Бактерии это многоклеточные организмы

Разнообразие организмов:
одноклеточные и многоклеточные организмы

Код ЕГЭ: 3.1. Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные;
автотрофы, гетеротрофы, аэробы, анаэробы

Общая характеристика одноклеточных

К одноклеточным организмам относят практически всех прокариот и некоторые группы эукариот. Часть прокариот переходит к колониальному образу жизни (см. ниже «Колониальные организмы»). Большинство же эукариот являются многоклеточными.

К одноклеточным эукариотам относится множество очень отличающихся друг от друга организмов, которых объединяет один признак — их единственная клетка является в то же время и целым организмом. Хотя в целом они устроены как типичная эукариотическая клетка, однако зачастую могут иметь дополнительные органеллы.

СТРОЕНИЕ. Поверхностный аппарат клетки, отделяющий организм одноклеточного от окружающей среды, зачастую устроен очень сложно. Как и у других клеток, его главная часть — плазмалемма. Надмембранный аппарат может быть представлен гликокаликсом, клеточными стенками различного химического состава, различными чешуйками и домиками (например, как у диатомовых водорослей). Подмембранный комплекс включает различные элементы цитоскелета, именно с ним связано передвижение одноклеточных эукариот. В состав подмембранного комплекса входят основания ресничек и жгутиков, с помощью трансформации элементов цитоскелета происходит движение псевдоподий (ложноножек). С цитоскелетом подмембранного комплекса связаны особые органеллы, которые характерны только для одноклеточных, — экструсомы. Это окружённые мембраной органеллы, которые служат для нападения и защиты.

Ядро у одноклеточных эукариот имеет типичное строение, но у некоторых организмов на протяжении всей жизни или на определённых этапах жизненного цикла в клетке содержится несколько (иногда до сотни) ядер. У инфузорий имеются ядра двух типов: небольшой микронуклеус (генеративное ядро), хранящий генетическую информацию и участвующий в половом процессе, и макронуклеус (вегетативное ядро) — крупное ядро, отвечающее за все процессы жизнедеятельности.

В цитоплазме некоторых одноклеточных эукариот (преимущественно пресноводных) имеются сократительные вакуоли, служащие для осморегуляции. Это одномембранные органеллы, снабжённые выводным каналом, выходящим на поверхность клетки. У инфузорий в состав сократительной вакуоли входит центральный резервуар и радиально расходящиеся канальцы. В сократительную вакуоль поступает жидкость, которая при периодическом сокращении вакуоли выводится наружу.

ПИТАНИЕ. По типу питания среди одноклеточных эукариот имеются как автотрофы, так и гетеротрофы. У автотрофов имеются хлоропласты различной формы (например, чашевидные, лентообразные). Кроме хлорофилла, хлоропласты могут содержать другие пигменты, служащие для лучшего улавливания солнечного света. Гетеротрофные организмы питаются различными органическими частицами или небольшими организмами (бактериями, другими одноклеточными и т. д.). Частицы захватываются при помощи ложноножек в ходе заглатывания частиц (фагоцитоза) или капель (пиноцитоза). У некоторых одноклеточных эукариот имеется особый участок клетки — клеточный рот (цитостом), в котором происходит захват пищевых частиц. Переваривание осуществляется в содержащих пищеварительные ферменты пищеварительных вакуолях (лизосомах).

Тип питания некоторых организмов зависит от образа жизни и среды обитания. Так, эвглена на свету питается автотрофно, производя органические вещества в ходе фотосинтеза, а в темноте переходит к гетеротрофному питанию, поглощая растворённые в воде питательные вещества.

СРЕДА ОБИТАНИЯ. Одноклеточные эукариоты обитают практически повсеместно, уступая в этом отношении только бактериям. Они распространены в пресных и солёных водоёмах, в почве, иногда живут на суше, хотя обычно для них необходима капельная влага. Также часто протисты (другое название одноклеточных эукариот) населяют другие организмы.

В водоёмах они входят в состав планктона и бентоса, являются пищей для многих водных организмов. Однако планктонные водоросли, размножаясь в огромных количествах, могут вызывать «цветение» воды, вызывающее гибель многих водных организмов.

Жизнь почвенных одноклеточных обычно имеет две стадии: активную (во время которой происходит питание, рост и размножение) и период покоя. Период покоя наступает вследствие различных причин: недостатка питательных веществ или кислорода, слишком высокой плотности популяции, сухости, накопления различных химических веществ, низкой температуры и др. Хотя существует мнение, что для некоторых видов стадия покоя в жизненном цикле является обязательной. Почвенные одноклеточные принимают участие в почвообразовании и повышают плодородие почв.

В теле многих губок, коралловых полипов, некоторых плоских червей и моллюсков могут обитать водоросли, дающие своим хозяевам кислород и питательные вещества и получающие от них убежище. Такая группа организмов, как лишайники, представляет собой сожительство гриба и водоросли. Обитая в кишечнике различных организмов (термитов и жвачных парнокопытных), они помогают хозяину переваривать пищу.

При паразитизме хозяину наносится вред. Паразитизм среди одноклеточных эукариот распространён довольно широко: они могут вызывать множество заболеваний животных и растений.

Колониальные организмы

Одноклеточные организмы могут объединяться в некое подобие многоклеточного организма, т. е. образовывать колонии. Отдельные особи в колонии могут быть неотличимы друг от друга (некоторые виды зелёных водорослей или инфузорий) или иметь достаточно сильные отличия и даже выполнять различные функции. Колонии образуются в результате бесполого размножения: при делении дочерняя клетка не отделяется от материнской, а остаётся связанной с ней.

Наиболее сложно устроены колонии вольвокса — представителя зелёных водорослей. Это полые шары величиной до 2 мм, они могут включать до 60 тыс. отдельных клеток. По краям колонии находятся двужгутиковые клетки, обеспечивающие передвижение. Кроме них имеются более крупные неподвижные репродуктивные клетки, которые, размножаясь, дают новые колонии. Дочерние колонии развиваются внутри материнской, а затем выходят из неё.

Полагают, что колониальные организмы являются связующим звеном между одноклеточными и многоклеточными организмами, и возникновение многоклеточности происходило через колониальность, причём в разных группах организмов неоднократно.

Общая характеристика многоклеточных организмов

Тело многоклеточных организмов во взрослом состоянии состоит из множества клеток и их производных (межклеточное вещество). Их клетки различаются по строению и выполняемым функциям, т. е. проявляется дифференциация клеток. Клетки, сходные по строению и происхождению, объединяются в ткани.

Грибы, однако, не имеют настоящих тканей, поэтому некоторыми учёными они не включаются в состав многоклеточных организмов. Из различных тканей образуются органы, которые у многоклеточных животных объединяются в системы органов, выполняющие определённую функцию (дыхание, выделение, пищеварение и т. д.).

Для многоклеточных организмов характерен сложный процесс индивидуального развития (онтогенез). Он начинается в большинстве случаев (за исключением вегетативного размножения) с деления одной клетки — зиготы (оплодотворённой яйцеклетки) — или споры.

Многоклеточность возникала в ходе эволюции неоднократно, она развивалась параллельно у разных групп организмов. Существует несколько гипотез возникновения многоклеточного организма, но все они сходятся в том, что многоклеточность возникла из колониальности.

Многоклеточные организмы могут образовывать колонии, которые образуются в результате вегетативного (бесполого) размножения, когда дочерняя особь остаётся связанной с материнской. Особи в колонии могут быть связаны в разной степени, зачастую их объединяет общее пищеварение. Между отдельными организмами колонии может происходить разделение функций.

Автотрофы, гетеротрофы

По типам питания все живые организмы подразделяются на две группы:

  • Автотрофные. К ним относятся фототрофы – зеленые растения, и хемотрофы – некоторые протисты, грибы и бактерии. Это организмы, являющиеся продуцентами, производящие органические вещества из неорганических. Они располагаются схематично на первой ступени экологической пирамиды.
  • Гетеротрофные. Это – организмы, питающиеся органическими веществами, произведенными другими их видами. В экологической пирамиде занимаются все уровни, кроме нижнего, на котором расположены автотрофы. В свою очередь гетеротрофные организмы разделяются на консументов – потребителей и редуцентов, разлагающих органику до простых органических и неорганических веществ. При этом, растительноядные животные являются гетеротрофами первого уровня, хищники, поедающие растительноядных – гетеротрофами второго уровня, хищники питающиеся хищниками – третьего и так далее.

Аэробы, анаэробы

По отношению к кислороду живые организмы делятся на четыре большие группы:

  • Облигатные аэробы – тех, кто не может жить без кислорода, так как невозможными становятся процессы клеточного дыхания. К ним относятся большинство животных и зеленые растения.
  • Микроаэрофилы – это некоторые виды бактерий, которым для жизнедеятельности необходимо небольшое количество кислорода – около 2 %.
  • Факультативные анаэробы – живые организмы, которые могут обходиться без кислорода, но способны переключиться на кислородное дыхание. Это маслянокислые и молочнокислые бактерии, дрожжи.
  • Облигатные анаэробы – эти организмы гибнут в кислородной среде. К ним относятся хемосинтезирующие бактерии и археи.

Анаэробные бактерии играют важную роль в круговороте вещества, делая его доступным для других участников экологических систем. Биологически же, анаэробный способ получения энергии намного менее эффективен, чем кислородное дыхание. Так, например, при дыхании образуется из одной молекулы глюкозы 38 молекул АТФ, а при бескислородном ее сбраживании – 2 молекулы.

Это конспект по теме «Одноклеточные и многоклеточные организмы». Выберите дальнейшие действия:

  • Перейти к следующему конспекту:
  • Вернуться к списку конспектов по Биологии.
  • Проверить знания по Биологии.

Движение бактерий

Бактерии — крохотные существа, и многие считают, что они очень просто устроены. Конечно, каждая бактерия — это всего лишь одна клетка, у которой нет отдельных частей тела, вроде ног или рук, нет глаз и носа, нет даже клеточного ядра. Но каким-то образом бактерии выживают и умудряются процветать с такими, казалось бы, ограниченными размерами и возможностями, да к тому же находить целое множество оригинальных решений для облегчения собственной жизни. Например, чтобы двигаться — то есть влиять на свое положение в пространстве самостоятельно, а не дожидаясь попутного течения, — бактерии придумывают самые удивительные ухищрения. Конечно, вы уже наверняка слышали о жгутиках бактерий. А что такое твитчинг? И как можно сдвинуть себя с места с помощью сахаров? Давайте присмотримся к бактериям чуть ближе. И сразу обратим внимание на то, из чего бактерии собирают себе средство передвижения.

Белковая диета

Среди подвижных бактерий больше всего тех, кто для движения использует белковые молекулы. Как они их применяют? Многие бактерии синтезируют специальные белки, из которых собирают подвижную ниточку — жгутик (рис. 1). Жгутик состоит из трех частей — филамента (собственно нити), крюка и базального тела. Каждая из этих частей сложена из белков. У хорошо изученной бактерии — кишечной палочки — белки, образующие филамент, называют флагеллинами и обозначают буквами Flg, Fli, Flh (от латинского слова flagellum — жгутик). Флагеллины складываются в нить, которая с помощью крюка крепится к базальному телу. Базальное тело — это что-то вроде якоря, который прочно закреплен в клеточной оболочке и может свободно вращаться по часовой стрелке или против. У бактерий может быть один или несколько жгутиков.

Рисунок 1. Строение жгутика.

Какие виды движения обеспечивает жгутик? Если бактерия находится в жидкой среде, то жгутик помогает ей плыть. Плавание — это самый быстрый способ передвижения. Причем, бактерия может неплохо управлять своим движением, меняя направление вращения базального тела: вращение базального тела по часовой стрелке толкает клетку в направлении от жгутика, а биения против часовой стрелки тянут клетку вслед за жгутиком.

А теперь представьте размахивание жгутиками на твердой поверхности, смоченной жидкостью. Бактерии будут не плыть, а расползаться в одной плоскости. Такое движение называется роением. Роение чаще бывает у бактерий, живущих в крупных колониях, — подвижные бактерии, находящиеся с краю, пытаются отодвинуться как можно дальше и основать свои собственные колонии.

Рисунок 2. Движение с помощью подтягивания к месту прикрепления пили.

Бактерии могут также создавать более короткие и просто устроенные нити, чем жгутики, — пили. Клетка может с помощью пили прикрепиться к чему-нибудь твердому, а потом подтянуться к месту крепления, разбирая эту нить, начиная от места крепления пили к клетке (рис. 2). Можно сказать, что клетка перемещается рывками. Подобный способ движения у одной клетки называется твитчинг (англ. twitch — дергать, тащить). А если так действует несколько скрепленных друг с другом бактерий, то они дружно скользят по твердой поверхности.

В оболочках клетки могут быть разнообразные белковые комплексы, например, обхватывающие клетку кольца из белков. Эти кольца крутятся, как гусеницы у гусеничного трактора, и помогают бактерии скользить по твердой поверхности. Такой способ подвижности есть у бактерии Flavobacterium johnsoniae.

У других бактерий есть белки, расположенные вдоль всей поверхности клетки. Эти белки создают продольные волны, и бактерия извивается и плывет в водной толще или скользит на твердом субстрате.

Очень многие микроорганизмы способны двигаться, но вот конкретный механизм или набор из нескольких механизмов у каждой специфичен. Поэтому, например, и говорят, что такое строение жгутика характерно для кишечной палочки, а у другой бактерии, тоже плывущей с помощью жгутика, все может быть устроено иначе — и ученые исследуют каждую бактерию по отдельности.

Как вы, наверное, заметили, пока что описанные способы движения позволяли бактерии плыть или скользить в зависимости от того, где она находится, — в жидкости или на твердой поверхности. Но скольжение может быть и единственным доступным способом передвижения.

Сахарный след

Многие бактерии выделяют наружу сахара. Смешиваясь с водой, сахара образуют слизь. Слизь облегчает движение клеток по твердой поверхности при использовании жгутиков.

Однако и сама слизь может быть источником движения. Представьте себе, что вы надуваете воздушный шарик. Внезапно шар вырывается из ваших рук и улетает под силой струи воздуха, резко выходящей из шарика. Подобным образом могут толкать себя и бактерии.

Бактерии вида Oscillatoria princeps (рис. 3, слева) живут, объединяясь в длинные нити. Хотя каждая клетка представляет собой самостоятельный организм, они соединены вместе внешней прозрачной капсулой, которая тоже производится из сахаров. На клетках возле места их соединения друг с другом есть контактные поры, расположенные под углом к поверхности нити (рис. 3, справа). Часть из них повернута к одному концу нити, другая половина к другому. Слизь подается в одном направлении и поступает в канал, образованный из белков на поверхности клеток. Канал оборачивается вокруг клеток по спирали, текущая по нему слизь запускает вращение клеток, и вся нить скользит по твердой поверхности, подобно штопору — такой способ движения называется «подвижность с помощью реактивной струи».

Рисунок 3. Oscillatoria princeps. Слева: Бактерии вида Oscillatoria princeps образуют нить. Справа: Большие поры на поверхности бактерии.

Выделение сахаров из специальных пор или биение жгутиков — это активные способы передвижения клетки. Бактерия взаимодействует с окружающей средой и активно отталкивается от воды или твердой поверхности. Но существует и пассивная подвижность, когда изменения внутри клетки приводят к ее перемещению благодаря внешним силам, например, току воды.

Газовые баллоны

Бактерии могут изменять свою плавучесть, накапливая внутри атмосферный воздух. Воздух все время диффундирует в толщу воды, а бактерии могут специально отбирать и накапливать молекулы разных газов в специальном баллоне, сложенном из белка. Таким образом клетка меняет свою плотность, начинает весить меньше и всплывает, выталкиваемая архимедовой силой. Если бактерии затем нужно погрузиться обратно, она может избавиться от воздуха или накопить внутри себя тяжелые сахара.

В какую сторону плыть?

Чтобы оказаться в самых подходящих для себя условиях, многие бактерии передвигаются не случайным образом, а целенаправленно, приближаясь к какому-нибудь приятному для себя объекту (например, еде или свету) или отплывая как можно дальше от неприятного (например, молекул, выделяемых другими бактериями). Такое целенаправленное движение называется таксисом. Чтобы распознавать сигналы из внешнего мира, бактерия синтезирует специальные белки — рецепторы, которые располагаются у нее на поверхности. Каждый вид рецепторов реагирует на свой стимул — молекулы еды, свет и так далее. Обнаружив свой стимул, рецептор передает сигнал о нем внутрь клетки.

Но сигнал, передаваемый рецептором, говорит только о том, что желанный объект есть где-то рядом, но не сообщает, с какой именно стороны от бактерии он находится. И чтобы найти еду, бактерии приходится хитрить. Почуяв пищу, бактерия плывет несколько миллисекунд с помощью жгутика в случайном направлении. Если во время движения сигнал ослабевает, бактерия резко останавливается, вновь делает поворот и пробует плыть в другую сторону. Если в этот раз сигнал от пищи усиливается, то бактерия проплывает в эту сторону большее расстояние. Таким образом, почти что играя в «горячо-холодно», бактерия достигает цели (рис. 4).

Рисунок 4. Движение бактерии в направлении привлекающей ее пищи.

Если у клетки нет жгутика, то двигаться целенаправленно ей куда труднее. Но и тут можно что-то придумать. Например, газовые баллоны внутри клетки смещают бактерию вверх и вниз, то приближая ее к поверхности водоема, кислороду и свету, то погружая на дно.

Микроигра

Попробуйте расшифровать четыре слова, связанных с микробиологией, прослеживая движение бактерий к еде.

Каждая бактерия начинает двигаться от буквы, на которую указывает исходящая от бактерии стрелка. Затем бактерия меняет направление движения, согласно маленькой черной стрелочке у буквы. Если бактерия приближается к еде (красная точка), то она проплывает три клеточки (по горизонтали, вертикали или диагонали напрямую), снова поворачивает согласно направлению стрелки на этой клеточке и так далее. Если бактерия плывет в противоположную от еды сторону, она сдвигается только на одну клеточку. Если движение скорее нейтрально, то бактерия проплывает две клеточки.

Все ли из найденных слов вам знакомы?

Литература

Бактерии

Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.

Форма тела

Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Название бактерии Форма бактерии Изображение бактерии
Кокки Шарообразная
Бацилла Палочковидная
Вибрион Изогнутая в виде запятой
Спирилла Спиралевидная
Стрептококки Цепочка из кокков
Стафилококки Грозди кокков
Диплококки Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Гетеротрофы — организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов, симбионтов и паразитов.

Бактерии-сапрофиты Бактерии-симбионты Бактерии-паразиты
Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты. Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений. Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания – бактериозы.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

  • через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
  • через корневые волоски;
  • только через молодую клеточную оболочку;
  • благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
  • благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

  • инфицирование корневых волосков;
  • процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.

Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Обмен веществ

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.

Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.

Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые должны присутствовать в среде, так как сами они не смогут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают необходимую им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, различают:

  • сапрофитные формы — питаются мёртвым органическим веществом (молочно-кислые бактерии, бактерии гниении я и др.);
  • бактерии-паразиты — развиваются только на живых организмах (менингококки, гонококки, и др.);
  • относятся и к паразитическому, и к сапрофитному образу жизни (палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллёза и др.).

Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

Фотосинтезирующие бактерии Хемосинтетики Метилотрофы

Cинтезируют органические вещества за счёт солнечной энергии.

Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии.

Синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы – серобактерии; аммония и нитрита – нитрифицирующие; железа – железобактерии; водорода – водородные бактерии. Синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых является метан.

Хемосинтез

Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.

Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО2+12Н2S+hv → С6Н12О6+12S=6Н2О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

Спорообразование

Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см3. поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Распространение в природе

Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

Микрофлора почвы

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

Микрофлора организма человека

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Бактерии в круговороте веществ

Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

Круговорот азота

Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.

Круговорот углерода

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО2).

Круговорот серы

Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Круговорот железа

В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

* * *

Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

После появления многоклеточных организмов между ними и бактериями образовались многочисленные связи, включая преобразование органических веществ органотрофами, и разного рода симбиотические отношения, паразитизм, иногда внутриклеточный (риккетсии), и патогенез. Наличие бактерий и др. микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологии, систем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, бактерии могут представлять единственную форму жизни.

Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.

Слово «бактерии», как и «вирусы», и «микробы», для нас с детства таит в себе определенный негативный оттенок, и связано с болезнями. Но так ли это?

Могут ли бактерии быть друзьями, а не врагами, защищать, а не угрожать? И вообще, что они из себя представляют, эти бактерии? Обо всем этом и многом другом – читайте ниже.

Кто такие бактерии в биологии: определение

  • Бактериями называются живые микроорганизмы, которые не имеют ядра. Они относятся к домену прокариотов, являясь одной из древнейших жизненных форм на планете. Это также одни из наиболее универсальных «жителей» Земли, способные жить в глубинах почвы и водоемах, в кислой и радиоактивной среде. Несмотря на все старания ученых, человечество до сих пор не может выращивать их все лабораторно (это удается только относительно некоторых видов).
  • Длина бактерий составляет считанные микрометры, а форма их может быть самой разнообразной. Наука, которая занимается изучением бактерий, называется бактериологией. Они являются составляющей микрофлоры человека, принося как пользу, так и вызывая различные заболевания. Используются в различных сферах человеческой деятельности: промышленность, животноводство, биотехнологические процессы и т.д.
  • Слово происходит из латинского языка, в котором в свою очередь было образовано производное название из греческого, и обозначает понятие «палочка» — именно такими были бактерии, впервые обозначенные учеными.

В биологии

Чем являются бактерии, являются ли они организмами?

  • Действительно, бактерии являются организмами, причем, относятся они к наиболее древней группе из всех, которые существуют на сегодняшний день. Их строение достаточно примитивно, многие из бактерий и поныне сохраняют признаки, присущие их предкам, в частности, те виды, которые находятся в особых условиях. Это горячая серная или бескислородная среда.

Таким образом, на сегодняшний день бактерия представляет собой примитивный одноклеточный организм, выделенный в царство с одноименным названием. При этом разнообразие бактерий довольно велико, они различны своей формой, способом передвижения, средой обитания

Кто обнаружил бактерии?

  • Первооткрывателем бактерий можно считать голландского ученого Антони ван Левенгука, который первым смог обнаружить их под микроскопом и описать. Это произошло во второй половине 17-го века.
  • Еще половину столетие спустя немецкий ученый Христиан Эренберг дал название этим существам, которое мы используем и поныне – бактерии. Оно заменило первое наименование, введенное Левенгуком – анималькули.
  • В середине 19-го века французский микробиолог Луи Пастер не просто обнаружил отдельные свойства, присущие бактериям, но и начал изучать их физиологию и метаболизм бактерий.
  • Его продолжателем в этом деле стал немецкий коллега Роберт Кох, чьи труды по исследованию возбудителей туберкулеза увенчались нобелевским лауреатством.

Обнаружил особые свойства

Какие бактерии, виды бактерий существуют, и их названия

Бактерии принято классифицировать по форме. В зависимости от этого ученые разделили их на три группы:

  1. К шаровидным (коккам) относят похожий на виноградные гроздья стафилококк, действие которого провоцирует пищевые отравления, а также гнойные воспаления. А вот стрептококкам, образующим в результате деления цепочку клеток, свойственно провоцировать воспалительные заболевания.
  2. Похожие формой на обычную палочку бактерии называют палочковидными. Существуют бактерии, образующие своеобразные слои защиты, которые противодействуют влиянию извне – это бациллы.
  3. Бактерии, имеющие извитую форму, относятся к спиралям, и они преимущественно безвредны. К ним относятся спириллы, спирохеты.

Многие бактерии получили свое название не только по своему строению, но и в зависимости от влияния на определенный орган человека, или по названию вызываемой ними болезни. Как пример можно привести менингококк, поражающий мозговую оболочку и вызывающий менингит, или пневмококк, провоцирующий пневмонию в легких, а ринит (насморк) вызывается риновирусами.

Виды

  • Кроме того, существуют названия, связанные с той или иной особенностью. Всем известный вибрион отличается быстрыми колебаниями, а протеус, названный по имени греческого бога, способного приобретать тот или иной облик, характерен тем, что в различных организмах действует по-разному.
  • Кроме того, часто бактерии называют именами ученых, открывших их: риккетсии, шигеллы, бруцеллы или, скажем, лямблии с сальмонеллами.

Какие бывают вредные, болезнетворные бактерии, и их названия?

Среди наиболее опасных для человека бактерий можно выделить:

  1. Возбудитель ботулизма, парализующего нервную систему – клостридия ботулина.
  2. Сальмонелла брюшного тифа, который проявляется высокой температурой и сильными болями в животе. Бактерия может, кроме того, не проявляться в симптомах, но человек при этом остается носителем заболевания.
  3. Столбнячной палочке свойственно активное развитие в глубокой ране, способное вызвать столбняк. Эта болезнь, с сильными судорогами, имеет очень высокую смертность.
  4. Все слышали о палочке Коха, ведущей к туберкулезу, являющимся одной из наиболее частых причин смерти человека. Передается при помощи воздушно-капельных путей, обнаруживается при флюорографическом обследовании.
  5. Кишечная палочка бывает просто микрофлорой кишечника, однако несколько ее серотипов приводят к кишечным инфекциям.
  6. Холерный вибрион чаще всего встречается в грязной воде. Холера при отсутствии лечения вполне способна закончиться смертельным исходом.
  7. Стрептококки – очень опасны, поскольку провоцируют менингит, пневмонию и т.п. Стрептококковый токсический шок сопровождается жаром, отеками конечностей и некрозом.
  8. Аспергилл дымящий представляет собой плесневый грибок, опасный для людей, имеющих ослабленный иммунитет, поражающий в первую очередь органы дыхания.
  9. Бледная трепонема провоцирует развитие сифилиса. Сегодня это вполне излечимая на первых стадиях болезнь, но в третичной – чревата необратимыми изменениями в организме и смертью.
  10. Стафилококк золотистый мы уже давно связываем с пневмонией и менингитом, сепсисом. Его опасность в высокой устойчивости к антибиотикам.

Разделение на плохие и хорошие

Полезные бактерии, и их названия

Бактерии, благотворно влияющие на человеческий организм, имеют название микробиота. В человеке их множество – миллионы:

  1. В кишечнике в первую очередь полезное действие оказывают лакто- и бифидобактерии. К ним относят ацидофильную палочку, анаэробную молочно-кислую бактерии. Важно поддерживать их необходимое количество, употребляя кисломолочные продукты.
  2. В коже и дыхательных путях активно действуют микроорганизмы, относящиеся к стафило-, стрепто- и микрококкам. Они помогают в своей среде обитания, но при попадании в рану или, к примеру, при переизбытке приводят к заболеваниям.

Численность бактерий на планете Земля

  • Подсчитано, что на Земле свыше 1,4 млн. бактерий. В ходе подсчета этой цифры ученым пришлось прибегнуть к построению филогенетических деревьев, с применением математики и анализом определенных разновидностей РНК. Это дало возможность отследить изменение видов и эволюцию бактерий.
  • Выяснилось, что некоторые бактерии исчезают в процессе эволюции, их общее число постоянно возрастает, и сегодня, если взять за точку отсчета общую биомассу на Земле, бактерии уступают только растениям.

Формы бактерий, внешний вид: примеры

  • Как уже говорилось, бактерии могут быть сферическими. Их представляют кокки. Микро – это клетки, которые расположены отдельно; дипло – парами, стафило — гроздьями, стрепто – цепочкой; а также сарцина (пакеты от 8 клеток). Их размер – до 1 мкм.
  • Палочковидным бактериям характерна прямая форма, они имеют до 8 мкм в длину и до 2 мкм – в толщину. Форма может быть неправильной, вплоть до ветвящейся, какую имеют, к примеру, актиномицет. Если палочка немного изогнутой формы – ее называют вибрионом.

Формы

  • Также можно назвать риккетсию, хламидию, которая вне пределов клетки является сферической, микоплазмы, у которых отсутствует клеточная стенка и т.д.
  • Бактерии извитых форм напоминают спираль, как, например, спирилла, похожая на штопор. А вот хеликобактер похож своими изгибами на крылья чайки в полете. Также близка к этому виду бактерий спирохета, имеющая спиралевидную форму и обладающая подвижностью. Лептоспира же – с частыми завитками, которые напоминают закрученную веревку.

Из чего состоят бактерии?

  • Клеточная стенка бактерии содержит полисахариды, белки, липиды. В основном же стенка состоит из многослойного пептидогликана. Также стенка содержит наружную мембрану, которая своей трехслойной структурой похожа на цитоплазматическую (внутреннюю) мембрану. Обе мембраны состоят преимущественно из липидов.
  • Наружная мембрана изнутри состоит из фосфолипидов, наружный слой – это липополисахариды. Пространство между мембранами заполнено ферментами. Внутренняя мембрана имеет три слоя, ее структура – это фосфолипиды в два слоя и интегральные белки.

Состав

  • Цитоплазму составляют белки, рибонуклеиновые кислоты, рибосомы. Также наличествуют запасные питательные вещества: гликоген, волютин, полисахариды.
  • Аналогом ядра можно назвать нуклеоид, находящийся в центре и представляющий собой закольцованную двунитевую ДНК. У нуклеоида отсутствует ядерная оболочка и ядрышко. Не представлены и гистоны.
  • В составе бактерий также можно наблюдать слизистую структуру с четкими границами, которую называют капсулой. В ее составе полисахариды, полипептиды.
  • Жгутик – это тонкая нить, длиннее самой клетки (до 15 мкм), начинающаяся с внутренней мембраны. Жгутики достигают в толщину всего 20 нм и имеют диски, с помощью которых крепятся к стенке.
  • И, наконец, неблагоприятные условия для бактерии могут провоцировать образование спор в бактериальной клетке, которые способны не только длительное время сохраняться, но и прорастать.

В каких условиях могут существовать бактерии?

  • Как показывает практика – практически в любых, от клокочущих гейзеров, внутри которых температурные условия те же, что и в кипящем чайнике – до 100 С°. Нефть, кислота – эта среда также не пугает бактерии, и они могут существовать в тех условиях, где не выживет более совершенный организм.
  • Есть предположение, что космос также заселен некоторыми видами бактерий, и эта гипотеза стала основанием для одной из версий, поясняющей происхождение жизни на Земле.

Как делятся, размножаются бактерии: схема

  • Способ размножения бактерий присущ всем одноклеточным организмам – это деление. Оно дает существование двум дочерним клеткам, которые в свою очередь повторяют этот процесс, тем самым каждый раз удваивая количество.
  • Существует также процесс, при котором образовываются споры. Это происходит при наличии неблагоприятных условий, когда цитоплазма способна образовать, покинув материнскую оболочку, новую, которая является более плотной. Такая клетка называется спорой. Если она попадает в благоприятную среду, то возможно ее прорастание и образование полноценной бактерии.

Размножение

Время размножения бактерий

  • Как и любое явление, деление бактерии подчиняется законам термодинамики, по которым время размножения связано с количеством выделяемой наружу теплоты и составляет около шестой части выделяемой теплоты.
  • Проще говоря, создание для бактерии идеальных условий может заставить бактерию делиться практически каждые полчаса. Если бы это было возможно, в течение суток дочерние клетки одной бактерии достигли бы массы в почти 2 тыс. тонн, а за 5 дней заселили бы все водное пространство планеты.
  • Известно, что в качестве опыта использовалась морская псевдомонада, помещенная в оптимальные условия: ее популяция удваивалась практически через 10 минут.

Бактерии в жизни человека

  • Бактерии влияют практически на любой аспект жизни природы и человека. Именно они «работают» над кругооборотом веществ, разлагая и видоизменяя органические вещества, способствуя почвообразовательным процессам, очищая водоемы.
  • Негативное влияние на живые организмы оказывают болезнетворные бактерии, описанные выше – они вызывают заболевания не только у людей, но влияют и на животных, и на растения.

Роль

  • Бактерии используются в фармакологии, являясь компонентами лекарственных препаратов, в пищевой промышленности, способствуя производству кисломолочных продуктов, заквасок, сыров. Процесс маринования также не обходится без участия бактерий, как и винодельческое ремесло.

Царство бактерий

В биологии все живые организмы классифицируют по определённым признакам. Уже в древнем мире было принято делить всех существ на планете на растения и животных. При этом наши предки даже не догадывались о том, насколько много их на планете. Впоследствии все живые организмы были разделены на пять групп, которые назвали царствами: животные, растения, грибы, бактерии и вирусы.

Молочнокислые бактерии, или лактобактерии

Бактерии(от греческого «bakterion» — палочка) — группа мельчайших микроорганизмов, чаще всего одноклеточных. Впервые бактерии разглядел в свой микроскоп голландский натуралист Антони ван Левенгук в 1676 году. Однако название «бактерии» появилось лишь в 1828 году. В 50-х годах XIXвека Л.Пастер открыл болезнетворные свойства бактерий и положил начало их отдельному изучению. Изобретение мощных электронных микроскопов в 30-е годы прошлого столетия позволило учёным узнать больше о бактериях. В 1977 их даже разделили на два царства: архебактерий и эубактерий. Так как эти два вида достаточно схожи, то часто их объединяют в одно царство.

Бактерии считаются самыми древними существами на Земле. Они образовались более 3,5 млрд лет назад и в течение очень длительного времени (около миллиарда лет) были единственными организмами на нашей планете.

Виды бактерий

Существует несколько сложных классификаций бактерий, в зависимости от различных их характеристик. На Земле их несколько миллионов видов. Бактерий в организме человека в 10 раз больше, чем клеток, а их общий вес составляет около 2,5 кг. Многие из них выполняют жизненно необходимые функции (например, участвуют в пищеварении).

Виды бактерий

Некоторые виды бактерий безвредны, другие вредны лишь в больших количествах, а третьи вызывают опасные болезни. Большинство бактерий живут лишь в строго определённых условиях и сразу же погибают, попадая под воздействие солнечных лучей, высокой или низкой температуры и так далее.

Подавляющее большинство бактерий одноклеточны. Но даже по форме клеток они существенно отличаются друг от друга. Клетки бактерий бывают шаровидными (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты) и другие.

Бактерия хеликобактер пилори быстро перемещается благодаря своим жгутикам

Есть подвижные и неподвижные бактерии. Среди подвижных одни свободно плавают при помощи специальных хвостиков — жгутиков, а другие просто скользят за счет волнообразных сокращений собственного тела.

Преобразование необходимых для жизни бактерий веществ происходит подобно аналогичным процессам в других живых организмах (за исключением некоторых особенностей). По способу их получения бактерии отличаются: часть из них способна синтезировать органические вещества из неорганических соединений (подобно растениям), другие же питаются готовыми органическими веществами (как животные и грибы). Бактерии размножаются лишь поперечным делением или почкованием.

Деление бактерии

Бактерии почвы

В почве содержится огромное количество бактерия. Одни из них, называемые бактериями разложения, принимают участие в разложении мертвых растений и животных Эта функция может показаться тебе весьма неприятной, но именно бактерии выполняют эту грязную, но важную для живых существ работу! Еще один очень полезный вид почвенных бактерий — клубеньковые. Они обогащают почву азотом, а потом помогают растениям его усваивать.

Бактерии в пище

Бактерии есть и в продуктах питания, но это полезные бактерии. Они участвуют в производстве сыров, соления квашеных и кисломолочных продуктов (кефира, сметаны, йогурта, простокваши и т.д.).

Бактерии в живом организме

Организм каждого человека представляет собой очень сложный биологический механизм, который работает по собственным законам. Человеческий организм населен огромным количеством бактерий. Ученые подсчитали, что их общий вес составляет от 1,5 до 2,5 кг! Живут бактерии в желудочно-кишечном тракте, рту, носовой полости и на коже. Основная цель бактерий заключается в создании в органах человека такой среды, в которой вредные микробы не могут выжить. Именно поэтому болезнетворные микробы, попадая, например, на кожу, в нос, рот или желудочно-кишечный тракт, погибают, так как среда, созданная полезными бактериями, является для них смертельной.

Самая важная функция бактерий — расщепление и переваривание пищи. Микроорганизмы, находящиеся на коже человека, можно назвать биологическим щитом, который не позволяет вредным бактериям повредить кожные покровы и проникнуть внутрь организма. А еще существуют бактерии, которые помогают нашей иммунной системе защищать нас от некоторых возбудителей болезней.

В организме животных также находится огромное количество полезных бактерий. Например, в желудке коровы живут специальные бактерии, помогающие ей расщеплять целлюлозу — вещество, которое в большом количестве содержится в растениях. Благодаря особым бактериям пищеварительного тракта коровы целлюлоза расщепляется на жирные кислоты, из которых животное получает необходимую ему энергию. Представь: если бы в организме человека были такие бактерии, мы могли бы питаться только растениями и вообще не нуждаться в другой пище!

Строение бактерий

Бактерия покрыта прочной оболочкой — клеточной стенкой. Этот орган во многом похож на клеточную стенку растений. Основная его функция — защита бактерии от внешних воздействий и придание ей определенной формы. Очень часто над клеточной стенкой образуется дополнительный защитный слой — капсула, которая предохраняет бактерию от высыхания.

Строение бактерии

На поверхности некоторых бактерий находятся жгутики или короткие ворсинки, которые помогают этим организмам двигаться.

Внутри клетка заполнена цитоплазмой. Ядра у бактерий нет, его место занимает особое вещество — ДНК, которое несет генетическую информацию клетки. Рибосомы, находящиеся в цитоплазме, выполняют функцию формирования молекул белка.

Бактерии и вирусы: в чем разница?

Бактерии — это одноклеточные существа, в изобилии существующие в любой точке нашей планеты, включая и живые организмы. По своей природе они могут быть как «хорошими», так и «плохими», т.е. приносить либо пользу, либо вред другим организмам Вирусы — самые маленькие из всех известных существ. Они в десятки или сотни раз меньше бактерий.

Бактерии и вирусы

Вирус считается биклеточным организмом: для поддержания жизни ему нужно любое живое существо. Вирусы используют чужой организм например человеческий, в качестве хозяина. Это означает, что вирус вторгается в клетку тела человека и использует ее для собственного размножения. Так образуются сотни новых вирусов, которые распространяются по всему телу и могут инфицировать любой орган человека.

Но при этом они наносят вред живому организму, так как, внедрившись в чужую клетку, заставляют ее генетический материал работать только на собственное воспроизводство.

Вне клетки другого организма вирусы теряют жизнеспособность. Покинув клетку хозяина, они остаются в живых в течение очень короткого времени: например, продолжительность существования вируса гепатита С составляет 4 дня.

Бактерии, в отличие от вирусов, могут жить и размножаться как в теле человека, так и в окружающей среде. Они обитают абсолютно везде, и большинство из них не вызывает никаких заболеваний.

Бактерии размножаются путем деления.

При благоприятных условиях (подходящая температура и наличие питания) некоторые бактерии могут делиться каждые 20 минут.

Как распространяются бактерии и вирусы?

Несмотря на многочисленные различия, способы распространения вирусов и бактерий приблизительно одинаковы:

  1. Во время кашля и чихания.
  2. При рукопожатиях и прикосновении к различным предметам
  3. При прикосновении к пище грязными руками.
  4. В случае употребления испорченных продуктов.
  5. Через кровь и слюну.

Можно ли избежать заражения?

Да, в большинстве случаев заражения можно избежать. И здесь самую важную роль играет личная гигиена. Необходимо чаще мыть руки и закрывать рот салфеткой во время кашля и чихания.

Нельзя оставлять без внимания даже незначительные порезы или ссадины.

А для того чтобы не возникло нагноение, их обязательно нужно обработать антисептическими препаратами и, если есть необходимость, заклеить специальным пластырем.

Чтобы избежать попадания микробов в желудочно-кишечный тракт, необходимо тщательно мыть овощи и фрукты перед едой, питаться только свежими продуктами. А летом — вовремя убирать пищу в холодильник, так как в тепле бактерии размножаются особенно быстро.

Защита от чужеродных бактерий

Если внешний бактериологический щит организма не смог справиться с возложенными на него функциями, то в бой с инфекциями вступают фагоциты. Эти особые клетки, свойственные организму человека и животных, защищают его от различных чужеродных частиц (бактерий и вирусов). Фагоциты настолько умны, что могут распознавать вредные для организма микробы, а затем поглощать их.

Ученые делят фагоциты на профессиональные и непрофессиональные. Основное различие между ними заключается в том, что на поверхности профессиональных фагоцитов находятся специальные частицы — рецепторы, которые в состоянии обнаружить чужеродные частицы. К профессиональным фагоцитам относятся макрофаги. Эти клетки способны захватить и переварить бактерии, остатки мертвых клеток и прочие вредные для организма человека и животных частицы.

Захват макрофагом вируса

Однако для полного уничтожения чужеродных частиц одного фагоцитоза недостаточно. Активное участие в борьбе с бактериями и вирусами принимают и антитела, выработка которых начинается благодаря присутствию макрофагов. Именно макрофаги захватывают чужеродные частицы и делят их на части. Затем в борьбу с этими разделенными частичками вступают еще одни клетки — лимфоциты, которые способны выделять в кровь антитела. В свою очередь, антитела, связываясь с вирусами и бактериями, препятствуют их размножению.

Открытие явления фагоцитоза принадлежит русскому биологу, одному из основателей иммунологии, И.И. Мечникову.

И.И. Мечников

В ходе многочисленных исследований он наблюдал, как особые клетки защищают организм от инфекций. Свои первые опыты ученый проводил с личинками морских звезд.

Шипы мандаринового дерева, которые он воткнул в личинки, спустя некоторое время были окружены подвижными клетками, поглотившими занозы. Несколько позже Мечников проводил опыты с дафниями — небольшими прозрачными ракообразными. Грибные споры, попавшие на поверхность дафний, в конце концов были уничтожены ими.

В 1908 г. за исследования в области иммунологии и развитие теории фагоцитоза ученый был удостоен Нобелевской премии.

Поделиться ссылкой