Многообразие бактерий в природе

 

 

Бактерии – простейшие  организмы, которые живут на Земле уже очень давно. При этом клетки обладают свойством делиться в благоприятных условиях с достаточно большой скоростью. Одна особь превращается в две менее чем за полчаса. И при таких способностях за сутки из одной бактерии может образоваться более 30 триллионов, учитывая их не всегда дружелюбные отношения с человеком, цифра внушительная. Но, к радости и спокойствию населения планеты, жизненный цикл данных организмов достигает максимума в несколько часов, а может составлять и несколько минут.

 

На жизнедеятельность бактерий большое влияние оказывают внешние факторы:

• питательность среды;
• освещение;
• присутствие кислорода;
• кислотность и щелочность среды;
• температура.

Последний фактор вызывает особый интерес. Известно, что существуют максимальные и минимальные температурные величины, при которых эти простейшие либо погибают, либо, соответственно, впадают в спячку. При оптимальном показателе районе 38 градусов идет активный рост и размножение.

 

 

На Земле эти представители одноклеточных появились несколько миллиардов лет назад. Для них были характерны все современные биохимические процессы. С появлением кислорода в атмосфере количество анаэробных заметно сократилось.

 

Бактерии были обнаружены при помощи оптического микроскопа в 70-х годах 17 века, название им тогда дали другое. А в конце 20-х годов 19-го столетия им дали привычное для современного человека название. Через 30 лет после этого были открыты болезнетворные качества этих организмов. В 1905 году Роберт Кох получил Нобелевскую премию за изучение туберкулеза. Узнать строение этих крошечных одноклеточных стало возможным только с изобретением в 30-годах электронного микроскопа.

 

Для развития бактерий необходимы:

• влажная среда;
• питательные вещества;
• определенная температура.

В ряде случаев, например, при изменении питательной среды, некоторые представители одноклеточных образуют особые тельца – споры. Они очень устойчивы к неблагоприятным условиям, не погибают даже при длительном кипячении. Если после воздействия высоких температур споры поместить на питательную среду, они превратятся в бактерии, скоро начнут размножаться. Образование этих особых телец – защитное приспособление простейших микроорганизмов к перенесению неблагоприятных условий. Губительное действие на бактерии оказывает прямой солнечный свет.

 

 

Строение бактерий

 

 

Большинство представителей данного имеют всего одну клетку. Ее формы определяют тип, к которому можно отнести это простейшее:

• сфера, шар – кокки;
• прямая, как палочка, — бациллы;
• спираль;
• запятая – вибрионы;
• извитые – спиротехи;
• С- и О-образные.

 

Особым свойством данных микроорганизмов является отсутствие ядра, окруженного оболочкой. Но при этом вся информация, ДНК, расположена в конкретном месте, называемом нуклеоидом. Им дано название прокариоты, что значит «доядерные». Размер бактерии составляет от нескольких долей мкм до нескольких десятков мкм. Оболочка, которая окружает клетку, состоит из мембраны, клеточной стенки и слизистой капсулы, которая присутствует не у всех, но у большинства представителей прокариотов. Плазматическая мембрана контролирует поступление питательных веществ, в ней имеются углубления, покрытые, в свою очередь, пленками. Данные элементы выполняют роль органов дыхания, а так же управляют процессами попадания полезных веществ в клетку и вывода продуктов их переработки.

 

Клеточная стенка отвечает за защиту организма от негативного воздействия и придает форму. Слизистая капсула бережет от обезвоживания и представляет собой защитный покров.

 

Нуклеоид находится в центре клетки, он не имеет своей оболочки, но хранит ДНК – информацию в виде кольцевой молекулы, которая закреплена в одном месте. Он отвечает за протекание различных жизненных процессов в клетке. Окружает нуклеоид цитоплазма, в которой содержатся питательные вещества, рибосомы, участвующие в образовании белка, запасы полезных веществ для развития клетки, иногда присутствуют особые кольцевые  молекулы, участвующие в обмене генетическими данными между разными особями. В клетках некоторых представителей имеются компоненты, ответственные за наличие или отсутствие цвета у бактерии.

 

Некоторые одноклеточные  способны передвигаться за счет наличия у них жгутиков, которых может быть до 50 штук. Микроорганизмы, проживающие в почве или воде, могут иметь дополнительные элементы в цитоплазме, позволяющие двигаться в этих средах обитания.

Многообразие бактерий в природе

Разнообразие по среде обитания

 

 

Являясь самыми малыми по размеру существами, бактерии встречаются почти повсюду. Разным типам их представителей необходимы различные условия для существования и размножения. При этом их можно встретить в самым неожиданных местах:

• в водах горячих источников;
• на высоте в несколько десятков километров;
• в песке;
• в почве;
• в водоеме;
• на поверхности и внутри тел животных и человека;
• на плодах растений.

Водные просторы

 

 

В водоемах обитает большое количество мельчайших организмов, которые нельзя обнаружить невооруженным глазом. По сравнению с ними, человеческий волос выглядит толстым бревном.

 

Среда обитания любого живого существа, даже самого простейшего, формирует его метаболизм. Водные объекты занимают наибольшие площади поверхности Земли, обладая очень неоднородным составом. Микроорганизмы, обитающие в этой среде, делят на три группы:

 

• живущие в прибрежных водах, богатых питательными веществами;
• обитающие в толще воды, на глубине до 3 км;
• способные к существованию на глубине более 3 км.

 

Особые условия данных мест обитания определяют качества проживающих в них простейших. Поэтому живущие на больших глубинах способны обходиться без кислорода, являясь хемотрофами. Они потребляют неорганические вещества, получая энергию из них. Они способны к протеканию особых химических превращений в клетке, благодаря которым происходит их дыхание. Живущие же вблизи берега микроорганизмы обладают повышенной подвижностью, получая много питания из своей  среды обитания.

 

Бактерии есть и в воздухе. При изучении данного факта в лаборатории отмечено, что на питательной среде они вырастают за сутки до таких размеров, что их скопления, — колонии, видны невооруженным глазом. Эти образования будут отличаться друг от друга по форме в зависимости от того, какими микроорганизмами они образованы.

Слои почвы

 

 

Почвенный покров очень богат различными видами простейших. Наиболее любим ими плодородный ее участок. Они превращают отмершую органику в полезные вещества, создавая благоприятные условия для существования растений, людей и животных. Микрожители почвы выполняют множество функций:

• превращают органические вещества в неорганические или более простые по составу органические, используемые растениями в пищу;
• из простых элементов, присутствующих в слоях почвы, создают необходимые для развития растений;
• участвуют в борьбе растений с вредными микробами.

 

Влажная почва – основное место обитания и размножения этих одноклеточных. Здесь они находят питательные и минеральные вещества, а также защиту от губительных для них солнечных лучей. При высыхании земли простейшие и их споры вместе с пылью поднимаются в воздух. Ветер разносит их на большие расстояния. Во время дождей бактерии вымываются из почвы. Вода уносит их в реки и водоемы.  Так при участии ветра и воды эти микроорганизмы распространяются в природе и их можно обнаружить всюду.

 

 

Бактерии участвуют в формировании элементного состава почв. При этом внешние условия оказывают влияние на видовое разнообразие организмов, проживающих в толще земли той или местности.

Разнообразие по формам

 

 

Выделяют три основных группы:

• шаровидные;
• палочковидные;
• спиралевидные.

Шаровидные

 

Кокки, клетки которых имеют форму правильного шара, вытянутого, похожие на кофейное зерно, бобы. Данный тип микроорганизмов не имеет жгутиков, не могут они образовывать споры. При этом их можно обнаружить почти в любом месте:

• в почве;
• в продуктах питания;
• в воздухе.

При попадании в среду, богатую питательными веществами, запускается активный процесс деления. Одни из их представителей микрококки, которые можно встретить очень часто. Могут быть одиночными или собираться в небольшие группы. Для их жизнедеятельности необходим кислород. Они не влияют на ткани и организмы, где обнаруживаются, таким образом, они не патогенны для живых существ и могут быть обнаружены на слизистых человека и поверхности кожи.

Представители шарообразных, вызывающие серьезные заболевания у человека, — диплококки. Встречаются по двое. К ним относятся менингококки, при обнаружении которых в организме необходимо срочно приступать к лечению.

Палочковидные

 

 

При рассмотрении их в микроскопе можно отметить их сходство с палочками размером не более 10 мкм. Некоторые представители способны образовывать споры, — бациллы и клостридии.  Диплобактерии располагаются попарно, стрептобактерии – цепочками.

 

Бациллы – самые распространённые представители. Многие из них активно применяются на службе у человека:

• в текстильной промышленности;
• получении бумаги;
• выделке кожи;
• пищевой промышленности;
• сельском хозяйстве.

 

Например, сенная палочка, используется при производстве препарата по защите растений – фитоспорина.

Спиралевидные

 

 

Данный вид бактерий имеет изгибы, похож на штопор. Число и вид завитков определяют принадлежность этих простейших к одному типов:

• вибрионы;
• спириллы;
• спирохеты.

Первые имеют один перегиб. У вторых  не много завитков, но их диаметр отличается большим размером. У третьих – количество завитков более 4.

 

К данному типу относится хеликобактерия, ставшая известной человечеству чуть более 30 лет назад. Кислая желудочная среда всегда считалась не пригодной для существования каких-то микроорганизмов. А хеликобактерия оказалась способной к существованию в таких агрессивных условиях. Исследования говорят о патогенной природе данного типа простейших из-за токсических веществ, которые он выделяет.

Значение бактерий в круговороте веществ в природе

 

 

Многообразие простейших поражает воображение. При этом происходящие перемены и разнообразие форм явились процессом спонтанным, но привели к развитию биосферы планеты в привычном для нас виде. Именно большое множество простейших определяет состав всех слоев, окружающих Землю, даже в самых верхних ее слоях, где существование жизни кажется невозможным.

 

Множество известных форм простейших не обусловлено их строением, ведь оно достаточно простое. Но имеет важное значение для всего существующего на Земле. Биология ищет ответы на многие вопросы, раскрывающие роль бактерий в формировании современного живого мира.

 

Любой биологический круговорот веществ не обходится без участия простейших одноклеточных. Под их влиянием происходит значительное изменение веществ. Они появились на Земле одними из первых и принимали активное участие во всех превращениях, происходивших более 3 млрд лет назад. Их важная роль до сих пор сохраняется в любом процессе, происходящем на планете и в ее слоях. Например, микроорганизмы, живущие в почве, перерабатывают остатки растительного и животного происхождения, способствуя увеличению плодородия земляного покрова.

 

Без участия этих простейших нарушится круговорот веществ, отмершие ткани растений и животных будут накапливаться, создавая очень тяжелые условия для жизни человека. Некоторые простейшие живут в организме животных, принося им пользу, участвую в переваривании и усвоении пищи. Некоторые витамины синтезируются в организме человека при помощи бактерий.

 

Благодаря работе бактерий, осуществляется дыхание растений, которым необходим углекислый газ. Его образование происходит при участии этих микроорганизмов. В таком процессе осуществляется круговорот углерода в природе. Простейшие принимают активное участие и в круговороте других элементов:

• серы;
• фосфора;
• железа;
• азота.

 

Множество соединений, необходимых для комфортного существования человека, образуются при работе этих маленьких организмов.

Значение бактерий в жизни человека

 

 

Простейшие организмы можно встретить в самых неожиданных местах, эти одноклеточные способны выживать даже в самых экстремальных условиях. Не встретить их только в жерлах действующих вулканов и в воронке от ядерного взрыва. Живут они и на поверхности кожи людей, в органах пищеварения, в ротовой полости. Такое активное взаимодействие может приносить пользу, а порой представляет опасность для здоровья.

 

Люди активно используют полезные свойства этих организмов при производстве кожи и льняного волокна, создании лекарств от многих тяжелых болезней, защите растений и животных от возбудителей разных болезней, очистки сточных вод от органики под действием определенного типа бактерий и контроля уровня загрязненности водоемов. Изучив вредное влияние опасных для человека простейших, научились создавать защиту от них и лечить последствия их воздействия на организм.

 

Представители этого микромира  наносят вред растениям, вырабатывают яды в процессе своей жизнедеятельности, вызывают серьезные заболевания у людей и животных.

 

 

Значение полезных бактерий

 

 

Первый контакт с простейшими происходит у человека в момент рождения, до этих пор его организм был надежно защищен плацентой. При грудном вскармливании начинается процесс формирования микрофлоры в кишечнике, так же бактерии заселяются в ротовую полость и на поверхность кожи. При правильном балансе этих одноклеточных в организме формируется крепкий иммунитет.

 

Полезных бактерий известно множество. Они помогают человеку в разных сферах его жизни. Одна из них азотобактер. Населяет почвенные слои, способствуя образованию в них азота в легко усваиваемой растениями форме. Так же жизнедеятельность этого простейшего способствует уменьшению концентрации тяжелых металлов в почве и росту ее питательных свойств. Применяется она и в медицине для борьбы с заболеваниями желудочно-кишечного тракта. И в кондитерском  деле в качестве добавки в готовые продукты.

 

 

Всем известна польза бифидобактерий для укрепления иммунитета, способствующих  усвоению многих витаминов и участвующих в их синтезе. Более 500 видов включает в себя группа бактерий под  названием стрептомицеты. Большую роль в поддержании здоровья играют их представители. Из них производят антибиотики, некоторые вещества применяются для поддержания нормального давления в органах зрения при глаукоме, защите человека от опасных  насекомых, грибов.

 

Бактерии участвуют во всех сферах жизни людей, без них невозможно представить современные:

• медицину;
• пищевую промышленность;
• сельское хозяйство.

Значение вредных бактерий в жизни человека

 

 

Вредоносные представители микромира окружают человека постоянно. Их можно встретить в:

• почве;
• воде;
• продуктах питания;
• воздухе.

Попадая в организм человека, они вызывают различные заболевания. Самый распространенный способ инфицирования – по воздуху, при контакте с заболевшим. Но вредные организмы могут привести к заражению и другими путями, например, через грязные руки или испорченные продукты.

 

При этом часть бактерий, проживающих в желудочно-кишечном тракте человека, при определенных условиях может превратиться из обычного сожителя во врага. К таким относится кишечная палочка. В обстоятельствах, при которых снижается иммунитет, происходит резкий рост условно патогенных организмов и начинает развиваться то или иное заболевание. Помимо обитания в теле человека, вредные микроорганизмы встречаются в воздушной среде. Она не является питательной для них и пребывание в ней длится не долго, в основном в присутствии источника заражения –больного человека.

 

Много опасных простейших содержится в почвенном покрове, туда они попадают от зараженных людей и животных. Так же патогенные организмы попадают в воду, увеличивают их количество сточные воды различных предприятий, животноводческие хозяйства. Некоторые представители вредных бактерий могут долгое время находиться в воде, представляя опасность заражения. Например, холера и туберкулёз могут стать результатом инфицирования ими. Способов проникновения вредных бактерий много, за множество столетий их существования на Земле они усовершенствовали механизм защиты и увеличили стойкость к действию неприятных для них факторов.

 

 

Значение бактерий в сельском хозяйстве

 

 

Человек давно заметил полезные свойства бактерий и применяет их в различных сферах своей жизни. Под влиянием одних микроорганизмов навоз превращается в перегной. Благодаря другим, из перегноя преобразуется в вещества, необходимые для питания растений и повышения урожая.

 

На корнях клевера, бобовых растений можно обнаружить много утолщений – клубеньков, их образование происходит под влиянием определенных бактерий. Они поглощают азот из воздуха, содержащегося в почве. При гниении отмерших корней этих растений образуются полезные соли азота, которые являются хорошим удобрением для растений.

 

Из листьев и стеблей кукурузы приготавливают отличный корм для скота – силос. Под влиянием бактерий молочнокислого брожения образуется молочная кислота, которая предохраняет силос от гниения и сохраняет все его питательные свойства. Современная наука ищет способы использования простейших для защиты и противодействия пагубному влиянию патогенных одноклеточных. Создаются соединения, способные защищать культуры и животных от болезней. При этом используются не обычные антибиотики с побочными действиями, а усовершенствованные варианты бактериальной природы, не вызывающие привыкания и не влияющие на иммунитет.

 

 

Значение бактерий в пищевом производстве

 

 

Простейшие микроорганизмы широко используются в пищевой промышленности. Если оставить свежее молоко в теплом месте, оно скиснет, а затем превратится в простоквашу. Это происходит под влиянием бактерий молочнокислого брожения.

 

Попадая на продукт, гнилостные организмы размножаются и вызывают его  порчу. Это свойство некоторых представителей микромира заставляет человека искать пути предотвращения данных процессов. Одним из способов хранения мяса, рыбы, овощей в течение длительного времени является метод консервирования. Продукт закупоривают в тару и прогревают паром в котлах-автоклавах при температуре 110-130 градусов Цельсия. В этих условиях погибают не только патогенные микроорганизмы, но и их споры.

 

В пищевом производстве в основном используются бактерии, приводящие к процессу брожения, в результате которого получают множество разнообразных продуктов питания:

• алкогольные напитки;
• молочные продукты;
• выпечка.

 

Пищевые продукты содержат белки, жиры и углеводы – питательные вещества для микроорганизмов, которые могут появиться в любом месте. В процессе своей жизнедеятельности они образуют  ферменты. В зависимости от того, какой эффект при этом наблюдается, идет речь о полезных и вредных бактериях для пищевой промышленности. Множество полезных продуктов появляется при участии различных видов микроорганизмов, благодаря им, человек изготавливает кефир, мацони, простоквашу, сливочное масло, сыр и многое другое.

 

Интересно, что при нахождении свежего молока при температуре выше 15 градусов в нем первее всех начинают размножаться молочнокислые бактерии, препятствую размножение и существованию патогенных микроорганизмов. Это происходит за счет выделения молочной кислоты, которая не пригодна для существования патогенной флоры. А полученный продукт, простокваша,  очень полезен для человека. Еще более полезен продукт жизнедеятельности ацидофильной молочной палочки, используемый для лечения кишечных заболеваний человека и животных.

 

Изучив бактерии, человек нашел способы борьбы с болезнетворными и вредными их представителями. Полезные же микроорганизмы люди широко используют в пищевой промышленности, медицине  и сельском хозяйстве. При этом опасные бактерии по — прежнему представляют угрозу для людей. Соблюдая необходимые меры профилактики, можно избежать многих болезней. Ученым предстоит еще много работы по изучению загадочного мира бактерий.