Как распространяются бактерии. Распространение бактерий: клинические проявления и профилактика
Бактерии окружают нас повсюду, более того, они живут внутри человеческого организма, причем в огромном количестве. Из-за маленьких размеров их невозможно увидеть невооруженным глазом, тем не менее они могут приносить как ощутимый вред, так и пользу. Вообще же роль бактерий в природе огромна.
Классификация живых существ
На протяжении длительного времени не существовало вообще никакой стройной системы, различающей организмы. Однако знаменитый Карл Линней положил основу современной биноминальной классификации, выделив 3 главных, по его мнению, группы: животные, растения и минералы. Он же и предложил термин "царство".
В дальнейшем, по мере развития технологий и получения новых знаний, классификация совершенствовалась, были выделены главным отличием которых друг от друга являлось отсутствие и наличие в клетках ядра. Сегодня выделяют 8 царств, имеющих значительные различия: вирусы, археи, протисты, хромисты, растения, грибы, животные и бактерии. Что касается последних, все мы знаем об их существовании и постоянно с ними сталкиваемся, хоть и не видим. Может показаться даже странным, что они были выделены в отдельное царство природы.
Бактерии
Эти простейшие представители живой природы на протяжении длительного времени "скрывались" от людских глаз. Тем не менее результаты их деятельности были очевидны уже в древности: скисшее молоко, гниение опавших листьев, сбраживание сахара и многое другое. Так что значение бактерий в природе, даже задолго до их непосредственного открытия, сложно переоценить.
Эта группа организмов является одной из самых древних на планете - они существуют более 3,5 миллиардов лет, и примерно треть этого срока они были единственными живыми существами на Земле. Несмотря на то что эволюция так или иначе затронула и их, строение бактерий остается довольно примитивным, ведь у них даже нет ядра. А тех представителей этого царства, что способны выжить в самых экстремальных условиях, и вовсе можно отнести к простейшим. При этом они являются и самой многочисленной группой организмов из всех существующих на Земле.
Открытие и изучение
Достаточно долгое время ученые даже не подозревали о существовании организмов, которые были им не видны. Разумеется, первооткрывателем бактерий в XVII веке стал человек, который изобрел микроскоп - уроженец Голландии Антоний ван Левенгук. Его приборы давали увеличение до 160 раз, так что ученый заметил в каплях воды, тине, зубном налете и многих других средах странных существ - он назвал их анималькулями. В ходе исследований ему попадались как разные, так и похожие организмы, и он тщательно зарисовывал их. Так были заложены основы микробиологии. Само же название "бактерии" было предложено Христианом Эренбергом в 1828 году.
О связи этих организмов с различными заболеваниями впервые в конце XVIII века заявил военный врач Д. С. Самойлович. С помощью микроскопа он пытался найти возбудителя чумы, с которой ему пришлось столкнуться во время эпидемии в Москве. Несмотря на то что ему это не удалось, он доказал, что заражение происходит лишь при непосредственном контакте с больным или его вещами. Тогда же и была предложена идея прививок посредством ослабленных или убитых микроорганизмов. Позднее она была реализована в Англии, когда врач Эдуард Дженнер заметил невосприимчивость пациентов к после коровьей в анамнезе.
Далее в течение нескольких десятилетий микробиология занималась в основном сбором и систематизацией информации, выявляла роль бактерий в природе и различных жизненных процессах. Далее произошло разграничение их с вирусами из-за серьезных различий в строении. Но в жизни природы было оценено далеко не сразу.
Особенности
В связи с необходимостью адаптации для выживания в самых разных условиях бактериям приходится не только обладать способностью к быстрому размножению, но и отличаться некоторым разнообразием, о котором речь пойдет чуть позже.
Все организмы, относящиеся к этому царству, разумеется, имеют общие черты. Например, все они являются прокариотами, то есть не имеют отдельного ядра и некоторых других клеточных органелл. Между тем, по размеру они, как правило, более крупные, чем эукариоты, и достигают примерно 0,005 миллиметров. Самая большая известная науке бактерия не превышает 0,75 мм в поперечнике, при этом ее даже можно рассмотреть невооруженным глазом.
Прежде всего представители этого царства имеют клеточную стенку, придающую клетке форму, а также специальную слизистую капсулу, предохраняющую организм от высыхания и способствующую его скользящему движению. Иногда толщина этого слоя может быть больше, чем у остальной части бактерии. Цитоплазма, по сравнению с клетками других микроорганизмов, более густая и структурированная. Все питательные вещества располагаются прямо в ней, поскольку вакуоли отсутствуют. Еще один орган, помогающий клетке двигаться, может быть представлен ворсинками на ее поверхности. Но они могут и отсутствовать.
Разновидности
Бактерии живой природы различаются в первую очередь по форме клетки, поэтому их и разделяют на группы в соответствии с тем, как они выглядят. Основные виды называются так:
- кокки;
- бациллы;
- вибрионы;
- спирохеты;
- спириллы;
- стрептококки;
- стафилококки.
Кроме того, существует разграничение по виду условий, подходящих для жизнедеятельности. Приведем пример. Те организмы, которые могут существовать в условиях отсутствия кислорода, называются анаэробными. Кроме того, микробиологи различают грамотрицательные и Здесь речь идет лишь о реакции на специальный краситель, которая зависит от строения клеточной мембраны. имеют более толстую защитную оболочку.
Распространение
Они живут повсюду, поэтому и вынуждены принимать столь изменчивые формы. Жерла вулканов и ледяные пустыни, морские глубины и горные местности, бедные кислородом - везде можно обнаружить бактерий. Это возможно лишь благодаря их потрясающей живучести и быстрому размножению: простое деление может происходить примерно каждые 20 минут.
Кстати, в условиях, которые совершенно не подходят для продолжения жизни, бактерии живой природы могут образовывать так называемые споры, то есть перейти в форму, подходящую для переноса ветром или водой. Когда окружающая среда вновь становится достаточно благоприятной, микроорганизмы опять принимают вегетативную форму и дают начало новой колонии. Так сохраняется и продолжается распространение бактерий в природе.
Значение и роль
Важность того, что делают эти крошечные организмы, сложно переоценить. Роль бактерий в природе поистине огромна. Прежде всего, именно им мы обязаны существованием сложных форм жизни в их нынешнем виде. Ведь как часто называют цианобактерии, фактически создали атмосферу и поддерживают уровень кислорода на необходимом уровне. До сих пор эти микроорганизмы, обитающие в толще мирового океана, генерируют более половины О 2 .
Пожалуй, второе по важности значение бактерий в природе - это их участие в утилизации органики. Без этого также сложно представить современный мир. Существует целый класс организмов-сапрофитов (куда входят и бактерии). Они непосредственно участвуют в круговороте веществ в природе, разлагая остатки органических тканей до минеральных веществ, необходимых для питания растений. Так что эти "крошки" являются неотъемлемой частью любой экосистемы.
Еще одна важная роль бактерий в природе заключается в преобразовании одних веществ в другие, хоть это не всегда желательно. Дрожжи позволяют получать тесто и алкоголь, а - кефир, творог, простоквашу и другие подобные продукты. Но и то еще не все. Вспомните о бактериях, составляющих микрофлору кишечника у млекопитающих. Именно они позволяют пищеварительной системе столь эффективно усваивать полезные вещества, поступающие в организм вместе с пищей.
Защита
Однако роль бактерий в природе одними позитивными моментами не ограничивается. Так, есть патогены, которые вызывают тяжелые заболевания, поэтому зачастую появляется необходимость в избавлении от нежеланных "гостей". Для этого существует не только элементарная гигиена, то есть мытье рук и тела с мылом, но и дезинфекция, а также стерилизация различных предметов и поверхностей. Меры по защите от бактерий могут включать кипячение и длительное воздействие горячим паром, обработку растворами спирта или соединениями хлора, а также ультрафиолетом. Если все сделано правильно, большая часть болезнетворных клеток погибает.
Что же касается продуктов питания, они также подвергаются различным способам обработки: пастеризации, консервации, кипячению, жарке, тушению, запеканию и т. д. Это позволяет продлить срок их хранения и сделать безопасными для употребления в пищу. Но всесторонняя защита от бактерий может иметь и обратную сторону: вследствие отсутствия необходимости всегда быть наготове иммунная система может ослабнуть. Так что слишком уж усердствовать в войне против бактерий не стоит.
Бактерии - относительно просто устроенные микроскопические одноклеточные организмы.
Форма бактерий (рис. 28). В зависимости от формы клетки бактерии различают: шарообразные кокки, палочковидные бациллы, изогнутые в виде запятой вибрионы, спиралевидные спириллы. Очень часто бактерии образуют скопления в виде длинных изогнутых цепочек, групп и плёнок. Некоторые бактерии имеют один или несколько жгутиков. Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков.
Рис. 28. Форма и размеры бактериальных клеток
Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или зелёный цвет.
Строение бактерий . Бактериальные клетки окружены плотной оболочкой, благодаря которой сохраняют постоянную форму. По составу и строению клеточные оболочки бактерий существенно отличаются от оболочек растений. Оформленного ядра, отделённого от цитоплазмы ядерной оболочкой, в клетке нет. Ядерное вещество у большинства бактерий распределено в цитоплазме (рис. 29).
Рис. 29. Строение клетки бактерии
Распространение бактерий . Практически нет места на Земле, где бы не встречались бактерии. Они живут во льдах Антарктиды при температуре -83 °С и в горячих источниках, температура которых достигает +85-90 °С. Особенно много их в почве. В 1 г почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.
Число бактерий различно в воздухе проветренных и непроветренных помещений. Так, в классе после проветривания перед началом урока бактерий в 13 раз меньше, чем в той же комнате после урока.
Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.
Питание бактерий . Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них, например синезелёные, или цианобактерии, способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Размножение бактерий . Размножаются бактерии делением одной клетки на две. При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий может происходить через каждые 20-30 мин. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно было бы заполнить все моря и океаны. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибает под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100 °С, под действием дезинфицирующих веществ, в результате борьбы между видами и т. д.
Лишь у некоторых видов бактерий образуются особые клетки - споры (от греческого «спора» - семя), с помощью которых они могут размножаться.
В неблагоприятных условиях (при недостатке пищи, влаги, резких изменениях температуры) цитоплазма бактериальной клетки, сжимаясь, отходит от материнской оболочки, округляется и образует внутри неё на своей поверхности новую, более плотную оболочку (рис. 30). Такую бактериальную клетку тоже называют спорой (от греческого слова «спора» - семя). Споры некоторых бактерий сохраняются очень долго в самых неблагоприятных условиях. Они выдерживают высушивание, жару и мороз, не сразу погибают даже в кипящей воде. Споры легко разносятся ветром, водой и т. д. Их много в воздухе и почве. В благоприятных условиях спора прорастает и становится жизнедеятельной бактерией. Споры у подавляющего большинства бактерий - это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.
Рис. 30. Образование спор
Новые понятия
Чем можно объяснить широкое распространение бактерий на нашей планете?
Задания
- Вымойте клубень картофеля, не очищая его от кожуры, нарежьте ломтиками. Натрите ломтики мелом и поместите в чашку Петри. Чашку поставьте в тёплое место с температурой 25-30 °С. Через 2-3 суток на поверхности ломтиков образуется плотная морщинистая плёнка. Маленький кусочек плёнки разотрите в капле воды и рассмотрите под микроскопом бактерии картофельной палочки. Они подвижны, обладают жгутиками и могут образовывать споры.
- Для получения культуры сенной палочки положите в колбу с водой немного сена, горлышко колбы закройте ватой и кипятите содержимое в течение 15 мин, чтобы уничтожить другие бактерии, которые могут оказаться в колбе. Сенная палочка при кипячении не погибает. Полученный настой сена отфильтруйте и на несколько дней поставьте в помещение с температурой 20-25 °С. Сенная палочка будет размножаться, и вскоре поверхность настоя покроется плёнкой из бактерий.
Стеклянной палочкой перенесите частичку плёнки на предметное стекло, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом. Добавьте под покровное стекло каплю метиленовой синьки или чернил, разбавленных водой. На голубом фоне бактерии видны гораздо лучше. Некоторые из них подвижны, а у неподвижных внутри видны блестящие овальные образования. Это споры.
- Большинство бактерий гибнет при температуре +65-100 °С, но споры некоторых из них переносят нагревание до +140 °С и охлаждение до -253 °С.
Нагрейте отфильтрованный настой. Выясните, при какой температуре бактерии сенной палочки погибают.
Знаете ли вы, что...
Встречаются так называемые хищные бактерии. Это колониальные бактерии. Их клетки соединены мостиками и образуют подобие ловчей сети. Передвигаясь, такая колония захватывает и переваривает мелкие живые организмы.
Распространение бактерий на планете
Бактерии широко распространены в природе: населяют воздух, воду и почву, находятся в живых организмах.
Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды в которых достигает $90^\circ$, в нефтеносных шарах.
Бактерии способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще.
Основным источником распространения бактерий является почва. Этому способствуют:
- наличие большого количества питательных веществ (минеральных, органических);
- достаточная влажность субстрата,
- защита их от действия прямого солнечного излучения и резких колебаний температуры.
Пример 1
Наибольшее количество бактерий содержится на глубине до $30$ см. Песчаная почва содержит их меньшее количество, чем чернозём. Один грамм чернозёма содержит около $10$ миллиардов бактерий.
Огромная роль бактерий в процессах обогащения и образования грунтов, в повышении их плодородия.
Происходит разложение органических веществ - остатков мёртвых животных и отмерших растений, которые попадают в почву. Благодаря этому образуются неорганические вещества, которые позже могут служить пищевой базой для других организмов, в основном растений, а так же одновременно выделяется углекислый газ, необходимый для фотосинтеза растений. Большое количество перегноя бактерии образуют после дополнительного удобрения почвы навозом, выращивания многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени превращают перегной в минеральные вещества, необходимые для питания растений, в том числе и культурных.
Больше всего бактерий можно встретить в почвах, которые содержат много органических остатков (культивированных, удобряемых, достаточно увлажнённых)
Встречаются в почве и патогенные (болезнетворные) бактерии. Они попадают в грунт вместе с трупами животных, бытовыми и промышленными отбросами. Они могут быть возбудителями тяжёлых заболеваний - столбняка, ботулизма, газовой гангрены и др.
Почва является основным первоисточником попадания бактерий в воздух и в воду.
Микрофлора воды
Вода - благоприятная среда для жизнедеятельности бактерий.
Загрязнение воды может составлять до миллиона бактерий в $1$ мл.
Бактерии попадают в водоёмы со сточными почвенными водами, из воздуха и др.
Количество бактерий в воде зависит от её природы. Воды открытых водоёмов содержат наибольшее количество бактерий, а артезианские воды - значительно меньше, потому что проходят сквозь слои почвы и частично очищаются.
Вода является источником распространения патогенных бактерий, особенно во время эпидемий дизентерии, брюшного тифа, холеры и других инфекций. Они могут сохранятся в воде несколько месяцев.
Промышленные сточные воды и бытовые сточные воды, а так же дождевые воды, в которые из воздуха и с поверхности почвы попадает большое количество бактерий являются основным источником бактериального загрязнения естественных водоёмов.
В таких стоках содержится большое количество химических соединений - хлоридов, аммиака, сероводорода, соли азотной и фосфорной кислот.
Очищенные сточные воды и питьевую воду обеззараживают путём облучения ультрафиолетовыми лучами, озонирования.
Микрофлора воздуха
Воздух считается наименее благоприятной средой для существования бактерий, потому что его влажность ниже необходимой для их развития и не содержит необходимых питательных веществ.
В воздух бактерии попадают с пылью. В воздушной среде они или гибнут, или их споры сохраняются на поверхности почвы и предметов.
- С высотой количество бактерий в воздухе уменьшается.Более заселены бактериями нижние слои атмосферы.
Пример 2
Над поверхностью океанов, лесов, над снежными равнинами и горными вершинами бактерии почти отсутствуют, а над поверхностью суши их намного больше.
- Количество бактерий в воздухе зависит от близости к населённым пунктам.
Пример 3
В воздухе больших городов бактерий содержится больше, чем в воздухе посёлков и деревень.
- Летом бактерий больше, чем в холодное время года.
Пример 4
1 метр кубический воздуха находятся десятки тысяч различных бактерий.
В составе микрофлоры воздуха содержатся так же разнообразные болезнетворные бактерии: возбудители туберкулёза, менингита, инфекций дыхательных путей и др.
Микрофлора организма человека
На коже человека и внутри организма так же постоянно проживают бактерии. В результате общения с природой и с другими людьми происходит взаимообмен микрофлорой. В организм человека бактерии попадаю с водой, пищей, из воздуха.
Очень разнообразна микрофлора полости рта. Влажность, температура, щёлочная реакция слюны, остатки еды - это всё способствует развитию бактерий.
В роте много микрококков, стафилококков, стрептококков, спирохет, вибрионов, бацилл. Щедро засеяны микробами зубы, повреждённые кариесом, зубной налёт, миндалины.
Органы дыхания постоянной микрофлоры не имеют и полностью зависят от содержания бактерий в воздухе, что вдыхается.
Микрофлора желудочно - кишечного тракта щедра и разнообразна. В кишечнике постоянно проживают кишечная палочка, некоторые кокки.
Руки человека загрязняются микробами из окружающей среды (воздух, предметы). На руках можно обнаружить множество разнообразных бактерий, опасных для здоровья человека, которые вызывают дизентерию, сальмонеллёз, брюшной тиф, гепатит и др.
Замечание 1
Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так ка они берут участие в кругообороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, недоступные ни животным, ни растениям.
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.
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.
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:
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:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
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 см 3 . 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 СО 2).
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.
Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они - первые организмы, появившиеся на Земле.
Бактерии были описаны в 1676 г. голландским натуралистом Антони ван Левенгуком. Это прокариотические микроскопические организмы. Размеры бактериальных клеток колеблются в среднем от 0,1 до 10 мкм. Тело бактерий состоит из одной клетки, однако бактерии могут образовывать колонии в виде шариков, нитей, пленок. Многоклеточные представители встречаются среди цианобактерий (синезеленых водорослей). В клетках бактерий нет оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий представлен одной кольцевой молекулой ДНК (бактериальной хромосомой), которая присоединена в определенном месте к клеточной мембране и занимает в цитоплазме пространство, называемое нуклеоидом. У бактерий отсутствуют мембранные органеллы, характерные для клеток эукариот: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, пластиды и ряд других. Рибосомы бактерий мельче рибосом эукариот. Бактериальная клетка от внешней среды отграничена плазматической мембраной типичного строения. Снаружи от мембраны клетка бактерий покрыта жесткой клеточной стенкой, в состав которой входит полисахарид муреин. Клеточная стенка проницаема для воды, ионов и низкомолекулярных соединений, но непроницаема для крупных полимерных молекул. Поверх клеточной стенки у бактерий могут располагаться капсула или слои слизи. Эти образования служат дополнительной защитой для клеток и участвуют в формировании колоний. Плазматическая мембрана образует впячивания внутрь клетки, которые называются мезосомами; на их поверхности локализованы ферменты, принимающие участие в дыхательных процессах. У фотосинтезирующих бактерий во впячиваниях плазматической мембраны встроены фотосинтетические пигменты. Существуют неподвижные и подвижные бактерии. У подвижных бактерий имеется один или несколько жгутиков. Жгутики бактерий устроены иначе, чем у эукариот. Они представляют собой полый цилиндр из особых белков и не покрыты цитоплазматической мембраной.
По форме клетки бактерии можно разделить на четыре основных типа.
Бациллы имеют форму палочек. Среди них есть как одиночные (кишечная палочка,), так и собранные в цепочки (возбудитель сибирской язвы).
Кокки имеют форму шариков. Если они располагаются попарно - это диплококки (возбудитель пневмонии), если образуют цепочки клеток - то стрептококки (возбудители ангины, скарлатины), если они сгруппированы в комочки, напоминающие виноградную кисть, - то это стафилококки (вызывают пищевые отравления).
Вибрионы - это бактерии, имеющие изогнутую форму, напоминающие запятую (возбудитель холеры).
Спириллы - это нитевидные или закрученные по спирали клетки. На них похожи спирохеты. Спириллы и спирохеты отличаются друг от друга по способу перемещения.
При наступлении неблагоприятных условий некоторые бактерии образуют толстостенные споры. Споры эндогенного происхождения, то есть они формируются внутри клеток и служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий и распространения. Споры способны выдерживать нагревание, переохлаждение, облучение и могут сохраняться живыми десятки лет.
Размножаются бактерии простым делением клетки пополам (бинарное деление). Перед делением клетки у них происходит удвоение молекулы ДНК. У некоторых бактерий деление может происходить каждые 20 минут. У бактерий может происходить обмен генетическим материалом. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. У бактерий выделяют три ее формы: трансформацию, конъюгацию (не путать с половым процессом конъюгацией у водорослей и инфузорий!) и трансдукцию.
Автотрофные бактерии используют неорганические соединения углерода (главным образом углекислый газ) для синтеза собственных органических веществ. В качестве источника энергии они используют или свет (фотоавтотрофы: цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии), или химическую энергию окисления неорганических веществ (хемоавтотрофы: серобактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии, водородные бактерии). К фотоавтотрофным принадлежат бактерии, имеющие зеленые пигменты бактериохлоро- филлы. Фотосинтез у некоторых из них протекает в анаэробных условиях без выделения кислорода (аноксигенный фотосинтез). У цианобактерий фотосинтез протекает с выделением кислорода (оксигенный фотосинтез). В группу хемоавтотрофов входят нитрифицирующие бактерии, способные окислять аммоний до нитратов. Азотфиксирую- щие бактерии переводят молекулярный азот в нитраты. Бесцветные серные бактерии окисляют сероводород до молекулярной серы, а при нехватке сероводорода переводят серу в сернистую и серную кислоты. Железобактерии окисляют двухвалентное железо в трехвалентное, благодаря их деятельности в протерозойской эре образовались залежи железных руд (Криворожское месторождение). Водородные бактерии окисляют молекулярный водород до воды.
Особый интерес представляют бактерии-симбионты, тесно связанные с другими живыми организмами симбиотическими типами отношений. Например, клубеньковые бактерии (принадлежат к роду
Ризобиум), которые образуют клубеньки на корнях бобовых растений, свободно живут в почве, но фиксацию молекулярного азота могут осуществлять только в симбиозе с растениями. Они способны фиксировать молекулярный азот и переводить его в форму, доступную для всасывания растениями.
Растение обеспечивает бактерии питательными веществами и создает для них необходимые условия существования, а бактерии снабжают растения азотом. Бактерии имеют повсеместное распространение. Наибольшее количество бактерий обитает в почве - в 1 г плодородной пахотной почвы их содержится несколько миллиардов. Почвенная флора в основном представлена бактериями гниения. Они разлагают органические остатки (отмершие тела растений и животных) до веществ, которые потребляют растения: до углекислого газа, воды и минеральных солей. Этот процесс называется минерализацией органических остатков. Чем больше бактерий в почве, тем интенсивнее идет процесс минерализации, следовательно, тем выше плодородие почв. В почве также могут находиться болезнетворные бактерии и их споры (столбняк). В воду бактерии попадают главным образом из почвы. На дне водоемов сконцентрированы сапрофитные бактерии, они разлагают отмершее органическое вещество, оседающее на дно,
то есть выполняют ту же роль, что и почвенные бактерии. Концен-
трация бактерий в воде значительно ниже, чем в почве. В 1 см воды обычно содержится до 400 000 бактерий. В воде могут присутствовать и болезнетворные бактерии - возбудители холеры, туляремии и др. Меньше всего бактерий в воздухе, однако их количество значительно повышается в помещениях, в местах скопления людей. Наименьшее количество бактерий содержится в воздухе хвойных лесов, особенно сосновых. Смолистые выделения хвойных растений обладают бактерицидным свойством. В населенных пунктах, особенно в промышленных городах, число бактерий в воздухе увеличивается, так как они оседают на взвеси пыли, в избытке содержащейся в воздухе. В местах скопления людей воздух содержит очень большое количество разнообразных болезнетворных бактерий и их споры (туберкулез, ангина). Бактерии встречаются и в бескислородной среде (в глубоких слоях почвы, в иле, в толще воды). Одни бактерии приспособились жить при низких температурах, например, в 1 г льда Антарктиды обнаружено около 100 бактерий. Другие, наоборот, могут жить в горячих источниках, выдерживая температуру до 80 °С. Бактерии живут на покровах растений, животных и человека или внутри них.
Бактерии принимают непосредственное участие в круговороте веществ в природе, разрушая мертвые органические вещества, и тем самым способствуют поглощению этих веществ растениями.
Цианобактерии при фотосинтезе выделяют кислород. Именно благодаря этой группе организмов примерно 2 миллиарда лет тому назад в атмосфере началось накопление молекулярного кислорода. В результате деятельности этих бактерий изменился газовый состав атмосферы и сформировался озоновый экран.
Важную роль играют бактерии в фиксации атмосферного азота. Среди них встречаются как свободно живущие бактерии (азотобактер), так и живущие в симбиозе клубеньковые бактерии. Делая доступным для растений азот атмосферы, они повышают плодородие почвы.
Цианобактерии входят в состав лишайников. Множество симбиотических бактерий обитают в кишечнике млекопитающих как симбионты, например кишечная палочка. Они частично разлагают клетчатку, которую эти животные не способны переварить. В процессе их жизнедеятельности синтезируются витамины группы В и витамин К, необходимые для нормальной жизнедеятельности. При отсутствии бактерий в кишечнике у животных и человека развивается заболевание - дисбактериоз.
Способность бактерий расщеплять органические вещества используют при очистке загрязненных сточных вод.
В пищевой промышленности бактерии используют в процессах брожения для получения кисломолочных продуктов, сыра, масла, квашения овощей. В химической промышленности бактерии используют для получения спиртов, уксусной кислоты, ацетона, сахаров и полимеров.
Бактерии применяются в микробиологической промышленности для получения антибиотиков, витаминов, гормонов и ферментов. Бактерии широко используются в генетической инженерии. Так, путем переноса в клетки генов бактерий, кодирующих синтез инсулина у человека, удалось получить человеческий инсулин.
Бактерии могут играть и отрицательную роль. Они способны вызывать порчу сена, кормов, пищевых продуктов, повреждение книг и рукописей. Цианобактерии вызывают цветение воды, что пагубно отражается на существовании других обитателей водоемов - беспозвоночных и рыб. Бактерии вызывают заболевания растений, животных и человека. У человека бактерии являются возбудителями таких заболеваний, как тиф, холера, чума, сибирская язва, туберкулез, ангина и др. Заражение может происходить как при контакте с больными людьми, так и через воду, воздух, продукты питания, предметы личной гигиены. К мерам борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний относятся: проведение предохранительных прививок, контроль за источниками воды и пищевыми продуктами, пастеризация и термическая обработка продуктов питания, соблюдение основных гигиенических требований, дезинфекция помещений, стерилизация медицинских инструментов и перевязочного материала и др.
Выберите один правильный ответ.
1. Размеры самых крупных бактерий составляют примерно
1) 10 _5 м 2) 10” 8 м 3) 1мм 4) 1см
2. Шарообразные бактерии называются
1) спириллами 3) вибрионами
2) кокками 4) бациллами
3. Возбудителем холеры является
1) стрептококк 3) вибрион
2) бацилла 4) спирохета
4. Бактерии способны передвигаться с помощью
1) жгутиков 3) параподий
2) ложноножек 4) ресничек
5. Бактерии-сапротрофы питаются
1) живыми клетками
2) умершими организмами
3) неорганическим веществом
4) любым из перечисленных способов
6. К миксотрофным бактериям относятся
1) гонококки
2) молочнокислые бактерии
3) возбудители сибирской язвы
4) азотофиксирующие бактерии
7. Фотоавтотрофами являются
1) цианобактерии
2) азотофиксирующие бактерии
3) болезнетворные бактерии
4) денитрифицирующие бактерии
8. Споры у бактерий служат для
1) активного передвижения
2) бесполого размножения
3) полового размножения
4) переживания неблагоприятных условий
9. Споры бактерий наиболее уязвимы для
1) кипячения
2) замораживания
3) обезвоживания
4) ультрафиолетового излучения
10. По типу питания бактерии гниения относятся к
11. Больше всего бактерий на единицу объема обитает в
1) болотной воде 3) воздухе городов
2) плодородном слое почвы 4) океане
12. Азотфиксирующие бактерии относятся к
1) молочнокислым бактериям
2) бактериям гниения
3) бактериям спиртового брожения
4) клубеньковым бактериям
13. Палочка Коха относится к
1) почвенным бактериям
2) бактериям гниения
3) болезнетворным бактериям
4) уксуснокислым бактериям
14. Симбионтом человека является
1) азотобактер 3) кишечная палочка
2) холерный вибрион 4) золотистый стафилококк
15. Бактерии являются возбудителями
2) гепатита
3) краснухи
4) сибирской язвы
Выберите три правильных ответа.
16. Бактерии не имеют
1) клеточной стенки
4) цитоплазмы
5) аппарата Гольджи
6) эндоплазматической сети
17. Формами генетической рекомбинации у бактерий являются
1) транскрипция
2) трансляция
3) трансформация
4) трансдукция
5) конъюгация
6) транслокация
18. Хемоавтотрофами являются
1) молочнокислые бактерии
2) уксуснокислые бактерии
3) бактерии спиртового брожения
4) нитрифицирующие бактерии
5) водородные бактерии
6) железобактерии
19. Бактерии являются возбудителями
2) холеры 5)
3) столбняка 6)
20. Бациллы являются возбудителями
1) сыпного тифа 4)
2) сифилиса 5)
3) туберкулеза 6)
Ключи к заданиям
| № вопроса | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| ответ | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 4 | 4 | 1 |
| № вопроса | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| ответ | 2 | 4 | 3 | 3 | 4 | 3,5,6 | 3,4,5 | 4,5,6 | 1,2,3 | 1,3,5 |
Задание 21
|