4.2 Царство бактерий, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Видеоурок: Строение и жизнедеятельность бактерий

Лекция: Царство бактерий, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

История открытия бактерий

На сегодняшний день известно примерно 10 тыс. видов бактерий, но ученые предполагают наличие более миллиона их. Первооткрывателем бактерий стал в 1676 году голландский исследователь Антони ван Левенгук. Он дал им название «анималькули». Собственно, бактериями их назвал их в 1828 г Христиан Эренберг. Луи Пастер в середине 19-го века исследовал их метаболизм и физиологию, обнаружил их патогенность. Более интенсивное изучение бактерий началось после изобретения электронного микроскопа в 1930-х.

Вместе с археями, бактерии являются наиболее древними живыми существами. Предполагается, что они появились около 3,5-3,9 млрд лет назад. Это мелкие безъядерные одноклеточные организмы. Форма их клеток может быть разной. Круглые называются кокки, изогнутые – спирохеты, вибрионы, палочковидные – бациллы. Бактерии могут иметь геометрические формы – тетраэдра, куба или сложные – звезды, тора.

Строение бактерий

Особенностью эволюции бактериальных клеток является универсальность и приспособленность – будучи относительно одинаковыми и имея похожее строение, они обрели:

• приспособленность к любым, в том числе экстремальным условиям внешней среды. Бактерии могут обитать в горячих источниках, соленых водах, бескислородной среде, глубинах океана;

• способность ко всем известным способам трансформации веществ;

• способность к горизонтальному переносу генов при отсутствии полового процесса – бактериальные клетки обмениваются генетической информацией при контакте. Этот процесс получил название конъюгации.

Особенностями строения бактериальных клеток являются:

• толстая клеточная стенка из муреина. У грамположительных бактерий она толстая, грамотрицательные имеют клеточную стенку в 10 раз тоньше;

• отсутствие внутриклеточных мембран, кроме выростов цитоплазматической;

• небольшое разнообразие органоидов – у них есть рибосомы, нуклеоид (неоформленное образование в цитоплазме, содержащее ДНК), цитоплазматическая мембрана, запасные вещества;

• единственная хромосома в виде кольца.

Бактерии могут быть подвижными, для этого они используют жгутики, которых у одной клетки может быть от 1 до 1000. Располагаться они могут по-разному.

По размеру клетки их намного мельче одноклеточных растений и животных. Именно в связи с мелкими размерами они имеют очень быстрый метаболизм, а следовательно – быстрее размножаются.

В живом мире существует три вида получения энергии и они все активно используются бактериями: дыхание, брожение, фотосинтез. Причем фотосинтез у них может протекать без кислорода, а есть виды архей, способные к синтезу АТФ с помощью света, но без хлорофилла. Для дыхания бактериальные клетки тоже могут обходиться другими неорганическими веществами, кроме кислорода – анионы, углекислый газ, в также окислять не органические вещества, а минеральные – водород, сероводород, аммиак. Такое дыхание получило название хемосинтеза.

Бактерии полового процесса не имеют, хотя некоторые исследователи усматривают некоторые признаки полового процесса в конъюгации. 

Размножение бактерий

Чаще всего бактерии размножаются:

• Делением надвое. Это простое разделение клетки на две, иногда повторяющееся несколько раз подряд, в результате чего может образоваться до 1 тыс. особей.

• Почкованием. Отделением от материнской клетки части цитоплазмы с небольшим числом органоидов.

• Спорами. Этот способ только в названии имеет сходство со спорообразованием растений. Бактериальные споры – это множество мелких клеток, окруженных плотной оболочкой, на которые распадается материнская. Такой способ используется при необходимости выжить и размножиться в неблагоприятных условиях.

Для обеспечения генетической изменчивости существует такой процесс, как конъюгация – клетки бактерий способны обмениваться участками ДНК (иногда всей хромосомой), что иначе называется горизонтальным переносом генов, без образования потомства. Кроме того, бактерии способны поглощать нечаянно «найденные» ДНК из внешней среды.

В неблагоприятных условиях бактерии начинают вырабатывать новые слои оболочки вокруг клетки, утолщая ее. В такой споре бактерия впадает в состояние замедленного метаболизма, в котором может провести тысячи лет. Споры некоторых видов являются особо устойчивыми к внешним воздействиям – могут выдерживать длительное кипячение, ультрафиолет, радиоактивное облучение, ультразвук.

Значение бактерий для экологии

Бактерии имеют большое значение для экологии:

• только они способны усваивать и включать в пищевые цепи атмосферный азот;

• участвуют в образовании полезных ископаемых;

• улучшают структуру почвы;

• являются сапрофитами, разрушают биомассу погибших животных и растений;

• в роли симбионтов обеспечивают травоядным возможность переваривания растительной пищи;

• поддерживают атмосферный баланс углекислого газа и кислорода.

Кроме того, бактерии активно используются человеком в хозяйственной деятельности – для получения пищевых продуктов с участием бродильных процессов (сквашивание овощей и силоса, молочнокислые напитки, творог, сметана, получение уксуса и вин). Еще на заре человеческой истории было замечено, что где происходит сквашивание, там невозможно гниение. Этому есть биохимические обоснования.

Также, разработаны способы использования бактерий против вредных насекомых, сорных растений, для очищения сточных вод и загрязненного грунта, уничтожения нефтяных пятен.

Патогенные бактерии и профилактика заболеваний  

Однако, бактерии могут быть и патогенными, вызывать многочисленные заболевания. Патогенными являются бактерии, приспособленные к паразитированию на других организмах. Именно бактерии являются возбудителями чумы, туберкулеза, дифтерии, сибирской язвы, проказы, язву желудка. Существует большое число бактерий, названных условно-патогенными. Они присутствуют в организме, не проявляя себя, но стоит ослабнуть иммунитету – становятся опасными и вызывают заболевания.

Для профилактики заражения бактериальными инфекциями необходимо:

• мыться с мылом или специальными средствами;

• мыть фрукты, овощи и зелень;

• проводить влажную уборку помещений;

• стирать вещи с моющими средствами (стиральным порошком, жидкими концентратами, мылом)

• прибегать к дезинфекции;

• делать прививки.

А также правильно питаться и достаточно двигаться, не допускать снижения иммунитета. Гигиена, как личная, так и помещений снижает вероятность заразиться какой-либо инфекцией на 95%.