Capítulo 3: Perfeitamente Adaptou

Como complexo a primeira célula viva era, quando surgiu uns 3,8-4,0 bilhões anos atrás? E como complexo os organismos unicelulares são, enquanto vivendo hoje? Eles são primitivos? O que têm algum do mundo está conduzindo microbiologicos descoberto agora sobre isto?

Thomas D. Brock é o Professor ao Universidade de Wisconsin. E Michael T. Madigan é o Professor ao Universidade de Illinois Sulista, E.U.A.. Eles escrevem na Biologia de livro de ensino deles de Microorganismos: "Um ponto que merece ênfase aqui é, que nenhum dos organismos que estão vivendo hoje é primitivo. Formas de vida todo existentes são organismos modernos. Eles são adaptados bem para, e próspero em, os nichos ecológicos deles. Certo destes organismos realmente possa fenotipocal por semelhante para organismos primitivos. E eles podem representar talos da árvore evolutiva que não mudou para milhões de anos. Neste respeito eles são relacionados a organismos primitivos, mas eles não se são primitivo." (1991:684).

Podido um arquebactéria, adaptado a água fervente, evolui em lá em formas mais altas de vida, como acreditam evolucionaste?

Professores Brock e Madigan: "Não é conhecido, por que arquebactérias é os evoluindo mais lentos dos três reinos. Mas pode ser relacionado aos ambientes extremos habitando deles. Por exemplo, organismos que vivem em ambientes térmicos têm que manter esses genes que especificam características de fenotipico que os adaptam a temperaturas altas. Estes genes não podem ser mudados significativamente durante evolução, se o organismo é se manter nestes ambientes. Realmente, através de ribosomal RNA sucessão critérios, organismos como o extremamente arquebactérias de termofilico, provável terá estado entre as formas de vida mais cedo. As propriedades de fenotipico deste grupo, termofilici, e organotrofia de anaeróbio/metabolismo litotrofico, concorde bem com o fenótipo de organismos primitivos que são preditos de uma consideração de condições de geoquímico de terra cedo." (1991:814).

"Temperatura é um dos factores ambientais mais importantes que influenciam o crescimento e sobrevivência de organismos. Pode afectar organismos vivos em qualquer um de dois modos adversários. Como elevações de temperatura, substância química e reacções enzimáticas na célula procedem a taxas mais rápidas e crescimento fica mais rápido. Porém, sobre uma certa temperatura, proteínas, ácidos nucleos, e outros componentes celulares são sensíveis a temperaturas altas e podem ser desnaturaste de irreversível. Então, normalmente como a temperatura é aumentada dentro de uma determinada gama, crescimento e funções metabólicas aumentam até certo ponto, onde reacções de inactivação começaram. Sobre este ponto, funciona célula caia zerar nitidamente. Assim nós achamos, que para todo organismo há uma temperatura mínima debaixo da qual crescimento já não acontece, uma temperatura óptima à qual crescimento é muito rápido, e uma temperatura de máximo sobre a qual crescimento não é possível.

"A temperatura óptima sempre está mais próxima o máximo, que o mínimo. Estas são temperaturas, frequentemente chamou as temperaturas cardeais, é característica geral para cada tipo de organismos. Mas não é fixado completamente, como eles podem ser modificados através de outros factores no ambiente." Brock e Madigan (1991:321).

Acidez e Alcalinidade (pH)

O que significa a pessoa por acidez e alcalinidade? Como isso afecta o organismo unicelular?

Professores Brock e Madigan: "Acidez ou alcalinidade de uma solução são expressadas por seu valor de pH em uma balança na qual neutralidade é pH 7. Esses valores de pH que são menos que 7 são ácidos, e esse maior que 7, é alcalino (ou básico). É importante, se lembrar, aquele pH é uma função logarítmica; uma mudança de uma unidade de pH representa uma mudança de dez-dobra em concentração de íon de hidrogénio. Assim vinagre (pH se aproximam 2) e amónio domésticos (próximo pH 11) difira em concentração de íon de hidrogénio antes de uma bilhão vezes.

"Cada organismo tem uma gama de pH dentro a qual crescimento é possível. E normalmente tem um pH bem definido óptimo. A maioria dos ambientes naturais tem valores de pH entre 5 e 9. E organismos com óptima nesta gama são muito comuns. Só alguns espécies podem crescer a valores de pH de menos que 2 ou maior que 10. São chamados organismos que vivem a baixo pH acidófilos. Fungos como um grupo tendem, ser mais ácido-tolerante, que bactérias.

"Alguns organismos podem ser considerados alkalinofilicos, porque eles têm óptima de pH alto, às vezes tão alto quanto pH 11-12. Normalmente são achados microorganismos de Alkalinifilico em habitat básicos altos, como lagos de refrigerante e terras de alto carbonato.

"Embora a maioria das bactérias cresce melhor a pH neutro, bactérias de acidofilico também existem. Na realidade, algumas destas bactérias são obrigue acidofiles. Eles não podem crescer nada a pH neutro. Obligato acidofilico bactérias incluem várias espécies do género de eubacterial Thiobacillus. E vários genera do arquebactérias, inclusive Sulfolobus e Thermoplasma. Thiobacillus e Sulfolobus, exiba uma propriedade interessante. Eles oxidam minerais de sulfide e produto ácido sulfúrico. ... É estranho considerar, que para obrigue acidofiles um pH neutro é realmente tóxico! Provavelmente o factor mais crítico para obrigue acidofilia é a membrana de protoplasma. Quando o pH é elevado a neutralidade, a membrana de protoplasma de obrigue de fato bactéria de acidófilo dissolve, e o lise de células (= se quebre). Isto sugere, são requeridas aquelas concentrações altas de íones de hidrogénio para estabilidade de membrana." (1991:327, 328).

Autotrofo

O que são autotrofo? E como estes organismos unicelulares vivem?

Brock e Madigan: "Organismos que usam substâncias químicas inorgânicas ou iluminam como fontes de energia, é frequentemente capaz, crescer na ausência completa de materiais orgânicos. Eles usam gás carbónico como a fonte exclusiva delas de carbono. O termo autotrofo (significando literalmente, ego alimentando) às vezes é aplicado a organismos que são capazes obter tudo do carbono do que eles precisam, de fontes inorgânicas. Note, aquele autotrofo não recorre à fonte de energia que é usada mas para a fonte de carbono. Autotrofo são de grande importância ao funcionar da biosfera, porque eles são capazes, sintetizar assunto orgânico de inorgânico (não-vivo) fontes. Porque os humanos e outros animais requerem carbono orgânico, a vida da própria biosfera depende dos actividade de organismos autotrofos. O processo pelo qual gás carbónico é usado como uma fonte de carbono exclusiva, às vezes é chamado fixação de CO₂ autotrofa. (1991:562).

Sendo pequeno é importante

Muitos das bactérias e arquebactérias que são adaptados a água quente ou fervente são bastante pequenos. Por que eles são tão pequenos? As células menores são as células mais primitivas?

Brock e Madigan: "Microorganismos são pequenos. E sendo pequeno tem várias vantagens fisiológicas. A taxa à qual nutrientes e produtos de desperdício passam em ou fora da célula, é em geral inversamente proporcional a tamanho de célula; transporte taxa em troca afecte a taxa metabólica de um organismo e taxa de crescimento. Assim, o menor a célula, o mais rápido é sua taxa de crescimento potencial.

"A acumulação de nutrientes e eliminação de produtos desperdício de uma célula envolve a superfície de célula, especialmente a membrana de célula. O citoplasma da célula onde muitos actividade metabólicos essenciais acontecem, comunica com o ambiente externo pela membrana de célula, e a taxa de superfície de membrana disponível transportar materiais dentro e fora da célula. Quer dizer, uma relação existe entre volume de célula e área de superfície de célula. A área de superfície de célula é uma medida boa da quantia de membrana disponível.

"Porém, a relação entre volume e superfície não é constante. Este ponto pode ser visto facilmente no caso da esfera na qual o volume é uma função do quadrado do cubo do rádio (V = 4/3 pi x r³). E a área de superfície é uma função do quadrado do rádio (A = pi x r3). A superfície/relação de volume de uma esfera pode ser expressada então como 3/r. Assim uma esfera menor (r menor avaliam) tem uma relação mais alta de área de superfície a volume, que uma esfera maior.

"Voltar a um exemplo biológico, uma célula pequena deveria ter troca mais eficiente então com seus ambientes, que uma célula grande. Tamanho de célula não pode ser reduzido indefinidamente, porém. Porque um certo volume mínimo é necessário para uma célula, conter toda a informação genética e aparato bioquímico, como enzimas e ribosomo.

"Embora a maioria das células procarioticas é pequeno, há uma variação larga em tamanho entre organismos diferentes. A maioria das bactérias tem célula distinta amolda que permanece mais constante embora forma pode ser influenciada até certo ponto pelo ambiente. A forma de uma célula definitivamente afecta sua ecologia. Por exemplo, Cocci que é redondo, se torne menos torcido ao secar, e assim normalmente pode sobreviver dessecação mais severo, que enlate varas ou espirais. Cocci pode existir como células individuais ou forma arranjos regulares de células. Por outro lado, varas têm mais superfície exposta por volume de unidade, que cocci, e assim pode levar mais prontamente para cima nutrientes de dilua soluções. Até mesmo bactérias quadradas são conhecidas. Estes organismos incomuns são bastante distintivos nos lados directos deles e cantos de direito-ângulo. Só foram achadas bactérias quadradas em ambientes extremamente salgados, como salmoura. Eles são usados para produção comercial de sal. É pensado, que a morfologia incomum delas é relacionada às tensões que eles têm que negociar com nos ambientes deles, por causa de conteúdo de sal alto." Brock e Madigan (1991:43).

Quando a pilha se ampliar, também a relação de seu volume (índice) comparado a seus aumentos de superfície. De: M. T. Madigan Et al. Biologia de Brock dos microorganismos (1997:62) Fig. 3.14. Maior a superfície é, comparado a seu volume, mais rápida a pilha será capaz de viver. Alguns bactérias e arquéas estão vivendo na água fervendo, no limite da vida. Isso é porque devem ser pequena. Necessitam uma superfície grande, de modo que seu metabolismo seja muito elevado. O volume da esfera (globo, esfera) um calcula como este: r³ de 4 pi. E a superfície da esfera com um raio r = r² de 4 pi. Contem também o círculo número pi. Isto mostra-nos: A informação e a matemática existem independentemente da humanidade dentro do mundo da física e da biologia. A informação e a matemática vêm sempre de uma pessoa inteligente, do criador.

Pequeno, não primitivo

O bactéria e célula de arquea é pequena, comparado a plantas e animais. Isto significa, então, que eles são primitivos, pre-fase na evolução de vida? - Não. O que descobriram os cientistas agora sobre isto?

Wolfgang Fritsche é o Professor de Microbiologia ao Friedrich-Schiller-Universidade em Jena, Alemanha Oriental. Ele acredita em evolução e escreve: "A evolução natural dos organismos entrou obviamente em duas direcções, em o de miniaturar e que de complexidade. Ambas as estratégias de evolução tiveram sucesso, como a coexistência do profissional - e eucariontes nos ecossistemas naturais delas mostram para nós. Assim, a pessoa não deveria falar aqui quase abaixe e organismos mais altos, mas sobre organismos com um mais simples e uma organização mais complexa. O organismo miniaturado cumpre todos os critérios de vida muito efectivamente: ego reprodução, metabolismo, e transferência de massa, recepção notável e -reacção, mobilidade." (1990:32).

Debaixo do título "Dimensões de célula Pequenas - grande produção", Professor Wolfgang Fritsche diz então: "A relação grande de superfície para volume permite uma interacção intensiva com o ambiente. Microorganismos têm um 'maneira de extroverto' de vida. Devido às distâncias transportando relativamente curtas na célula, isto conduz a desempenhos metabólicos grandes. Respiração é uma medida de metabolismo. As bactérias têm uma taxa de respiração (QO₂ = µm O₂ por 1 mg de h^-1 de substância seco celular) de cerca de 1.000, fermento de cerca de 100, e animalos e tecidos vegetativos de cerca de 1-10. Para metabolismo bacterial, Thiemann (1964) nos dá um ideia claro.

"Uma bactéria que fermenta lactose metaboliza dentro de uma hora 1.000 a 10.000 vezes como muito substrato, como seu próprio peso de corpo. Se um ser humano quisesse metabolizar 1.000 vezes como muito açúcar, como o próprio peso de corpo dele, que ele precisaria de cerca de 250.000 horas para isto: sobre meio a vida dele." (1990:33, 34).

"Outro aspecto da produtividade microbial grande é seu crescimento. Bactérias como Escherichia coli têm debaixo de condições óptimas, um tempo gerador de 20 minutos, fermento, cerca de 2 horas. Por este tempo, a biomassa se dobra cada tempo. Este contínuo de uma maneira exponencial... De proteína produção microbiana, calculou a pessoa: na fábrica de forragem fermento com 500 kg proteína que começa biomassa, dentro de 24 horas, pode ser produzida 50.000 kg proteína. Mas uma vaca, (com um peso de corpo de 500 kg), produz em 24 horas só proteína de 0,5-kg. A biomassa de uma vaca jovem se dobra dentro de 1-2 meses, quer dizer, em aproximadamente 2.000 horas. Em resumo, nós podemos dizer aqui, que microorganismos, comparados à biomassa delas, são cerca de 100-1.000 vezes tão produtivo quanto plantas e animais." Fritzsche, W. (1990:34).

Isso era sobre fermento. Você também poderia dar um exemplo sobre o crescimento de populações bactérias?

Prof. Wolfgang Fritsche: "Quando a célula individual crescer, a célula divide; e o número de células aumentará então, a população de célula crescerá. Crescerá exponencialmente, fora de uma célula se tornará dois, fora de dois, quatro, e assim por diante. - Quando uma célula se divide dentro de 30 minutos (tempo de geração 0,5 h): Em uma hora há dois duplicaçãos (dividindo taxa 2 h). Continuará crescendo exponencialmente, até que uma substância de comida fica muito escassa. Durante os métodos de cultura que são agora comumente usado em microbiologia esta limitação para bactérias, enquanto crescendo depressa a uma temperatura óptima, será alcançado dentro de um dia. Em uma cultura em um sistema fechado (conhecido como uma cultura de grupo), as bactérias multiplicarão 1.000-100.000fold, por exemplo, de 10⁶ a 10¹⁰ células por ml.

"Como nutrição rápida limitará crescimento exponencial, um cálculo dos livros de ensino de Stanier et al. (1983) mostrará para nós. Se uma bactéria, com um tempo gerador de 20 minutos multiplicaria exponencialmente durante 48 horas, uma massa de 2,2 x 10³¹ g seria alcançado. Isso é cerca de 4.000 vezes o peso de nossa terra." (1990:259).

Bem adaptado a seu Ambiente

A bactéria é adaptada bem a seu ambiente. - Por que? Como faz isso?

Prof. Wolfgang Fritsche: "UM tipo microbiano (de bactéria) é capaz, se adaptar depressa a muitas condições ambientais diferentes. Esta flexibilidade é um das estratégias de sobrevivência de microorganismos. Assim, eles podem sobreviver dentro o deles 'maneira de extroverto' de vida as condições ambientais variáveis. A célula bactérial é tão pequena, que só alguns das enzimas, codificados em sua informação genética, têm bastante quarto nisto. Um jogo de enzimas das que são precisadas para o metabolismo básico sempre está lá. Eles são chamados constitutivo. As outras enzimas são feitas, quando precisou. Para isto, têm as células um muito altamente desenvolveu sistema por regular a síntese de enzima... Permite uma utilização muito económica de substratos. Primeiro, usa as substâncias de comida que entram directamente no metabolismo celular como aminoácidos. Quando eles forem usados para cima, muitos micróbios são capazes, sintetizar aminoácidos fora de amónio e açúcares. Para isto, são precisadas de enzimas extras. Eles são sintetizados então debaixo destas condições." Fritzsche, W. (1990:34, 35).

Moléculas em Células

A célula é composta de tipos diferentes de moléculas: de ácidos núcleos e proteínas. Como complexo eles são? E em quantas formas diferentes podem ser feitos eles?

James Darnell é o Professor ao Universidade de Rockefeller. Ele e os colegas de trabalho dele declaram no livro de ensino deles Molecular Biology (Biologia Molecular): "São feitos ácidos núcleos de quatro nucleotides diferente, unidos junto em cadeias que podem ser muito tempo milhões de unidades. Porque este subunidades podem ser unidos em qualquer ordem, o número de possíveis ácidos núcleos que unidades de n desejam é 4ⁿ. Um 10-unidade ácido nucleio tem 4¹⁰ (mais que 1 milhões) possíveis estruturas; um 100-unidade ácido nucleio tem 4¹⁰⁰ (mais que 10⁶⁰).

"As reacções químicas que constituem vida processam, são dirigidas e controlaram através de proteínas. Há 20 aminoácidos diferentes em proteínas. Assim uma proteína de 100-unidade tem 20¹⁰⁰ (mais que 10¹³⁰) possíveis estruturas. Estes meios de variabilidade enormes que células e organismos grandemente diferem em estrutura e funcionam, embora eles sejam construídos dos mesmos tipos de biopolimeres que é produzido através de reacções químicas semelhantes." (1990:43, 44).

Por que tem a primeira célula viva terra acesa surgido? Por que existe?

Professor James Darnell e colegas de trabalho: "UMA teoria detalhada de evolução que explicaria como as interacções de oligonucleotide ologopeptide primitivas desenvolveram em um sistema de tradução de funcionamento, está completamente além dos limites de conhecimento presente. ... Nós indicamos mais cedo, aquelas conclusões absolutas sobre a natureza dos genes mais cedo ou as células mais cedo nunca podem ser possíveis." (1990:1056, 1071).

O código genético e o aparato de tradução da célula: Por que eles surgiram? Como eles surgiram?

Prof. James Darnell e colegas de trabalho (que acreditam em evolução): "Durante precelular evolução dois diferente, mas coordenou problemas tiveram que ser resolvidos, habilitar ácidos núcleos, armazenar informação que poderia especificar proteínas. Primeiro, uma correspondência teve que ser estabelecida entre uma ordem linear em um polimer e uma ordem linear dentro o outro. Quer dizer, um código teve que desenvolver; segundo, uns meios para traduzir a uma ordem linear no outro teve que ser achado. Nós sabemos, que em todas as células o nucleotide de três letra actual codificam em mRNA cumpre a primeira destas exigências, e que a função de tradução é levada a cabo por tRNA que é ligado ao ribosomo.

"Porém, o mecanismo pelo qual o nucleotide codificam ' palavras era escolhido, sempre pode permanecer especulativo, porque não há nenhuma complementaridade química conhecida entre o três nucleotides de um codon e seus aminoácidos de cognato." (1990:1131).

Comentário: A célula tem um código de nucleotide de quatro letra. Cada nucleotide tem três letras.

Perfeitamente adaptado

Como bem é a célula adaptada a seu ambiente, por exemplo, para sua provisão de comida? E o que comeu a primeira célula viva?

Frederick C. Neidhardt é o Professor ao Universidade de Michigan, Ann Arbor. Ele e os colegas de trabalho dele declaram na Physiology of the Bacterial Cell (Fisiologia de livro de ensino deles da Célula Bactérial) (1990:418): "São adaptadas particularmente bem bactérias explorar o ambiente nutricional delas e converter isto na própria forma especial delas de vantagem selectiva - taxa de crescimento alta. Para realizar este feito notável, a maquilagem de uma célula bactérial muda profundamente com crescimento nutrição imposto taxa: composição de macromolecular e mudança de tamanho de célula com taxa de crescimento. O teleológico argumentam para algumas destas mudanças é óbvio.

"Por exemplo, se uma bactéria for crescer mais rápida, precisa de maquinaria mais proteína sintetizando para realizar a tarefa. Mas maquinaria nova sempre é uma despesa desvantajosa. Assim, para uma célula bactérial crescer à taxa de máximo que um apoio de testamento médio particular, tem que conter uma quantia óptima precisamente fixada de proteína sintetizar maquinaria. Mais, ou menos, diminuiria sua taxa de crescimento. Em contraste, a vantagem fisiológica de um pouco de outro crescimento mudanças taxa associadas - por exemplo, conteúdo de DNA e tamanho de célula - não é tão imediatamente aparente; mas, como veremos nós, eles, também, são essenciais, se a célula bactérial é tirar proveito de seu ambiente nutritívo. Todas estas mudanças agem coordinato, maximizar taxa de crescimento da célula bactérial no ambiente particular disponível para isto."

As primeiras bactérias e arquebactérias que surgiram uns 3,8-4,0 bilhões anos atrás tiveram que se manter em comida inorgânica, como gás carbónico. Outros tipos de bactérias, feitos depois deles, puderam se manter nos restos de bactérias mortas então: em comida orgânica. - O que é mais complicado: se manter em comida inorgânica ou em comida orgânica?

Prof. F. C. Neidhardt e colegas de trabalho: "Crescimento em uma única fonte de carbono e energia - um substrato - requer um nível celular relativamente alto de enzimas que metabolizam o substrato e alimentam os produtos catabolios nos atalhos abastecendo centrais. Porque todos os atalhos metabólicos na célula fluem do metabolites produzido por estas enzimas catabolias. Bactérias se aparecem capazes sentir a conveniência de cada atalho catabolio em uma determinada circunstância e regular expressão de gene adequadamente." (1990:375).

Ordem criando

A célula viva é organizada ordenadamente. É projetado para um certo propósito. - Por que esta ordem na célula viva surgiu? Como surgiu?

Professor Bruce Alberts e colegas de trabalho dizem no livro de ensino deles Molecular Biology of the Cell (Biologia Molecular da Célula): "Milhares de reacções químicas diferentes acontecem em uma célula a qualquer imediato de tempo. As reacções são tudo unidos junto em cadeias e redes. Neles o produto de uma reacção se torna o substrato do próximo. A maioria das reacções químicas em células pode ser classificado asperamente como estando preocupado com catabolismo ou com biossíntese. Reacções de biossíntese começam com os produtos de intermediário de glicolis e o ciclo cítrico (e próximo relacionado compõe) e gera as moléculas maiores e mais complexas da célula." (1989:71).

Por que a célula faz proteína? Como tem a fabricação de proteína na célula surgido?

Prof. Bruce Alberts e colegas de trabalho que acreditam em evolução: "Os processos moleculares nos quais síntese de proteína é baseada, pareça complexo de inexplicável. Embora nós podemos descrever muitos deles, eles não fazem sentido conceitual do modo que transcrição de DNA, conserto de DNA, e repleção de DNA fazem. Como vimos nós, síntese de proteína em centros de organismos atuais em uma máquina de ribonucleoprotein muito grande, o ribosomo. Consiste em proteínas que são organizadas ao redor de um caroço de moléculas de rRNA. Por que moléculas de rRNA deveriam existir nada, e como eles vieram fazer tal um papel dominante na estrutura e função do ribosomo? A resposta nos ajudaria a entender síntese de proteína indubitavelmente. ... Síntese de proteína também confia pesadamente em um número grande de proteínas diferentes que são encadernado no rRNAs no ribosomo. A complexidade de um processo com tantos componentes interagindo diferentes fez muitas biólogas desesperar de sempre entender o atalho pelo qual síntese de proteína evoluiu." (1989:219).

Como a expressão de gene da célula é controlada? Como a célula sabe, quando fazer quantos disso que no momento certo?

Prof. Bruce Alberts e colegas de trabalho: a sucessão de DNA de "Um organismo codifica tudo do RNA e moléculas de proteína que estão disponíveis construir suas células. Ainda uma descrição completa da sucessão de DNA de um genoma - seja isto alguns milhões de nucleotides de uma bactéria ou o 3 bilhão nucleotides de um humano - proveria relativamente pequeno entendendo do próprio organismo. Foi dito, que o genoma representa um completo 'dicionário' para o organismo, contém tudo do 'palavras' que estão disponível para sua construção. Mas nós enlatamos nenhum mais reconstrua um jogo por Shakespeare de um dicionário de palavras inglesas. Em ambos os casos está o problema, saber como os elementos no dicionário são usados. O número de possíveis combinações de elementos é tão vasto, que obtendo o próprio dicionário, é a parte relativamente fácil e só um começo para resolver o problema.

"Claro que, nós ainda somos mesmos longe de ser capaz para 'escrever' um organismo da sucessão de seu genoma. Isto requererá um entendendo muito mais completo de tudo de biologia de célula. Isto inclui conhecimento de como os milhares de moléculas grandes e pequenas em uma célula se comportam, uma vez eles foram sintetizados." (1989:219)