Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Биология

Царство Бактерии

1.4.2022
301

На этой странице Вы узнаете

  • Почему Шелдон Планктон из мультфильма про Спанчбоба ест только голографические продукты?
  • Что общего у прокариот и прабабушки?
  • Какие кулинарные блюда невозможно приготовить без бактерий?
  • Почему споры с бактерией непобедимы?

Бактерии знакомы нам как вредоносные организмы, возбудители заболеваний. Но мало кто знает, что на самом деле есть очень много полезных бактерий. Одни могут фотосинтезировать, другие помогают растениям усваивать азот, третьи образуют залежи полезных ископаемых. О том, кто такие бактерии и на что они способны, можно прочитать в этой статье.

Положение бактерий в системе органического мира

Все бактерии относятся к надцарству Прокариоты. 

Прокариоты – доядерные организмы, в клетках которых отсутствуют мембранные органоиды.

Что общего у прокариот и прабабушки?

Приставка “про-” означает “до-”. Можно запомнить этот термин с помощью ассоциации: прабабушка – “предок” бабушки, прокариоты – предки эукариотических организмов.

Кто занимается изучением бактерий? При просмотре какой-нибудь телевизионной программы про бактерий мы можем услышать, что учёных-бактериологов представляют как  “микробиологов”.

Микробиология – это наука, изучающая строение и свойства микроскопических живых организмов. Таким образом, одним из предметов микробиологии являются бактерии.

Разнообразие бактерий

Бактерии обитают повсеместно: в почве, воздухе, воде.  Бактерии живут даже в нашем организме! Они составляют микрофлору слизистых, поселяются в аппендиксе. Однако больше всего бактерий можно найти в почвенной среде – там много детрита, которым они питаются. Подробнее о детрите и детритофагах мы поговорим в статье «Экосистема Ч1».

Какими бывают бактерии?

Выделяют три основные группы бактерий: 

  • архебактерии,
  • эубактерии,
  • цианобактерии.
  1. Архебактерии – древнейшие бактерии. Приставка “архе-” в дословном переводе означает “древний”. Мы уже слышали её в слове “археолог” – это учёный, который занимается раскопками древних отложений. К архебактериям относятся, например, метанообразующие бактерии. Они вырабатывают газ – метан. Они обитают в пищеварительном тракте человека и жвачных, где помогают переваривать пищу. 
  1. Эубактерии – истинные бактерии, они имеют самое типичное строение клетки из всех представителей царства. Наверняка, Вы что-нибудь слышали о стрептококках или стафилококках, которые вызывают заболевания слизистых. Так вот они типичные представители данной группы.
  1. Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли – фототрофные бактерии. Они способны питаться за счет фотосинтеза. Эти бактерии ещё миллионы лет назад начали создавать озоновый слой, который до сих пор защищает нас от ультрафиолетового излучения. 
Почему Шелдон Планктон из мультфильма про Спанчбоба ест только голографические продукты?

Помните серию Спанч Боба, где Планктон ел голографическое мясо? В детстве при первом просмотре мультфильма мало кто понимал, зачем он это делает – ведь он, наверное, не получит никакой энергии! На самом деле Шелдон – это пример цианобактерии, осуществляющей фотосинтез: под действием света он образует органические вещества.

Внешний вид бактерий

В рекламе разных моющих средств мы можем увидеть бактерии как злобных маленьких шариков, которые быстро двигаются и размножаются. Но на самом деле формы бактерий очень разнообразны. 

  • кокки – бактерии, имеющие шарообразную форму;
  • бациллы, или палочки – вытянутые в длину бактерии;
  • вибрионы – дугообразно изогнутые бактерии;
  • спириллы – имеющие спиралеобразную форму.

Многие бактерии соединяются в цепочки, образуя целые скопления клеток:

  • диплококки – образованы попарно соединенными кокками;
  • стрептококки – скопление кокков в виде цепочки;
  • стафилококки – скопление кокков в виде виноградной грозди;
  • сарцины – кокки, имеющие вид плотных пачек.

Строение бактериальной клетки 

Прокариотические клетки имеют плотную клеточную стенку, основу которой составляет муреин. Это смесь белков и полисахаридов, которые придают особую прочность бактериальной клетке. 

Что такое окраска по Граму?

Чтобы определить строение клеточной оболочки бактерий, проводят окраску по Граму. Метод назван по фамилии учёного, который его предложил. Реактивом Грама окрашивается муреин в составе клеточной стенки бактерий. 

Клеточная стенка многих бактерий сверху покрыта слизистой оболочкой – капсулой. Такие бактерии не окрашиваются по Граму, потому что доступ к муреиновой оболочке перекрыт капсулой и качественная реакция не протекает, как надо. Поэтому такие бактерииназываются грамотрицательными.

 Немногочисленные  грамположительные бактерии, наоборот, окрашиваются реактивом Грама, так как их клеточная стенка открыта и сразу взаимодействует с ним.

Строение грамположительной и грамотрицательной бактерий

Важный факт: бактериальная клетка не имеет ядра. Где же располагается генетический материал? Он просто плавает в цитоплазме. Цитоплазма бактерий имеет специфическую зону – нуклеоид, которая содержит в себе кольцевую молекулу ДНК. 

В цитоплазме бактериальной клетки отсутствуют мембранные органеллы: митохондрии, аппарат Гольджи и др.  Однако бактериям по-прежнему необходимо синтезировать жиры, углеводы, обмениваться веществами с окружающей средой  Эти функции выполняют впячивания цитоплазматической мембраны.

Модель строения прокариотической клетки
Синтез белка в бактериях

Синтез белка в клетке обеспечивают рибосомы. Они значительно меньше в размерах, чем рибосомы эукариотических клеток. Сравните сами: рибосомы прокариот имеют размер 70S, рибосомы эукариот – 80S.

Могут ли бактерии двигаться?

Определенно, да! На поверхности клеток бактерий часто можно встретить жгутики – органоиды движения, с помощью которых они перемещаются в жидкой среде. Некоторые бактерии могут передвигаться «реактивным» способом, выбрасывая слизь.

Почему споры с бактерией так сложно “выиграть”?

В неблагоприятных условиях многие бактерии способны образовывать споры за счет формирования плотной оболочки вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. Бактериальная клетка почти полностью высыхает – в ней останавливается обмен веществ. Споры бактерий крайне устойчивы, они могут сохранять жизнеспособность длительное время и выживать в организме больного человека, несмотря на активную терапию антибиотиками.

Особенности жизнедеятельности

Чем питаются бактерии?

Для получения энергии бактерии используют различные органические и неорганические соединения. Добывают они эти соединения по-разному.

Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они используют в качестве пищи уже готовые органические вещества. Иначе говоря, они не могут сами себе приготовить обед, потому ищут уже готовую еду. 

Бактерии, которые готовят себе самостоятельно из добытых “продуктов”, называются автотрофными. Автотрофных бактерий значительно меньше. Их разделяют на две группы: 

  • хемотрофы,
  • фототрофы. 

Хемотрофы – организмы, получающие энергию за счет разрушения связей неорганических химических веществ.

Хемотрофы способны питаться практически чем угодно! Серой, молекулярным водородом и многими другими соединениями. Именно благодаря своей всеядности они могут жить в любой среде обитания: в разных водоемах, в почвах, в организме животных и человека.

Кадр из мультфильма «Смешарики»

Если бы хемотфоры стали мультяшкой и выбирали себе стол 

Фототрофы образуют органические соединения из углекислого газа и воды под действием солнечного света. К ним относятся уже известные нам цианобактерии.

Значение бактерий в природе и жизни человека

Хотя мы привыкли сваливать на бактерии все наши беды, они участвуют во многих жизненно важных процессах. Давайте посмотрим, какую роль могут играть разные бактерии в жизни других организмом и процессов.

  1. Сапрофитные бактерии: бактерии-санитары

Сапрофиты – организмы, питающиеся мертвыми органическими останками.

Одной из главных функций сапрофитных бактерий является способность разрушать органические вещества – остатки погибших растений и животных. Опавшие листья, мертвые травянистые растения, кустарники, деревья, останки животных – всё это превращается в перегной, удобряющий почву. Так что сапрофиты можно назвать своеобразными санитарами нашей планеты. 

  1. Азотфиксирующие бактерии: бактерии-горничные

Чтобы понять значимость азотфиксирующих бактерий, надо разобрать в её социальных связях.  Они вступают в симбиоз с растениями, поселяясь в их корнях. Они усваивают атмосферный азот и снабжают им растения в виде доступных для них нитратов и нитритов. 

Азотфиксирующая бактерия – это “горничная” бобового растения. Без неё у растения не получится поесть: в холодильнике только замороженные полуфабрикаты – атмосферный азот (N2), который растения не умеют усваивать. Азотфиксирующая бактерия решает эту проблему: готовит из азота вкусный и питательный обед – нитраты и нитриты, которые легко поглощаются хозяином. Взамен бобовое растение предоставляет своей “горничной” место жительства – клубеньки на корнях. Взаимовыгодное сотрудничество, которому стоит поучиться и людям.

Поперечный срез корневого клубенька сои (картинка из вики)

  1. Цианобактерии: бактерии-строители

Цианобактерии сформировали нынешнюю атмосферу Земли, вырабатывая кислород в процессе фотосинтеза. Именно наличие кислорода в атмосфере нашей планеты делает возможным жизнь аэробов. К ним относится большая часть живых существ: все растения, животные и грибы, некоторые бактерии. Получается, если бы не бактерии, люди никогда не появились бы на свет!

В каких сферах человек использует бактерии:

  • на очистных сооружениях,
  • в пищевой промышленности,
  • в тяжелой промышленности,
  • для получения ряда лекарств и вакцин. 
Какие кулинарные блюда невозможно приготовить без бактерий?

Вы удивитесь, но бактерии ещё и помогают нам готовить пищу. Например, молочнокислые бактерии образуют молочную кислоту. Именно эта кислота используется в приготовлении простокваши, кефира и других кисломолочных продуктов.Эти же бактерии участвуют в процессе квашения овощей. С их помощью получают также спирты, ферменты, лимонную кислоту и винный уксус.
  1. Бактерии-симбионты: помощники нашего организма

Бактерии-симбионты – это те самые полезные для нас организмы, которые живут на слизистых, коже и в аппендиксе. Так, например, бактерии кишечника способствуют нормальному пищеварению и усвоению ряда витаминов. Симбиотические бактерии образуют нормальную микрофлору нашего организма.

  1. Патогенные бактерии: бактерии-разрушители

Всё же не стоит забывать, что бактерии могут приносить человеку вред. Некоторые виды бактерий проникают в организм человека и поселяются там, вызывая заболевания. Такие бактерии называют болезнетворными, или патогенными. В теле человека они питаются, размножаются и выделяют токсины, отравляя организм. 

К бактериальным инфекциям относятся:

  • дифтерия,
  • коклюш,
  • сальмонеллез,
  • тонзиллит,
  • скарлатина.

Методы борьбы с патогенными бактериями

С патогенными бактериями совсем не хочется встречаться, а вот они стремятся поселиться в нас. Поэтому для уничтожения вредоносных бактерий проводятся различные мероприятия: 

  • вакцинация населения,
  • дезинфекция помещений, включая обработку поверхностей химическими веществами, вызывающими гибель бактерий,
  • лечение больных антибактериальными препаратами.

И это не единственные способы борьбы с патогенными бактериями. На водопроводных станциях воду очищают в специальных отстойниках, пропускают ее через фильтр, хлорируют. Продукты питания обрабатывают различными способами. Используются в основном методы пастеризации, замораживания, стерилизации, высушивания, а также метод внесения естественных консервантов (соль, сахар, специи).

Пастеризация vs стерилизация
Если замораживание, высушивание и внесение консервантов особых вопросов не вызывают, то к пастеризации и стерилизации есть ряд вопросов. В чем заключается суть этих методов и как их отличать?

— При пастеризации продукт обрабатывают температурой 60-70 ℃.
— При стерилизации продукты кипятят.
Например, молоко стерилизуют при температуре 100 ℃. 

Запомнить отличие этих терминов достаточно просто: стерилизация ведет к “стерильности”, из-за чего не остаётся практически никаких бактерий. Это значит, что процесс происходит при гораздо большей температуре.

Термины

  • Рибосома – немембранный органоид, осуществляющий синтез белка. 
  • Органоиды – постоянные компоненты клетки. Подробнее о них в статье «Строение клетки Ч2».

Фактчек

  • Бактерии относятся к прокариотам.
  • Бактерии не имеют ядра и мембранных органоидов, в их клетке есть нуклеоид.
  • Функции органоидов выполняют впячивания мембраны.
  • Бактерии, не имеющие капсулы, окрашиваются по Граму.
  • Выделяют 3 основных группы бактерий: архебактерии, эубактерии и цианобактерии.
  • Симбиотические бактерии приносят пользу организму, патогенные – вред.

Проверь себя

Задание 1.
Из перечисленных ниже характеристик выберите признак бактериальной клетки.

  1. рибосомы 70S
  2. ядро
  3. пластиды
  4. митохондрии

Задание 2.
Цианобактерии по типу питания являются…

  1. гетеротрофами
  2. фототрофами
  3. осмотрофами
  4. миксотрофами

Задание 3.
Какие бактерии являются нормальной составляющей микрофлоры кишечника?

  1. кишечная палочка
  2. риккетсия
  3. сальмонелла
  4. гонококк

Задание 4.
К бактериальным инфекциям относится…

  1. дифтерия
  2. СПИД
  3. грипп
  4. ОРВИ

Задание 5. 
Какую форму клетки имеет стрептококк?

  1. палочковидную
  2. спиралевидную
  3. монадную
  4. шарообразную

Ответы: 1 – 1, 2 – 2, 3 – 1, 4 – 1, 5 – 4.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов