Отдел бактерии

Общая характеристика. Одной из характерных особенностей бактерий (Bacteriophyta) являются их микроскопически малая величина и древность происхождения. Некоторые бактерии настолько малы, что их невозможно рассмотреть в обычный микроскоп, и обнаруживаются они только при помощи электронного микроскопа. Бактерии явллются простейшими одноклеточными организмами, обычно лишенными хлорофилла и пластид. Большинство бактерий не имеют оформленного ядра (т. е. относятся к прокариотным организмам) и размножаются простым делением клетки.

Строение. Величина бактерий измеряется в пределах тысячных долей миллиметра (0,0001...0,005 мм). Каждая клетка бактерии - это целостный организм. Обычно клетка бактерии имеет плотную оболочку - клеточную стенку, выполняющую защитную и опорную функции, а также придает клетке постоянную характерную для неё форму. Основным структурным компонентом стенок бактерий является муреин. Это органическое соединение сложного строения, в состав которого входят аминосахара и 4....5 аминокислот. Клеточная стенка проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена выходят в окружающую сферу.

Клеточная стенка у многих бактерий сверху покрыта слоем слизистого вещества - капсулой. Она не является обязательной частью клетки и образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Капсула служит защитным покровом клетки и участвует в водном обмене. По химическому составу она чаще всего представляет собой полисахариды. Иногда они состоят из гликопротеидов и полипептидов, в редких случаях - из клетчатки.

Цитоплазма обладает чрезвычайно сложной структурой. Внешний слой протопласта бактерий, обладающий особыми химическими и физическими свойствами, называется цитоплазматической мембраной. Она регулирует поступление веществ в клетку и выделение наружу продуктов обмена. Мембрана состоит из липо-протеидов.

Между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой имеется связь. Цитоплазматическая мембрана часто образует впячивания внутрь клетки. Эти впячивания формируют в цитоплазме особые структуры - мезосомы. Некоторые мезосомы отделены от цитоплазмы собственной мембраной. Одни из мезосом являются аналогами митохондрий, другие выполняют функции эндоплазматической сети или аппарата Гольджи. Путём впячивания цитоплазматической мембраны образуется фотосинтезирующий аппарат бактерий - стопки тилакоидов. Здесь локализуются пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды) и ферменты (цитохромы).

В цитоплазме содержатся рибосомы, являющиеся центрами синтеза белка. В ней часто имеются разной формы и размеров гранулы, состоящие из крахмала, гликогена и гранулезы. У некоторых бактерий встречаются капельки жира.

Другим типом гранулярных включений является волютин. Бактерии чаще накапливают волютин в необычных условиях питания. Кроме различных структурных компонентов, в цитоплазме имеется жидкая часть - растворимая фракция. В ней содержатся белки, ферменты, пигменты, сахара, аминокислоты.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество - ДНК (нуклеоид). Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с основными белками и расположена в виде пучка фибрилл.

Многие бактерии имеют жгутики - специальные выросты. По количеству и расположению жгутиков различают следующие формы бактерий: с одним жгутиком на конце, со жгутиками по всей длине клетки, с пучком жгутиков на одном или обоих концах клетки. При помощи жгутиков некоторые бактерии способны в час передвинуться во влажной среде на расстояние, превышающее длину клетки в 2000 раз. На поверхности некоторых бактериальных клеток имеются тонкие ворсинки - фимбрии.

Форма клеток очень разнообразна, но чаще бактерии имеют форму палочек. По форме клетки бактерии имеют и определённое название (палочковидные, щаровидные и др.).

Палочковидные формы: в виде коротких палочек называются бактериями; в виде длинных палочек - бациллами; в виде запятой - вибрионами; закрученные в виде штопора - спирохетами. В большинстве случаев палочковидные бактерии располагаются одиночно, но у некоторых видов они образуют длинные цепочки клеток - это нитчатые бактерии.

Шаровидные формы: в виде отдельных шариков - кокки; шарики, соединенные попарно, - диплококки; шарики, собранные в цепочку, - стрептококки.

Питание. По характеру питания бактерии неоднородны. Большинство бактерий относится к группе гетеротрофных организмов, они питаются готовыми органическими веществами, но существуют и автотрофные бактерии. Гетеротрофные бактерии бывают сапрофитами и паразитами (патогенные). К сапрофитным бактериям относятся такие, которые живут и питаются за счёт органических веществ мертвых органов, а бактерии-паразиты, или патогенные (болезнетворные) бактерии, живут на поверхности или внутри живых организмов, за счёт которых и питаются. Патогенные бактерии являются возбудителями большинства заразных болезней как у животных, так и у человека (тиф, холера, туберкулез, сибирская язва и др.). Патогенные бактерии вызывают заболевания и у растений, так называемые бактериозы (увядание, пятнистость, гниение стеблей и др.). Существуют бактерии, которые строго приурочены к определённому субстрату.

Некоторые бактерии являются автотрофными организмами: они способны ассимилировать углекислый газ воздуха. Этот процесс у бактерий называется хемосинтезом. При хемосинтезе образование органических веществ из неорганических осуществляется без участия света, а следовательно, не за счёт световой энергии, а за счёт химической энергии, которая получается при окислении некоторых неорганических веществ. Хемосинтезировать способны серобактерии, железобактерии и др.

Размножение. Бактерии размножаются очень быстро, прямым делением клетки пополам. Образовавшиеся в результате деления дочерние клетки обычно тут же расходятся, быстро достигают размеров материнской клетки и через 25...30 мин снова делятся пополам. Существуют бактерии, у которых процесс деления клеток длится всего 12...15 мин (кишечная палочка), у других (бактерии, вызывающие туберкулёз) этот процесс происходит медленно. Если бы на пути размножения бактерий не встречались препятствия, они могли бы в течение 3 сут заполнить все моря и океаны.

Бактерии способны при неблагоприятных для жизни условиях образовывать споры, которые отличаются исключительной стойкостью к неблагоприятным условиям (переносят температуру + 150° С и -180° С) и действию многих ядовитых веществ. Внутри клетки образуется спора; в каждой клетке - только одна. Такая клетка теряет воду, содержимое её сжимается и покрывается очень плотной оболочкой. Споры способны сохранять жизнеспособность в течение многих лет. Попадая в благоприятные условия, спора начинает расти и затем дает начало новой вегетативной клетке, которая в дальнейшем размножается простым делением, как обычная бактерия.

В настоящее время у некоторых бактерий обнаружен половой процесс. Это открытие имеет большое значение, так как позволяет получать гибриды между отдельными формами (штаммами) бактерий, ценные для практических целей.

Классификация. Микроскопически малые размеры бактерий и своеобразный образ жизни значительно осложняют их изучение и, следовательно, классификацию. Общепризнанной, законченной классификации бактерий пока ещё нет. В Советском Союзе чаще придерживаются классификации проф. Н. А. Красильникова. По этой классификации бактерии вместе с близкородственными им микроорганизмами подразделяются на 4 класса.

1. Класс истинные бактерии - Eubacteriae - объединяет бактерии с неветвящимися клетками, прочной оболочкой, палочко- или шарообразной формы, подвижные и неподвижные.

2. Класс актиномицеты - Actinomycetes - объединяет низшие растительные организмы, которые имеют признаки бактерий и простейших грибов. В отличие от класса истинных бактерий представляют собой тонкие нити, которые разрастаются лучеобразно, откуда и название - лучистые грибы. Клетки способны ветвиться и образовывать мицелий. От нитей (мицелия) отходят воздушные веточки со спороносцами, в которых, как у грибов, образуются споры, служащие для размножения. Большинство представителей того класса сапрофиты, но есть и паразиты.

3. Класс миксобактерии - Myxobacteriae - объединяет представителей с палочковидными и кокковидными без жгутиков клетками, имеющими тонкую эластичную оболочку, которая при движении бактерий изменяет форму клетки.

4. Класс спирохеты - Spirochaetae - объединяет подвижные бактерии спиралевидной формы с эластичными оболочками клеток.

Перечисленные классы делятся на более мелкие систематические группы - порядки, семейства, роды и виды. Изучению бактерий в настоящее время уделяется много внимания. Это учение оформилось в самостоятельную науку - бактериологию.

Происхождение и распространение. По мнению многих ученых, бактерии - наиболее древние организмы Земли. По происхождению они представляют неоднородную группу растений, и установить родственную связь их с представителями других типов растений до сих пор не удалось. Одни бактерии (серные) по своему строению близки к сине-зелёным водорослям и имеют пигменты, но характеризуются наличием жгутиков, которые отсутствуют у сине-зелёных водорослей; другие - по строению стоят ближе к лучистым грибам. Некоторые бактерии сходны с простейшими одноклеточными животными организмами - протозоа. Таким образом, бактерии, по-видимому, имеют полифилетическое происхождение, т. е. происходят не от одного, а от нескольких различных предков.

В процессе исторического развития бактерии мало изменились. По своему морфологическому строению они мало дифференцированы, и эволюция их шла не по созданию различных форм, а по характеру приспособления к окружающим и изменяющимся условиям среды. По своему происхождению бактерии представляют особую группу (отдел) растений, которая не имеет прямой связи с другими более организованными растениями.

Бактерии встречаются везде и всюду в самых разнообразных условиях среды, их много в воздухе, воде, молоке, почве, а особенно в навозе. Совсем недавно считалось, что бактерии встречаются в атмосфере на высоте до 20 км. Специальными исследованиями советских ученых установлено, что в настоящее время споры бактерий встречаются на высоте до 80 км.

В своём развитии бактерии до сих пор сохранили тесную связь с водной средой. Поэтому лучшего развития они достигают в условиях повышенной влажности. Однако условия, благоприятные для одних бактерий, могут быть непригодны для других. Одни виды их способны жить при очень высокой температуре (55...70° С), в согревающихся кучах навоза, в водах горячих источников; другие, наоборот, нормально развиваются при низких температурах (до -7°С). Обычно при низких температурах (ниже нуля) размножение бактерий прекращается. На этом принципе построено хранение продуктов питания в холодильниках. Приостанавливается развитие бактерий и при высоких температурах (50...120° С). На этом принципе основано хранение продуктов в герметически закупоренных банках (консервы), предварительно подвергнутых воздействию температур (пастеризация). Бактерии приостанавливают рост и размножение и при недостатке влаги. На этом принципе построено хранение продуктов в засушенном виде (овощи, фрукты и др.).

Неодинаково бактерии относятся к кислороду. Одни виды бактерий развиваются только при наличии кислорода; другие, наоборот, нормально развиваются без него. В зависимости от требований к кислороду бактерии делятся на 2 большие группы: аэробные и анаэробные. Аэробные бактерии развиваются только при наличии свободного доступа воздуха (гнилостные бактерии), а анаэробные бактерии нормально развиваются без доступа воздуха (молочнокислые бактерии).

Значение бактерий. В природе бактерии выполняют огромную роль в круговороте веществ, без которого жизнь на Земле невозможна. В почве, водоёмах беспрерывно разлагается огромное количество органического вещества. Трупы животных, растительные остатки подвергаются полной минерализации и снова используются зелёными растениями для питания. В этом процессе главная роль принадлежит бактериям. Разложение органических веществ бактериями осуществляется в результате процессов брожения и гниения.

Брожение - это сложный процесс разложения углеводистых органических веществ. По характеру промежуточных продуктов распада углеводистых веществ различают несколько типов брожения: молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое и др. Каждый тип брожения осуществляется определёнными видами бактерий, что широко используется в различных видах промышленности.

Гниение - это процесс разложения белковых, азотистых органических веществ, который осуществляется разными видами гнилостных бактерий. При отсутствии процесса гниения поверхность суши покрылась бы огромным количеством трупов животных и растений. Следовательно, велика роль бактерий и в гигиеническом отношении. Большое значение бактерии имеют и в круговороте углекислого газа, который необходим для жизни зелёных растений. Благодаря деятельности бактерий и грибов растительные остатки разлагаются с образованием углекислого газа, который снова поступает в атмосферу и поглощается зелёными растениями.

Огромна роль бактерий в почвообразовательных процессах. В результате синтетической деятельности бактерии совместно с другими микроорганизмами создают в почве перегной и тем самым повышают плодородие почвы.

В природе и в практике сельского хозяйства огромное значение приобретают так называемые азотфиксирующие бактерии, которые, поселяясь в почве, способны усваивать азот из воздуха, переводить его в связные соединения, доступные растениям, и обогащать им почву. Не меньшее значение имеют также клубеньковые бактерии, которые вступают в симбиоз (сожительство) с корнями бобовых растений. Клубеньковые бактерии развиваются в корнях бобовых растений, проникают в клетки коровой паренхимы, вызывают разрастание этой ткани, в результате чего образуются вздутия в виде небольших клубеньков. При таком симбиозе бактерии используют для своего питания только углеводы корней растений, а азотистые вещества строят за счёт свободного азота воздуха почвы. Часть атмосферного азота усваивается самими бактериями, но значительное его количество используется бобовыми растениями. После отмирания бактерий и бобовых растении в почве остаётся большое количество связанного бактериями азота, за счёт которого и происходит значительное обогащение почвы. В почве находится колоссальное количество бактерий. В зависимости от географического положения и окультуренности почвы в 1 г органического вещества её содержится от 300 млн. до 2 млрд. бактерий.

Бактерии имеют большое значение в жизни человека, который использует различные бактерии при производстве сыра, кефира, простокваши, квашеной капусты, силоса и т. д. Специфические бактерии образуют этиловый спирт, уксусную кислоту. В последнее время человек широко использует бактерии для очистки загрязненных сточных вод.

Впервые обратил внимание и изучил роль бактерий как возбудителей заразных болезней французский ученый Луи Пастер.

Дата добавления: 2015-04-25