Симбиотические бактерии

Рис. 91. Стафилококки и стрептококки в гное.

Рис. 92. Строение бактерии: 1. капсула, 2. клеточная стенка, 3. цитоплазмати-ческая мембрана, 4. протопласт, 5. базальное тельце жгутика, 6. жгутик, 7. пили, 8. нуклеоид (цепочка ДНК), 9. мезосомы, 10. рибосомы, 11.вакуоли и включения.

Полупроницаемая цитоплазматическая мембрана обеспечивает избирательное поступление веществ в клетку и выделение в окружающую среду продуктов обмена веществ, а также образует втягивание внутрь цитоплазмы – лизосомы. На мембранах лизосом располагаются окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих бактерий – соответствующие пигменты, благодаря чему они способны выполнять функцию митохондрий, хлоропластов или аппарата Гольджи.

Тонкая и эластичная клеточная стенка, в состав которой входит муреин, придает бактериальной клетке определенную форму, защищает содержимое клетки от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и выполняет ряд других функций. Многие виды образуют слизистую капсулу.

В центральной части клетки находится нуклеид, содержащий одну замкнутую в цепочку ДНК, которая контролирует нормальный ход всех внутриклеточных процессов и является носителем генетической информации. Ядрышки у бактерий не обнаружены. Отсутствуют также митохондрии, хлоропласты, комплекс Гольджи и другие мембранные структуры, характерные для всех эукариотических клеток. Однако, в цитоплазме бактериальной клетки имеется огромное количество рибосом (иногда до 20 тыс.). У некоторых лишенных жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. Регулируя количество газов в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные – передвигаться в капиллярах почвы.

Запасные вещества бактериальной клетки – полисахариды (крахмал, гликоген), жиры, полифосфаты.

Большинство бактерий бесцветны и только некоторые (зеленые и пурпурные) содержат в цитоплазме пигменты, подобные зеленому хлорофиллу и красному фикоэритрину.

Размножаются бактерии путем простого деления клетки надвое (рис. 93). Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение. В последнее время у некоторых бактерий обнаружены упрощенные формы полового процесса (например, у кишечной палочки) (рис.94).

Рис. 93. Деление грамположительной и грамотрицательной бактерий.

Рис.94. Конъюгация и перенос F-фактора: 1-репликация, перенос (2) и синтез 2-ой цепи (3). Внизу – микрофотография конъюгации бактерий.

Половой процесс напоминает конъюгацию, при которой происходит передача генетического материала из одной клетки в другую при их непосредственном контакте. После этого клетки разъединяются. Количество особей в результате полового процесса остается прежним, но происходит обмен их наследственным материалом, то есть осуществляется генетическая рекомбинация.

Небольшой группе бактерий свойственно спорообразование. При этом бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов: в ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность, цитоплазма сжимается и покрывается очень плотной оболочкой.

Споры обеспечивают возможность переносить неблагоприятные условия. Они выдерживают длительное высыхание, нагревание свыше 100 градусов и охлаждение почти до абсолютного нуля. В обычном же состоянии бактерии неустойчивы при высушивании, воздействии прямых солнечных лучей, повышении температуры до 65-80 градусов и т.д. В благоприятных условиях споры набухают и прорастают, образуя новую клетку бактерий.

Рис. 95. Спорообразующие бактерии.

Несмотря на постоянную гибель бактерий, эти примитивные организмы сохранились с древнейших времен благодаря способности к быстрому размножению, образованию спор, чрезвычайной устойчивости разного рода факторам внешней среды, и повсеместному распространению.

По типу питания бактерии делятся на две группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные бактерии синтезируют органические вещества из неорганических. Реакции синтеза идут с потреблением энергии. В зависимости от того, какую энергию используют автотрофы для синтеза органических веществ, различают фото - и хемосинтезирующие бактерии.

Гетеротрофные бактерии питаются готовыми органическими веществами мертвых остатков (сапротрофы)или живых растений, животных и человека (паразиты). К сапротрофам относятся бактерии гниения и брожения. Первые расщепляют азотосодержащие, вторые углеродсодержащие соединения.

По типу дыхания (по степени потребности в молекулярном кислороде) бактерии делятся на три группы:

Дыхание бактерий

Аэробы

Факультативные

Анаэробы

Живут в бескислородной среде и получают энергия в результате брожения (клостридии)

Используют кислород воздуха для окисления органических веществ (микобактерии туберкулеза)

Могут жить в той или другой среде, но предпо-читают (интенсивно размножаются) определенную, например, факультативный анаэроб (кишечная палочка)

Рис. 96. Современные виды микроорганизмов – палочковидные бактерии и кокки (микрофотография).

Живут в бескислородной среде и получают энергию в результате брожения (клостридии)

Вопросы:

1. Какое строение имеет бактериальная клетка?

2. Чем отличается бактериальная клетка от растительной клетки?

3. Какие бактерии называют сапрофитами, а какие - паразитами?

4. Как бактерии размножаются?

5. Что происходит с бактериями при наступлении неблагоприятных условий?

§27. Бактерии полезные для человека.

Микроорганизмы имеют большое значение для человека: во-первых, потому, что они играют важную роль в биосфере, во-вторых, потому, что их можно использовать в различных целях. Человек все больше и больше использует бактерии путем создания новых биотехнологий. Своими успехами биотехнология во многом обязана генетикам.

Рис. 97. Клетки Кишечной палочки

Бактерии и плодородие почвы.

Бактерии играют важную роль в плодородии почвы. Благодаря жизнедеятельности бактерий происходит разложение и минерализация органических веществ отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения вовлекаются в общий круговорот веществ, без которого была бы невозможна жизнь на земле. Бактерии вместе с лишайниками, грибами, водорослями разрушают горные породы, участвую тем самым в начальных стадиях почвообразовательных процессов.

Особую роль в природе играют бактерии, способные связывать молекулярный азот, недоступный для высших растений. Населяя почву, такие бактерии обогащают ее азотом. К этой группе относят клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых растений. Проникая через корневой волосок в корень, они вызывают сильное разрастание клеток корня в форме клубеньков. На первых порах бактерии живут за счет растения, а затем начинают фиксировать азот с последующим образованием аммиака, а из него нитритов и нитратов. Образовавшихся азотистых веществ достаточно и для бактерий, и для растений. Кроме того, часть нитритов и нитратов выделяется в почву, повышая ее плодородие.

Очистка сточных вод.

В очистных сооружениях бактерии играют почти такую же роль, как и в почве. Они также расщепляют органические вещества, превращая их в безвредные растворимые неорганические соединения.

Бытовые сточные воды предварительно разделяют в специальных отстойниках на жидкую часть и илистый осадок, которые затем перерабатывают в несколько этапов, используя аэробные и анаэробные бактерии.

Метан, образуемый анаэробными бактериями иногда используют как топливо для рабочих механизмов очистных сооружений. После очистки получают очищенную жидкость, которую спускают в реки.

Симбиотические бактерии.

Млекопитающие и другие животные не могут переваривать клетчатку, так как у них нет фермента целлюлозы. Основную же массу пищи, поедаемой травоядными животными, составляет клетчатка.

Однако у них в кишечнике живут симбиотические бактерии и простейшие, переваривающие клетчатку. У кроликов такие бактерии живут в слепой кишке и червеобразном отростке, у коров и овец - в рубце. Косвенным образом эти бактерии служат и человеку, поскольку он использует мясо домашних животных в пищу.

Самое непосредственное отношение к человеку имеет «микрофлора» его собственного кишечника. В кишечнике живут многие бактерии, некоторые из них синтезируют витамины В и витамины К.

Некоторые бактерии, живущие на коже человека предохраняют его от заражения полиогенными организмами.