Прокариоттардың эволюциясы. Протобионттар деңгейінде ең ерекше деңгейде дамыған прокариоттар (бактерия мен көк-жасыл балдырлар) мен эукариоттар (жасыл өсімдіктер, қалған басқа балдырлар). Даму барысында көптеген жалпы ұқсастықтарды көрсетеді: генетикалық ақпарат, генетикалық код, зат алмасу негіздерін тасымалдаушылардың бірлігі. Прокариоттық деңгей осыдан 3 млрд жыл бұрын болған. Бұл процестер жердің негізгі ерекшеліктерімен сипатталады:
— генетикалық код пен көбею механизмдердің туындауы;
— гендердің репликация және транскрипция процестерінің бөлінуі.
— Сақиналық геномның түзілуі;
— АТФ синтезі үшін ферменттік жүйенің құрылуы.
— Заттардың белсенді тасымалы және аминоқышқыл, нуклеотид, көмірсу, липид және т.б. заттардың синтезінің өзіндік механизмдерінің өндірілуі.
Прокариоттарға бактериялар, көк — жасыл балдырлар жатады.
Бактериялар патшалық асты
Бактериялар (грекше, bakterion — таяқша) — тек микроскопта ғана көрінетін аса ұсақ микробтар және олар көптеген әр алуан аурулар туғызады. Бактерия бір жасушалы организм, көбісі таяқша пішінді болып келеді. Бактерия негізінен түссіз, тек кейбіреулерінде ғана аздап бояғыш заттар кездеседі. Фотосинтез құбылысы жүретін көк-жасыл қызыл түсті өкілдерін цианобактериялар деп атайды; ядросы, митахондриясы, пластидтері қалыптаспаған өте кішкентай біржасушалы организмдер.
Бактериялар — табиғатта ең көп тараған, негізінен бір жасушадан тұратын, оқшауланған ядросы жоқ, ең қарапайым организмдер тобы. Алғаш рет бактерияларды (грекше, bakterion — таяқша) XVII ғасырда голланд ғалымы, микроскопты жасаушы — Антони ван Левенгук байқаған. XIX ғасырда бактериялардың құрылысы мен табиғаттағы ролін француз ғалымы Луи Пастер, неміс ғалымы Роберт Кох және ағылшын ғалымы Джозеф Листер зерттеді. Бактериялардың жасуша құрамында тұрақты жасуша қабаты, цитоплазмалық мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосома болады. Ядроның қызметін дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) атқарады. Бактериялар ядросы мембрана қабығымен оқшауланбаған және онда хромотин жіптері түзілмейді. Бактериялар қарапайым бөліну арқылы көбейеді. Мысалы, 1 г қара топырақта 2-3 млрд бактериялар, 1 г құмды топырақта 150 мың бактериялар, адам көп жиналған бөлме ауасының 1 м3-інде он мыңдай бактериялар тіршілік етеді. Олардың пішіндері әр түрлі: шар тәрізділерін — кокк, қосарланғандарын — диплококк, таяқша тәрізділерін — бациллалар, үтір тәрізділерін — вибриондар, таға тәрізділерін терроидтар, жүзім тәрізді шоғырланғандарын стафилококтар деп атайды (21.1–сурет).
Бактериялардың морфологялық құрлысының алуантүрлілігі
Бактериялардың ұзындығы 1-20 мкм, ені 0,1- 10 мкм, ал жіп тәрізділерінің ұзындығы 50-100 мкм- ге жетеді. Қолайсыз жағдай туғанда сырты қалың қабықпен қапталып спора түзеді. Бактериялар өте төменгі температурада (-190 °С-та, ал споралары -253 °С-та) тіршілік ете береді. Оларды өте жоғары температурада (+100 °С-та) кептіргенде, кейбір түрлері (мысалы, гонококтар) тіршілігін тез жойса, дизентерия таяқшалары жеті тәулік, дифтериянікі отыз тәулік, туберкулездікі тоқсан тәулік, ал түйнеменің бациллалары он жылға дейін тіршілігін жоймайды. Бактерияларды ультракүлгін сәулелері ерітіп жібереді. Қышқылды, қантты, тұзды ортада тіршілік ете алмайды. Бактериялардың көпшілігі зиянсыз, ал зиянды түрлері көптеген жұқпалы аурулар (туберкулез, тырысқақ, көкжөтел және т.б.) тудырады. Бактериялар жасушасында өсімдіктер мен жануарлардың жасушасында болатын элементтердің барлығы кездеседі. Бактериялардың тіршілігінде ферменттердің атқаратын ролі зор. Олардың бір бөлігі (эндоферменттер) бактерияларда синтез, тыныс алу процесін реттесе, ал екіншілері (экзоферменттер) бактериялар арқылы қоршаған ортаға бөлініп шығады. Сондай-ақ олардың тіршілік етуі үшін көміртек пен азот өте қажет. Бактериялар азотты белоктан, амин қышқылдарынан, аммоний тұздарынан, нитраттардан алады, кейбіреулері атмосфера азотын сіңіреді. Бактериялар көміртекті көптеген көмірсулардан, спирттерден, органикалық қышқылдардан және т.б. алады. Органикалық қосылыстардағы көміртекті сіңіретін бактерияларды гетеротрофты, ал атмосферадағы көміртекті сіңіретіндерді автотрофты бактериялар деп атайды. Бактериялар ауа бар жерде де (аэробты бактериялар), жоқ жерде де (анаэробты бактериялар) өсіп-өнуге бейімделген. Өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарын минералдандыру арқылы бактериялар табиғаттағы зат айналымына қатысады.
Мысалы, бактериялар өсімдік қалдығына әсер еткенде, оның құрамындағы крахмал, пентозандар, целлюлоза, пектин заттары су мен көмір қышқылына ыдырайды. Тірі организмдерге шіріту бактериялары әсер етсе, ондағы азот қосылыстары аммиакка айналады. Ал топырақтағы нитрификациялаушы бактериялар аммиакты азот қышқылы тұздарына дейін тотықтырады. Бактериялар топырақ құнарлылығын қалыптастыруға, химиялық элементтердің геохимиялық жолмен алмасуына қатысады, антибиотиктерді, амин қышқылдарын, витаминдер мен ферменттерді және тағы да басқа қосылыстарды түзеді. Бактериялар тамақ және жеңіл өнеркәсіптерінде (сүт тағамдарын әзірлеу, зығырды жібіту және т.б.) кеңінен пайдаланылады.
Бактериялар — ядросыз, микроскопиялық бір клеткалы организмдер (құрылымның прокариоттык типі). Бактериялардың тұқым қуалау материялы (нуклеоид) цитоплазмада орналасқан сақина тәрізді нуклеин қышқылымен (ДНК) берілген. Бактериялардың нуклеин қышқылындағы гендердің саны адам клеткасындағыдан 500 есе аз.
Бактерия клеткасы жарғақшамен қоршалған. Оның ішінде сілемейлі капсуланы, клеткалық қабықшаны, және цитоплазмалық жарғақшаны көруге болады. Клеткалық қабықша муреиннен тұрады. Клеткалық қабықшалардың бояғыштармен бояу қабілетіне қарай грамм — оң және грамм теріс деп ажыратады (бұл әдіс зат ғалымы Грамм ұсынған). Грамм оң бактериялардың муреин қабақшасына басқа заттардың – полисахароид және ақуыздардың молекулалары ендірілген, ал грамм теріс бактерияларда клеткаларының қабықшаларына ерекше қасиет беретін муреин үстінде липидтер қабаты (май тәріздес заттар) орналасқан. Кейбір бактериялардың плазмалық жарғақшасы клетканың ішіне майысып, фотосинтезбен тыныс алуда қатысатын ферменттердің негіздерін құрайды. Бактериялардың цитоплазмасында клетка органоидтарынан тек рибосомалар ғана бар. Эукариот клеткаларына тән органоидтар (ядро, митохондриялар, пластидтер, Гольджи аппараты) бактерияларда болмайды.
Оксифотобактериялар патшалық асты
Цианобактериялар 2 мың түрге жуық 54 бактериялар тіршілік етеді. Бұл үш млрд жыл бұрын пайда болған өте көне организмдер. Клеткалардың пішіні доғалы, цилиндрлі таяқша тәрізді. Ционобактериялар біржасушалы болуы мүмкін немесе көпжасушалы жіпше құрайды клетканың жарғақшасы целлюлоза, нуклеин және пектин заттарынан тұрады. Сыртынан клеткалар тығыз қапшық тәрізді сілемеймен қапталған. Барлық прокариоттар сияқты оларда ядро болмайды. Цианобактериялар клеткаларының түсі әр түрлі — көк-жасылдан күлгін қызыл және қараға дейін. Мұндай спектр ерекше пигменттер жинағымен анықталады, олар – хлорофилдер, ксантофилдер және фикобилиндер. Цианобактериялар жасушаның екіге бөліну арқылы көбейеді.
Тіршілік ету ерекшелігі фотосинтезбен атмосфералық азотты азотфиксациялау қабілеті болып табылады. Көне дәуірде Архей заманында атмосферасы оттегімен цианобактериялардың фотосинтезі қызметінің арасында байыған. Цианобактериялардың негізгі бөлігі тұщы суларда, ал кейбір аздау түрлері теңіздерде мекен етеді. Шалшық сулардың қарқынды гүлдеуі цианобактериалардың көбеюімен байланысты. Азотфиксациялайтын цианобактериялар ауа азотын меңгеріп, оны басқа организмдер пайдалана алатын қолайлы қосылыстарға айналдырады. Цианобактериялардың маңызы: зат және энергия айналымында үлкен роль атқарады.