Развитие бактерий в различных условиях жизни

Все, что нужно знать о бактериях

В этот самый момент, человек, когда ты читаешь эти строки, ты получаешь пользу от работы бактерий.

От кислорода, который мы вдыхаем, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, нам нужно благодарить бактерий за процветание на этой планете.

В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клеток примерно в десять раз. По сути, мы больше микробы, чем люди.

Только недавно мы начали понемногу понимать микроскопические организмы и их влияние на нашу планету и здоровье, но история показывает, что много веков назад наши предки уже использовали мощь бактерий, ферментируя продукты питания и напитки (кто-нибудь слышал о хлебе и пиве?).

В 17 веке мы начали изучать бактерий уже непосредственно в наших телах в тесной связи с нами — во рту. Любопытство Антони ван Левенгука позволило обнаружить бактерии, когда он изучал бляшку между его собственными зубами.

Ван Левенгук поэтически описал бактерий, обозначив бактериальную колонию на своих зубах как «немного белого вещества, похожего на застывшее тесто». Разместив образец под микроскопом, ван Левенгук увидел, что микроорганизмы движутся.

Так они живые!

Вы должны знать, что бактерии сыграли важнейшую роль для Земли, став ключевым моментом в создании пригодного для дыхания воздуха и биологического богатства планеты, которую мы зовем домом.

В этой статье мы предоставим вам общую картину об этих крошечных, но очень влиятельных микроорганизмах. Мы рассмотрим хорошие, плохие и совершенно причудливые способы, которыми бактерии формируют историю человека и окружающей среды. Для начала рассмотрим, чем бактерии отличаются от других видов жизни.

Основы бактерий

Что ж, если бактерии незаметны невооруженному глазу, откуда мы можем знать так много о них?

Ученые разработали мощные микроскопы, чтобы взглянуть на бактерий — их размеры варьируются от одного до нескольких микрон (миллионной части метра) — и выяснить, как они соотносятся с другими формами жизни, растениями, животными, вирусами и грибками.

Как вы, возможно, знаете, клетки — это строительные кирпичики жизни, из них состоят и ткани нашего тела, и дерево, которое растет за окном.

Люди, животные и растения обладают клетками с генетической информацией, заключенной в мембране под названием ядро.

Эти типы клеток, которые называются эукариотическими, обладают специальными органеллами, каждая из которых выполняет уникальную работу, помогая клетке работать.

Бактерии, однако, не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. У этих микроскопических клеток нет органелл и они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотическими клетками.

Основные категории бактерий ученые оценивают по следующим параметрам:

Выживают ли бактерии в среде с кислородом или без

Их форма: палочки (bacillus), круги (cocci) или спирали (spirillum)

Являются ли бактерии грамотрицательными или грамположительными, то есть обладают ли внешней защитной мембраной, препятствующей окрашиванию внутренностей клетки

Как бактерии перемещаются и изучают окружающую среду (у многих бактерий есть жгутики, крошечные плетевидные структуры, которые позволяют им передвигаться в среде)

Микробиология — наука о всех типах микробов, включая бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие — позволяет отличать бактерии от их микробных братьев.

Похожие на бактерии прокариоты, ныне классифицирующиеся как археи, когда-то были вместе с бактериями, но когда ученые узнали о них больше, они предоставили бактериям и археям собственные категории.

Микробное питание (и миазма)

Как и людям, животным и растениям, бактериям нужна пища для выживания.

Некоторые бактерии — автотрофы — используют основные ресурсы вроде солнечного света, воды и химических веществ из окружающей среды для создания пищи (подумайте о цианобактериях, которые превращали солнечный свет в кислород в течение 2,5 миллионов лет). Другие бактерии ученые называют гетеротрофами, потому что они черпают энергию из существующих органических веществ в качестве пищи (к примеру, мертвые листья на лесной почве).

Правда в том, что то, что может быть вкусным для бактерий, будет нам противно. Они развивались, чтобы поглощать все типы продуктов, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного распада до человеческих отходов и продуктов разложения.

Но склонность бактерий к конкретному источнику питания может принести пользу обществу. К примеру, специалисты по искусствам из Италии обратились к бактериям, которые могут поедать избыточные слои соли и клея, снижающие долговечность бесценных художественных произведений. Умение бактерий перерабатывать органические вещества также очень полезно для Земли, как в почве, так и в воде.

Исходя из ежедневного опыта, вы хорошо знакомы с запахом, который вызывают бактерии, поглощающие содержимое вашей мусорной корзины, перерабатывая остатки пищи и испуская собственные газообразные побочные продукты. Однако этим все не ограничивается. Вы также можете обвинить бактерии в том, что они вызывают эти неловкие моменты, когда вы сами испускаете газы.

Одна большая семья

Бактерии растут и образуют колонии, когда выпадает шанс. Если еда и экологические условия являются благоприятными, они размножаются и образуют липкие скопления, так называемые биопленки, чтобы выжить на разных поверхностях — от горных пород до зубов вашего рта.

У биопленок есть свои плюсы и минусы. С одной стороны, они взаимовыгодны природным объектам (мутуализм). С другой же — они могут быть серьезной угрозой.

К примеру, врачи, которые лечат пациентов с медицинскими имплантатами и устройствами, серьезно озабочены биопленками, поскольку они представляют собой этакую недвижимость для бактерий.

После колонизации биопленки могут вырабатывать побочные продукты, которые токсичны — а иногда и смертельны — для человека.

Как и люди в городах, клетки в биопленке сообщаются друг с другом, обмениваются информацией о продуктах питания и потенциальной опасности. Но вместо того, чтобы звонить соседям по телефону, бактерии отправляют записки с помощью химических веществ.

Также бактерии не боятся жить самостоятельно. Некоторые виды разработали интересные способы, чтобы выживать в суровых условиях. Когда еды больше нет, а условия становятся невыносимыми, бактерии консервируют себя, создавая жесткую оболочку — эндоспору, которая помещает клетку в состояние покоя и сохраняет генетический материал бактерии.

Ученые находят бактерии в таких временных капсулах, которые хранились и 100, и даже 250 миллионов лет. Это говорит о том, что бактерии могут самостоятельно храниться в течение длительного времени.

Теперь, когда мы знаем, какие возможности предоставляют колонии бактериям, давайте разберемся, как они попадают туда — путем деления и размножения.

Размножение бактерий

Как бактерии создают колонии? Как и другим формам жизни на Земле, бактериям нужно самокопироваться, чтобы выживать. Другие организмы делают это путем полового размножения, но не бактерии. Но сначала давайте обсудим, почему разнообразие — это хорошо.

Жизнь проходит естественный отбор, ну или селективные силы определенной среды позволяют одному типу процветать и размножаться больше, чем другому.

Возможно, вы помните, что гены — это механизм, который инструктирует клетку, что ей делать, и определяет, какого цвета будут ваши волосы и глаза. Вы получаете гены от своих родителей.

Половое размножение приводит к мутациям, или случайным изменениям в ДНК, что создает разнообразие. Чем больше генетического разнообразия, тем больше шансов, что организм сможет приспособиться к ограничениям окружающей среды.

Для бактерий воспроизводство не зависит от встречи с правильным микробом; они просто копируют собственную ДНК и делятся на две идентичных клетки. Этот процесс, называемый двоичным делением, происходит, когда одна бактерия делится на две, копируя ДНК и передавая ее обеим частям разделенной клетки.

Поскольку в конечном итоге рожденная клетка будет идентична той, из которой была рождена, такой метод размножения не самый лучший для создания разнообразного генофонда. Как же бактерии приобретают новые гены?

Оказывается, бактерии используют хитрый трюк: горизонтальный перенос генов, или обмен генетическим материалом без воспроизводства. Есть несколько способов, которые используют бактерии для этого.

Один способ включает сбор генетического материала из окружающей среды вне клетки — из других микробов и бактерий (через молекулы под названием плазмиды). Другой способ — вирусы, которые используют бактерии в качестве дома.

Заражая новую бактерию, вирусы оставляют генетический материал предыдущей бактерии в новой.

Обмен генетическим материалом дает бактериям гибкость к адаптации, и они адаптируются, если чувствуют стрессовые изменения в окружающей среде, такие как нехватка продовольствия или химические изменения.

Понимание того, как адаптируются бактерии, чрезвычайно важно для борьбы с ними и создания антибиотиков в медицине. Бактерии могут обмениваться генетическим материалом так часто, что порой лечение, которое работало раньше, уже не работает.

Ни высоких гор, ни большой глубины

Если задаться вопросом «где бактерии?», проще спросить «где бактерий нет?».

Бактерии обнаруживаются практически везде на Земле. Невозможно представить количество бактерий на планете одновременно, но по некоторым оценкам их число составляет (бактерий и архей вместе) 5 октиллионов — это число с 27 нулями.

Классификация видов бактерий чрезвычайно сложна по понятным причинам. Сейчас есть примерно 30 000 официально идентифицированных видов, но база знаний постоянно растет, и есть мнения, что перед нами только верхушка айсберга от всех видов бактерий.

Правда в том, что бактерии были вокруг на протяжении очень долгого времени. Они породили одни из самых древних окаменелостей, которым 3,5 миллиарда лет. Результаты научных исследований позволяют предположить, что цианобактерии начали создавать кислород примерно 2,3—2,5 миллиарда лет назад в мировом океане, насытив атмосферу Земли кислородом, которым мы дышим по сей день.

Бактерии могут выживать в воздухе, воде, почве, льде, на жаре, на растениях, в кишечнике, на коже — везде.

Некоторые бактерии являются экстремофилами, то есть могут противостоять экстремальным условиям, когда либо очень жарко или холодно, либо отсутствуют питательные вещества и химикаты, которые мы обычно ассоциируем с жизнью.

Исследователи обнаружили такие бактерии в Марианской впадине, самой глубокой точке на Земле на дне Тихого океана, возле гидротермальных источников в воде и во льду.

Встречаются также бактерии, которые любят высокую температуру — такие, например, окрашивают опалесцирующий бассейн в Йеллоустонском национальном парке.

Плохие (для нас)

Хотя бактерии делают важный вклад в здоровье человека и планеты, у них есть и темная сторона. Некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать заболевания и болезни.

На протяжении истории человечества некоторые бактерии (понятно почему) получили плохую репутацию, вызвав панику и истерию. Взять, к примеру, чуму.

Бактерия, вызывающая чуму — чумная палочка Yersinia pestis — не только убила более 100 миллионов человек, но и, возможно, внесла свой вклад в распад Римской империи.

До появления антибиотиков, лекарств, которые способствуют борьбе с бактериальными инфекциями, их было очень сложно остановить.

Даже сегодня эти патогенные бактерии серьезно нас пугают. Благодаря выработке устойчивости к антибиотикам, бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и прочие болезни, которые еще и остаются рядом с нами, всегда представляют опасность для нас.

Особенно верно это для золотистого стафилококка, бактерии, ответственной за стафилококковые инфекции. Эта «сверхбактерия» приводит к появлению многочисленных проблем в клиниках, поскольку пациенты весьма часто подхватывают эту инфекцию при внедрении медицинских имплантатов и катетеров.

Мы уже говорили о естественном отборе и о том, что некоторые бактерии вырабатывают разнообразные гены, которые помогают им справиться с условиями окружающей среды.

Если у вас есть инфекция, и некоторые из бактерий в вашем теле отличаются от других, антибиотики могут поразить большую часть популяции бактерий. Но те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса.

Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца, да и вообще обращаться к ним как можно реже, только в крайнем случае.

Читайте также:  Что такое повышенная кислотность желудка: причины, симптомы и лечение

Биологическое оружие — еще один пугающий аспект этой беседы. Бактерий можно использовать как оружие в некоторых случаях, в частности, сибирскую язву так и использовали в одно время. Кроме того, не только люди страдают от бактерий. Отдельный вид — Halomonas titanicae — проявил аппетит к затонувшему океанскому лайнеру «Титаник», разъедая металл исторического корабля.

Конечно, бактерии могут приносить не только вред.

Героические бактерии

Давайте изучим хорошую сторону бактерий. В конце концов, эти микробы подарили нам такие вкусные продукты, как сыр, пиво, закваску и другие ферментированные элементы. Они также улучшают здоровье людей и используются в медицине.

Отдельных бактерий можно поблагодарить за формирование человеческой эволюции.

Наука собирает все больше данных о микрофлоре — микроорганизмах, которые живут в наших телах, особенно в пищеварительной системе и кишечнике.

Исследования показывают, что бактерии, новые генетические материалы и разнообразие, которое они приносят в наши тела, позволяют людям адаптироваться к новым источникам пищи, которые раньше не использовались.

Посмотрим на это с другой стороны: выстилая поверхность вашего желудка и кишечника, бактерии «работают» на вас. Когда вы едите, бактерии и другие микробы помогают вам разбивать и добывать питательные вещества из пищи, особенно углеводы. Чем разнообразнее бактерии, которых мы потребляем, тем больше разнообразия получают наши тела.

Хотя наши знания о наших же микробах весьма скудны, есть основания полагать, что отсутствие некоторых микробов и бактерий в организме может быть связано со здоровьем, метаболизмом и восприимчивости к аллергенам человека. Предварительные исследования на мышах показали, что метаболические заболевания вроде ожирения связаны с разнообразием и здоровой микрофлорой, а не нашей преобладающей точкой зрения «калории приходят, калории уходят».

Сейчас активно исследуются возможности внедрения определенных микробов и бактерий в организм человека, которые могут дать определенные преимущества, однако на момент написания статьи общие рекомендации по их использованию пока не были установлены.

Кроме того, бактерии сыграли важную роль в развитии научной мысли и человеческой медицины. Бактерии сыграли ведущую роль в развитии постулатов Коха 1884 года, которые привели к общему пониманию того, что болезни вызываются определенным видом микробов.

Исследователи, изучавшие бактерии, случайно открыли пенициллин — антибиотик, который спас множество жизней. Также совсем недавно в связи с этим был открыт легкий способ редактировать геном организмов, который может осуществить революцию в медицине.

По сути, мы только начинаем понимать, как извлекать пользу из нашего сожительства с этими маленькими друзьями. К тому же непонятно, кто истинный хозяин Земли: люди или микробы.

Источник: https://interesnosti.com/531004964856400185/vse-chto-nuzhno-znat-o-bakteriyah/

Строение бактерии: особенности. Жизнедеятельность и строение бактерий :

Говоря о бактериях, чаще всего мы представляем нечто негативное. А между тем знаем мы о них очень мало. Строение и жизнедеятельность бактерий достаточно примитивны, но это, по предположениям некоторых ученых, самые древнейшие обитатели Земли, и за столько лет они не исчезли и не вымерли.

Многие виды таких микроорганизмов человек использует для своего блага, другие же являются причиной серьезных заболеваний и даже эпидемий. Но вред одних бактерий порой не соизмерим с пользой других.

Давайте поговорим об этих удивительных микроорганизмах и познакомимся с их строением, физиологией и классификацией.

Царство бактерий

Это безъядерные, чаще всего одноклеточные микроорганизмы. Их открытие в 1676 году – заслуга голландского ученого А. Левенгука, который впервые разглядел крошечные бактерии под лупой микроскопа.

А вот изучать их природу, физиологию и роль в жизни человека впервые начал французский химик и микробиолог Луи Пастер в 1850-х годах. Строение бактерии стало активно исследоваться с появлением электронных микроскопов.

Ее клетка состоит из цитоплазматической мембраны, рибосомы и нуклеотида. ДНК бактерии сосредоточена в одном месте (нуклеоплазме) и представляет собой клубок из тонких нитей.

Цитоплазма отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной, в ней находятся нуклеотид, различные мембранные системы, клеточные включения. Рибосома бактерии состоит на 60% из РНК, остальное – белок. На фото ниже изображено строение сальмонеллы.

Клеточная стенка и ее компоненты

Бактерии имеют клеточное строение. Стенка клетки обладает толщиной около 20 нм и, в отличие от высших растений, не имеет фибриллярной структуры. Ее прочность обеспечивается специальным покровом, называемым мешком.

Он состоит преимущественно из полимерного вещества – муреина. Его компоненты (субъединицы) соединены в определенной последовательности в особые полигликановые тяжи. Они совместно с короткими пептидами образуют макромолекулу, напоминающую сеть.

Это и есть муреиновый мешок.

Органы передвижения

Эти микроорганизмы способны к активному передвижению. Осуществляется оно за счет плазматических жгутиков, имеющих винтообразное строение. Бактерии могут передвигаться со скоростью до 200 мкм в секунду и оборачиваться вокруг своей оси за секунду 13 раз. Способность жгутиков к движению обеспечивается специальным сократительным белком – флагеллином (аналог миозина в мышечных клетках).

Размеры они имеют следующие: длина – до 20 мкм, диаметр – 10-20 нм. Каждый жгутик отходит от базального тельца, которое погружено в оболочку клетки бактерии.

Органы передвижения могут быть единичными или располагаться целыми пучками, как, например, у спириллы. Количество жгутиков может зависеть от условий внешней среды.

Например, Протеус вульгарис при бедном питании имеет всего два субполярных жгутика, тогда как при нормальных условиях развития в пучках их может быть от 2 до 50.

Движение микроорганизмов

Строение бактерии (схема ниже) таково, что она может достаточно активно передвигаться. Движение в большинстве случаев происходит за счет толчка и осуществляется в основном в жидкой или влажной среде. В зависимости от действующего фактора, другими словами – вида внешнего раздражителя, оно может представлять собой:

  • хемотаксис – это направленное движение бактерии к питательным веществам или, напротив, от каких-либо токсинов;
  • аэротаксис – движение к кислороду (у аэробов) или от него (у анаэробов);
  • фототаксис – реакция на свет, проявляющаяся в движении, характерна прежде всего для фототрофов;
  • магнитотаксис – реакция на изменения в магнитном поле, объясняется наличием у некоторых микроорганизмов специальных частиц (магнетосом).

Одним из перечисленных способов бактерии, особенности строения клетки которых позволяют им передвигаться, могут создавать скопления в местах с оптимальными условиями для их жизнедеятельности.

Кроме жгутиков, некоторые виды имеют многочисленные более тонкие нити – их называют “фимбрии” или “пили”, но их функция в достаточной мере еще не изучена.

Бактерии, которые не имеют специальных жгутиков, способны к скользящему движению, правда, оно характеризуется очень низкой скоростью: примерно 250 мкм в минуту.

Несколько слов о физиологии

Для активной жизнедеятельности микроорганизмам нужна энергия. Ее источником могут служить самые разнообразные органические и неорганические вещества, а также солнечный свет.

Большинство бактерий – гетеротрофы.

Они не могут синтезировать из неорганических соединений органические с помощью фото- или хемосинтеза, поэтому используют гниющий органический материал, паразитируют или выступают симбионтами.

Вторая малочисленная группа бактерий – автотрофы. Они способны синтезировать из неорганических веществ органические, частично могут усваивать атмосферный углекислый газ и являются хемотрофами. Эти бактерии занимают весьма важное место в круговороте химических элементов в природе.

Также существуют две группы настоящих фототрофов. Особенности строения бактерий этой категории заключаются в том, что они содержат вещество (пигмент) бактериохлорофилл, родственное по природе растительному хлорофиллу, а так как у них отсутствует фотосистема II, фотосинтез протекает без выделения кислорода.

Размножение делением

Основной способ размножения – это деление исходной материнской клетки надвое (амитоз). У форм, имеющих вытянутую форму, это всегда происходит перпендикулярно продольной оси.

Строение бактерии претерпевает при этом кратковременные изменения: от края клетки к середине образуется поперечная перегородка, по которой затем и разделяется материнский организм. Это объясняет старое название царства – Дробянки.

Клетки после деления могут оставаться соединенными в неустойчивые, рыхлые цепочки.

Вот такие можно выделить отличительные особенности строения бактерий некоторых видов, например, стрептококков.

Спорообразование и половое размножение

Второй способ размножения – спорообразование. Оно напрямую сопряжено со стремлением приспособиться к неблагоприятным условиям и направлено на то, чтобы их пережить. У некоторых палочковидных бактерий споры образуются эндогенно, то есть внутри клетки. Они очень устойчивы к нагреванию и могут сохраняться даже при длительном кипячении.

Образование спор начинается с различных химических реакций в материнской клетке, при этом разлагается около 75% всех ее белков. Затем происходит деление. При этом образуются две дочерние клетки. Одна из них (меньшая) покрывается толстой оболочкой, которая по объему может занимать до 50% – это и есть спора.

Она сохраняет жизнеспособность и готовность к прорастанию в течение 200-300 лет.

Некоторые виды способны к половому размножению. Впервые этот процесс открыли в 1946 году, когда изучали строение клетки бактерии Эшерихия коли. Оказалось, что возможен частичный перенос генетического материала. То есть фрагменты ДНК передаются от одной клетки (донора) к другой (реципиенту) в процессе конъюгации. Осуществляется это при помощи бактериофагов или путем трансформации.

Строение бактерии и особенности ее физиологии таковы, что в идеальных условиях процесс деления происходит постоянно и очень быстро (каждые 20-30 минут). Но в естественной среде он ограничен различными факторами (солнечным светом, питательной средой, температурой и др.).

В основу классификации этих микроорганизмов положено различное строение клеточной стенки бактерий, которое обуславливает сохранение анилинового красителя в клетке или его вымывание. Это было выявлено Х. К. Грамом, а впоследствии, в соответствии с его именем были выделены два больших отдела микроорганизмов, о которых мы поговорим ниже.

Грамположительные бактерии: особенности строения и жизнедеятельности

Эти микроорганизмы имеют многослойный муреиновый покров (30-70% от всей сухой массы клеточной стенки), благодаря чему из клеток не вымывается анилиновый краситель (на фото выше слева схематично изображено строение грамположительной бактерии, а справа – грамограмотрицательной). Их особенностью является и то, что диаминопимелиновая кислота часто заменяется лизином. Содержание белка значительно меньше, а полисахариды отсутствуют или связаны ковалентными связями. Все бактерии этого отдела разделены на несколько групп:

  1. Грамположительные кокки. Они представляют собой одиночные клетки или группы по две, четыре и более клеток (до 64), скрепленных между собой целлюлозой. По типу питания это, как правило, облигатные или факультативные анаэробы, например, молочнокислые бактерии из семейства Стрептококковые, но могут быть и аэробы.
  2. Неспорообразующие палочки. По названию уже можно понять строение клетки бактерии. К этой группе относят анаэробные или факультативно аэробные молочнокислые виды из семейства Лактобациллы.
  3. Спорообразующие палочки. Они представлены всего одним семейством – Клостридии. Это облигатные анаэробы, способные образовывать споры. Многие из них формируют характерные цепочки или нити из отдельных клеток.
  4. Коринеморфные микроорганизмы. Внешнее строение клетки бактерии этой группы может значительно меняться. Так, палочки могут становиться булавовидными, короткими, кокками или слабо разветвленными формами. Эндоспоры они не образуют. К ним относятся пропионовокислые, стрептомицетовые бактерии и т. д.
  5. Микоплазмы. Если обратить внимание на строение бактерии (схема на рисунке ниже – стрелка указывает на цепочку ДНК), то можно отметить, что она не имеет клеточной стенки (вместо нее есть цитоплазматическая мембрана) и, следовательно, не окрашивается анилиновым красителем, поэтому ее нельзя отнести к данному отделу на основании окрашивания по Граму. Но согласно последним исследованиям микоплазмы произошли от грамположительных микроорганизмов.
Читайте также:  Проверенные способы лечения герпеса с помощью народных средств

Грамотрицательные бактерии: функции, строение

У таких микроорганизмов сеть муреина очень тонкая, ее доля от сухой массы всей клеточной стенки составляет всего лишь 10%, остальная часть – это липопротеины, липополисахариды т. д. Вещества, поступающие при окрашивании по методу Грама, легко вымываются.

По типу питания грамотрицательные бактерии – фототрофы или хемотрофы, некоторые виды способны к фотосинтезу.

Классификация внутри отдела находится в процессе формирования, различные семейства объединяют в 12 групп, исходя из особенностей морфологии, обмена веществ и других факторов.

  1. Анаэробные кокки и палочки. По внешнему облику представляют собой вибрионы (в виде запятой) или спириллы.
  2. Факультативно анаэробные палочки. К ним, в частности, относится семейство энтеробактерий. А вот виды из рода фотобактерий приспособились к жизни в морской воде и известны своим люминесцентным свечением.
  3. Аэробные кокки и палочки. Обширная группа бактерий, которая, к примеру, включает известные азотфиксирующие или клубеньковые виды рода Ризобиум.
  4. Спириллы. Это жесткие палочки, имеющие форму спирали. По типу питания чаще всего они аэробы, реже – факультативные анаэробы.
  5. Спирохеты. Внешнее строение бактерии (фото ниже) схоже с тем, которое имеют представители предыдущей группы. Главное отличие спирохет – в их гибкости и способности к активному движению.
  6. Бактерии с придатками. Это формы, имеющие различное родство, при делении они дают две дочерние клетки различной величины, а также образуют придатки в виде палочек и выростов.
  7. Хламидобактерии. Они обладают характерными чехлами в виде трубки, что способствует удержанию клеток вместе, и в результате могут образовываться целые колонии. Наиболее яркий представитель – гриб сточных вод. Это бактерия, обитающая в сильно загрязненной воде. Такие микроорганизмы образуют огромные скопления, что способствует забиванию труб и сточных канав.
  8. Скользящие бактерии. Они свое название получили из-за свойственного им способа передвижения.
  9. Миксобактерии. Имеют комплексную организацию, при которой одноклеточные формы могут образовывать плодовые тела.
  10. Облигатно паразитические бактерии. Они не могут культивироваться вне живых клеток.
  11. Хемолитотрофные бактерии.
  12. Фотоавтотрофные бактерии. Имеют разнообразные фотосинтетические пигменты и каротины, которые придают им яркую окраску: пурпурно-фиолетовую, красную, коричневую, оливково-зеленую.

Значение бактерий для человека

Несмотря на свою, казалось бы, незаметность, бактерии имеют огромное значение для человека, как положительное, так и отрицательное.

Производство многих пищевых продуктов невозможно без участия отдельных представителей этого царства.

Строение и жизнедеятельность бактерий позволяют получать нам многие молочные продукты (сыры, йогурты, кефир и многое другое). Эти микроорганизмы участвуют в процессах квашения, брожения.

Многочисленные виды бактерий являются возбудителями болезней у животных и человека, таких как сибирская язва, столбняк, дифтерия, туберкулез, чума и т. д.

Но в то же время микроорганизмы участвуют в различных промышленных производствах: это генная инженерия, получение антибиотиков, ферментов и других белков, искусственное разложение отходов (например, метановое сбраживание сточных вод), обогащение металлов.

Некоторые бактерии растут на субстратах, богатых нефтепродуктами, и это служит индикатором при поиске и разработке новых месторождений.

Источник: https://www.syl.ru/article/168692/new_stroenie-bakterii-osobennosti-jiznedeyatelnost-i-stroenie-bakteriy

Бактерии на службе

Бактерии – древнейшие обитатели нашей планеты.

Они появились примерно 3,8 триллиона лет назад и являются наиболее примитивно устроенной клеточной формой жизни, относящейся к прокариотам, не имеющим отдельного от остальной клетки ядра.

Несмотря на огромное разнообразие, у бактерий есть нечто общее – они настолько малы, что их можно рассмотреть только в микроскоп с увеличением в сотни раз, поэтому их называют микроорганизмами, или микробами.

Но бактерии – наиболее стойкие обитатели Земли.

Благодаря исключительной способности усваивать самые разные питательные вещества, малым размерам и легкой приспособляемости к различным внешним условиям они могут быть обнаружены там, где отсутствуют другие формы жизни. Ни низкие температуры, ни кипящие гейзеры, ни растворы солей, ни горные вершины, ни облучение атомных реакторов не мешают их существованию. 

В БИОСФЕРЕ НЕВОЗМОЖНО НАЙТИ МЕСТНОСТЬ ИЛИ ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ, не заселенные теми или иными бактериями. Истинное число видов бактерий ошеломляюще огромно. К настоящему времени известно около 10000 видов, а предполагается, что их существует свыше миллиона.

Только в кишечнике человека обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг, а во всем теле клеток бактерий в 10 раз больше, чем собственно человеческих клеток.

Иначе говоря, человек на 90 процентов состоит из микробов и только на 10 процентов – из собственных клеток, то есть наш организм может считаться своего рода жилищем для бактерий. Микробы живут на всех внешних и внутренних поверхностях тела взрослого человека. В среднем на 1 кв.

см кожи человека приходится 10 млн бактерий, поэтому естественно, что они играют исключительно важную роль в нашей жизни.

Заселение человеческого тела бактериями начинается с рождения, когда ребенок проходит через родовые пути. Затем этот процесс продолжается при грудном вскармливании и тесном контакте с матерью, что способствует быстрой колонизации кишечника прежде всего бактериями материнского организма.

Это особенно важно с точки зрения полезности материнских бактерий.

Недавние исследования показали, что дети, рожденные с помощью кесарева сечения, по сравнению с детьми, рожденными естественным путем, имеют более высокий риск развития таких заболеваний, как пищевая аллергия, астма, диабет I типа, желудочно-кишечные расстройства.

Ученые считают это следствием заселения стерильного кишечника таких детей в основном бактериями из внешней среды, в первую очередь кожи матери. Напротив, у естественно рожденных младенцев обнаруживаются преимущественно те виды бактерий, которые содержатся в родовых путях матери и крайне важны для переваривания молока и создания здоровой кишечной микрофлоры.

Некоторые бактерии патогенны и могут вызвать различные заболевания верхних и нижних дыхательных путей, отит, туберкулез, желудочно-кишечные расстройства, а также кожные инфекции. Большинство бактерий, однако, не являются опасными для человека. Более того, человек и тысячи видов бактерий в процессе эволюции развивались так, чтобы быть полезными друг другу.

То, что симбиотические бактерии выполняют в организме человека ряд очень важных функций, известно давно. Без них невозможно пищеварение, они вносят важный вклад в формирование иммунной системы.

Однако новые исследования указывают на то, то роль бактерий явно недооценивается и они, похоже, в значительной степени причастны и к регуляции деятельности головного мозга, а тем самым, возможно, и нашего поведения.

Группа исследователей Каролинского института в Стокгольме смогла экспериментально показать, что нормальное развитие мозга возможно лишь в присутствии бактерий.

Правда, опыты проводились не на людях, а на мышах, но результаты сравнения поведения двух групп взрослых мышей, выращенных в разных условиях – стерильных и в контакте с бактериями, убедительно указывали на то, что для полноценного развития организма контакт с микробами имеет ключевое значение, а стерильность препятствует нормальному развитию мозга. В этой связи исключительно важным представляется то, что наследственный материал симбиотических бактерий насчитывает в общей сложности в 150 раз больше генов, чем содержится в хромосомах клеток человека, при этом около 37% генов человека гомологичны с бактериальными. Многие из этих генов способны обмениваться информацией друг с другом, так что не удивительно, что бактерии активно воздействуют на свою среду обитания, то есть на развитие и жизнедеятельность человеческого организма.

Это влияние может быть и опосредованным. На протяжении веков люди нашли многочисленные способы применения бактерий. Бактерии, вызывающие брожение, уже давно используются для производства сыра, йогурта, уксуса, пива, вина, хлеба и других продуктов. Однако пищевая промышленность – далеко не единственная область, в которой бактерии играют важную роль.

В фармацевтической промышленности бактерии используются для производства антибиотиков, аминокислот, витаминов, ферментов и вакцин. Бактериальные продукты используются в производстве вакцин и биопрепаратов для профилактики инфекционных заболеваний. Вакцины против дифтерии, коклюша, столбняка, брюшного тифа и холеры изготавливаются из компонентов бактерий, которые вызывают эти заболевания.

В соответствии с принятой классификацией биотехнологических направлений более половины мирового производства относится к продукции “красной” биотехнологии (биофармацевтические препараты и биомедицина), 12% – к “зеленой” (агропищевая продукция), остальное – биоматериалы промышленного назначения (“белая” биотехнология).

За последние годы бурный технологический прогресс в мировой науке увенчался множеством сенсационных прорывов в области использования различных бактерий в повседневной жизни.

УЧЕНЫЕ ИЗ ТУЛЕЙНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЛУИЗИАНЫ (США) ОБНАРУЖИЛИ штамм бактерий, способный производить бутанол, перерабатывая бумагу. Штамм потенциально может стать источником топлива для автомобилей и одновременно способом утилизации целлюлозы.

Поскольку бутанол в качестве биотоплива обладает множеством преимуществ по сравнению с распространенным сейчас этанолом, открытие может не только снизить стоимость производства биотоплива, но и положительно отразиться на его эффективности, а также снизить объем мусора за счет утилизации целлюлозы.

Чтобы представить потенциальную выгоду, стоит учесть, что только в США ежегодно выбрасывается 323 млн т материалов, из которых бактерии могли бы произвести бутанол.

Отличным источником водорода, который можно использовать для экологически чистых и мощных двигателей, оказалась морская бактерия, найденная на побережье Тихого океана.

Ученые из Вашингтонского университета штата Миссури обнаружили, что эта бактерия живет двойной жизнью – в светлое время суток она поглощает CO2 из окружающего воздуха, вырабатывая кислород с помощью реакции фотосинтеза, которая характерна для наземных растений, водорослей и некоторых одноклеточных организмов.

Когда наступает ночь, метаболизм переключается на реакции другого типа – с помощью фермента нитрогеназы микроб захватывает из воздуха азот и перерабатывает его в необходимый для собственной жизнедеятельности аммиак. При этом в качестве побочного продукта выделяется атомарный водород.

УЧЕНЫЕ ИЗ УНИВЕРСИТЕТА НЬЮКАСЛА (ВЕЛИКОБРИТАНИЯ) С ПОМОЩЬЮ генной инженерии на основе бактерий вида Bacillus subtilis разработали новый вид бактерий, чтобы заполнять и “клеить” трещины в бетоне или асфальте.

Бактерии начинают расти и размножаться, только если попадают в среду, уровень pH которой полностью соответствует уровню pH бетона. Они проникают в самые мелкие и глубокие трещины и размножаются там, пока не заполнят весь объем.

И каждая бактерия выделяет в окружающую среду малое количество определенного фермента. Когда концентрация этого фермента в окружающей среде превышает запрограммированное значение, это служит своего рода сигналом срабатывания биологического выключателя.

Бактерии начинают интенсивно вырабатывать карбонат кальция внутри оболочек, что, с одной стороны, приводит к их последующей гибели, а с другой – создает клейкий состав, который, высыхая, намертво скрепляет стены трещин.

Опыты показали, что материал на основе карбоната кальция, который скрепляет трещины, является намного более прочным, чем сам бетон.

Самовосстанавливающийся бетон не только способен увеличить срок службы бетонных конструкций, но и позволит в два раза снизить затраты на ремонт и обслуживание, так как помимо того что бактерии “заживляют” трещины в бетоне, в процессе выработки известняка они используют кислород, который в противном случае может стать причиной коррозийных изменений в металле.

Существует технология производства строительных материалов из песка без обжига и выбросов углекислого газа.

Профессор Джинжер Досир из Американского университета в Шарже в Объединенных Арабских Эмиратах разработала недорогую технологию, которая позволяет строить путем объединения песка, хлорида кальция, мочевины и бактерий блоки кирпичей, склеивающие все компоненты.

Читайте также:  Что такое ттг гормон?

Инновационная технология имеет огромный потенциал использования в строительной отрасли, если учесть, что ежегодно в мире производится 1,23 триллиона кирпичей в процессах, которые являются очень энергоемкими и генерируют большое количество СО2, загрязняющего воздух.

Одежду из, казалось бы, абсолютно неподходящего для этого материала разработали британские дизайнеры. Основой для ткани послужили бактерии, используемые при приготовлении напитков с содержанием кофеина.

Стремительно размножаясь в присутствии дрожжей и сладкого зеленого чая, они превращаются в тонкие нити и образуют “микробную целлюлозу”, пригодную для изготовления биоодежды.

Дизайнер Сюзанна Ли уверена, что рано или поздно человечество сможет выращивать биоодежду.

ИЗ БАКТЕРИЙ МОЖНО ВЫРАСТИТЬ ТАКЖЕ УСТОЙЧИВУЮ УПАКОВКУ для транспортировки товаров. Для этого используются бактерии Acetobacter xylinum.

Они буквально формируют бумагоподобную защитную оболочку, если покрыть ими предмет и обеспечить их питательной средой.

Конечно, еще немало усилий нужно приложить для того, чтобы технология заработала и нашла место на рынке, но сама идея замечательная.

Скоро нельзя будет обойтись без бактерий и при добыче золота.

Микробиологи обнаружили обитающую в средах с повышенной концентрацией ионов золота бактерию, выделяющую во внешнюю среду специальный белок, который осаждает частицы благородного металла.

Поэтому вокруг ее колоний возникают темные кольца, состоящие из микроскопических золотых самородков. Возможно, в будущем эти микроорганизмы будут использованы в качестве индикаторов присутствия золота при поиске золотоносных жил.

 Общеизвестно, что во многих странах мира по сей день из-за взрывов старых боеприпасов погибают и получают травмы десятки тысяч людей и животных. Шотландские ученые разработали простой и дешевый способ обнаружения мин.

С помощью генной инженерии им удалось вывести бактерию, которая поглощает тринитротолуол и светится из-за вживленного ей гена медузы. По данным специалистов, технология заключается в распылении с воздуха на минные поля жидкости, содержащей бактерии.

Бактерии скапливаются вокруг мин, из которых идет незначительная, но все же утечка тринитротолуола. Во время питания бактерии как бы ''загораются” под воздействием вживленных им генов светящихся медуз.

Все эти факты, которые составляют лишь незначительную часть случаев конкретного применения бактерий для решения насущных задач повседневной жизни, свидетельствуют о том, что они способны осуществлять самые разные химические реакции и это позволяет использовать их практически во всех сферах человеческой деятельности. Пока ученым удалось поставить на службу человеку лишь некоторые бактерии, Но, возможно, уже сейчас мы стоим на пороге новой технологической эры, когда бактерии совершат переворот в энергетике и промышленности, существенно облегчат жизнь человечества.

Источник: http://mostga.am/vzglyad/bakterii-na-sluzhbe-396.html

Из жизни бактерий

Бактерии – это основные жители нашей планеты. Их численность можно ценить цифрой с 30 нолями, а общую массу – порядка 550 миллиардов тонн. Ежедневно ученые открывают все новые и новые виды бактерий.

Помимо этого, за счет быстрого размножения и высокой скорости мутирования происходит постоянный процесс образования новых видов. Около 90 процентов биомассы в морях и океанах составляют микробы и бактерии.

Бактерии появились на земле очень давно, существуют некоторые находки, которые имеют примерный возраст 3,5 миллиарда лет.

На данный момент бактерии обитают не только в воде, но и в горных породах и в почве, в воздухе и внутри других организмов.

Бактерии могут жить в горячих источниках, где температура воды достигает 100 градусов, а также в соленых водах, где присутствует высокая концентрация NaCl.

Некоторые ученые объединяют вирусы с бактериями, предполагая, что их похожее строение обусловлено единым способом существования. Другие исследователи рассматривают бактерии как доклеточную форму жизни.

Жизнестойкость некоторых бактерий вызывает порой удивление. Так, в средствах массовой информации периодически появляются сообщения о том, что обнаружены жизнеспособные микроорганизмы, которые находились в состоянии анабиоза на протяжении сотен, тысяч, и даже миллионов лет.

К примеру, в 1959 году, немецкий ученый-микробиолог Г.Домбровский под микроскопом наблюдал процесс появления в капельках минеральной воды различных микроорганизмов. Когда ученый стал более тщательно изучать их, то выяснил, что это совершенно новый вид. Ученый назвал их бактериями соляных источников.

Домбровский продолжил исследования. Он брал пробы соли на глубине 400-700 метров в разных районах Германии, и вновь вывел все тот же вид бактерий. Затем микробиолог приступил к исследованиям образцов соли, привезенных из других стран. Во всех случаях в питательном растворе развивались жизнеспособные бактерии.

И даже более того, возраст этих бактерий был очень значительным. Так, к примеру, в образцах соли, взятых в канадском районе Сас-качевана, были обнаружены бактерии, возраст которых превышал 350 миллионов лет. Еще старше оказались бактерии, обнаруженные в образцах, привезенных из Иркутска.

Было определено, что эти бактерии жили на заре эры палеозоя, за 600 миллионов лет до исследования.

В 1962 году в Германии, возле истоков Бад-Наухайма были взяты образцы соли, которые специально подняли с глубины более 200 метров. Кристаллы соли растворили в питательном растворе. Очень скоро там появились микроорганизмы. Тот же вид бактерий был обнаружен и в сухих образцах кристаллов соли.

Подобный эксперимент проводился и в Лондоне. В одном из крупнейших ботанических садов, Кью-Гарденсе, в котором хранится пополняемый с 1640 года гербарий, английский ученый-микробиолог П.Снис обнаружил в почве, сохранившейся на корнях растений, жизнеспособные споры некоторых микробов. Примечательно, что находились эти бактерии в почве, которая попала в гербарий более трех столетий назад.

Американским микробиологом Ч.Липманом в ходе исследований индейских пирамид в Перу, в угольных пластах были обнаружены жизнеспособные бактерии, возраст который оценивался в 300 миллионов лет.

На этом исследования бактерий не завершились. Более того, им стали уделять пристальное внимание.

В итоге, ученым из датского Орхусского университета под руководством Ларса Нильсена удалось доказать, что бактерии, которые живут на морском и океанском дне, способны образовывать некий «суперорганизм», и благодаря этому бактерии могут передавать на большие расстояния энергию друг другу.

То есть, одни бактерии, которые находятся в глубине грунта при отсутствии кислорода, поглощают из грунта сероводород, а бактерии, которые находятся на поверхности дна, получают от этого процесса избыточную энергию, которая проявляется в виде электричества. Эту энергию они отдают молекулам кислорода, растворенным в воде, завершая тем самым цикл питания.

Ученые были удивлены тем, что при повторном насыщении воды кислородом бактерии начинали более интенсивно поглощать сероводород: то есть бактерии, употребляли сероводород еще до того, как он просочится в нижние слои грунта. Это и стало основанием для предположения о распределении обязанностей по поглощению сероводорода, передаче энергии на большое расстояние и взаимодействию с кислородом.

Ученые также предположили, что передача энергии между бактериями происходит за счет использования белковых отростков на поверхности самих бактерий, которые способны передавать электричество. Впрочем, это еще предстоит доказать ученым в ходе дальнейших исследований. Но уже сейчас, по мнению ученых, данное открытие можно использовать для выработки электрической энергии.

Еще одно интересное открытие сделали американские ученые. В рамках исследования они обнаружили микроорганизмы в водах вулканического озера, находящегося в Калифорнии. Вода озера по своему составу напоминает больше отбеливатель, поскольку она имеет щелочную основу с большим содержанием мышьяка. Фактически, эта вода для жизни не пригодна.

Тем не менее, бактерии в ней все-таки выжили. В ходе дальнейших исследований было обнаружено, что бактерии заменили в своих ДНК фосфор на мышьяк. Ничего подобного, по словам ученых, им раньше встречать не приходилось.

Специалисты уверены в том, что за счет таких своих особенностей бактерии смогут выжить даже в условиях, непригодных для жизни, в частности, в условиях экстремально низких температур в космосе.

Ученые сделали предположение о том, что такие микроорганизмы могут обитать не только на нашей планете, но и за ее пределами. Они могут выживать в ядовитых условиях, находясь в законсервированном виде. Такие бактерии могут существовать миллиарды лет, и в том случае, если все формы жизни сходят на нет, они начинают развиваться и порождать боле развитые организмы.

Таким образом, уверены ученые, бактерии, найденные на дне калифорнийского озера, могли пережить и динозавров, и мамонтов, и вполне возможно, переживут и современное человечество, чтобы в будущем стать основой для новой жизни.

Бактериями занимаются и американские ученые-эволюционисты. Они построили компьютерную модель, судя по которой бактерии также способны стареть. Если бактерия находится в приемлемых условиях с достаточным количеством пищи, то она может существовать неограниченное время, периодические делится на новые, которые, по сути, являются ее клонами.

На первый взгляд, ни о каком старении речь не идет. Но биологи из Сан-Диего еще в 2005 году доказали, что бактерии не всегда остаются молодыми.

Дело в том, что при старении в клетке накапливается мусор из окисленных белков.

При разделении бактерия этот мусор распределяет неравномерно, и в итоге одна новая бактерия получает его больше, другая – меньше, то есть, одна становится более старой, другая – остается молодой.

Согласно смоделированному варианту старение – это весьма выгодная стратегия для бактериальной флоры в целом, а не только для одной клетки. Это более выгодно в эволюционном плане, так как молодые бактерии будут делиться гораздо чаще, что даст возможность всей колонии быстрее развиваться.

Российские ученые доказали, что бактерии при определенных условиях могут быть полезными для человека. Так, в частности, ученые из Тюмени, в рамках исследования воздействия холода на живой организм, сделали несколько открытий.

Так, они обнаружили новый вид бактерий, который ранее был неизвестен науке, и существовал на протяжении 3,5 миллионов лет в условиях вечной мерзлоты.

На основе этого вида ученые разработали специальные питательные и наружные средства, при помощи которых можно передавать жизнестойкость одних микроорганизмов другим. Первые исследования были проведены на крысах.

Оказалось, что после того, как грызуны питались пищей с содержанием бактерий, найденных во льдах, их продолжительность жизни значительно возросла. Кроме того, грызуны стали более сильными и могли перетаскивать более тяжелые предметы.

Кроме того, у самок восстановилась детородная функция, и у них родилось вполне здоровое потомство. По мнению ученых, данные исследования могут стать первым шагом на пути создания препаратов для восстановления детородных функций человека.

А совсем недавно ученым удалось установить, что некоторые бактерии способны излучать радиоволны. Данное открытие является своего рода доказательством исследований Люка Монтанье, направленных на телепортирование молекул ДНК.

Еще в 2009 году ученый доказал, что благодаря электромагнитным волнам бактерии могут обмениваться информацией.

Тогда подобные результаты вызвали бурю негодования со стороны биологов, которые завили о том, что подобные эксперименты необоснованны.

Однако Монтанье продолжил исследования и доказал, что лабораторные образцы, в которых содержатся бактерии, излучают более сильное электромагнитное поле по сравнению с образцами с чистой водой.

Таким образом, несмотря на то, что бактерии являются наиболее примитивными живыми организмами на планете, жизнь их довольно сложна и многогранна.

http://www.youtube.com/watch?v=0MP_-mCcIU4

No related links found

Источник: http://tainy.net/48275-iz-zhizni-bakterij.html

Ссылка на основную публикацию