Урок Получить доступ за 75 баллов Бактерии

Бактерии - самые многочисленные и древние обитатели нашей планеты.

Относятся к царству Монер.

Без бактерий наша жизнь была бы невозможна. В это же время бактерии, как и вирусы, могут лишить нас жизни в считанные часы.

Невидимые невооруженным глазом, они присутствуют повсеместно, их живучесть и способность приспосабливаться поражает!

Они существовали до нас, но прекрасно себя чувствуют сегодня с нами и без проблем переживут любой всемирный катаклизм, даже если он уничтожит на планете все остальные формы жизни.

Второе, привычное для многих, название бактерий - микробы.

И именно из-за них мы должны так часто мыть руки, особенно перед едой.

Предполагают, что количество бактерий на Земле может составлять около миллиона, но учеными описаны около десяти тысяч видов.

Основные особенности бактерий:

• имеют клеточное строение
• относятся к прокариотам, то есть доядерным микроорганизмам
• отсутствует выраженное ядро
• ядерное вещество свободно расположено в цитоплазме - не в ядре и без ядерной оболочки

Разнообразие бактерий по типу дыхания

По типу дыхания микроорганизмы классифицируют на четыре группы:

• облигатные (безусловные) аэробы - растут и размножаются при наличии кислорода
• микроаэрофильные бактерии - развиваются при очень низком содержании кислорода (менее 1%)
• факультативные анаэробы - развиваются как при наличии кислорода, так и в его отсутствии. Это свойство им обеспечивают ферменты, способные работать в среде как с кислородом, так и без него
• облигатные анаэробы - для их роста кислород не нужен

Анаэробные и аэробные бактерии можно определить и выделить на жидкой питательной среде, наблюдая, какие зоны в пробирке они занимают:

1. облигатные аэробные бактерии, в основном, собираются в верхней части пробирки, чтобы поглощать максимальное количество кислорода

2. микроаэрофилы собираются в верхней части пробирки так как могут расти при малом количестве кислорода

3. факультативные анаэробные бактерии собираются в основном в верхнем слое, однако могут быть найдены и на всем протяжении среды, так как их рост от наличия кислорода не зависит

4. облигатные анаэробные бактерии собираются в нижней части, там где нет кислорода, либо вообще не растут

Разнообразие бактерий по способам питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания.

Автотрофы (от греч. «аутос»- сам и «трофе»- пища) - организмы, которые способны самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Это самое начало пищевой цепочки всего живого на Земле, ведь именно автотрофы производят органические вещества, которыми в последующем питаются более высшие организмы.

В качестве источника энергии автотрофы используют:

• свет, и называются фотоавтотрофы (пример: цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии)

Цианобактерии считаются одними из самых древнейших организмов на Земле.

Возраст некоторых представителей, остатки которых были обнаружены на Земле, составляет более 3,5 млрд. лет.

Это единственные бактерии, способные к фотосинтезу.

Цианобактерии имеют наиболее сложное строение по сравнению с остальными прокариотами. Они обладают полноценным фотосинтетическим аппаратом. Это предки хлоропластов.

Цианобактерии отличает чрезвычайно развитая система внутриклеточных впячиваний цитоплазматической мембраны «бактериальные тилакоиды» с фотосинтезирующими пигментами, где и осуществляется световая фаза фотосинтеза, а темновая фаза протекает в цитоплазме клетки.

Так выглядит культура цианобактерий на чашке Петри:

• Химическую энергию окисления неорганических веществ (такие бактерии называются хемоавтотрофы). К ним относятся серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии. 

Хемосинтез - способ автотрофного питания, при котором происходят реакции окисления неорганических соединений с целью получения энергии, которая необходима для синтеза органических веществ.

Посмотрите на завораживающе красивый слой серобактерий в озере парка Йеллоустоун:

Гетеротрофы (от греч. «гетерос»- другой и «трофе»- пища) - это организмы, которые используют для своего питания готовые органические вещества. 

Гетеротрофные бактерии делятся на:

• сапрофитов
• симбионтов
• паразитов

Бактерии-сапрофиты (от греч. «сапрос»- гнилой, «фитон»- растение) питаются органическими веществами гниющего или мертвого органического продукта.

Процесс его переваривания сапрофитами выглядит следующим образом. Внутри клетки бактерии образуются особые ферменты, которые она выделяет в ту среду, где находится. Ферменты разрушают эту среду и бактерия свободно перерабатывает продукты.

Бактерии-симбионты (от греч. «симбионтос»- сожительствующий) живут вместе с другими организмами, причем в этом союзе может быть взаимная польза.

Например, бактерии, которые живут в клубеньках растений семейства бобовых, из воздуха забирают азот, являющийся удобрением для растения.

Клубеньковые бактерии снабжают бобовые растения азотом, преобразуют азот в доступную для растений форму, а растение, в свою очередь использует этот связанный азот и доставляет клубеньковым бактериям органические вещества (сахар, крахмал).

Некоторые бактерии живут в кишечнике более высших животных (и человек здесь не исключение), вырабатывают витамины группы B и K, что очень полезно для хозяина.

Клубеньковые бактерии на корнях фасоли:

Бактерии-паразиты (от греч. «паразитос»- нахлебник)

Пожалуй, самые вредные из прокариот. Активно размножаясь в тканях жертвы они наносят ощутимый вред своему хозяину, что может привести даже к его смерти.

Заболевания, вызываемые такими паразитами, называются бактериозы, а сами бактерии патогенными (от греч. «патос»- страдание).

Известно, что туберкулезная палочка:

• аэробная бактерия нуждается в наличие кислорода
• микроскопических размеров - размеры организма составляют в длину 1–10 мкм, а в диаметре 0,2–0,6 мкм
• патогенная бактерия, которая вызывает поражение внутренних органов человека

Так устроено, что, для того чтобы бактерии завоевывали как можно больше территории своей среды обитания, их кто- то должен переносить или транспортировать.

Роль таких «перевозчиков» выполняют другие организмы (клещи, мыши, комары, птицы и прочие животные).

Растение, пораженное паразитической бактериальной инфекцией. Правда, неприятное зрелище!

Основные особенности бактерий:

• имеют клеточное строение
• относятся к прокариотам, то есть доядерным микроорганизмам
• отсутствует выраженное ядро
• ядерное вещество свободно расположено в цитоплазме - не в ядре и без ядерной оболочки

Учеными-микробиологами на данный момент описано уже более двух тысяч различных бактерий.

И они действительно есть повсюду!

Отдельные виды встречаются в вечной мерзлоте Антарктиды при температуре -80°С и в горячих источниках, температура которых достигает 90°С!

Больше всего бактерий находится в почве: в одном килограмме земли их намного больше, чем людей на всей нашей планете.

Формы бактерий

По форме клеток бактерии бывают:

1. Кокки (округлые). Различают следующие разновидности кокков: 

• Стафилококки (похожи на гроздь винограда). Вызывают пищевые отравления, воспаления легких и другие болезни

• Стрептококки (это цепочки из круглых кокков). Некоторые из стрептококков инфицируют дыхательные пути (вызывая ангину и скарлатину), кожу и пр. А есть безобидные стрептококки, которых применяют для приятного вкуса продуктов

• Диплококки (состоят из двух шариков- кокков, которые окружены капсулой). Так устроены пневмококки, которые вызывают пневмонию

2. Бациллы- палочковидные бактерии. Среди них различают:

• Одиночные палочки. Например, Escherichia colli живет в кишечнике человека и помогает переваривать пищe

• Палочки, выстроенные в цепочки. Примером служит возбудитель сибирской язвы - смертельно опасного заболевания

• Бациллы со спорами. Такое строение имеют опаснейшие бациллы - возбудители столбняка и ботулизма

3. Вибрионы (в форме запятой), имеют один жгутик. Пример - возбудитель холеры

4. Спириллы. Из названия понятно, что они выглядят в виде спирали. На одном конце имеют жгутик. Так устроен возбудитель лептоспироза

В сравнении с ядерными клетками, то есть эукариотами, бактерии имеют более простое строение и состоят из наружной оболочки и внутреннего содержимого.

Наружная часть бактерий называется оболочка, или клеточная стенка.

Она жесткая, обеспечивает защиту от внешних факторов и определяет форму бактерии.

Оболочка бактерии состоит из:

• ворсинок (синонимы: пили или фимбрии) - необходимы для прикрепления к поверхностям или другим клеткам
• жгутиков - необходимы для движения бактерии; они движутся не беспорядочно и волнообразно, а как бы вкручивается в среду и подтягивает за собой бактерию
• капсулы - выполняет опорную функцию, благодаря особому веществу муреину
• цитоплазматической мембраны (по-другому, плазматическая мембрана) - обладает избирательной проницаемостью, через нее внутрь поступают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности, а также выводятся продукты обмена веществ (как мы уже изучали она состоит из двойного слоя фосфолипидов)

Цитоплазма - это внутренняя среда бактерии, она содержит следующие элементы:

• Нуклеоид - контролирует ход всех внутриклеточных процессов. Он подобен ядру более высших организмов, но это еще не ядро, а ядерная область, в которой находится генетический материал - нуклеотиды (ДНК) замкнутой кольцевой формы
• Плазмиды - тоже кольцевая молекула ДНК, только меньше чем нуклеотид. Их может быть несколько. Содержат гены, вырабатывающие ферменты, которые помогают защищаться от внешних воздействий. Например, обеспечивают устойчивость к антибиотикам, разрушая их
• Пищеварительная вакуоль - служит для расщепления питательных веществ на аминокислоты
• Рибосомы - синтезируют из аминокислот белки, необходимые для жизнедеятельности бактерии
• Вакуоли - содержат и накапливают различные вещества для деятельности бактерии. Например, газовая вакуоль обеспечивает плавучесть. Фотосинтетическая вакуоль содержит соответствующие пигменты

Как и другие одноклеточные, бактерии размножается простым делением. При этом они разделяются на две дочерние клетки, которые затем растут до нужных размеров, чтобы затем снова разделиться надвое.

 При наличии питательной среды и подходящей температуры большинство бактерий делятся каждые 20-30 минут. 

Если условия, в которых находится бактерия, по каким-либо причинам становятся для нее неблагоприятными (например, в случае пересыхания водоема, в котором она обитала), то она образует спору.

При этом цитоплазма бактериальной клетки отходит от изначальной оболочки, округляется, сжимается и образует на своей поверхности новую оболочку с увеличенной прочностью и плотностью.

Это что-то вроде панциря у моллюска, в котором он может защититься от врага. 

Бактерии сыграли важнейшую роль в зарождении жизни на Земле.

Появившись около 3,5 млрд. лет назад, они начали вырабатывать кислород, который впоследствии сделал планету пригодной для развития других форм жизни.

Наша современная почва сформировалась тоже благодаря бактериям.

Некоторые бактерии опасны для человека, а некоторые – крайне опасны, и лучше с ними вообще никогда не сталкиваться, однако абсолютное большинство из них выполняют важные функции в цепочке питания животных. Они превращают органику в пищу для растений, вырабатывают кислород, участвуют в процессах образования нефти. 

Вы даже не представляете, для какого количества бактерий вы являетесь домом!

В организме взрослого человека, то есть на его поверхности и внутри него, в общей сложности живет около двух килограмм бактерий.

По количеству их практически в 10 раз больше, чем всех клеток! 

Многие из этих бактерий при определенном стечении обстоятельств становятся причиной развития болезней.

Например, стрептококки и стафилококки, имеющиеся на поверхности нашего тела, не могут нанести вреда, пока их сдерживает защитный барьер -  наша кожа.

Однако стоит не обработать царапину, и она воспалится, а дай инфекции в достаточном количестве проникнуть в кровь - случится сепсис, который при отсутствии экстренной помощи грозит летальным исходом.

До момента, когда человечество изобрело антибиотики и научилось справляться с инфекцией, бактерии являлись причиной смертей миллионов людей во время эпидемий.

Порой целые города оказывались их жертвами...

Тем не менее, мы не можем отказаться от бактерий, живущих в нашем организме.

Те, что живут в желудочно-кишечном тракте, вырабатывают необходимые для переваривания пищи ферменты, способствуют выработке витаминов.

Присутствуя кишечнике в достаточном количестве, они препятствуют размножению болезнетворных микроорганизмов, так что являются частью нашей иммунной системы. 

Нельзя забывать и о том, что без бактерий мы лишились бы многих продуктов, производимых с использованием процессов брожения.

Квашеная капуста, соленые огурцы и помидоры тоже готовятся с участием бактерий.

Благодаря им мы можем наслаждаться вкуснейшим творогом, сыром, кефиром и сметаной.

Бактерии – это братья наши наименьшие, с которыми лучше жить в мире!