Колко вида бактерии има в човешкото тяло? Видове полезни бактерии. Микрофлора на човешкото тяло

Броят на нормалните бактериални клетки или колко бактерии в човек, които живеят по тялото, е приблизително 100 милиона.

Броят на бактериалните клетки на човек е 10 пъти по-голям от 10-те милиона клетки, изграждащи човешкото тяло.

Колко бактерии има в човешкото тяло?

Микроорганизмите покриват Земята и всичко на нея. Изминаха повече от 100 години от създаването на основоположника на съвременната микробиология и имунология от френския химик Луи Пастьор. През това време са идентифицирани и доказани повече от 4000 вида бактерии, но микробиолозите смятат, че милиони видове остават неизвестни.

Човешката кожа е дом на милиарди бактерии; всеки квадратен сантиметър съдържа около 100 000 микроби.

Всъщност невероятните 10% от теглото на човешкото тяло се състои от микроорганизми.

Общото тегло на микробите, живеещи под земята на нашата планета, е изчислено на повече от 100 трилиона тона. Те образуват слой с дебелина повече от 1,5 метра, ако са разпределени равномерно по повърхността на Земята.

Познания за патогенните бактерии

Често съвременна науканапълно неподозиращи как микроскопичният свят взаимодейства с висшите форми на живот на нашата планета. Вземете например публично изявление от 1995 г. на британския министър на здравеопазването. Тогава министърът на здравеопазването Стивън Дорел заяви, че спонгиформната енцефалопатия („луда крава“) не може да се предаде на хората: „няма възможен риск болестта луда крава да се предаде от крави на хора“. Министърът направи коментара в опит да облекчи обществените притеснения относно купуването и яденето на британско говеждо преди да е направено пълно научно изследване.

Научните изследвания показват, че болестотворната истина е, че " луда крава"се предава чрез прион. Това е нов патоген, но не вирус или бактерия, а протеин, който издържа на всякакви форми на стерилизация. Година по-късно министърът публично се извини за изказването си, но настоя, че го е направил от незнание.Тоест знаем толкова малко за патогенните бактерии и болестотворните микроорганизми.

Опасността от бактерии от други светове

По същия начин нашето невежество относно токсините и патогените от други светове може да доведе до погрешни предположения, ако степента на нашите възможности не бъде проучена. Най-добра защитаКак можем да приемем нашата планета срещу такава заплаха е комбинация от текущ научен анализ на въздействията върху живота с помощта на роботизирани космически кораби и рецензирана научна информация, която вече съществува. Ами ако на планети като Марс съществуват странни форми на патогени? Наистина сме готови да ги върнем у дома и може би плашещи патогенни бактерии ?

Никой не може да даде надеждни отговори на толкова важни въпроси. Ще се увеличи ли броят на бактериите в хората и ще унищожи цялото човечество?

Учените обмислят уменията за оцеляване на земните микроби в екстремни условия и потенциалната патогенност на извънземните микроби в земния живот. След това тези оценки се използват за дефиниране и оформяне на мисии на космически кораби до планети и примерни програми за връщане.

Въпреки това доскоро докладите твърдят, че експериментите показват положителни сигнали за излагане на микроби при хора.

Какви бактерии има: видове бактерии, тяхната класификация

Бактериите са малки микроорганизми, които са се появили преди много хиляди години. Невъзможно е да се видят микробите с просто око, но не трябва да забравяме за тяхното съществуване. Има огромен брой бацили. Науката микробиология се занимава с тяхната класификация, изучаване, разновидности, структурни особености и физиология.

Микроорганизмите се наричат ​​по различен начин в зависимост от начина на действие и функция. Под микроскоп можете да наблюдавате как тези малки същества взаимодействат едно с друго. Първите микроорганизми са били доста примитивни по форма, но тяхното значение в никакъв случай не трябва да се подценява. От самото начало бацилите се развиват, създават колонии и се опитват да оцелеят в променящите се климатични условия. Различните вибриони могат да обменят аминокиселини, за да растат и да се развиват нормално.

Днес е трудно да се каже колко вида от тези микроорганизми има на земята (този брой надхвърля милион), но най-известните и техните имена са познати на почти всеки човек. Няма значение какъв вид микроби има и как се наричат, всички те имат едно предимство - живеят в колонии, което ги прави много по-лесни за адаптиране и оцеляване.

Първо, нека да разберем какви микроорганизми съществуват. Най-простата класификация е добро и лошо. С други думи, тези, които са вредни за човешкото тяло, причиняват много заболявания, а тези, които са полезни. След това ще говорим подробно за това какви са основните полезни бактерии и ще дадем тяхното описание.

Можете също така да класифицирате микроорганизмите според тяхната форма и характеристики. Вероятно много хора си спомнят, че в училищните учебници имаше специална таблица, изобразяваща различни микроорганизми, а до тях беше значението и ролята им в природата. Има няколко вида бактерии:

  • коки - малки топчета, които приличат на верига, тъй като са разположени една след друга;
  • пръчковидна;
  • spirilla, spirochetes (имат извита форма);
  • вибриони.

Бактерии с различна форма

Вече споменахме, че една от класификациите разделя микробите на видове в зависимост от техните форми.

Bacillus бактериите също имат някои характеристики. Например, има пръчковидни видове със заострени полюси, удебелени, заоблени или прави краища. По правило пръчковидните микроби са много различни и винаги са в хаос, не се подреждат във верига (с изключение на стрептобацилите) и не се прикрепят един към друг (с изключение на диплобацилите).

Сред сферичните микроорганизми микробиолозите включват стрептококи, стафилококи, диплококи и гонококи. Това могат да бъдат двойки или дълги вериги от топки.

Извитите бацили са spirilla, spirochetes. Те винаги са активни, но не произвеждат спори. Спирила е безопасна за хора и животни. Можете да различите спирилата от спирохетите, ако обърнете внимание на броя на завъртанията, те са по-малко извити и имат специални флагели на крайниците си.

Видове патогенни бактерии

Например, група микроорганизми, наречени коки, и по-подробно стрептококи и стафилококи, стават причина за истински гнойни заболявания(фурункулоза, стрептококов тонзилит).

Анаеробите живеят и се развиват добре без кислород; за някои видове от тези микроорганизми кислородът става фатален. Аеробните микроби се нуждаят от кислород, за да виреят.

Археите са практически безцветни едноклетъчни организми.

Трябва да се пазите от патогенни бактерии, защото те причиняват инфекции, грам-отрицателните микроорганизми се считат за резистентни към антитела. Има много информация за почвата, гнилостните микроорганизми, които могат да бъдат вредни или полезни.

По принцип спирилите не са опасни, но някои видове могат да причинят содоку.

Видове полезни бактерии

Дори учениците знаят, че бацилите могат да бъдат полезни и вредни. Хората знаят някои имена на ухо (стафилококи, стрептококи, чумен бацил). Това са вредни същества, които пречат не само на външната среда, но и на хората. Има микроскопични бацили, които причиняват хранително отравяне.

Трябва да знам полезна информацияза млечна киселина, храна, пробиотични микроорганизми. Например, пробиотиците, с други думи добрите организми, често се използват за медицински цели. Може да попитате: за какво? Те не позволяват вредни бактерииумножава се вътре в човек, укрепва защитни функциичервата, влияят добре на имунната система на човека.

Бифидобактериите също са много полезни за червата. Млечнокиселите вибриони включват около 25 вида. Те се намират в огромни количества в човешкото тяло, но не са опасни. Напротив, защитават стомашно-чревния трактот гнилостни и други микроби.

Говорейки за добри, не може да не споменем огромните видове стрептомицети. Те са известни на тези, които са приемали хлорамфеникол, еритромицин и подобни лекарства.

Има микроорганизми като азотобактер. Те живеят в почвата в продължение на много години, имат благоприятен ефект върху почвата, стимулират растежа на растенията и почистват почвата от тежки метали. Те са незаменими в медицината, селското стопанство, медицината и хранително-вкусовата промишленост.

Видове бактериална изменчивост

По своята същност микробите са много непостоянни, умират бързо, могат да бъдат спонтанни или индуцирани. Няма да навлизаме в подробности за променливостта на бактериите, тъй като тази информация е по-интересна за тези, които се интересуват от микробиологията и всички нейни клонове.

Видове бактерии за септични ями

Жителите на частни къщи разбират спешната необходимост от пречистване на отпадъчни води, както и помийни ями. Днес можете бързо и ефективно да почистите канализацията, като използвате специални бактерии за септични ями. Това е огромно облекчение за човек, тъй като почистването на канализацията не е приятна задача.

Вече изяснихме къде се използва биологичното пречистване на отпадъчни води, а сега нека поговорим за самата система. Бактериите за септични ями се отглеждат в лаборатории, те убиват неприятната миризма на отпадъчни води, дезинфекцират дренажни кладенци, помийни ями и намаляват обема на отпадъчните води. Има три вида бактерии, които се използват за септични ями:

  • аеробика;
  • анаеробни;
  • живи (биоактиватори).

Много често хората използват комбинирани методи за почистване. Следвайте стриктно инструкциите на продукта, като се уверите, че нивото на водата е благоприятно за нормалното оцеляване на бактериите. Също така не забравяйте да използвате канализацията поне веднъж на всеки две седмици, за да дадете на бактериите нещо за ядене, в противен случай те ще умрат. Не забравяйте, че хлорът от почистващите прахове и течности убива бактериите.

Най-популярните бактерии са Doctor Robic, Septifos, Waste Treat.

Видове бактерии в урината

На теория не трябва да има бактерии в урината, но след различни действия и ситуации малки микроорганизми се заселват където си поискат: във влагалището, в носа, във водата и т.н. Ако по време на изследванията се открият бактерии, това означава, че човекът страда от заболявания на бъбреците, пикочния мехур или уретерите. Има няколко начина, по които микроорганизмите влизат в урината. Преди лечението е много важно да се изследва и точно да се определи вида на бактерията и пътя на навлизане. Това може да се определи чрез биологична култура на урина, когато бактериите са поставени в благоприятно местообитание. След това се проверява реакцията на бактериите към различни антибиотици.

Желаем ви винаги да сте здрави. Грижете се за себе си, мийте редовно ръцете си, пазете тялото си от вредните бактерии!

Бактериите са най древен организъмна земята, а също и най-простият по своята структура. Състои се само от една клетка, която може да се види и изследва само под микроскоп. Характерна особеност на бактериите е липсата на ядро, поради което бактериите се класифицират като прокариоти.

Някои видове образуват малки групи от клетки; такива групи могат да бъдат заобиколени от капсула (калъф). Размерът, формата и цветът на бактерията са силно зависими от околната среда.

Бактериите се различават по формата си на пръчковидни (бацил), сферични (коки) и извити (спирила). Има и видоизменени - кубични, С-образни, звездовидни. Размерите им варират от 1 до 10 микрона. Някои видове бактерии могат активно да се движат с помощта на флагели. Последните понякога са два пъти по-големи от самата бактерия.

Видове форми на бактерии

За да се движат, бактериите използват флагели, чийто брой варира - един, чифт или сноп камшичета. Местоположението на камшичетата също може да бъде различно - от едната страна на клетката, отстрани или равномерно разпределено по цялата равнина. Също така, един от методите на движение се счита за плъзгане благодарение на слузта, с която е покрит прокариотът. Повечето имат вакуоли вътре в цитоплазмата. Регулирането на газовия капацитет на вакуолите им помага да се движат нагоре или надолу в течността, както и да се движат през въздушните канали на почвата.

Учените са открили повече от 10 хиляди разновидности на бактерии, но според учените в света има повече от един милион вида. основни характеристикибактерии дава възможност да се определи тяхната роля в биосферата, както и да се проучи структурата, видовете и класификацията на царството на бактериите.

местообитания

Простотата на структурата и скоростта на адаптиране към условията на околната среда помогнаха на бактериите да се разпространят в широк диапазон от нашата планета. Те съществуват навсякъде: вода, почва, въздух, живи организми - всичко това е най-приемливото местообитание за прокариотите.

Бактерии са открити както на южния полюс, така и в гейзерите. Срещат се на океанското дъно, както и в горните слоеве на въздушната обвивка на Земята. Бактериите живеят навсякъде, но броят им зависи от благоприятните условия. Например, голям брой бактериални видове живеят в открити водоеми, както и в почвата.

Конструктивни особености

Бактериалната клетка се отличава не само с факта, че няма ядро, но и с липсата на митохондрии и пластиди. ДНК на този прокариот се намира в специална ядрена зона и има вид на затворен в пръстен нуклеоид. При бактериите клетъчната структура се състои от клетъчна стена, капсула, мембрана, подобна на капсула, камшичета, пили и цитоплазмена мембрана. Вътрешна структураобразувани от цитоплазма, гранули, мезозоми, рибозоми, плазмиди, включвания и нуклеоиди.

Клетъчната стена на бактерията изпълнява функцията на защита и подкрепа. Веществата могат да преминават свободно през него поради пропускливостта. Тази черупка съдържа пектин и хемицелулоза. Някои бактерии отделят специална слуз, която може да предпази от изсушаване. Слузта образува капсула - полизахарид по химичен състав. В тази форма бактерията може да понася дори много високи температури. Той изпълнява и други функции, като адхезия към всякакви повърхности.

На повърхността на бактериалната клетка има тънки протеинови влакна, наречени пили. Може да има голям брой от тях. Пили помагат на клетката да премине генетичен материал и също така осигурява адхезия към други клетки.

Под равнината на стената има трислойна цитоплазмена мембрана. Гарантира преноса на вещества и също така играе важна роля при образуването на спори.

Цитоплазмата на бактериите е 75 процента направена от вода. Състав на цитоплазмата:

  • рибки;
  • мезозоми;
  • аминокиселини;
  • ензими;
  • пигменти;
  • захар;
  • гранули и включвания;
  • нуклеоид.

Метаболизмът при прокариотите е възможен както с участието на кислород, така и без него. Повечето от тях се хранят с готови хранителни вещества от органичен произход. Много малко видове са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Това са синьо-зелени бактерии и цианобактерии, които са изиграли значителна роля в образуването на атмосферата и нейното насищане с кислород.

Възпроизвеждане

При условия, благоприятни за размножаване, то се извършва чрез бутонизация или вегетативно. Безполово размножаванепротича в следната последователност:

  1. Бактериалната клетка достига своя максимален обем и съдържа необходимия запас от хранителни вещества.
  2. Клетката се удължава и в средата се появява преграда.
  3. Нуклеотидното делене се извършва вътре в клетката.
  4. Основната и отделената ДНК се разминават.
  5. Клетката се дели наполовина.
  6. Остатъчно образуване на дъщерни клетки.

При този метод на възпроизвеждане няма обмен на генетична информация, така че всички дъщерни клетки ще бъдат точно копие на майката.

По-интересен е процесът на размножаване на бактерии при неблагоприятни условия. Учените научиха за способността на бактериите за сексуално размножаване сравнително наскоро - през 1946 г. Бактериите нямат разделение на женски и репродуктивни клетки. Но тяхното ДНК е хетерогенно. Когато две такива клетки се доближат една до друга, те образуват канал за пренос на ДНК и се получава обмен на места - рекомбинация. Процесът е доста дълъг, резултатът от който са два напълно нови индивида.

Повечето бактерии са много трудни за виждане под микроскоп, защото нямат собствен цвят. Малко разновидности са лилави или зелени на цвят поради съдържанието на бактериохлорофил и бактериопурпурин. Въпреки че, ако разгледаме някои колонии от бактерии, става ясно, че те отделят цветни вещества в околната среда и придобиват ярък цвят. За да се изследват по-подробно прокариотите, те се оцветяват.


Класификация

Класификацията на бактериите може да се основава на показатели като:

  • форма
  • начин на пътуване;
  • метод за получаване на енергия;
  • отпадъци;
  • степен на опасност.

Бактерии симбионтиживеят в общност с други организми.

Бактерии сапрофитиживеят върху вече мъртви организми, продукти и органични отпадъци. Те насърчават процесите на гниене и ферментация.

Гниенето почиства природата от трупове и други органични отпадъци. Без процеса на гниене нямаше да има кръговрат на веществата в природата. И така, каква е ролята на бактериите в кръговрата на веществата?

Гниещите бактерии са помощник в процеса на разграждане на протеинови съединения, както и мазнини и други съединения, съдържащи азот. След извършване на сложна химична реакция те разрушават връзките между молекулите на органичните организми и улавят протеинови молекули и аминокиселини. При разграждането си молекулите отделят амоняк, сероводород и други вредни вещества. Те са отровни и могат да причинят отравяне при хора и животни.

Гниещите бактерии се размножават бързо в благоприятни за тях условия. Тъй като това са не само полезни бактерии, но и вредни, за да се предотврати преждевременното гниене на продуктите, хората са се научили да ги обработват: сушене, ецване, осоляване, пушене. Всички тези методи на обработка убиват бактериите и предотвратяват размножаването им.

Ферментационните бактерии с помощта на ензими са в състояние да разграждат въглехидратите. Хората са забелязали тази способност още в древността и все още използват такива бактерии за производството на млечнокисели продукти, оцет и други хранителни продукти.

Бактериите, работещи заедно с други организми, извършват много важна химическа работа. Много е важно да знаем какви видове бактерии има и какви ползи или вреда носят на природата.

Значение в природата и за хората

Вече беше отбелязано по-горе голямо значениемного видове бактерии (при процеси на гниене и различни видове ферментация), т.е. изпълнявайки санитарна роля на Земята.

Бактериите също играят огромна роля в цикъла на въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра, калций и други елементи. Много видове бактерии допринасят за активното фиксиране на атмосферния азот и го превръщат в органична форма, което спомага за повишаване на плодородието на почвата. Особено важни са тези бактерии, които разграждат целулозата, която е основният източник на въглерод за живота на почвените микроорганизми.

Сулфат-редуциращите бактерии участват в образуването на масло и сероводород в лечебната кал, почвите и моретата. Така наситеният със сероводород слой вода в Черно море е резултат от жизнената дейност на сулфатредуциращи бактерии. Активността на тези бактерии в почвите води до образуване на сода и содово засоляване на почвата. Бактериите, намаляващи сулфатите, превръщат хранителните вещества в почвата на оризовите насаждения във форма, която става достъпна за корените на културата. Тези бактерии могат да причинят корозия на метални подземни и подводни конструкции.

Благодарение на жизнената дейност на бактериите, почвата се освобождава от много продукти и вредни организми и се насища с ценни хранителни вещества. Бактерицидните препарати се използват успешно за борба с много видове насекоми вредители (царевичен пробивач и др.).

Много видове бактерии се използват в различни отрасли за производство на ацетон, етилов и бутилов алкохол, оцетна киселина, ензими, хормони, витамини, антибиотици, протеиново-витаминни препарати и др.

Без бактерии са невъзможни процесите на дъбене на кожа, сушене на тютюневи листа, производство на коприна, каучук, обработка на какао, кафе, накисване на коноп, лен и други ликово-влакнести растения, кисело зеле, пречистване на отпадъчни води, излугване на метали и др.

БАКТЕРИИ
голяма група едноклетъчни микроорганизми, характеризиращи се с липса на клетъчно ядро, заобиколено от мембрана. В същото време генетичният материал на бактерията (дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК) заема много специфично място в клетката - зона, наречена нуклеоид. Организмите с такава клетъчна структура се наричат ​​прокариоти („преднуклеарни“), за разлика от всички останали - еукариоти („истински ядрени“), чиято ДНК се намира в ядрото, заобиколено от черупка. Бактериите, считани преди това за микроскопични растения, сега се класифицират в независимото царство Monera - едно от петте в настоящата класификационна система, заедно с растения, животни, гъби и протисти.

Изкопаеми доказателства. Бактериите са може би най-старата известна група организми. Слоести каменни структури - строматолити - датирани в някои случаи в началото на археозоя (архей), т.е. възникнал преди 3,5 милиарда години, - резултат от жизнената дейност на бактериите, обикновено фотосинтезиращи, т.нар. синьо-зелени водорасли. Подобни структури (бактериални филми, импрегнирани с карбонати) се образуват и днес, главно край бреговете на Австралия, Бахамските острови, в Калифорнийския и Персийския залив, но те са относително редки и не достигат големи размери, тъй като тревопасни организми, като коремоноги , хранете се с тях. В днешно време строматолитите растат главно там, където тези животни отсъстват поради висока соленост на водата или по други причини, но преди появата на тревопасните форми по време на еволюцията те биха могли да достигнат огромни размери, представляващи съществен елемент от океанската плитка вода, сравнима със съвременните коралови рифове. В някои древни скали са открити малки овъглени сфери, за които също се смята, че са останки от бактерии. Първите ядрени, т.е. еукариотни, клетките са се развили от бактерии преди приблизително 1,4 милиарда години.
Екология.Бактериите са изобилни в почвата, на дъното на езера и океани – навсякъде, където се натрупва органична материя. Те живеят на студено, когато термометърът е малко над нулата, и в горещи киселинни извори с температури над 90 ° C. Някои бактерии понасят много висока соленост; по-специално, те са единствените организми, открити в Мъртво море. В атмосферата те присъстват във водни капки и тяхното изобилие там обикновено корелира със запрашеността на въздуха. Така в градовете дъждовната вода съдържа много повече бактерии, отколкото в селските райони. Има малко от тях в студения въздух на високите планини и полярните региони, но те се намират дори в долния слой на стратосферата на надморска височина от 8 км. Гъсто населен с бактерии (обикновено безвреден) храносмилателен трактживотни. Експериментите показват, че те не са необходими за живота на повечето видове, въпреки че могат да синтезират някои витамини. Но при преживните животни (крави, антилопи, овце) и много термити те участват в храносмилането на растителната храна. Освен това, имунната системаживотно, отглеждано при стерилни условия, не се развива нормално поради липса на бактериална стимулация. Нормалната бактериална "флора" на червата също е важна за потискане на поглъщането на вредни микроорганизми.

СТРУКТУРА И ЖИЗНЕДЕЯТНОСТ НА БАКТЕРИИТЕ


Бактериите са много по-малки от клетките на многоклетъчните растения и животни. Дебелината им обикновено е 0,5-2,0 микрона, а дължината им е 1,0-8,0 микрона. Някои форми са едва видими при разделителната способност на стандартните светлинни микроскопи (приблизително 0,3 микрона), но също така са известни видове с дължина над 10 микрона и ширина, която също надхвърля определените граници, а редица много тънки бактерии могат надвишава 50 микрона дължина. На повърхността, съответстваща на отбелязаната с молив точка, ще се поберат четвърт милион средно големи представители на това царство.
Структура.Въз основа на техните морфологични особености се разграничават следните групи бактерии: коки (повече или по-малко сферични), бацили (пръчици или цилиндри със заоблени краища), спирила (твърди спирали) и спирохети (тънки и гъвкави косми). Някои автори са склонни да обединят последните две групи в една – спирила. Прокариотите се различават от еукариотите главно по липсата на образувано ядро ​​и типичното присъствие само на една хромозома - много дълга кръгла ДНК молекула, прикрепена в една точка към клетъчната мембрана. Прокариотите също нямат затворени в мембрана вътреклетъчни органели, наречени митохондрии и хлоропласти. При еукариотите митохондриите произвеждат енергия по време на дишане, а фотосинтезата се извършва в хлоропластите (виж също CELL). При прокариотите цялата клетка (и предимно клетъчната мембрана) поема функцията на митохондрия, а при фотосинтезиращите форми тя поема и функцията на хлоропласт. Подобно на еукариотите, вътре в бактериите има малки нуклеопротеинови структури - рибозоми, необходими за синтеза на протеини, но те не са свързани с никакви мембрани. С много малко изключения, бактериите не са в състояние да синтезират стероли, важни компоненти на еукариотните клетъчни мембрани. Извън клетъчната мембрана повечето бактерии са покрити с клетъчна стена, донякъде напомняща на целулозната стена на растителните клетки, но състояща се от други полимери (те включват не само въглехидрати, но и аминокиселини и специфични за бактериите вещества). Тази мембрана предотвратява спукването на бактериалната клетка, когато водата навлезе в нея чрез осмоза. На върха на клетъчната стена често има защитна мукозна капсула. Много бактерии са оборудвани с флагели, с които активно плуват. Бактериалните флагели са структурирани по-просто и малко по-различно от подобни структури на еукариоти.


„ТИПИЧНА“ БАКТЕРИАЛНА КЛЕТКАи неговите основни структури.


Сензорни функции и поведение.Много бактерии имат химически рецептори, които откриват промени в киселинността на околната среда и концентрацията на различни вещества, като захари, аминокиселини, кислород и въглероден диоксид. Всяко вещество има свой собствен тип такива "вкусови" рецептори и загубата на един от тях в резултат на мутация води до частична "вкусова слепота". Много подвижни бактерии също реагират на температурни колебания, а фотосинтезиращите видове реагират на промени в интензитета на светлината. Някои бактерии възприемат посоката на силовите линии магнитно поле, включително магнитното поле на Земята, с помощта на частици от магнетит (магнитна желязна руда - Fe3O4), присъстващи в техните клетки. Във водата бактериите използват тази способност да плуват по силови линии в търсене на благоприятна среда. Условните рефлекси при бактериите са неизвестни, но те имат определен вид примитивна памет. Докато плуват, те сравняват възприеманата интензивност на стимула с предишната му стойност, т.е. определете дали е станал по-голям или по-малък и въз основа на това поддържайте посоката на движение или я променяйте.
Възпроизвеждане и генетика.Бактериите се възпроизвеждат безполово: ДНК в тяхната клетка се репликира (удвоява), клетката се дели на две и всяка дъщерна клетка получава едно копие от родителската ДНК. Бактериалната ДНК може също да се прехвърля между неделящи се клетки. В същото време тяхното сливане (както при еукариотите) не се случва, броят на индивидите не се увеличава и обикновено само малка част от генома (пълният набор от гени) се прехвърля в друга клетка, за разлика от „истински“ полов процес, при който потомъкът получава пълен набор от гени от всеки родител. Този трансфер на ДНК може да се извърши по три начина. По време на трансформацията бактерията абсорбира „гола“ ДНК от околната среда, която е попаднала там по време на унищожаването на други бактерии или е била умишлено „пропусната“ от експериментатора. Процесът се нарича трансформация, защото ранни стадиинеговото изследване се фокусира върху трансформацията (трансформацията) по този начин безвредни организмив вирулентни. ДНК фрагменти могат да се прехвърлят и от бактерии на бактерии чрез специални вируси - бактериофаги. Това се нарича трансдукция. Известен е и процес, напомнящ оплождането и наречен конюгация: бактериите са свързани една с друга чрез временни тубулни издатини (копулаторни фимбрии), през които ДНК преминава от „мъжка“ клетка към „женска“. Понякога бактериите съдържат много малки допълнителни хромозоми - плазмиди, които също могат да се прехвърлят от индивид на индивид. Ако плазмидите съдържат гени, които причиняват резистентност към антибиотици, те говорят за инфекциозна резистентност. Тя е важна с медицински пунктзрението, тъй като може да се разпространява между различни видове и дори родове бактерии, в резултат на което цялата бактериална флора, да речем, на червата, става резистентна към действието на определени лекарства.

МЕТАБОЛИЗЪМ


Отчасти поради малкия размер на бактериите, тяхната скорост на метаболизма е много по-висока от тази на еукариотите. При най-благоприятни условия някои бактерии могат да удвоят общата си маса и брой приблизително на всеки 20 минути. Това се обяснява с факта, че редица от най-важните им ензимни системи функционират с много висока скорост. Така един заек се нуждае от няколко минути, за да синтезира протеинова молекула, докато бактериите отнемат секунди. Въпреки това, в естествена средаНапример в почвата повечето бактерии са „на гладна диета“, така че ако техните клетки се делят, то не е на всеки 20 минути, а веднъж на няколко дни.
Хранене.Бактериите са автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите („самохранещи се“) не се нуждаят от вещества, произведени от други организми. Те използват въглероден диоксид (CO2) като основен или единствен източник на въглерод. Включително CO2 и други неорганични вещества, по-специално амоняк (NH3), нитрати (NO-3) и различни серни съединения, в комплекс химична реакция, те синтезират всички биохимични продукти, от които се нуждаят. Хетеротрофите („хранещи се с други“) използват органични (съдържащи въглерод) вещества, синтезирани от други организми, по-специално захари, като основен източник на въглерод (някои видове също се нуждаят от CO2). Когато се окисляват, тези съединения доставят енергия и молекули, необходими за растежа и функционирането на клетките. В този смисъл хетеротрофните бактерии, които включват по-голямата част от прокариотите, са подобни на хората.
Основни източници на енергия.Ако за образуването (синтезата) на клетъчните компоненти се използва предимно светлинна енергия (фотони), тогава процесът се нарича фотосинтеза, а видовете, способни на това, се наричат ​​фототрофи. Фототрофните бактерии се делят на фотохетеротрофи и фотоавтотрофи в зависимост от това кои съединения - органични или неорганични - служат като основен източник на въглерод. Фотоавтотрофните цианобактерии (синьо-зелени водорасли), подобно на зелените растения, разграждат водните молекули (H2O), използвайки светлинна енергия. Това освобождава свободен кислород (1/2O2) и произвежда водород (2H+), за който може да се каже, че превръща въглеродния диоксид (CO2) във въглехидрати. Зелените и лилавите серни бактерии използват светлинна енергия, за да разграждат други неорганични молекули, като сероводород (H2S), вместо вода. Резултатът също така произвежда водород, който намалява въглеродния диоксид, но не се отделя кислород. Този тип фотосинтеза се нарича аноксигенна. Фотохетеротрофните бактерии, като лилавите несерни бактерии, използват светлинна енергия за производство на водород от органични вещества, по-специално изопропанол, но техният източник може да бъде и H2 газ. Ако основният източник на енергия в клетката е окислението химически вещества, бактериите се наричат ​​хемохетеротрофи или хемоавтотрофи в зависимост от това дали молекулите служат като основен източник на въглерод - органичен или неорганичен. За първото органичната материя осигурява както енергия, така и въглерод. Хемоавтотрофите получават енергия от окисляването на неорганични вещества, като водород (до вода: 2H4 + O2 до 2H2O), желязо (Fe2+ до Fe3+) или сяра (2S + 3O2 + 2H2O до 2SO42- + 4H+) и въглерод от CO2. Тези организми се наричат ​​още хемолитотрофи, като по този начин се подчертава, че те се „хранят“ с камъни.
Дъх.Клетъчното дишане е процесът на освобождаване на химическа енергия, съхранявана в „хранителни“ молекули, за по-нататъшното й използване в жизненоважни реакции. Дишането може да бъде аеробно и анаеробно. В първия случай е необходим кислород. Необходим е за работата на т.нар. електронна транспортна система: електроните се движат от една молекула към друга (освобождава се енергия) и в крайна сметка се присъединяват към кислорода заедно с водородните йони - образува се вода. Анаеробните организми не се нуждаят от кислород, а за някои видове от тази група той е дори отровен. Електроните, освободени по време на дишането, се прикрепят към други неорганични акцептори, като нитрат, сулфат или карбонат, или (в една форма на такова дишане - ферментация) към специфична органична молекула, по-специално глюкоза. Вижте също МЕТАБОЛИЗЪМ.

КЛАСИФИКАЦИЯ


При повечето организми един вид се счита за репродуктивно изолирана група от индивиди. В широк смисъл това означава, че представителите на даден вид могат да дадат плодородно потомство чрез чифтосване само със себеподобни, но не и с индивиди от други видове. По този начин гените на даден вид по правило не се простират извън неговите граници. При бактериите обаче обменът на гени може да се осъществи не само между индивиди различни видове, но и от различни родове, така че дали е легитимно да се прилагат обичайните концепции за еволюционен произход и родство тук не е напълно ясно. Поради тази и други трудности все още няма общоприета класификация на бактериите. По-долу е един от широко използваните варианти.
ЦАРСТВО МОНЕРА

Тип Gracilicutes (тънкостенни грам-отрицателни бактерии)


Клас Scotobacteria (нефотосинтетични форми, като миксобактерии) Клас Anoxyphotobacteria (непроизвеждащи кислород фотосинтетични форми, като лилави серни бактерии) Клас Oxyphotobacteria (произвеждащи кислород фотосинтетични форми, като цианобактерии)


Phylum Firmicutes (дебелостенни грам-положителни бактерии)


Клас Firmibacteria (твърдоклетъчни форми, като клостридии)
Клас Thallobacteria (разклонени форми, напр. актиномицети)


Тип Tenericutes (грам-отрицателни бактерии без клетъчна стена)


Клас Mollicutes (мекоклетъчни форми, като микоплазми)


Тип Mendosicutes (бактерии с дефектни клетъчни стени)


Клас Archaebacteria (древни форми, напр. образуващи метан)


Домейни.Последните биохимични изследвания показват, че всички прокариоти са ясно разделени на две категории: малка група архебактерии (Archaebacteria - "древни бактерии") и всички останали, наречени еубактерии (Eubacteria - "истински бактерии"). Смята се, че архебактериите в сравнение с еубактериите са по-примитивни и по-близо до общия прародител на прокариотите и еукариотите. Те се различават от другите бактерии по няколко важни характеристики, включително състава на молекулите на рибозомната РНК (рРНК), участващи в синтеза на протеини, химичната структура на липидите (мастноподобни вещества) и наличието в клетъчната стена на някои други вещества вместо протеин-въглехидратен полимер муреин. В горната система за класификация архебактериите се считат само за един от видовете на едно и също царство, което обединява всички еубактерии. Въпреки това, според някои биолози, разликите между архебактериите и еубактериите са толкова дълбоки, че е по-правилно да се разглеждат архебактериите в Монера като специално подцарство. Наскоро се появи още по-радикално предложение. Молекулярният анализ разкри толкова значителни разлики в генната структура между тези две групи прокариоти, че някои смятат присъствието им в едно и също царство организми за нелогично. В тази връзка се предлага да се създаде таксономична категория (таксон) от още по-висок ранг, наречена домейн, и да се разделят всички живи същества на три домейна - Eucarya (еукариоти), Archaea (архебактерии) и бактерии (настоящи еубактерии) .

ЕКОЛОГИЯ


Двете най-важни екологични функции на бактериите са фиксацията на азота и минерализацията на органичните остатъци.
Фиксиране на азот.Свързването на молекулярен азот (N2) за образуване на амоняк (NH3) се нарича фиксиране на азот, а окисляването на последния до нитрит (NO-2) и нитрат (NO-3) се нарича нитрификация. Това са жизненоважни процеси за биосферата, тъй като растенията се нуждаят от азот, но те могат да абсорбират само неговите свързани форми. В момента приблизително 90% (приблизително 90 милиона тона) от годишното количество такъв „фиксиран“ азот се осигурява от бактерии. Останалата част се произвежда от химически заводи или се получава по време на удари на мълнии. Азотът във въздуха, който е ок. 80% от атмосферата е свързана главно с грам-отрицателни видове Rhizobium и цианобактерии. Видовете Rhizobium влизат в симбиоза с приблизително 14 000 вида бобови растения (семейство Leguminosae), които включват например детелина, люцерна, соя и грах. Тези бактерии живеят в т.нар. нодули - подутини, образувани по корените при тяхно присъствие. Бактериите получават органични вещества (хранене) от растението и в замяна доставят на гостоприемника фиксиран азот. В течение на една година по този начин се фиксират до 225 кг азот на хектар. Небобовите растения, като елша, също влизат в симбиоза с други азотфиксиращи бактерии. Цианобактериите фотосинтезират, подобно на зелените растения, отделяйки кислород. Много от тях също са способни да фиксират атмосферния азот, който след това се консумира от растенията и в крайна сметка от животните. Тези прокариоти служат важен източниксвързан азот в почвата като цяло и в оризовите полета на Изток в частност, както и неговия основен доставчик за океанските екосистеми.
Минерализация.Това е името, дадено на разлагането на органични остатъци във въглероден диоксид (CO2), вода (H2O) и минерални соли. От химическа гледна точка този процес е еквивалентен на горене, така че изисква големи количества кислород. Най-горният слой на почвата съдържа от 100 000 до 1 милиард бактерии на 1 g, т.е. приблизително 2 тона на хектар. Обикновено всички органични остатъци, веднъж попаднали в земята, бързо се окисляват от бактерии и гъбички. По-устойчиво на разлагане е кафеникаво органично вещество, наречено хуминова киселина, което се образува главно от лигнин, съдържащ се в дървото. Натрупва се в почвата и подобрява нейните свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМИШЛЕНОСТ


Като се има предвид разнообразието от химични реакции, които бактериите катализират, не е изненадващо, че те са били широко използвани в производството, в някои случаи от древни времена. Прокариотите споделят славата на такива микроскопични човешки помощници с гъбички, предимно дрожди, които осигуряват повечето от процесите на алкохолна ферментация, например при производството на вино и бира. Сега, когато стана възможно въвеждането на полезни гени в бактериите, принуждавайки ги да синтезират ценни вещества, като инсулин, индустриалното приложение на тези живи лаборатории получи мощен нов тласък. Вижте също ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО.
Хранително-вкусовата промишленост.В момента бактериите се използват от тази индустрия главно за производството на сирена, други ферментирали млечни продукти и оцет. Основните химични реакции тук са образуването на киселини. По този начин, когато произвеждат оцет, бактериите от рода Acetobacter окисляват етиловия алкохол, съдържащ се в сайдер или други течности, до оцетна киселина. Подобни процеси се случват, когато зелето е кисело зеле: анаеробните бактерии ферментират захарите, съдържащи се в листата на това растение, в млечна киселина, както и в оцетна киселина и различни алкохоли.
Излужване на руда.Бактериите се използват за излугване на нискокачествени руди, т.е. превръщайки ги в разтвор на соли на ценни метали, предимно мед (Cu) и уран (U). Пример за това е обработката на халкопирит или меден пирит (CuFeS2). Купищата от тази руда периодично се поливат с вода, която съдържа хемолитотрофни бактерии от рода Thiobacillus. По време на своята жизнена дейност те окисляват сярата (S), образувайки разтворими медни и железни сулфати: CuFeS2 + 4O2 в CuSO4 + FeSO4. Такива технологии значително опростяват извличането на ценни метали от рудите; по принцип те са еквивалентни на процесите, протичащи в природата при изветрянето на скалите.
Рециклиране.Бактериите също служат за превръщане на отпадъчни материали, като канализация, в по-малко опасни или дори полезни продукти. Отпадните води са един от най-належащите проблеми на съвременното човечество. Пълната им минерализация изисква огромни количества кислород, а в обикновените резервоари, където е обичайно да се изхвърлят тези отпадъци, вече няма достатъчно кислород, за да ги „неутрализира“. Решението е в допълнителната аерация на отпадъчните води в специални басейни (аеротенкове): в резултат на това минерализиращите бактерии имат достатъчно кислород за пълното разграждане на органичните вещества, а в най-благоприятните случаи един от крайните продукти на процеса става пия вода. Неразтворимата утайка, останала по пътя, може да бъде подложена на анаеробна ферментация. За да се гарантира, че такива пречиствателни станции заемат възможно най-малко място и пари, е необходимо добро познаване на бактериологията.
Други употреби.Други важни области на промишлено приложение на бактериите включват например ленен лоб, т.е. отделяне на въртящите се влакна от други части на растението, както и производството на антибиотици, по-специално стрептомицин (бактерии от рода Streptomyces).

БОРБА С БАКТЕРИИТЕ В ПРОМИШЛЕНОСТТА


Бактериите са не само полезни; Борбата срещу масовото им размножаване, например в хранителни продукти или във водните системи на целулозни и хартиени заводи, се превърна в цяла област на дейност. Храната се разваля под въздействието на бактерии, гъбички и собствени ензими, които причиняват автолиза („самосмилане“), освен ако не са инактивирани чрез топлина или по друг начин. Тъй като главната причинаТъй като развалянето все още се причинява от бактерии, разработването на ефективни системи за съхранение на храни изисква познаване на границите на издръжливост на тези микроорганизми. Една от най-разпространените технологии е пастьоризацията на млякото, която убива бактериите, причиняващи например туберкулоза и бруцелоза. Млякото се поддържа при 61-63°C за 30 минути или при 72-73°C само за 15 секунди. Това не влошава вкуса на продукта, но инактивира болестотворните бактерии. Виното, бирата и плодовите сокове също могат да бъдат пастьоризирани. Ползите от съхранението на храната на студено са известни отдавна. Ниските температури не убиват бактериите, но пречат на растежа и размножаването им. Вярно е, че при замразяване, например до -25 ° C, броят на бактериите намалява след няколко месеца, но голям брой от тези микроорганизми все още оцеляват. При температури малко под нулата бактериите продължават да се размножават, но много бавно. Техните жизнеспособни култури могат да се съхраняват почти неограничено време след лиофилизация (сушене чрез замразяване) в среда, съдържаща протеин, като кръвен серум. На другите известни методисъхранение на храна включва сушене (сушене и опушване), добавки големи количествасол или захар, което е физиологично еквивалентно на дехидратация, и ецване, т.е. стая в концентриран разтворкиселини. Когато киселинността на околната среда съответства на pH 4 и по-ниско, жизнената активност на бактериите обикновено е силно инхибирана или спряна.

БАКТЕРИИ И БОЛЕСТИ

ИЗУЧВАНЕ НА БАКТЕРИИ


Много бактерии се отглеждат лесно в т.нар. културна среда, която може да включва месен бульон , частично усвоен протеин, соли, декстроза, цяла кръв, серум и други компоненти. Концентрацията на бактерии в такива условия обикновено достига около милиард на кубичен сантиметър, което води до помътняване на околната среда. За да се изследват бактериите, е необходимо да могат да се получат техните чисти култури или клонинги, които са потомство на една клетка. Това е необходимо, например, за да се определи какъв тип бактерии е заразил пациента и към какъв антибиотик е чувствителен този тип. Микробиологични проби, като тампони от гърло или рани, кръв, вода или други материали, се разреждат силно и се нанасят върху повърхността на полутвърда среда, където се развиват кръгли колонии от отделни клетки. Втвърдяващият агент за културалната среда обикновено е агар, полизахарид, получен от някои морски водорасли и несмилаем от почти всички видове бактерии. Агарната среда се използва под формата на „пличици“, т.е. наклонени повърхности, образувани в епруветки, стоящи под голям ъгъл, когато разтопената хранителна среда се втвърди, или под формата на тънки слоеве в стъклени петриеви панички - плоски кръгли съдове, затворени с капак със същата форма, но малко по-голям в диаметър. Обикновено в рамките на един ден бактериалната клетка успява да се размножи толкова много, че образува колония, която е лесно видима с невъоръжено око. Може да бъде прехвърлен в друга среда за по-нататъшно проучване. Всички хранителни среди трябва да бъдат стерилни, преди да започнат растежа на бактериите, като в бъдеще трябва да се вземат мерки за предотвратяване на заселването на нежелани микроорганизми върху тях. За да изследвате бактерии, отгледани по този начин, загрейте тънка телена примка в пламък, докоснете я първо до колония или петно, а след това до капка вода, нанесена върху предметно стъкло. След равномерно разпределяне на взетия материал в тази вода, стъклото се изсушава и бързо се прекарва над пламъка на горелката два или три пъти (страната с бактериите трябва да е обърната нагоре): в резултат на това микроорганизмите, без да се повредят, са стабилни прикрепени към субстрата. Багрилото се накапва върху повърхността на препарата, след което стъклото се измива във вода и отново се изсушава. Сега можете да изследвате пробата под микроскоп. Чистите култури от бактерии се идентифицират главно по техните биохимични характеристики, т.е. определят дали образуват газ или киселини от определени захари, дали могат да усвояват протеини (втечняват желатина), дали се нуждаят от кислород за растеж и т.н. Проверяват и дали са оцветени със специфични бои. Чувствителност към определени лекарства, например антибиотици, може да се определи чрез поставяне на малки дискове от филтърна хартия, напоена с тези вещества, върху повърхност, заразена с бактерии. Ако някое химическо съединение убива бактериите, около съответния диск се образува зона без бактерии.

Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .

Бактериите са най-старата група организми, съществуващи в момента на Земята. Първите бактерии вероятно са се появили преди повече от 3,5 милиарда години и почти милиард години са били единствените живи същества на нашата планета. Тъй като това бяха първите представители на живата природа, тялото им имаше примитивна структура.

С течение на времето тяхната структура се усложнява, но и до днес бактериите се считат за най-примитивните едноклетъчни организми. Интересно е, че някои бактерии все още запазват примитивните черти на своите древни предци. Това се наблюдава при бактерии, живеещи в горещи серни извори и аноксична кал на дъното на резервоари.

Повечето бактерии са безцветни. Само няколко са оцветени в лилаво или зелен цвят. Но колониите на много бактерии имат ярък цвят, който се дължи на освобождаването на цветно вещество в заобикаляща средаили клетъчна пигментация.

Откривателят на света на бактериите е Антони Льовенхук, холандски натуралист от 17-ти век, който пръв създава перфектен увеличителен микроскоп, който увеличава обектите 160-270 пъти.

Бактериите се класифицират като прокариоти и се класифицират в отделно царство - Бактерии.

Форма на тялото

Бактериите са многобройни и разнообразни организми. Те се различават по форма.

Име на бактериятаФорма на бактерииИзображение на бактерии
Коки С форма на топка
БацилПръчковидна
Вибрион С форма на запетая
СпирилумСпирала
СтрептококиВерига от коки
СтафилококиКлъстери от коки
Диплокок Две кръгли бактерии, затворени в една лигавична капсула

Начини на транспортиране

Сред бактериите има подвижни и неподвижни форми. Мотилите се движат поради вълнообразни контракции или с помощта на флагели (усукани спирални нишки), които се състоят от специален протеин, наречен флагелин. Може да има един или повече флагели. При някои бактерии те са разположени в единия край на клетката, при други – в два или по цялата повърхност.

Но движението е присъщо и на много други бактерии, които нямат флагели. Така бактериите, покрити отвън със слуз, са способни да се плъзгат.

Някои водни и почвени бактерии без флагели имат газови вакуоли в цитоплазмата. В една клетка може да има 40-60 вакуоли. Всяка от тях е пълна с газ (вероятно азот). Чрез регулиране на количеството газ във вакуолите, водните бактерии могат да потънат във водния стълб или да се издигнат на повърхността му, а почвените бактерии могат да се движат в капилярите на почвата.

Среда на живот

Поради своята простота на организация и непретенциозност, бактериите са широко разпространени в природата. Бактериите се намират навсякъде: в капка дори от най-чистата изворна вода, в зрънца почва, във въздуха, върху скали, в полярен сняг, пустинни пясъци, на дъното на океана, в масло, добито от големи дълбочини, и дори в вода от горещи извори с температура около 80ºC. Те живеят върху растения, плодове, различни животни и при човека в червата, устната кухина, крайниците и по повърхността на тялото.

Бактериите са най-малките и най-многобройни живи същества. Поради малкия си размер те лесно проникват във всякакви пукнатини, цепнатини или пори. Много издръжлив и адаптиран към различни условия на живот. Те понасят изсушаване, силен студ и нагряване до 90ºC, без да губят жизнеспособността си.

На практика няма място на Земята, където да не се срещат бактерии, но в различни количества. Условията на живот на бактериите са разнообразни. Някои от тях се нуждаят от атмосферен кислород, други не се нуждаят от него и могат да живеят в безкислородна среда.

Във въздуха: бактериите се издигат до горните слоеве на атмосферата до 30 км. и още.

Особено много от тях има в почвата. 1 g почва може да съдържа стотици милиони бактерии.

Във вода: в повърхностните слоеве на водата в открити водоеми. Полезните водни бактерии минерализират органичните остатъци.

В живите организми: патогенните бактерии навлизат в тялото от външната среда, но само при благоприятни условия причиняват заболявания. Симбиотичните живеят в храносмилателните органи, помагат за разграждането и усвояването на храната и синтеза на витамини.

Външна структура

Бактериалната клетка е покрита със специална плътна обвивка - клетъчна стена, която изпълнява защитни и поддържащи функции, а също така придава на бактерията постоянна, характерна форма. Клетъчната стена на бактерията прилича на стената на растителна клетка. Той е пропусклив: през него хранителните вещества свободно преминават в клетката, а метаболитните продукти излизат в околната среда. Често бактериите произвеждат допълнителен защитен слой от слуз върху клетъчната стена - капсула. Дебелината на капсулата може да бъде многократно по-голяма от диаметъра на самата клетка, но може да бъде и много малка. Капсулата не е съществена част от клетката, тя се образува в зависимост от условията, в които се намират бактериите. Предпазва бактериите от изсъхване.

На повърхността на някои бактерии има дълги флагели (един, два или много) или къси тънки власинки. Дължината на камшичетата може да бъде многократно по-голяма от размера на тялото на бактерията. Бактериите се движат с помощта на флагели и власинки.

Вътрешна структура

Вътре в бактериалната клетка има плътна, неподвижна цитоплазма. Има слоеста структура, следователно няма вакуоли различни протеини(ензими) и резервни хранителни вещества се намират в субстанцията на самата цитоплазма. Бактериалните клетки нямат ядро. В централната част на клетката им е концентрирано вещество, носещо наследствена информация. Бактерии, - нуклеинова киселина - ДНК. Но това вещество не се образува в ядро.

Вътрешната организация на бактериалната клетка е сложна и има свои специфични характеристики. Цитоплазмата е отделена от клетъчната стена от цитоплазмената мембрана. В цитоплазмата има основно вещество или матрица, рибозоми и малък брой мембранни структури, които изпълняват различни функции (аналози на митохондриите, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи). Цитоплазмата на бактериалните клетки често съдържа гранули различни формии размери. Гранулите могат да бъдат съставени от съединения, които служат като източник на енергия и въглерод. Капчици мазнина също се намират в бактериалната клетка.

В централната част на клетката е локализирано ядреното вещество - ДНК, което не е ограничено от цитоплазмата с мембрана. Това е аналог на ядрото - нуклеоид. Нуклеоидът няма мембрана, ядро ​​или набор от хромозоми.

Методи на хранене

Бактериите имат различни методи на хранене. Сред тях има автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите са организми, които са способни самостоятелно да произвеждат органични вещества за своето хранене.

Растенията се нуждаят от азот, но не могат сами да абсорбират азот от въздуха. Някои бактерии комбинират азотни молекули във въздуха с други молекули, което води до вещества, които са достъпни за растенията.

Тези бактерии се установяват в клетките на младите корени, което води до образуване на удебеления по корените, наречени нодули. Такива нодули се образуват върху корените на растения от семейство Бобови и някои други растения.

Корените осигуряват въглехидрати на бактериите, а бактериите на корените осигуряват азотсъдържащи вещества, които могат да бъдат усвоени от растението. Съжителството им е взаимноизгодно.

Корените на растенията отделят много органични вещества (захари, аминокиселини и други), с които се хранят бактериите. Следователно особено много бактерии се установяват в почвения слой около корените. Тези бактерии превръщат мъртвите растителни остатъци в налични за растенията вещества. Този слой почва се нарича ризосфера.

Има няколко хипотези за проникването на нодулни бактерии в кореновата тъкан:

  • чрез увреждане на епидермалната и кортексната тъкан;
  • чрез коренови косми;
  • само през младата клетъчна мембрана;
  • благодарение на придружаващите бактерии, произвеждащи пектинолитични ензими;
  • поради стимулиране на синтеза на B-индолоцетна киселина от триптофан, винаги присъстващ в кореновите секрети на растенията.

Процесът на въвеждане на нодулни бактерии в кореновата тъкан се състои от две фази:

  • инфекция на кореновите косми;
  • процес на образуване на възли.

В повечето случаи инвазивната клетка активно се размножава, образува така наречените инфекциозни нишки и под формата на такива нишки се придвижва в растителната тъкан. Нодулните бактерии, излизащи от инфекциозната нишка, продължават да се размножават в тъканта на гостоприемника.

Изпълнен с бързо размножаващи се клетки от нодулни бактерии растителни клеткизапочват да се делят енергично. Връзката на млад възел с корена на бобово растение се осъществява благодарение на съдово-влакнести снопове. По време на периода на функциониране възлите обикновено са плътни. Докато настъпи оптимална активност, нодулите придобиват розов цвят(благодарение на пигмента легхемоглобин). Само онези бактерии, които съдържат легхемоглобин, са способни да фиксират азот.

Нодулните бактерии създават десетки и стотици килограми азотен тор на хектар почва.

Метаболизъм

Бактериите се различават една от друга по своя метаболизъм. При едни протича с участието на кислород, при други – без него.

Повечето бактерии се хранят с готови органични вещества. Само няколко от тях (синьо-зелени или цианобактерии) са способни да създават органични вещества от неорганични. Те изиграха важна роля в натрупването на кислород в земната атмосфера.

Бактериите абсорбират вещества отвън, разкъсват молекулите си на парчета, сглобяват обвивката си от тези части и допълват съдържанието им (така растат) и изхвърлят ненужните молекули. Обвивката и мембраната на бактерията й позволяват да абсорбира само необходимите вещества.

Ако обвивката и мембраната на една бактерия бяха напълно непропускливи, никакви вещества не биха навлезли в клетката. Ако бяха пропускливи за всички вещества, съдържанието на клетката щеше да се смеси със средата – разтвора, в който живее бактерията. За да оцелеят, бактериите се нуждаят от обвивка, която позволява на необходимите вещества да преминават, но не и на ненужните вещества.

Бактерията абсорбира хранителни вещества, разположени в близост до нея. Какво се случва след това? Ако може да се движи самостоятелно (чрез преместване на флагел или изтласкване на слуз), тогава се движи, докато намери необходимите вещества.

Ако не може да се движи, тогава изчаква, докато дифузията (способността на молекулите на едно вещество да проникнат в гъсталака от молекули на друго вещество) донесе необходимите молекули до него.

Бактериите, заедно с други групи микроорганизми, извършват огромна химическа работа. Преобразувайки различни съединения, те получават енергията и хранителните вещества, необходими за живота им. Метаболитните процеси, начините за получаване на енергия и необходимостта от материали за изграждане на веществата на телата им са разнообразни при бактериите.

Други бактерии задоволяват всичките си нужди от въглерод, необходим за синтеза на органични вещества в организма, за сметка на неорганични съединения. Те се наричат ​​автотрофи. Автотрофните бактерии са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Сред тях са:

Хемосинтеза

Използването на лъчиста енергия е най-важният, но не и единственият начин за създаване на органична материя от въглероден диоксид и вода. Известно е, че бактериите не използват слънчевата светлина като източник на енергия за такъв синтез, а енергията на химичните връзки, възникващи в клетките на организмите по време на окисляването на някои неорганични съединения - сероводород, сяра, амоняк, водород, азотна киселина, железни съединения на желязо и манган. Те използват органичната материя, образувана с помощта на тази химическа енергия, за да изградят клетките на тялото си. Следователно този процес се нарича хемосинтеза.

Най-важната група хемосинтезиращи микроорганизми са нитрифициращите бактерии. Тези бактерии живеят в почвата и окисляват амоняка, образуван по време на разлагането на органични остатъци до азотна киселина. Последният реагира с минерални съединения на почвата, превръщайки се в соли на азотна киселина. Този процес протича в две фази.

Железните бактерии превръщат двувалентното желязо в железен оксид. Полученият железен хидроксид се утаява и образува така наречената блатна желязна руда.

Някои микроорганизми съществуват благодарение на окисляването на молекулярния водород, като по този начин осигуряват автотрофен метод на хранене.

Характерна особеност на водородните бактерии е способността им да преминават към хетеротрофен начин на живот, когато са снабдени с органични съединения и липсата на водород.

По този начин хемоавтотрофите са типични автотрофи, тъй като те самостоятелно синтезират необходимите органични съединения от неорганични вещества и не ги вземат готови от други организми, като хетеротрофите. Хемоавтотрофните бактерии се различават от фототрофните растения по своята пълна независимост от светлината като източник на енергия.

Бактериална фотосинтеза

Някои пигмент-съдържащи серни бактерии (лилави, зелени), съдържащи специфични пигменти - бактериохлорофили, могат да абсорбират слънчева енергия, с помощта на която сероводородът в телата им се разгражда и освобождава водородни атоми, за да възстанови съответните съединения. Този процес има много общо с фотосинтезата и се различава само по това, че в лилавите и зелените бактерии донорът на водород е сероводородът (понякога карбоксилни киселини), а в зелените растения е водата. И в двата отделянето и преносът на водород се извършва благодарение на енергията на погълнатите слънчеви лъчи.

Тази бактериална фотосинтеза, която протича без отделяне на кислород, се нарича фоторедукция. Фоторедуцирането на въглероден диоксид се свързва с преноса на водород не от вода, а от сероводород:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Биологичното значение на хемосинтезата и бактериалната фотосинтеза в планетарен мащаб е сравнително малко. Само хемосинтетичните бактерии играят значителна роля в процеса на кръговрат на сярата в природата. Абсорбирана от зелените растения под формата на соли на сярна киселина, сярата се редуцира и става част от протеиновите молекули. Освен това, когато мъртвите растителни и животински останки се унищожават от гнилостни бактерии, сярата се освобождава под формата на сероводород, който се окислява от серни бактерии до свободна сяра (или сярна киселина), образувайки сулфити в почвата, които са достъпни за растенията. Хемо- и фотоавтотрофните бактерии имат съществено значениев цикъла на азота и сярата.

Спорообразуване

Вътре в бактериалната клетка се образуват спори. По време на процеса на спорулация бактериалната клетка претърпява серия от биохимични процеси. Количеството свободна вода в него намалява и ензимната активност намалява. Това осигурява устойчивостта на спорите към неблагоприятни условиявъншна среда ( висока температура, висока концентрация на сол, изсушаване и др.). Спорообразуването е характерно само за малка група бактерии.

Споровете не са необходим етап жизнен цикълбактерии. Спорулацията започва само при липса на хранителни вещества или натрупване на метаболитни продукти. Бактериите под формата на спори могат да останат латентни за дълго време. Бактериалните спори могат да издържат на продължително кипене и много дълго замразяване. При благоприятни условия спората покълва и става жизнеспособна. Бактериалните спори са адаптация за оцеляване при неблагоприятни условия.

Възпроизвеждане

Бактериите се размножават чрез разделяне на една клетка на две. След като достигне определен размер, бактерията се разделя на две еднакви бактерии. След това всеки от тях започва да се храни, расте, дели се и т.н.

След удължаване на клетката постепенно се образува напречна преграда и след това дъщерните клетки се отделят; При много бактерии при определени условия след делене клетките остават свързани в характерни групи. В този случай, в зависимост от посоката на равнината на разделяне и броя на деленията, различни форми. Размножаването чрез пъпкуване се среща по изключение при бактериите.

При благоприятни условия клетъчното делене в много бактерии става на всеки 20-30 минути. При такова бързо размножаване потомството на една бактерия за 5 дни е в състояние да образува маса, която може да изпълни всички морета и океани. Едно просто изчисление показва, че на ден могат да се образуват 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клетки). Ако се преобразува в тегло - 4720 тона. Това обаче не се случва в природата, тъй като повечето бактерии бързо умират, когато са изложени на слънчева светлина, по време на сушене, липса на храна, нагряване до 65-100ºС, в резултат на борба между видовете и др.

Бактерията (1), погълнала достатъчно храна, се увеличава по размер (2) и започва да се подготвя за възпроизвеждане (клетъчно делене). Неговата ДНК (при една бактерия ДНК молекулата е затворена в пръстен) се удвоява (бактерията произвежда копие на тази молекула). И двете ДНК молекули (3,4) се оказват прикрепени към стената на бактерията и, докато бактерията се удължава, се раздалечават (5,6). Първо се дели нуклеотидът, а след това цитоплазмата.

След разминаването на две ДНК молекули върху бактерията се появява стеснение, което постепенно разделя тялото на бактерията на две части, всяка от които съдържа ДНК молекула (7).

Случва се (при Bacillus subtilis) две бактерии да се слепят и между тях да се образува мост (1,2).

Джъмперът транспортира ДНК от една бактерия към друга (3). Веднъж попаднали в една бактерия, ДНК молекулите се преплитат, слепват се на някои места (4) и след това обменят участъци (5).

Ролята на бактериите в природата

Gyre

Бактериите са най-важното звено в общия кръговрат на веществата в природата. Растенията създават сложни органични вещества от въглероден диоксид, вода и минерални соли в почвата. Тези вещества се връщат в почвата с мъртви гъби, растения и животински трупове. Бактериите разграждат сложните вещества до прости, които след това се използват от растенията.

Бактериите разрушават сложни органични вещества от мъртви растения и животински трупове, екскрети на живи организми и различни отпадъци. Хранейки се с тези органични вещества, сапрофитните бактерии на гниене ги превръщат в хумус. Това са един вид санитари на нашата планета. Така бактериите активно участват в кръговрата на веществата в природата.

Образуване на почвата

Тъй като бактериите са разпространени почти навсякъде и се срещат в огромни количества, те до голяма степен определят различни процеси, протичащи в природата. През есента листата на дърветата и храстите падат, надземните издънки на тревите умират, старите клони падат, а от време на време стволовете на старите дървета падат. Всичко това постепенно се превръща в хумус. В 1 см3. Повърхностният слой на горската почва съдържа стотици милиони сапрофитни почвени бактерии от няколко вида. Тези бактерии превръщат хумуса в различни минерали, които могат да бъдат усвоени от почвата от корените на растенията.

Някои почвени бактерии са в състояние да абсорбират азот от въздуха, като го използват в жизненоважни процеси. Тези азотфиксиращи бактерии живеят самостоятелно или се установяват в корените на бобовите растения. Прониквайки в корените на бобовите растения, тези бактерии причиняват растежа на кореновите клетки и образуването на възли върху тях.

Тези бактерии произвеждат азотни съединения, които растенията използват. Бактериите получават въглехидрати и минерални соли от растенията. По този начин съществува тясна връзка между бобовите растения и нодулните бактерии, което е полезно както за единия, така и за другия организъм. Това явление се нарича симбиоза.

Благодарение на симбиозата с нодулни бактерии, бобовите растения обогатяват почвата с азот, което спомага за увеличаване на добива.

Разпространение в природата

Микроорганизмите са повсеместни. Изключение правят само кратерите на активни вулкани и малки площи в епицентровете на взривени атомни бомби. Нито едно ниски температуриВ Антарктика нито кипящи струи на гейзери, нито наситени солни разтвори в солени басейни, нито силна изолация на планински върхове, нито силно облъчване на ядрени реактори пречат на съществуването и развитието на микрофлората. Всички живи същества постоянно взаимодействат с микроорганизмите, като често са не само техните хранилища, но и техни разпространители. Микроорганизмите са местни жители на нашата планета, активно изследващи най-невероятните естествени субстрати.

Почвена микрофлора

Броят на бактериите в почвата е изключително голям – стотици милиони и милиарди индивиди на грам. Има много повече от тях в почвата, отколкото във водата и въздуха. Общият брой на бактериите в почвата се променя. Броят на бактериите зависи от вида на почвата, тяхното състояние и дълбочината на слоевете.

На повърхността на почвените частици микроорганизмите са разположени в малки микроколонии (20-100 клетки всяка). Те често се развиват в дебелината на съсиреци от органична материя, върху живи и умиращи корени на растения, в тънки капиляри и вътрешни бучки.

Почвената микрофлора е много разнообразна. Тук има различни физиологични групи бактерии: гнилостни бактерии, нитрифициращи бактерии, азотфиксиращи бактерии, серни бактерии и др. Сред тях има аероби и анаероби, спорови и неспорови форми. Микрофлората е един от факторите за образуване на почвата.

Областта на развитие на микроорганизми в почвата е зоната, съседна на корените на живите растения. Нарича се ризосфера, а съвкупността от съдържащите се в нея микроорганизми се нарича ризосферна микрофлора.

Микрофлора на резервоари

вода - естествена средакъдето микроорганизмите растат в големи количества. По-голямата част от тях навлизат във водата от почвата. Фактор, който определя броя на бактериите във водата и наличието на хранителни вещества в нея. Най-чисти са водите от артезиански кладенци и извори. Откритите водоеми и реки са много богати на бактерии. Най-голямо количествобактериите се намират в повърхностните слоеве на водата, по-близо до брега. С отдалечаване от брега и увеличаване на дълбочината броят на бактериите намалява.

Чистата вода съдържа 100-200 бактерии на милилитър, а замърсената вода съдържа 100-300 хиляди или повече. В дънната утайка има много бактерии, особено в повърхностния слой, където бактериите образуват филм. Този филм съдържа много серни и железни бактерии, които окисляват сероводорода до сярна киселина и по този начин предотвратяват смъртта на рибата. В тинята има повече спорови форми, докато във водата преобладават неспоровите форми.

По видов състав микрофлората на водата е сходна с микрофлората на почвата, но има и специфични форми. Унищожавайки различни отпадъци, които попадат във водата, микроорганизмите постепенно извършват така нареченото биологично пречистване на водата.

Микрофлора на въздуха

Микрофлората на въздуха е по-малко на брой от микрофлората на почвата и водата. Бактериите се издигат във въздуха с прах, могат да останат там известно време и след това да се установят на повърхността на земята и да умрат от липса на хранене или под влияние на ултравиолетови лъчи. Броят на микроорганизмите във въздуха зависи от географската зона, терена, времето на годината, замърсяването с прах и др. Всяка прашинка е носител на микроорганизми. Най-много бактерии има във въздуха над промишлени предприятия. Въздухът в селските райони е по-чист. Най-чистият въздух е над горите, планините и заснежените райони. Горните слоеве на въздуха съдържат по-малко микроби. Микрофлората на въздуха съдържа много пигментни и спороносни бактерии, които са по-устойчиви от останалите на ултравиолетовите лъчи.

Микрофлора на човешкото тяло

Човешкото тяло, дори напълно здраво, винаги е носител на микрофлора. Когато човешкото тяло влезе в контакт с въздуха и почвата, различни микроорганизми, включително патогенни (тетанични бацили, газова гангренаи т.н.). Замърсени са най-често изложените части на човешкото тяло. Е. коли и стафилококи се откриват по ръцете. В устната кухина има над 100 вида микроби. Устата със своята температура, влажност и остатъци от хранителни вещества е отлична среда за развитие на микроорганизми.

Стомахът има кисела реакция, така че по-голямата част от микроорганизмите в него умират. Започвайки с тънко червореакцията става алкална, т.е. благоприятен за микробите. Микрофлората в дебелото черво е много разнообразна. Всеки възрастен отделя около 18 милиарда бактерии дневно с екскременти, т.е. повече индивиди, отколкото хора на земното кълбо.

Вътрешни органи, които не са свързани с външната среда (мозък, сърце, черен дроб, пикочен мехури т.н.) обикновено не съдържат микроби. Микробите навлизат в тези органи само по време на заболяване.

Бактериите в кръговрата на веществата

Микроорганизмите като цяло и бактериите в частност играят голяма роля в биологично важните цикли на веществата на Земята, извършвайки химически трансформации, които са напълно недостъпни нито за растенията, нито за животните. Организмите извършват различни етапи от кръговрата на елементите различни видове. Съществуването на всяка отделна група организми зависи от химическата трансформация на елементите, извършвана от други групи.

Цикъл на азота

Цикличната трансформация на азотните съединения играе основна роля в доставянето на необходимите форми на азот на организми от биосферата с различни хранителни нужди. над 90% обща фиксацияазотът се определя от метаболитната активност на определени бактерии.

Въглероден цикъл

Биологичната трансформация на органичния въглерод във въглероден диоксид, придружена от редукция на молекулярен кислород, изисква съвместната метаболитна активност на различни микроорганизми. Много аеробни бактерии извършват пълно окисляване на органични вещества. При аеробни условия органичните съединения първоначално се разграждат чрез ферментация, а органичните крайни продукти на ферментацията се окисляват допълнително чрез анаеробно дишане, ако присъстват неорганични акцептори на водород (нитрат, сулфат или CO 2 ).

Цикъл на сярата

Сярата е достъпна за живите организми главно под формата на разтворими сулфати или редуцирани органични серни съединения.

Цикъл на желязо

В някои водоеми с прясна водаРедуцираните железни соли се съдържат във високи концентрации. На такива места се развива специфична бактериална микрофлора - железни бактерии, които окисляват редуцираното желязо. Те участват в образуването на блатни железни руди и водоизточници, богати на железни соли.

Бактериите са най-древните организми, появили се преди около 3,5 милиарда години в архея. В продължение на около 2,5 милиарда години те доминираха на Земята, образувайки биосферата и участваха в образуването на кислородната атмосфера.

Бактериите са едни от най-просто структурираните живи организми (с изключение на вирусите). Смята се, че те са първите организми, появили се на Земята.