бактерии. Бактерии. Бактериология. К настоящему времени их описано уже более 10 тысяч видов, но учёные полагают, что многие виды ещё неизвестны науке.
 Скачать 5.56 Mb.
|
|
Бактерии — мельчайшие одноклеточные организмы, которых можно встретить повсюду: в пресных и солёных водоёмах, на поверхности приполярных льдов, в горячих источниках, в почве, на поверхности и внутри тел других организмов. Бактерий изучает один из разделов микробиологии — бактериология. К настоящему времени их описано уже более 10 тысяч видов, но учёные полагают, что многие виды ещё неизвестны науке. Общая характеристика бактерий Бактерии — это крошечные организмы, изучать которые можно только с помощью увеличительной техники. Увидеть бактерии можно и в световой микроскоп, а вот рассмотреть мельчайшие структуры бактериальных клеток позволяют только электронные микроскопы.
Рис. 1. Бактерии, видимые в световой (а) и электронный (б) микроскопы . Бактерии — это одноклеточные организмы У некоторых видов бактерий клетки не разделяются после деления, а располагаются парами, четвёрками, цепочками или гроздьями, но при этом каждая бактериальная клетка остаётся самостоятельным организмом и способна существовать независимо от других клеток. Многие бактерии способны образовывать на питательной среде колонии характерной формы. Колония таких бактерий не является многоклеточным организмом, а представляет собой клеточную массу — различимое невооружённым глазом скопление клеток.  Рис. 2. Формы бактериальных клеток Это интересно: форма бактериальных клеток В бактериальных клетках нет ядер Все представители царства бактерий являются прокариотами. Прокариоты, или Доядерные, — это надцарство одноклеточных организмов, не имеющих клеточных ядер. Бактериальные клетки окружены клеточной стенкой из муреина Муреин (от лат. murus [мурус] — «стенка») — это особое вещество бактерий, защищающее их клетки от воздействий внешней среды. Прочная и достаточно жёсткая клеточная стенка располагается поверх клеточной мембраны и определяет характерную для каждого вида форму бактериальных клеток. Бактерий можно выращивать в лабораторных условиях Микробиологи, изучающие разные виды бактерий, выращивают их на особых средах — в жидком питательном бульоне, на поверхности или в толще особых плотных желеобразных сред.  Рис. 3. Колонии бактерий на поверхности питательных сред в чашках Петри Строение бактериальной клетки Клетки бактерий устроены гораздо проще клеток других организмов — животных, растений, грибов. В них нет не только ядер, но и многих органоидов. В цитоплазме можно обнаружить только мелкие округлые органоиды — рибосомы, осуществляющие сборку белковых молекул, и включения в виде зёрен, капель, кристаллов или комочков разной формы — отложенные впрок запасы питательных веществ или изолированные уже ненужные клетке продукты обмена веществ. В цитоплазме располагается также генетический материал — вещество, содержащее наследственную информацию о строении и жизнедеятельности бактериальной клетки. В отличие от клеток эукариотических организмов, генетический материал в клетках бактерий не окружён ядерной оболочкой. У некоторых видов бактерий поверх клеточной стенки имеется дополнительный внешний слой — слизистая капсула. В отличие от стенки, капсула неплотная, полужидкая, полупрозрачная. Капсула обеспечивает дополнительную защиту бактериальных клеток от повреждений.  Рис. 4. Схема строения бактериальной клетки . Некоторые виды бактерий имеют один или несколько жгутиков, с помощью которых они передвигаются. Узнать больше: пили бактерий Жизнедеятельность бактерий Дыхание Большинство видов бактерий используют для дыхания кислород, их называют аэробными бактериями. Но есть виды прокариот, не нуждающиеся в кислороде, — это анаэробные бактерии. Бактерии-анаэробы способны жить на дне водоёмов, в глубоких слоях почвы, в желудках и кишечниках животных, то есть в местообитаниях, где совсем немного или вообще нет кислорода. Некоторые бактерии могут приспосабливаться к жизни в средах с разным содержанием кислорода. Если кислорода достаточно, то дыхание у таких бактерий протекает как у аэробных организмов, а если кислорода мало или он отсутствует, то их обмен веществ перестраивается, и они на время становятся анаэробными организмами. Питание Для разных видов бактерий характерны самые разнообразные способы питания. Большую группу составляют микроорганизмы, питающиеся готовыми органическими веществами, — гетеротрофные бактерии. Среди них есть как паразиты и симбионты других организмов, так и свободноживущие сапротрофы. Всем известны болезнетворные бактерии, поселяющиеся в организмах животных, в том числе человека, и вызывающие различные заболевания, например туберкулёз, холеру. Это бактерии-паразиты, они питаются за счёт ресурсов организма-хозяина, поедая органические вещества его тела и нанося ему вред. В организмах животных и растений можно также обнаружить бактерий-симбионтов. Эти бактерии не вредят организму, в котором обитают, а наоборот, приспособились к взаимовыгодному обмену с ним. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений (клевера, гороха, фасоли), не только используют органические вещества организма-хозяина, но и снабжают растение соединениями азота, принося ему пользу. Дело в том, что клубеньковые бактерии — это уникальные организмы, способные усваивать из воздуха азот и превращать его в доступную растениям форму. Сами растения такой способностью не обладают. Таким образом, из сожительства выгоду извлекают и симбиотические бактерии, и бобовые растения. Не все гетеротрофные бактерии питаются органическими веществами живых организмов. Множество видов бактерий способны потреблять вещества мёртвых остатков и выделений других организмов. Таковы, например, почвенные бактерии гниения, использующие в качестве пищи органические вещества листового опада, навоза, трупов животных. Эту группу микроорганизмов называют бактериями-сапротрофами (от греч. sapros [сапрос] — «гнилой», trophe [трофе] — «пища»). Ещё одну группу микроорганизмов составляют автотрофные бактерии. Они не нуждаются в органических веществах, но способны сами производить их. Цианобактерии — раньше их называли синезелёными «водорослями» — подобно растениям используют энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. Серобактерии, железобактерии, водородные бактерии способны преобразовывать неорганические вещества, использовать энергию, выделяющуюся при этих химических реакциях, и направлять её на синтез органических веществ.  Рис. 5. Экологические группы бактерий по типу питания Размножение Бактерии размножаются путём деления клетки пополам, в результате чего образуются две одинаковые клетки — такие же, как материнская. Такой способ называют бинарным делением. Если условия окружающей среды благоприятны, то бактерии способны размножаться очень быстро. Например, молочнокислые бактерии при достаточном количестве питательных веществ (сахаров) и температуре 35–40 °С каждые 30 минут удваивают численность. Несложно подсчитать, что потомство одной бактерии за 5 часов превысит 1 тысячу экземпляров, а за 10 часов почти достигнет 1 миллиона.  Рис. 6. Схема деления бактериальной клетки Узнать больше: передача генетической информации у бактерий Спорообразование Некоторые бактерии способны образовывать споры. Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий — отсутствия пищи или воды, влияния слишком высокой или низкой температуры и т. д. Спора образуется внутри клетки. Часть цитоплазмы обособляется вокруг генетического материала клетки, затем отшнуровывается и одевается плотными оболочками, после чего оставшиеся внешние части клетки отмирают. В таком состоянии споры могут существовать очень долгое время — десятки и даже сотни лет. Когда споры попадают в благоприятные условия, они превращаются в обычные бактериальные клетки. Вначале лопается оболочка споры, клетка выходит из оболочки, начинает питаться, расти, затем делиться.  Рис. 7. Схема образования бактериальной споры Споры бактерий очень устойчивы к воздействию низких и высоких температур: выдерживают замораживание и нагревание, а иногда даже кипячение. Уничтожить споры обычно удаётся только путём длительного кипячения, или нагревания под давлением, или прокаливания, или с помощью специальных химических растворов. Уничтожение всех микроорганизмов и их спор называют стерилизацией (от лат. sterilis [стерилис] — «бесплодный»). Пищевые продукты стерилизуют и герметично упаковывают, чтобы увеличить срок их хранения. Стерилизуют также все медицинские инструменты, чтобы не занести в организм человека инфекцию. Значение бактерий Значение бактерий в природе Бактерии — древнейшие обитатели Земли. Учёные считают, что первыми появившимися на нашей планете клеточными организмами были именно бактерии. Они распространены всюду. Их находят в атмосфере на высоте нескольких километров, на дне океанов, в нефтяных и угольных пластах. Несмотря на малые размеры, бактерии выполняют важные функции во всех природных сообществах Земли. Бактерии, обитающие в почве, разлагают мёртвое органическое вещество и превращают его в неорганические вещества, доступные растениям. Таким образом, почвенные бактерии участвуют в создании почвы и сохраняют её плодородие. Клубеньковые бактерии — симбионты бобовых растений — обогащают почву азотом, повышая её плодородие.  Рис. 8. Корни бобового растения, в которых обитают симбиотические азотфиксирующие бактерии Цианобактерии производят органические вещества, потребляемые другими организмами, и выделяют в атмосферу кислород. Бактериями питаются многие одноклеточные животные, например амёбы и инфузории. Бактерии-симбионты, обитающие в кишечниках копытных животных, способны перерабатывать целлюлозу, содержащуюся в растительных кормах, и увеличивать их пищевую ценность. Паразитические бактерии могут поселяться в организмах животных и растений, ослаблять их, вызывать опасные заболевания и даже гибель. . Значение бактерий в жизни человека Бактерии играют важную роль в жизни человека. Микрофлора кишечника человека — это полезные бактерии-симбионты, обитающие в пищеварительном тракте. Эти микроорганизмы выполняют некоторые полезные функции, например препятствуют проникновению и размножению болезнетворных бактерий. Многие болезни человека — ангина, коклюш, сальмонеллёз — вызываются болезнетворными бактериями. Бактерии, живущие в зубном налёте, питаются остатками пищи и могут вызывать кариес (от лат. caries [кариес]— «гниение») — инфекционное повреждение зубов. С патогенными бактериями люди борются с помощью антибиотиков (от лат. anti [анти] — «против» и др.-греч. bios [биос] — «жизнь») — веществ, подавляющих рост бактериальных клеток и уничтожающих их.  Рис. 9. Полезные и вредные бактерии в организме человека Молочнокислые и уксуснокислые бактерии используются для приготовления продуктов брожения — простокваши, йогурта, сметаны, сыра, квашеной капусты, соевого соуса, уксуса. Силос — сочный корм для сельскохозяйственных животных — тоже получают с помощью бактерий, путём заквашивания зелёной массы кормовых растений. Бактерии гниения и брожения могут вызывать порчу пищевых продуктов — скисание молока, прогоркание масла, протухание мяса и рыбы. Употребление в пищу испорченных продуктов может вызывать отравление. Для сохранения продуктов их подвергают специальной обработке — консервации (от лат. conservatio [консервацио] — «сохранение»): охлаждению, замораживанию, засаливанию, высушиванию, засахариванию, пастеризации, стерилизации и герметическому упаковыванию. В результате такой обработки создаются условия, не подходящие для развития микроорганизмов, а упаковка предотвращает попадание на продукты новых бактерий и их спор. Учёными используют бактерий как объект для исследования. Клетки бактерий относительно просто устроены, но обладают процессами жизнедеятельности, сходными с клетками других организмов. Генетики и биохимики на клетках бактерий как на модельных организмах изучают деятельность генов и особенности обмена веществ. Учёные смогли «научить» бактерии производить нужные людям вещества, например инсулин (лекарство для больных диабетом), витамины, пищевой и кормовой белок. Главное Бактерии — микроскопические одноклеточные организмы, которых можно встретить везде — в воде, воздухе, почве, на поверхности тел других организмов и даже внутри них. Клетки бактерий окружены прочной оболочкой, но не имеют ядер и сложно устроенных органоидов. Бактерии очень устойчивы к воздействиям внешней среды. Они способны образовывать споры и переносить неблагоприятные условия в течение длительного времени. У разных видов бактерий разные потребности к условиям окружающей среды. Среди них есть паразиты, симбионты и свободноживущие организмы; нуждающиеся в кислороде и способные жить без него; потребители готовых органических веществ и их производители. Бактерии имеют большое значение в природе и жизни человека. Они разрушают мёртвое органическое вещество, поддерживают плодородие почв, участвуют в пищевых цепях, являясь пищей для одноклеточных животных. Некоторые бактерии вызывают опасные заболевания, другие полезны для человека и используются им. |
