Бактерии как древнейшая группа живых организмов. Общая характеристика бактерий. Отличия клетки бактерий от клетки растений. Бактерии — общая характеристика. Классификация, строение, питание и роль бактерий в природе Бактерии древнейшая форма организмов

Паспорт проектной работы.

Название проекта «Бактерии в нашей жизни»

Руководитель проекта – И.А.Штрекер, учитель биологии и химии МБОУ СОШ № 24 пгт. Каз.

Учебный предмет биология, в рамках которого проводится работа.

Учебные дисциплины близкие, к теме проекта: история, информатика.

Возраст 13 лет

Тип проекта: Исследовательский

Цель

Опытным путём подтвердить значение условий нашей жизни для роста и развития бактерий.

Задачи

1.Изучить влияние бактерий на молочные продукты;

2.Изучить методы борьбы с патогенными бактериями;

3.Изучить гигиенические правила.

Я, Журавлёва Мария, решила исследовать влияние бактерий на молоко и картофель и сделать презентацию по теме «Бактерии в нашей жизни». Я решила сделать эту презентацию и защитить на школьной экологической конференции.

План моей работы:

Выбор темы.

Поиск информации

Исследование

Выполнение презентации

5. Защита проекта.

Что такое микробы?! Откуда они взялись и как выглядят?! Мы слышим по телевизору и по радио, читаем в газетах и в Интернете, что бактерии и микробы - это вредные организмы и живут они в окружающей нас среде - воздухе, почве, воде - откуда потом попадают на предметы, одежду, на руки, в пищу, в рот, кишечник.

Размеры микробов так малы, что их измеряют тысячными и даже миллионными долями миллиметра. Микробы можно рассмотреть только с помощью оптического или электронного микроскопа. Они могут вызывать различные заболевания, отравления. Поэтому необходимо соблюдать санитарно-гигиенические требования.

Микробов огромное количество, а какие живут в нас?! Как они различаются и существуют ли вообще?!

В общей сложности ученые насчитали в пробах 500 видов бактерий.

Гипотеза : Я хочу убедиться в существовании бактерий на наших руках. И действительно ли нужно мыть руки, чтобы защититься от бактерий?

Актуальность: существуют ли бактерии на наших руках?

Проблема: способы защиты от бактерий.

История открытий

Увидеть микроба стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоний ван Левенгук (1632-1723), который сконструировал микроскоп, дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, различные настои, кровь, зубной налет и многое другое. В просматриваемых объектах он обнаруживал мельчайшие существа, названные им «живыми зверьками» . Он установил шаровидные, палочковидные и извитые формы микробов. Открытие Левенгука положило начало возникновению микробиологии.

Французский ученый-химик Луи Пастер (1822-1895) первый, кто начал изучать бактерии и их свойства. Он доказал, что микробы являются причиной брожения и гниения, способны вызывать болезни.

Велика заслуга в развитии микробиологии И. И. Мечникова (1845-1916). Он также выявил заболевания человека, вызванные бактериями. Он организовал первую в России бактериологическую станцию. С именем Мечникова связано развитие нового направления в микробиологии - иммунологии - учения о невосприимчивости организма к инфекционным болезням (иммунитет).

Среда обитания

Бактерии – самые первые живые существа, появившиеся на нашей планете.
Бактерии обитают почти повсеместно, где есть вода, включая горячие источники, дно мирового океана, а также глубоко внутри земной коры. Они являются важным звеном в обмене веществ в экосистемах.

Практически нет места на Земле, где бы ни встречались бактерии. Они живут во льдах Антарктиды при температуре -83 по Цельсию и в горячих источниках (вулкане или в пустыне), где температура достигает +85 или +90по Цельсию. Особенно много их в почве. В 1 грамме почве 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 перед проветриванием

1.3. Какие бывают бактерии. Бактерии бывают и полезные и вредные.

Многим животным бактерии просто необходимы для жизни. Например, пищей копытных животных, грызунов, как известно, служат растения. Основную массу любого растения составляет клетчатка (целлюлоза). Но, оказывается, переваривать клетчатку зверям помогают бактерии, живущие в особых отделах желудка и кишечника.

Мы знаем, что гнилостные бактерии портят пищевые продукты. Но этот вред, который они приносят человеку, - ничто по сравнению с пользой, которую они приносят природе в целом. Эти бактерии можно назвать «природными санитарами». Разлагая белки и аминокислоты, они поддерживают круговорот веществ в природе.

Простокваша, сыр, сметана, масло, кефир, квашеная капуста, маринованные овощи - всех этих продуктов не существовало бы, не будь молочнокислых бактерий. Человек использует их с древнейших времён. Кстати говоря, простокваша усваивается втрое быстрее молока - за час организм полностью переваривает 90% этого продукта. Без молочнокислых бактерий не было бы и силоса, идущего на корм скоту.

Строение бактерий

Строение зависит от способа жизни и пропитания микроорганизма. Бактерии могут иметь палочковидную (бациллы), шаровидную (кокки) и спиралевидную (спириллы, вибрионы, спирохеты) форму.

Как они нас заражают ? Заразные (инфекционные) болезни были известны еще в древности. Наиболее тяжёлые из них (чума, холера, оспа) часто принимали массовое распространение, вызывали повальный мор, вследствие чего цветущие города превращались в обширные кладбища.

Кроме этих особо опасных инфекций, известно еще очень много других заразных болезней, которые могут вызывать эпидемии, - это дизентерия, брюшной тиф и паратифы, сыпной и возвратный тифы, бруцеллёз, эти болезни возникают через грязные продукты и руки. Способом заражения является перенос возбудителя в дыхательные пути через окружающий нас воздух. Возбудители многих заразных болезней выделяются больным организмом из поражённых дыхательных путей (нос, глотка, бронхи, лёгкие). Когда больной человек говорит, кашляет, чихает, он выбрасывает в окружающий воздух мельчайшие брызги - капельки заражённой мокроты или носовой слизи. Таким путём микробы-возбудители легко проникают вместе с заражённым воздухом в нос, глотку, в лёгкие здоровых людей, где и происходит дальнейшее развитие болезни. Такой «воздушный» или «капельный» путь движения заразных микробов наблюдается при заражении здоровых людей гриппом, скарлатиной, корью, дифтерией, коклюшем, оспой, свинкой.

Опрос-наблюдение .

Опросила 20 человек как они моют руки перед едой, 19 человек знают, что перед едой нужно мыть руки с мылом это - 98% учащихся. После проделанной работы меня заинтересовал вопрос: « Как часто моют руки перед едой ученики?». Во время перемены я стала наблюдать у входа в столовую, моют ли учащиеся руки?

Результат:

При опросе учащихся, «Знают ли они, что перед едой необходимо мыть руки?», 98% учащихся ответили,что знают, и понимают, зачем это необходимо.

Пронаблюдав же за школьниками у входа в столовую, я выяснила, что руки перед едой моют без мыла около 8человек, а 12 человек не мыли руки .

Вывод: мало знать, нужно ещё и применять знания, чтобы сохранить своё здоровье.

Мои опыты.

Я вымыла, почистила клубень картофеля, разрезала на 2 доли,вымочила в содовом растворе, сварила, остудила.Сделала стерильными 2 стеклянных баночки с крышками,положила №1 банку долю картофеля грязными руками, №2 банку долю картофеля вымытыми с мылом руками. Банки поставила в тёплое место. В результате через 4 дня картофель, который брала грязными руками покрылся колониями бактерий плотно, а в банке №2 картофель частично был покрыт колониями.

Вывод: на грязных руках очень много бактерий.

Опыт №2(с молоком)

Получение простокваши из молока.

Взяла свежее молоко 1 стакан, поставила в тёплое место на следующий день получила простоквашу

Получение сметаны из сливок.

Взяла сливки 1стакан поставила в тёплое место, через день получилась сметана

Вывод: таким образом, я убедилась, что полезные бактерии помогают сделать многие вкусные продукты.

Археология и история – это две науки, тесно переплетенные между собой. Археологические исследования дают возможность узнать о прошлом планеты, которое посредством истории выстраивается в хронологическом порядке. Ученые, занимающиеся такими изысканиями, постоянно стремятся найти все более и более древние формы живых существ, обитавших на Земле. Проведенные исследования показали, что бактерии – это древнейшие микроорганизмы, когда-либо населявшие планету.

Эти микроорганизмы постоянно подвергаются тщательному изучению, поскольку их роль в процессе эволюции практически невозможно переоценить. Дискуссии на эту тему возникают очень часто, но в результате всегда оказывается, что бактерии проживают на планете намного дольше других существ, чему находятся многочисленные подтверждения.

Процесс изучения бактерий активно идет, счет исследованиям практически не ведется, и каждое новое открытие становится сенсацией для всего мира. Одним из ярчайших событий стало обнаружение серных анаэробных бактерий, существовавших 3,4 млрд лет назад в Австралии. Находка вызвала массу споров и обсуждений: в ход шли даже теории о неземном происхождении микроорганизмов.

Существуют и другие виды существ, способных просуществовать крайне долго. Хорошим примером являются отдельные группы цианобактерий, возраст которых нередко достигает 2 млрд лет. Подобные бактерии являются одной из персистентных форм жизни – существ, способных эволюционировать без существенных изменений своих организмов.

Археологам удается находить массу уникальных останков микроорганизмов, так или иначе участвовавших в процессе эволюции. В число древнейших организмов попали ископаемые водоросли и микробы, найденные в горных породах Южной Африки: там были найдены останки простейших бактерий и сине-зеленых водорослей, существовавших по меньшей мере 3,2 млрд лет назад. Это открытие было невероятно важным для ученого сообщества, поскольку данные микроорганизмы были морскими, что говорит о том, что водное пространство уже тогда было домом для микробов, впоследствии трансформировавшихся в водоросли, растения и живых существ.

Еще одним немаловажным этапом в изучении древнейших бактерий стало изучение групп микроорганизмов, обнаруженных при раскопках в Онтарио. Исследование остатков показало, что эти микроорганизмы существовали уже два миллиарда лет назад. Данные бактерии тоже относились к числу наиболее примитивных микроорганизмов и уже занесены в соответствующий раздел систематики.

Немалый интерес для истории представляют и не столь древние существа. Так, в центральной части Австралии были найдены останки микроорганизмов, входящих в состав многоклеточных водорослей и других растений. Возраст этих бактерий находится в пределах одного миллиарда лет. Обнаружение подобных единиц микроорганизмов стало очень важным: опираясь на их исследования, ученые могут восстанавливать хронологию эволюции прошлого и дополнять систематику.

Древнейшие бактерии существовали не только в одноклеточном виде, но и входили в состав более сложных организмов, например, зеленых водорослей, способных размножаться половым путем. Каждое открытие такого масштаба предоставляет все новые возможности в изучении живых существ, поскольку возникает разнообразие форм организмов, обитавших в природе: любая новая единица всегда добавляет очередной штрих в генетическое разнообразие живых существ.

Окончательный переход к дифференциации многоклеточных существ произошел около 600 млн лет назад. Ученые считают, что причиной развития стало возникновение разных форм размножения и появление первых животных, в результате чего природа стала эволюционировать намного быстрее.

Классификация и строение бактерий

В процессе эволюции появилось большое количество самых разнообразных бактерий. Классификацией различных микроорганизмов занимается биологическая систематика, которая определяет:

• наименование конкретного вида микроорганизмов;
• положение вида бактерий в общей классификации;
• характерные признаки разных видов микроорганизмов.

Строение бактерий предполагает наличие твердой оболочки, способной сохранить форму тела и внутренности микроорганизмов. Форма оболочки является одним из главных пунктов, позволяющих классифицировать бактерии: бывают шаровидные, палочковидные, спиралеобразные и прочие формы. Также микроорганизмы оцениваются по своим размерам: самые крупные представители могут достигать 0.75 мм в длине, а габариты мельчайших измеряются долями микрометров.

Наиболее продвинутые бактерии выработали жгутики, обеспечивающие движение в пространстве. Для улучшения двигательных функций отдельные виды бактерий вытянулись в нитчатую форму. О жгутиковых организмах можно сказать отдельно. Основное отличие между жгутиковыми простейшими и бактериями заключается в наличии ядра у первых. Кроме того, эти микроорганизмы имеют хроматофоры, позволяющие им окрашивать себя в разные цвета, приобретая тем самым сходство с различными водорослями. Главным пигментом является хлорофилл, обеспечивающий зеленый цвет существа, но нередки и случаи соединения с другими пигментами.

Поскольку внешние факторы могут стать причиной гибели примитивных бактерий, многие из них выработали защитную функцию – образование спор. При разрушении бактерии или прекращении ее жизненного цикла споры выходят за пределы оболочки и расселяются по доступному пространству. Выработка спор для большинства бактерий стала крайне удобным механизмом, поскольку споры отлично выдерживают большую часть агрессивных воздействий, включая температурный удар, отсутствие жидкости или пищи.

Многообразие видов бактерий поражает воображение: счет изученных видов доходит до нескольких десятков тысяч, что составляет лишь малую часть от существовавших на Земле микроорганизмов. Определенную сложность в изучении бактерий представляет тот факт, что они находятся практически во всех многоклеточных организмах, включая водоросли, земные растения и животных.

Роль бактерий и их развития в жизни планеты

Поиск древнейших, изначальных микроорганизмов является очень проблематичным занятием. От многих видов бактерий за многие миллионы лет не остается практически ничего, и исследовать их приходится, опираясь на современные виды живых существ, что существенно усложняет систематику. Конечно, качественное оборудование и ведущие умы специалистов позволяют узнать многое, но все же иногда исследования упираются в непробиваемую стену времени. Именно поэтому счет изученных живых организмов не превышает определенного значения: для систематики недостаточно данных.

• температурой;
• давлением;
• движением ветра;
• иными физическими и химическими процессами.

Тем не менее по отдельным древнейшим пластам ученым удается установить многие аспекты, связанные с теми или иными организмами. Имея определенные данные о бактериях, водорослях и прочих структурах, появившихся позже, можно делать выводы о самых ранних существах и дополнять систематику.

Доподлинно известно, что самые первые организмы требовали питания, поэтому употребляли в пищу органику. За прошедшие миллионы лет сменилось большое количество видов микроорганизмов, и самые стойкие впоследствии стали базисом для образования бактерий. Некоторые из них сумели практически в неизменном виде дойти до сегодняшних дней. Ключевой особенностью, обеспечившей древним микроорганизмам столь высокую живучесть, является их возможность поглощать питательные вещества практически из любых веществ – земли, воды, воздуха и т.д. Дальнейшая эволюция заставила бактерии развиваться, вследствие чего появились виды микроорганизмов, питающихся за счет брожения, гниения и прочих факторов.

Самые древние микроорганизмы зарождались и развивались в воде, поскольку такая среда являлась для них наиболее комфортной. Отчасти этим и объясняется многообразие различных водорослей: изначально бактерии объединялись в подобные многоклеточные структуры. Такой тенденцией характеризовалась практически вся докембрийская эра. Постепенно мельчайшие организмы объединялись в многоклеточные организмы, и со временем произошел их выход на сушу, чем и обусловлено развитие наземной природы. Именно бактериям мир может быть обязан своим развитием и постоянной эволюцией, направленной на приспособление к новым условиям в перманентно изменяющемся мире.

Заключение

Наука постоянно движется вперед, позволяя изучать все новые и новые виды организмов. В прошлом было очень много различных бактерий и микроорганизмов, и ученые усердно трудятся, находя все более древние свидетельства жизни тех или иных жизнеформ: останки любого микроорганизма, будь то водоросль или сложный многоклеточный организм, имеют большую ценность.

Роль этих исследований достаточно высока: в определенный момент наука сможет добраться до наиболее глубоких исторических и земных пластов, что даст возможность узнать больше о развитии природы на планете. Бактерии – это древнейшие микроорганизмы на планете, и они могут дать ключ к разгадке зарождения жизни, такое открытие станет невероятно важным для каждого человека.

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.