирующие бактерии, которые потребляют сероводород, используя его как источник энергии.

Ассирийское войско запаниковало при виде мышей, потому что мыши в то время могли быть разносчиками чумы — страшной и смертельной болезни. Мыши являются переносчиками блох, которые переносят возбудителя чумы (болезнетворную бактерию), вызывающую массовую гибель людей.

Люди покидали свои жилища при обнаружении мёртвых крыс или мышей, потому что это было верным признаком начинающейся эпидемии чумы. Мёртвые грызуны сигнализировали о том, что блохи, жившие на них, ищут нового хозяина, что приводило к быстрому распространению болезни среди людей.

О заболевании, вероятно, чуме, Европа узнала из исторических записей и накопленных наблюдений о связи грызунов и эпидемий, хотя его бактериальная природа была доказана гораздо позже.