Растения без бактерий? это теоретически возможно?

Это тот вопрос, который следует рассматривать более чем с одной точки зрения. Поскольку это предположение, примите как данность, что здесь много «а что, если».

Я сомневаюсь, что большинство животных и растений могут обойтись без бактерий — как вы говорите, большинство необходимых питательных веществ поступает из бактерий, которые фиксируют азот . Если бы на Земле остались только растения, в конце концов растения израсходовали бы весь азот, и им пришлось бы найти способ зафиксировать больше.

Могут ли бактерии появиться только из мира растений? Я не думаю, что вирусы возникают спонтанно, но поскольку в геномы часто встроены вирусы, в течение миллиарда лет или около того это возможно, поскольку бактерии и вирусы продолжают отпечатываться в наших геномах. Произойдет ли это вовремя? Большинство скептически отнеслись бы к тому, что это время сработает.

На практике было бы трудно создать такой мир. Мне было бы интересно посмотреть, сможете ли вы стерилизовать микроорганизмы из семян, не убивая, например, растение. Если вы спрашиваете о небольшой стерильной среде только с растениями, вы можете сделать это, добавив необходимые растениям питательные вещества и дав им солнечный свет. Такие самоподдерживающиеся системы были созданы с использованием цианобактерий, и я был бы удивлен, если бы нельзя было включить растения. Но это закрытые системы и они оцениваются по ограниченному количеству времени, поэтому неясно, является ли это ответом на ваш вопрос. Здесь похоже, что некоторые водные растения и рыбы были сделаны. Если бы был завод, который производил CO₂ с адекватной скоростью, это было бы возможно.

Когда-то там вообще не было животных. Считалось, что какое-то время могли существовать только фотосинтезирующие структуры, лежащие в воде и впитывающие лучи. Неясно, существовали ли, как говорят некоторые, колонии цианобактерий, как мы видим сегодня , или могли быть более крупные доклеточные или протоклеточные структуры. Но восстановление докембрийских конфигураций генов только из геномов растений кажется мне азартной игрой.

Подумайте об этом так: жизнь всегда идет вверх, от менее развитых к более приспособленным, лучше приспособленным к выживанию и размножению.

Ранняя жизнь была бы базовым механизмом, тривиальным по своей природе, который при правильных условиях как бы воспроизводил себя (отчасти, поскольку реплика была бы менее похожа на оригинал, чем при сравнении текущего сходства родителей и детей). По сути, это будет клетка. И ячейка останется клеткой, если объединение с другими ячейками и специализация по функциональности не принесут определенной пользы. Посмотрите это обучающее видео об абиогенезе от cdk007, основанное на работе Джека Шостака.

Но вы знаете, что эволюция — это не процесс изменения всех особей вида в одном направлении, к другому виду. Это процесс разветвления. Таким образом, основные клетки вида А могли бы эволюционировать в отдельные клетки вида В, но это означало бы вымирание вида А только в том случае, если новая среда с новыми организмами станет враждебной, если ресурсы будут скудными, если вид А менее адаптирован, чем все остальные. , так что все остальные занимают нишу A.

Таким образом, когда развиваются многоклеточные организмы, МНОГО одноклеточных организмов уже присутствует и занимает важные ниши. Используются все доступные источники энергии. Если что-то не используется - это новая ниша для любой случайной мутации, которая позволяет организму использовать эту нишу и процветать как новый вид. Так что, как ни посмотри, многоклеточные организмы не начнут существовать без окружающих их одноклеточных организмов. Таким образом, все многоклеточные организмы будут иметь среду, включающую эти «бактерии», поэтому они будут адаптироваться к этой среде. Легче научиться с чем-то жить, чем научиться с этим бороться и затем занять их нишу, потому что для того, чтобы убить и измениться, чтобы занять нишу, требуются гораздо большие изменения в организме.

Жизнь на Земле уравновешена, так как каждый вид занимает свое важное место в круговороте веществ. Это произошло не просто случайно, а является единственно возможным результатом процесса эволюции путем естественного отбора. Иметь мир, полностью избавленный от каких-либо следов примитивных форм жизни, практически невозможно. На Земле у нас все еще есть виды архей, похожие на виды, существовавшие на Земле миллиарды лет назад. Прочтите эту статью в ВикипедииNanoarchaeum equitans , чтобы получить представление о разнообразии жизни .

Одной из важнейших ролей, которую выполняют бактерии, является фиксация азота. Биологическая азотфиксация осуществляется преимущественно бактериями. Нет известных растений, которые экспрессируют фермент нитрогеназного типа. Поэтому растения не могут фиксировать азот.

Без бактерий в экологии... экосистема страдает от азотного голодания.

Тем не менее, денитрификация, удаление связанного азота и преобразование обратно в газообразный азот также катализируются бактериями. Так что никаких бактерий, никаких потерь азота биологическим путем.

Азот можно зафиксировать разрядом молнии. Таким образом фиксируется около 5-8% всего азота http://www.biology-pages.info/N/NitrogenCycle.html . Однако молния вызывает лесные пожары... что приводит к потере азота.

Так, где это оставляет нас? Нам нужно будет угадать, сколько азота теряется в результате лесных пожаров (и захоронения в результате осаждения) по сравнению с увеличением количества азота в результате грозового разряда.

То есть совсем не просто догадаться. В мире с большим количеством осадков (много дождевых лесов)... может быть много молний и не будет пожаров. Но в мире болот также было бы много органического вещества (и азота), теряемого в результате осаждения. В более сухом мире было бы больше пожаров.

Во всяком случае... Я предполагаю, что такой мир нестабилен в долгосрочной перспективе, особенно в геологическом масштабе времени. В конце концов окружающая среда изменится на ту, в которой азот будет потерян, а фиксация молнией уменьшится... и экология рухнет от азотного голодания.

Могут ли бактерии появиться в мире?

Я предполагаю, что нет. Маловероятно, что второе событие абиогенеза произойдет, когда жизнь уже существует. Живое растение в вашем мире предотвратило бы повторное появление любой новой формы жизни. Растения не тихие соседи, занимающиеся своими делами. Растения выделяют токсин, отравляющий другие растения. Ограничить рост. (Отличный пример — грецкие орехи). Корни растений поглощают простые сахара и аминокислоты. Пример. http://link.springer.com/article/10.1007/BF02202082 Так что сырой материал для новой жизни накапливаться не будет.

Тем не менее... нет причин, по которым растительная жизнь не может упроститься до одной клетки... такие крайности случались с паразитическими ракообразными из рода Sacculina... которые меньше похожи на ракообразных (т.е. крабов), чем обычные ракообразные и больше похоже на грибок. https://en.wikipedia.org/wiki/Sacculina Таким образом, у нас могли бы быть одноклеточные растения... происходящие от высших растений.

Что неясно, так это то, могут ли растения повторно вырабатывать фермент для фиксации азота. Нитрогеназа (nif), по-видимому, возникла когда-то у метаногенов и путем латерального переноса генов была перенесена во многие другие бактерии. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3733012/#B7

См. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6164190/

Оказывается, семена без бактерий не могут размножаться, потому что для роста корневым волоскам требуется выработка этилена. Секреты, которые растение не может продуцировать на этапе прорастания (показано, что стерильные семена не могут образовывать корневые волоски на бумаге). Когда бактерии, живущие в корнях растения (эндофиты), питаются сахаром (самим растением), они выделяют этилен в качестве побочного продукта, что приводит к удлинению корневых волосков, что позволяет растениям расти.

Это увлекательный материал, так как я тоже не знал об этом до тех пор, пока не спросил: «Если почвенные микробы важны для роста растений, почему растения могут расти, даже если гидропонные системы смывают бактерии с корней растений?»

Так что нет, ваше растение конопли буквально, физически, биологически не сможет расти без присутствия бактерий.

Вы можете полностью заменить бактерии, фиксирующие питательные вещества, но пока вы не найдете способ инокулировать растения небольшим количеством этилена (технология нанопузырьков?), не окисляя всю корневую систему растения, бактерии по-прежнему необходимы.