Бактерия

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.