Отдельные клетки, содержащие ДНК, которая не находится в протективном ядре, называются прокариотами. Клетки с ядром, как у всех млекопитающих, называются эукариотами. В любом случае бактериальная ДНК обычно располагается в хромосомах линейной или круглой формы, которые плавают в цитоплазме организма внутри клеточной стенки или мембраны.
Различные виды бактерий получают энергию из разных источников. Например, фотосинтезирующие бактерии используют энергию солнца в сочетании с углекислым газом и водой для производства глюкозы и кислорода. Другие бактерии питаются отходами и мертвыми организмами или получают энергию, расщепляя химические соединения в окружающей среде или от организмов, таких как растения или люди, на которых они живут или внутри которых они обитают. Некоторые из них живут во взаимовыгодных отношениях со своими хозяевами, другие являются патогенными и вредят своим хозяевам.
Бактерии впервые появились на Земле миллиарды лет назад. Ученые обнаружили окаменелости этих крошечных организмов в австралийских породах Apex Chert, датируемых 3,5 миллиардами лет, и есть доказательства того, что бактерии могли существовать даже 4,41 миллиарда лет назад, вскоре после появления океанов. Никто не знает, как они появились, хотя мы знаем, что когда все началось, Земля сильно отличалась от того мира, который мы знаем сегодня.
Посетители из другого мира, прибывшие три миллиарда лет назад, обнаружили бы планету, лишенную макрожизни - ни рыб, ни рептилий, ни млекопитающих, ни птиц, ни растений. Они обнаружили бы более тонкую атмосферу, состоящую в основном из углерода и азота, и увидели бы континенты и океаны, которые показались бы им пустыми. Но если бы у них было зрение или приборы для обнаружения микробов, они бы нашли мир, кишащий жизнью.
Если перенестись примерно на миллиард лет назад, гость попал бы в мир, все еще кишащий бактериями и лишенный большинства других форм жизни. Вирусы, вероятно, уже существовали, хотя когда они впервые появились, неизвестно. Согласно одной из теорий, они развились, когда Земля была молодой, от общего предшественника, который также привел к появлению бактерий. Но вместо того чтобы усложниться, протовирусы сбросили гены и упростились, превратившись в настоящие вирусы около 1,5 миллиарда лет назад. Это утверждение находит определенную поддержку в ископаемых. Теория также была проверена с помощью сложного алгоритма, построенного на основе данных об известной эволюции современных белков, критически важных для функционирования вирусов.
Этот второй инопланетный гость также обнаружил бы сильно изменившуюся атмосферу, в основном благодаря бесчисленным фотосинтезирующим бактериям, которые уже более миллиарда лет выделяли кислород в качестве побочного продукта своего метаболизма.
Переход от атмосферы, состоящей в основном из углерода и азота, к насыщенному кислородом воздуху постепенно превратил Землю в планету, на которой могли бы существовать многоклеточные организмы, знакомые нам сейчас. Они начали появляться около шестисот миллионов лет назад и в конце концов включили в себя нас.
"В глубокие геологические времена микробы отвечали за геоинженерию нашей планеты, чтобы в конечном итоге она стала пригодной для жизни, и они продолжают это делать", - говорит Крис Дюпон, занимающийся исследованиями в области микробной и экологической геномики в JCVI. Сегодня бактерии и другие микроорганизмы в океанах производят не менее половины кислорода на Земле, а возможно, и до 80 процентов. Только одно фотосинтезирующее семейство бактерий, Prochlorococcus, производит до 20 процентов всего кислорода в биосфере нашей планеты. Это больше, чем все тропические леса вместе взятые - растения являются другим основным источником кислорода в нашей атмосфере. Этот процесс является частью тщательного баланса, который человеческая деятельность начинает изменять не в лучшую сторону для поддерживающей нас экосистемы - к этой теме мы еще вернемся на следующих страницах.
Бактерии размножаются в основном путем бинарного деления: они делятся на две "дочерние" клетки, которые идентичны родительской клетке. Однако иногда в процессе дупликации происходят ошибки. Большинство этих ошибок нейтральны, но некоторые подрывают выживание конкретной бактерии, приводя к ее гибели или, если вредная мутация достаточно широко распространена в каком-либо виде бактерий, к их вымиранию. Другие мутации выгодны, и организмы живут, чтобы передать их своему потомству. Некоторые бактерии передают гены не путем бинарного слияния, а при тесном контакте с другими бактериями. Хищная бактерия может даже, питаясь другой бактерией, получить часть ДНК ее жертвы.