Bakterijos yra labai mažos, neįtikėtinai senovinės ir tam tikru mastu gana paprasti mikroorganizmai. Pagal šiuolaikinę klasifikaciją jie buvo atskirti į atskirą organizmų sritį, o tai rodo didelį bakterijų skirtumą nuo kitų gyvybės formų.
Bakterijos yra labiausiai paplitę ir, atitinkamai, daugiausiai gyvų organizmų, jos, be perdėto, yra visur ir puikiai jaučiasi bet kokioje aplinkoje: vandenyje, ore, žemėje, taip pat kitų organizmų viduje. Taigi viename vandens laše jų skaičius gali siekti kelis milijonus, o žmogaus organizme jų yra maždaug dešimčia daugiau nei visų mūsų ląstelių.
Kas yra bakterijos?
Tai mikroskopiniai, daugiausia vienaląsčiai organizmai, kurių pagrindinis skirtumas – ląstelės branduolio nebuvimas. Ląstelės pagrindą, citoplazmą, sudaro ribosomos ir nukleoidas, kuris yra bakterijų genetinė medžiaga. Visa tai nuo išorinio pasaulio skiria citoplazminė membrana arba plazmolema, kuri savo ruožtu yra padengta ląstelės sienele ir tankesne kapsule. Kai kurios bakterijų rūšys turi išorines žvynelius, jų skaičius ir dydis gali labai skirtis, tačiau paskirtis visada ta pati – jų pagalba bakterijos juda.
Bakterijos ląstelės struktūra ir turinys
Kas yra bakterijos?
Formos ir dydžiai
Įvairių tipų bakterijų formos yra labai įvairios: gali būti apvalios, lazdelės formos, vingiuotos, žvaigždutės, tetraedrinės, kubinės, C arba O formos, taip pat netaisyklingos.
Bakterijų dydis dar labiau skiriasi. Taigi, Mycoplasma mycoides - mažiausia rūšis visoje karalystėje yra 0,1 - 0,25 mikrometro ilgio, o didžiausia bakterija Thiomargarita namibiensis siekia 0,75 mm - ją galima pamatyti net neginkluota akimi. Vidutiniškai dydžiai svyruoja nuo 0,5 iki 5 mikronų.
Metabolizmas arba medžiagų apykaita
Bakterijos yra labai įvairios, kai reikia gauti energijos ir maistinių medžiagų. Tačiau tuo pat metu gana lengva juos apibendrinti, suskirstant į kelias grupes.
Pagal maistinių medžiagų (anglies) gavimo būdą bakterijos skirstomos į:
- autotrofai- organizmai, galintys savarankiškai sintezuoti visas jų gyvybinei veiklai reikalingas organines medžiagas;
- heterotrofai- organizmai, galintys transformuoti tik paruoštus organinius junginius, todėl jiems reikia kitų organizmų, kurie gamintų šias medžiagas, pagalba.
Energijos gavimo būdu:
- fototrofai- organizmai, kurie fotosintezės metu gamina reikiamą energiją
- chemotrofai- organizmai, kurie generuoja energiją vykdydami įvairias chemines reakcijas.
Kaip auga bakterijos?
Bakterijų augimas ir dauginimasis yra glaudžiai susiję. Pasiekę tam tikrą dydį, jie pradeda daugintis. Daugumoje bakterijų tipų šis procesas gali būti itin greitas. Pavyzdžiui, ląstelių dalijimasis gali trukti mažiau nei 10 minučių, o naujų bakterijų skaičius auga eksponentiškai, nes kiekvienas naujas organizmas dalijasi į dvi dalis.
Yra 3 skirtingi veisimo tipai:
- padalinys- viena bakterija yra padalinta į dvi absoliučiai genetiškai identiškas.
- pumpuriuojantis- motininės bakterijos poliuose susidaro vienas ar keli pumpurai (iki 4), o motinos ląstelė sensta ir miršta.
- primityvus seksualinis procesas- dalis tėvų ląstelių DNR perduodama dukrai ir atsiranda bakterija su iš esmės nauju genų rinkiniu.
Pirmasis tipas yra labiausiai paplitęs ir greičiausias, paskutinis yra nepaprastai svarbus ir ne tik bakterijoms, bet ir visam gyvenimui apskritai.
Gyvūnai, įskaitant žmones, yra įvairių mikroorganizmų ir bakterijų namai. Kai kurie iš šių mažyčių būtybių atlieka tokias funkcijas kaip virškinimas, o kiti gali būti mirtinų ligų kaltininkai.
Mikrobiologas Martinas Blazeris iš Niujorko universiteto medicinos mokyklos apibrėžia mikrobiomą kaip „visų mikroorganizmų, gyvenančių žmogaus kūne ir sąveikaujančių tarpusavyje bei su savimi, rinkinį“. Kai kurie žmogaus kūno gyventojai, įskaitant bakterijas, grybus ir įvairius vienaląsčius organizmus, pasižymi nuostabiomis savybėmis. Štai 5 faktai apie gyvenimą mumyse.
1. Mikrobų ir bakterijų skaičius organizme viršija ląstelių skaičių žmogaus organizme
Žmogaus kūnas tiesiogine prasme knibžda mikrobų: remiantis kai kuriais pranešimais, mūsų viduje yra apie dešimt kartų daugiau bakterijų nei kūno ląstelių. Kaip interviu „LiveScience“ sakė Martinas Blazeris: „Žinoma, niekas nesuskaičiuos, kiek bakterijų gyvena žmoguje, tikslus skaičius neturi reikšmės, bet aišku viena – bakterijų yra daug daugiau nei ląstelių, kurių mes yra pagaminti“.
Mūsų „vidiniame pasaulyje“ gyvenančių bakterijų vystymasis vyko per visą žmogaus evoliuciją ir tęsiasi iki šiol. Tikimasi, kad 2013 m. bus baigtas didelio masto 5 metų trukmės projektas, skirtas žmogaus mikrobiomui kataloguoti ir klasifikuoti – prie jo dirbo šimtai mokslininkų visame pasaulyje.
2. Žmonės gimsta be bakterijų
Žinant, kokį svarbų vaidmenį gyvybės palaikymui atlieka mikroorganizmai, galima manyti, kad bakterijos gimsta kartu su žmogumi. Tačiau, kaip paaiškėjo, taip nėra: Blazerio teigimu, žmonės gimsta be bakterijų ir jų įgyja per pirmuosius kelerius gyvenimo metus.
Pirmąją mikrobų „porciją“ kūdikis gauna eidamas per motinos gimdymo kanalą, tačiau jei kūdikis gimė naudojant cezario pjūvį, tada jis negauna šios mikroorganizmų dalies, o tai gali padidinti riziką susirgti. tam tikros rūšies alergijos ir nutukimas.
Didžioji dalis vaiko mikrobiomo susiformuoja iki trejų metų – tai intensyvaus visų organizmo sistemų vystymosi laikotarpis.
3. Viena bakterija gali padaryti ir naudos, ir pakenkti
Vieni mikrobai sukelia ligas, kiti gali apsaugoti nuo jų, o kartais tos pačios bakterijos gali pakenkti ir turėti teigiamą poveikį.
Pavyzdžiui, Helicobacter Pylori – kadaise šios bakterijos buvo plačiai paplitusios, gyvenusios beveik visų Žemės žmonių organizmuose, tačiau dabar jų turi tik pusė žmonijos. Dauguma šių bakterijų nesukelia problemų savo „šeimininkams“, tačiau kai kuriais atvejais gali prisidėti prie skausmingų virškinamojo trakto opų susidarymo (darbui, susijusiam su Helicobacter pylori poveikio gastrito ir skrandžio uždegimo atsiradimui). ir dvylikapirštės žarnos opos, australų gydytojas Maršalas Baris 2005 m. gavo Nobelio premiją).
Antibiotikai gali būti naudojami nugalėti bakterijas, tačiau Blazeris ir jo kolegos nustatė, kad šio mikroorganizmo nebuvimas gali sukelti refliuksinį ezofagitą (gleivinės pažeidimą) ir net stemplės vėžį.
Taigi kai kurios bakterijos gali būti naudingos ir mirtinos.
4. Gydymas antibiotikais gali sukelti astmą ir nutukimą
1928 metais Aleksandras Flemmingas išrado peniciliną, ir tai buvo didžiulis proveržis medicinoje. Antibiotikai plačiai naudojami visame pasaulyje kovojant su įvairiausiomis ligomis, tačiau naujausi tyrimai rodo, kad antibiotikų vartojimas gali padidinti astmos, uždegiminių žarnyno ligų ir net nutukimo riziką. Be to, mikrobai išmoko prisitaikyti prie antibiotikų: pavyzdžiui, meticilinui atsparus Staphylococcus aureus gali sukelti sunkias ligas, tokias kaip plaučių uždegimas ar sepsis.
Žinoma, kartais yra būtinas gydymas antibiotikais, tačiau, kaip „LiveScience“ sakė Martinas Blazeris, kartais reikėtų susilaikyti nuo jų vartojimo: kai kurios vaikystės ausų ar gerklės infekcijos gali praeiti savaime.
5. Probiotikai nėra tokie geri, kaip jie galvoja
Pastaruoju metu visame pasaulyje kilo probiotinių (sudaromų iš mikroorganizmų) maisto papildų pamišimas: daugelis juos vartoja po gydymo antibiotikais kurso, manydami, kad tai suteiks sveikatos. Kiek pagrįstas jų naudojimas?
„Pati mikrofloros atkūrimo po antibiotikų vartojimo idėja yra gera“, – sako Blazeris. „Tačiau naivu manyti, kad vartojant probiotikus, kurių sudėtyje yra vieno ar kelių rūšių mikroorganizmų, galima pasiekti įspūdingų rezultatų – mūsų organizme yra tūkstančiai jų rūšių! Mokslininkas mano, kad probiotikų pardavėjai perdeda teigiamą savo vaistų poveikį.
„Galbūt ateityje turėsime probiotikų, galinčių kovoti su ligomis, bet iki to dar toli – ši industrija per jauna“, – apibendrina mikrobiologė.
Gyvūnų auginami vaikai
10 pasaulio paslapčių, kurias pagaliau atskleidė mokslas 2500 metų mokslinė paslaptis: kodėl mes žiovaujame Stebuklingoji Kinija: žirniai, kurie gali slopinti apetitą kelioms dienoms Brazilijoje iš ligonio buvo ištraukta daugiau nei metro ilgio gyva žuvis Nepagaunamas afganų „elnias vampyras“
Bakterijos yra seniausias organizmas žemėje, taip pat paprasčiausios struktūros. Jį sudaro tik viena ląstelė, kurią galima pamatyti ir tirti tik mikroskopu. Būdingas bakterijų bruožas yra branduolio nebuvimas, todėl bakterijos priskiriamos prokariotams.
Kai kurios rūšys sudaro mažas ląstelių grupes, tokias sankaupas gali supti kapsulė (apvalkalas). Bakterijų dydis, forma ir spalva labai priklauso nuo jų aplinkos.
Pagal formą bakterijos skiriasi: lazdelės formos (bacilos), sferinės (kokos) ir gofruotos (spirilla). Yra ir modifikuotų – kubinių, C formos, žvaigždės formos. Jų dydžiai svyruoja nuo 1 iki 10 mikronų. Kai kurios bakterijų rūšys gali aktyviai judėti žievelių pagalba. Pastarosios kartais yra dvigubai didesnės už pačią bakteriją.
Bakterijų formų rūšys
Bakterijų judėjimui naudojamos žiogelės, kurių skaičius yra skirtingas - viena, pora, ryšulėlis. Žvynelinės vieta taip pat skiriasi – vienoje ląstelės pusėje, šonuose arba tolygiai paskirstyta visoje plokštumoje. Taip pat vienas iš judėjimo būdų yra slydimas dėl gleivių, kurios yra padengtos prokariotais. Daugumos jų citoplazmoje yra vakuolių. Dujų talpos reguliavimas vakuolėse padeda joms judėti aukštyn arba žemyn skystyje, taip pat judėti dirvožemio oro kanalais.
Mokslininkai atrado daugiau nei 10 tūkstančių bakterijų veislių, tačiau, remiantis mokslininkų prielaidomis, pasaulyje jų yra daugiau nei milijonas rūšių. Bendrosios bakterijų charakteristikos leidžia nustatyti jų vaidmenį biosferoje, taip pat ištirti bakterijų karalystės struktūrą, tipus ir klasifikaciją.
Buveinė
Struktūros paprastumas ir prisitaikymo prie aplinkos sąlygų greitis padėjo bakterijoms išplisti plačiame mūsų planetos diapazone. Jie egzistuoja visur: vandenyje, dirvožemyje, ore, gyvuose organizmuose – visa tai yra priimtiniausia prokariotų buveinė.
Bakterijos buvo aptiktos ir Pietų ašigalyje, ir geizeriuose. Jie randami vandenyno dugne, taip pat viršutiniuose Žemės oro apvalkalo sluoksniuose. Bakterijos gyvena visur, tačiau jų skaičius priklauso nuo palankių sąlygų. Pavyzdžiui, daug bakterijų rūšių gyvena atviruose vandens telkiniuose, taip pat dirvožemyje.
Struktūriniai ypatumai
Bakterijos ląstelė skiriasi ne tik tuo, kad neturi branduolio, bet ir tuo, kad nėra mitochondrijų ir plastidžių. Šio prokarioto DNR yra specialioje branduolinėje zonoje ir atrodo kaip nukleoidas, uždarytas žiede. Bakterijoje ląstelės struktūra susideda iš ląstelės sienelės, kapsulės, į kapsulę panašios membranos, žvynelių, pilių ir citoplazminės membranos. Vidinę struktūrą sudaro citoplazma, granulės, mezosomos, ribosomos, plazmidės, inkliuzai ir nukleoidas.
Bakterijų ląstelės sienelė tarnauja kaip apsauga ir atrama. Medžiagos per ją gali laisvai tekėti dėl savo pralaidumo. Šiame apvalkale yra pektino ir hemiceliuliozės. Kai kurios bakterijos išskiria specialias gleives, kurios gali padėti apsisaugoti nuo išsausėjimo. Gleivės sudaro kapsulę – cheminės sudėties polisacharidą. Šioje formoje bakterija gali toleruoti net labai aukštą temperatūrą. Jis atlieka ir kitas funkcijas, pavyzdžiui, prilimpa prie bet kokių paviršių.
Bakterijos ląstelės paviršiuje yra plonos baltyminės skaidulos – jos gėrė. Jų gali būti labai daug. Pili padeda ląstelėms perkelti genetinę medžiagą, taip pat užtikrina sukibimą su kitomis ląstelėmis.
Po sienelės plokštuma yra trijų sluoksnių citoplazminė membrana. Jis garantuoja medžiagų transportavimą, taip pat vaidina svarbų vaidmenį formuojant sporas.
75 procentai bakterijų citoplazmos susidaro iš vandens. Citoplazmos sudėtis:
- Žuvis;
- mezosomos;
- amino rūgštys;
- fermentai;
- pigmentai;
- cukraus;
- granulės ir intarpai;
- nukleoidas.
Metabolizmas prokariotuose galimas su deguonimi arba be jo. Dauguma jų minta jau paruoštomis organinėmis maistinėmis medžiagomis. Labai nedaug rūšių sugeba pačios sintetinti organines medžiagas iš neorganinių. Tai melsvai žalios bakterijos ir melsvadumbliai, suvaidinę reikšmingą vaidmenį formuojantis atmosferai ir jos prisotinimui deguonimi.
Reprodukcija
Palankiomis dauginimuisi sąlygomis jis vyksta pumpurais arba vegetatyviškai. Nelytinis dauginimasis vyksta tokia seka:
- Bakterijos ląstelė pasiekia maksimalų tūrį ir turi būtinų maistinių medžiagų.
- Ląstelė pailgėja, viduryje atsiranda pertvara.
- Nukleotidų dalijimasis vyksta ląstelės viduje.
- Pagrindinė DNR ir atskirta DNR skiriasi.
- Ląstelė padalinta per pusę.
- Dukterinių ląstelių likutinis susidarymas.
Taikant šį dauginimosi būdą genetine informacija nesikeičiama, todėl visos dukterinės ląstelės bus tiksli motinos kopija.
Įdomesnis yra bakterijų dauginimosi procesas nepalankiomis sąlygomis. Apie bakterijų gebėjimą lytiškai daugintis mokslininkai sužinojo palyginti neseniai – 1946 m. Bakterijos nesiskirsto į moteriškas ir lytines ląsteles. Tačiau jų DNR yra heteroseksuali. Dvi tokios ląstelės, artdamos viena prie kitos, suformuoja kanalą DNR pernešimui, įvyksta vietų apsikeitimas – rekombinacija. Procesas yra gana ilgas, jo rezultatas yra du visiškai nauji asmenys.
Daugumą bakterijų labai sunku pamatyti mikroskopu, nes jos neturi savo spalvos. Nedaug veislių yra purpurinės arba žalios dėl bakteriochlorofilo ir bakteriopurpurino kiekio. Nors, įvertinus kai kurias bakterijų kolonijas, paaiškėja, kad jos į buveinę išskiria spalvotas medžiagas ir įgauna ryškią spalvą. Norint išsamiau ištirti prokariotus, jie dažomi.
klasifikacija
Bakterijų klasifikavimas gali būti pagrįstas tokiais rodikliais kaip:
- Forma
- keliavimo būdas;
- energijos gavimo būdas;
- atliekos;
- pavojaus laipsnis.
Simbiontinės bakterijos gyvena bendradarbiaudami su kitais organizmais.
Saprofitinės bakterijos gyvena ant jau mirusių organizmų, produktų ir organinių atliekų. Jie prisideda prie skilimo ir fermentacijos procesų.
Puvimas pašalina iš gamtos lavonus ir kitas organines atliekas. Be irimo proceso gamtoje nebūtų medžiagų apykaitos. Taigi koks yra bakterijų vaidmuo medžiagų cikle?
Puvimo bakterijos yra baltymų junginių, taip pat riebalų ir kitų azoto turinčių junginių skaidymo procese. Atlikę sudėtingą cheminę reakciją, jie nutraukia ryšius tarp organinių organizmų molekulių ir sulaiko baltymų molekules, aminorūgštis. Skildamos molekulės išskiria amoniaką, vandenilio sulfidą ir kitas kenksmingas medžiagas. Jie yra nuodingi ir gali sukelti apsinuodijimą žmonėms ir gyvūnams.
Esant palankioms sąlygoms, puvimo bakterijos greitai dauginasi. Kadangi tai ne tik naudingos, bet ir kenksmingos bakterijos, siekdami išvengti ankstyvo produktų puvimo, žmonės išmoko jas apdoroti: džiovinti, rauginti, sūdyti, rūkyti. Visi šie gydymo būdai naikina bakterijas ir neleidžia joms daugintis.
Fermentacijos bakterijos fermentų pagalba sugeba skaidyti angliavandenius. Žmonės šį gebėjimą pastebėjo senovėje ir iki šiol tokias bakterijas naudoja pieno rūgšties produktų, acto ir kitų maisto produktų gamybai.
Bakterijos, dirbdamos kartu su kitais organizmais, atlieka labai svarbų cheminį darbą. Labai svarbu žinoti, kokių rūšių bakterijos egzistuoja ir kokią naudą ar žalą jos atneša gamtai.
Reikšmė gamtoje ir žmogui
Aukščiau jau pažymėjome didelę daugelio rūšių bakterijų svarbą (skilimo procesuose ir įvairių rūšių rūgimo procesuose), t.y. atlieka sanitarinį vaidmenį Žemėje.
Bakterijos taip pat vaidina didžiulį vaidmenį anglies, deguonies, vandenilio, azoto, fosforo, sieros, kalcio ir kitų elementų cikle. Daugelis bakterijų rūšių prisideda prie aktyvaus atmosferos azoto fiksavimo ir paverčia jį organine forma, taip padidindamos dirvožemio derlingumą. Ypač svarbios yra tos bakterijos, kurios skaido celiuliozę, kuri yra pagrindinis dirvožemio mikroorganizmų gyvavimo anglies šaltinis.
Sulfatus redukuojančios bakterijos dalyvauja naftos ir sieros vandenilio susidaryme gydomajame purve, dirvožemyje ir jūrose. Taigi, vandenilio sulfido prisotintas vandens sluoksnis Juodojoje jūroje yra sulfatus redukuojančių bakterijų gyvybinės veiklos rezultatas. Šių bakterijų veikla dirvožemyje lemia sodos susidarymą ir dirvožemio druskėjimą. Sulfatus mažinančios bakterijos paverčia maistines medžiagas ryžių žaliavinėse dirvose į formą, kuri tampa prieinama pasėlių šaknims. Šios bakterijos gali ėsdinti metalines konstrukcijas po žeme ir po vandeniu.
Dėl gyvybinės bakterijų veiklos dirvožemis išlaisvinamas nuo daugelio produktų ir kenksmingų organizmų, prisotinamas vertingomis maistinėmis medžiagomis. Baktericidiniai preparatai sėkmingai naudojami kovojant su daugelio rūšių vabzdžių kenkėjais (kukurūzų kandžiais ir kt.).
Įvairiose pramonės šakose naudojamos įvairios bakterijų rūšys acetono, etilo ir butilo alkoholių, acto rūgšties, fermentų, hormonų, vitaminų, antibiotikų, baltymų-vitaminų preparatų ir kt.
Be bakterijų neįmanomi odos rauginimo, tabako lapų džiovinimo, šilko, gumos gamybos, kakavos, kavos mirkymo, kanapių, linų ir kitų karnienos pluoštinių augalų mirkymo, kopūstų rauginimo, nuotekų valymo, metalų išplovimo ir kt.
Bakterijos yra vieni seniausių organizmų Žemėje. Nepaisant jų struktūros paprastumo, jie gyvena visose įmanomose buveinėse. Dauguma jų yra dirvožemyje (iki kelių milijardų bakterijų ląstelių 1 grame dirvožemio). Ore, vandenyje, maiste, kūnų viduje ir ant gyvų organizmų kūnų yra daug bakterijų. Bakterijos buvo aptiktos vietose, kur negali gyventi kiti organizmai (ant ledynų, ugnikalnių).
Paprastai bakterija yra viena ląstelė (nors yra kolonijinių formų). Be to, ši ląstelė yra labai maža (nuo mikrono frakcijų iki kelių dešimčių mikronų). Tačiau pagrindinis bakterinės ląstelės bruožas yra ląstelės branduolio nebuvimas. Kitaip tariant, bakterijos priklauso prokariotai.
Bakterijos yra mobilios ir nejudrios. Stacionarių formų atveju judėjimas atliekamas naudojant žvynelius. Jų gali būti keli, o gali būti tik vienas.
Įvairių tipų bakterijų ląstelės gali būti labai skirtingos formos. Yra rutulinių bakterijų ( cocci), strypo formos ( bacilos), panašus į kablelį ( vibrijos), gofruotas ( spirochetos, spirilė) ir kt.
Bakterijų ląstelių struktūra
Daugelio bakterijų ląstelės turi gleivinė kapsulė... Jis turi apsauginę funkciją. Visų pirma, jis apsaugo narvą nuo išdžiūvimo.
Kaip ir augalų ląstelės, bakterijos turi ląstelių sienelės... Tačiau, skirtingai nuo augalų, jo struktūra ir cheminė sudėtis šiek tiek skiriasi. Ląstelės sienelę sudaro sudėtingų angliavandenių sluoksniai. Jo struktūra tokia, kad leidžia įvairioms medžiagoms prasiskverbti į ląstelę.
Po ląstelės sienele yra citoplazminė membranana.
Bakterijos priskiriamos prokariotams, nes jų ląstelės neturi susiformavusio branduolio. Jie taip pat neturi eukariotų ląstelėms būdingų chromosomų. Chromosoma apima ne tik DNR, bet ir baltymus. Bakterijose jų chromosoma susideda tik iš DNR ir yra žiedinė molekulė. Toks bakterijų genetinis aparatas vadinamas nukleoidas... Nukleoidas yra tiesiai citoplazmoje, dažniausiai ląstelės centre.
Bakterijos neturi tikrų mitochondrijų ir daugybės kitų ląstelių organelių (Golgi komplekso, endoplazminio tinklo). Jų funkcijas atlieka ląstelės citoplazminės membranos invaginacijos. Tokios invaginacijos vadinamos mezosomos.
Citoplazmoje yra ribosomos taip pat įvairių ekologiškų inkliuzai: baltymai, angliavandeniai (glikogenas), riebalai. Be to, bakterijų ląstelėse gali būti įvairių pigmentai... Priklausomai nuo tam tikrų pigmentų buvimo ar jų nebuvimo, bakterijos gali būti bespalvės, žalios, violetinės spalvos.
Bakterijų mityba
Bakterijos atsirado gyvybės formavimosi Žemėje aušroje. Būtent jie „atrado“ įvairius valgymo būdus. Tik vėliau, vis sudėtingėjant organizmams, aiškiai išsiskyrė dvi didelės karalystės: Augalų ir Gyvūnų. Jie skiriasi vienas nuo kito pirmiausia tuo, kaip valgo. Augalai yra autotrofai, o gyvūnai yra heterotrofai. Bakterijose randama abiejų rūšių mityba.
Mityba – tai būdas ląstelei ar organizmui gauti reikiamų organinių medžiagų. Jie gali būti gauti iš išorės arba susintetinti nepriklausomai nuo neorganinių medžiagų.
Autotrofinės bakterijos
Autotrofinės bakterijos sintetina organines medžiagas iš neorganinių. Sintezės procesui reikia energijos. Priklausomai nuo to, kur autotrofinės bakterijos gauna šią energiją, jos skirstomos į fotosintetines ir chemosintetines.
Fotosintetinės bakterijos panaudoti saulės energiją, užfiksuoti jos spinduliuotę. Tuo jie panašūs į augalus. Tačiau jei fotosintezės metu augaluose išsiskiria deguonis, tai daugumoje fotosintetinių bakterijų deguonis neišsiskiria. Tai yra, bakterijų fotosintezė yra anaerobinė. Taip pat žalias bakterijų pigmentas skiriasi nuo panašaus augalų pigmento ir vadinamas bakteriochlorofilas... Bakterijos neturi chloroplastų. Daugiausia fotosintetinės bakterijos gyvena vandens telkiniuose (šviežiuose ir sūriuose).
Chemosintetinės bakterijos organinių medžiagų sintezei iš neorganinių naudojama įvairių cheminių reakcijų energija. Energija išsiskiria ne visose reakcijose, o tik egzoterminėse. Kai kurios iš šių reakcijų vyksta bakterijų ląstelėse. Taigi į nitrifikuojančios bakterijos vyksta amoniako oksidacijos reakcija į nitritus ir nitratus. Geležies bakterijos oksiduoti juodąją geležį į oksidą. Vandenilio bakterijos oksiduoja vandenilio molekules.
Heterotrofinės bakterijos
Heterotrofinės bakterijos nepajėgios sintetinti organinių medžiagų iš neorganinių. Todėl esame priversti juos gauti iš aplinkos.
Vadinamos bakterijos, mintančios kitų organizmų organinėmis atliekomis (įskaitant negyvus kūnus). saprofitinės bakterijos... Kitu būdu jos vadinamos irimo bakterijomis. Dirvožemyje yra daug tokių bakterijų, kur jos suskaido humusą iki neorganinių medžiagų, kurias vėliau panaudoja augalai. Pieno rūgšties bakterijos minta cukrumi, paversdamos jį pieno rūgštimi. Sviesto rūgšties bakterijos organines rūgštis, angliavandenius, alkoholius skaido iki sviesto rūgšties.
Gumbinės bakterijos gyvena augalų šaknyse ir minta gyvo augalo organinėmis medžiagomis. Tačiau jie suriša azotą iš oro ir aprūpina jį augalu. Tai yra, šiuo atveju yra simbiozė. Kiti heterotrofiniai simbiontinės bakterijos gyvena gyvūnų virškinimo sistemoje, padeda virškinti maistą.
Kvėpavimo procese organinės medžiagos sunaikinamos, išsiskiriant energijai. Vėliau ši energija išleidžiama įvairiems gyvenimo procesams (pavyzdžiui, judėjimui).
Kvėpavimas deguonimi yra efektyvus būdas gauti energijos. Tačiau kai kurios bakterijos gali gauti energijos be deguonies. Taigi egzistuoja aerobinės ir anaerobinės bakterijos.
Aerobinės bakterijos deguonies reikia, todėl jie gyvena ten, kur jo yra. Deguonis dalyvauja organinių medžiagų oksidacijos reakcijoje į anglies dioksidą ir vandenį. Tokio kvėpavimo procese bakterijos gauna gana daug energijos. Šis kvėpavimo būdas būdingas didžiajai daugumai organizmų.
Anaerobinės bakterijos kvėpavimui nereikia deguonies, todėl gali gyventi aplinkoje, kurioje nėra deguonies. Jie semiasi energijos iš fermentacijos reakcijos... Šis oksidacijos metodas yra neveiksmingas.
Bakterijų dauginimasis
Daugeliu atvejų bakterijoms būdingas dauginimasis dalijant ląsteles į dvi dalis. Prieš tai žiedinė DNR molekulė padvigubėja. Kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną iš šių molekulių ir todėl yra genetinė motininės ląstelės kopija (klonas). Taigi bakterijoms būdinga nelytinis dauginimasis.
Esant palankioms sąlygoms (pakankamai maistinių medžiagų ir palankiomis aplinkos sąlygomis) bakterijų ląstelės labai greitai dalijasi. Taigi iš vienos bakterijos per dieną gali susidaryti šimtai milijonų ląstelių.
Nors bakterijos dauginasi nelytiškai, kai kuriais atvejais jos turi vadinamąjį seksualinis procesas kuri teka formoje konjugacija... Konjuguojant dvi skirtingos bakterijų ląstelės artėja viena prie kitos, tarp jų citoplazmų užsimezga ryšys. Vienos ląstelės DNR dalys patenka į antrąją, o antrosios ląstelės DNR dalys - į pirmąją. Taigi lytinio proceso metu bakterijos keičiasi genetine informacija. Kartais tokiu atveju bakterijos keičiasi ne DNR gabalėliais, o ištisomis DNR molekulėmis.
Bakterijų sporos
Didžioji dauguma bakterijų nepalankiomis sąlygomis formuoja sporas. Bakterijų sporos iš esmės yra būdas išgyventi nepalankiomis sąlygomis ir nusėdimo būdas, o ne dauginimosi būdas.
Susidarius sporai, bakterijos ląstelės citoplazma susitraukia, o pati ląstelė pasidengia tankia stora apsaugine membrana.
Bakterijų sporos ilgai išlieka gyvybingos ir gali išgyventi labai nepalankias sąlygas (itin aukštą ir žemą temperatūrą, išdžiūvimą).
Kai sporos patenka į palankias sąlygas, jos išsipučia. Po to apsauginė membrana išsilieja, atsiranda normali bakterinė ląstelė. Taip atsitinka, kad šio proceso metu vyksta ląstelių dalijimasis ir susidaro kelios bakterijos. Tai yra, sporuliacija derinama su dauginimu.
Bakterijų svarba
Bakterijų vaidmuo medžiagų cirkuliacijoje gamtoje yra milžiniškas. Visų pirma, tai taikoma puvimo bakterijoms (saprofitams). Jie vadinami gamtos tvarka... Skydamos augalų ir gyvūnų liekanas, bakterijos sudėtingas organines medžiagas paverčia paprastomis neorganinėmis (anglies dioksidu, vandeniu, amoniaku, vandenilio sulfidu).
Bakterijos padidina dirvožemio derlingumą, praturtindamos ją azotu. Nitrifikuojančiose bakterijose vyksta reakcijos, kurių metu iš amoniako susidaro nitritai, iš nitritų – nitratai. Mazgelių bakterijos geba pasisavinti atmosferos azotą, sintetindamos azoto junginius. Jie gyvena augalų šaknyse, formuodami mazgelius. Šių bakterijų dėka augalai gauna jiems reikalingų azoto junginių. Iš esmės ankštiniai augalai įeina į simbiozę su mazgelių bakterijomis. Po to, kai jie miršta, dirvožemis yra praturtintas azotu. Jis dažnai naudojamas žemės ūkyje.
Atrajotojų skrandyje bakterijos skaido celiuliozę, kad padėtų virškinimui.
Teigiamas bakterijų vaidmuo maisto pramonėje yra didelis. Daugybė bakterijų rūšių naudojamos pieno rūgšties produktų, sviesto ir sūrio gamyboje, daržovėms rauginti, taip pat vyno gamyboje.
Chemijos pramonėje bakterijos naudojamos alkoholių, acetono, acto rūgšties gamyboje.
Medicinoje bakterijos naudojamos daugeliui antibiotikų, fermentų, hormonų ir vitaminų gauti.
Tačiau bakterijos gali būti kenksmingos. Jie ne tik gadina maistą, bet ir savo išskyromis nuodija.
BAKTERIJOS
plati vienaląsčių mikroorganizmų grupė, kuriai būdingas membrana apsupto ląstelės branduolio nebuvimas. Tuo pačiu metu bakterijų genetinė medžiaga (dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR) užima gana apibrėžtą vietą ląstelėje – zoną, vadinamą nukleoidu. Tokios ląstelės sandaros organizmai vadinami prokariotais („priešbranduoliniais“), priešingai nei visi kiti – eukariotais („tikrai branduoliais“), kurių DNR yra membranos apsuptame branduolyje. Bakterijos, anksčiau laikytos mikroskopiniais augalais, dabar yra atskirtos į nepriklausomą Moneros karalystę – vieną iš penkių dabartinėje klasifikavimo sistemoje kartu su augalais, gyvūnais, grybais ir protistais.
Fosiliniai įrodymai. Bakterijos yra bene seniausia žinoma organizmų grupė. Sluoksniuotos akmens konstrukcijos – stromatolitai – kai kuriais atvejais datuojami archeozojaus (archėjos) pradžia, t.y. atsirado prieš 3,5 milijardo metų – bakterijų gyvybinės veiklos, dažniausiai fotosintezės, rezultatas, vadinamasis. melsvadumbliai. Tokios struktūros (karbonatais prisotintos bakterijų plėvelės) formuojasi ir šiandien, daugiausia prie Australijos krantų, Bahamų salose, Kalifornijos ir Persijos įlankose, tačiau jos yra gana retos ir nepasiekia didelių dydžių, nes minta žolėdžiais organizmais, pavyzdžiui, pilvakojai. Šiuo metu stromatolitai auga daugiausia ten, kur šių gyvūnų nėra dėl didelio vandens druskingumo ar dėl kitų priežasčių, tačiau prieš evoliucijos eigoje pasirodant žolėdžių formoms, jie galėjo pasiekti milžiniškus dydžius, sudarydami esminį vandenyno sekliojo vandens elementą. palyginti su šiuolaikiniais koraliniais rifais. Kai kuriose senovinėse uolienose buvo aptiktos mažytės apanglėjusios sferos, kurios, kaip manoma, taip pat yra bakterijų liekanos. Pirmoji branduolinė, t.y. eukariotų, ląstelės išsivystė iš bakterijų maždaug prieš 1,4 mlrd.
Ekologija. Daug bakterijų yra dirvožemyje, ežerų ir vandenynų dugne – visur, kur kaupiasi organinės medžiagos. Jie gyvena šaltu oru, kai termometro stulpelis šiek tiek viršija nulį, ir karštuose rūgštiniuose šaltiniuose, kurių temperatūra viršija 90 ° C. Kai kurios bakterijos toleruoja labai didelį druskingumą; visų pirma, jie yra vieninteliai Negyvojoje jūroje aptinkami organizmai. Atmosferoje jų yra vandens lašeliuose, o jų gausa ten dažniausiai koreliuoja su oro dulkėtumu. Pavyzdžiui, miestuose lietaus vandenyje bakterijų yra daug daugiau nei kaimo vietovėse. Šaltame aukštumų ir poliarinių regionų ore jų nedaug, tačiau randama net ir apatiniame stratosferos sluoksnyje 8 km aukštyje. Gyvūnų virškinamasis traktas yra tankiai apgyvendintas bakterijų (dažniausiai nekenksmingų). Eksperimentai parodė, kad daugumos rūšių gyvybinei veiklai jie nėra būtini, nors gali susintetinti kai kuriuos vitaminus. Tačiau atrajotojams (karvėms, antilopėms, avims) ir daugeliui termitų jie dalyvauja virškinant augalinį maistą. Be to, steriliomis sąlygomis auginamo gyvūno imuninė sistema normaliai nesivysto, nes trūksta stimuliacijos bakterijomis. Normali žarnyno bakterinė „flora“ taip pat svarbi norint slopinti į jį patenkančius kenksmingus mikroorganizmus.
BAKTERIJŲ STRUKTŪRA IR GYVENIMAS
Bakterijos yra daug mažesnės nei daugialąsčių augalų ir gyvūnų ląstelės. Jų storis dažniausiai būna 0,5-2,0 mikronų, o ilgis – 1,0-8,0 mikronų. Kai kurias formas vargu ar galima pamatyti naudojant standartinių šviesos mikroskopų skiriamąją gebą (apie 0,3 μm), tačiau yra žinomos rūšys, kurių ilgis didesnis nei 10 μm, o plotis taip pat viršija nurodytą diapazoną, ir gali būti daugybė labai plonų bakterijų. ilgesnis nei 50 μm. Ant paviršiaus, atitinkančio pieštuku nustatytą tašką, tilps ketvirtis milijono vidutinio dydžio šios karalystės atstovų.
Struktūra. Pagal morfologijos ypatumus išskiriamos šios bakterijų grupės: kokos (daugiau ar mažiau sferinės), bacilos (lazdelės ar cilindrai suapvalintais galais), spirilės (standžios spiralės) ir spirochetos (plonos ir lanksčios į plauką formos). Kai kurie autoriai yra linkę sujungti paskutines dvi grupes į vieną – spirilę. Prokariotai nuo eukariotų skiriasi daugiausia tuo, kad nėra susiformavusio branduolio ir tipiniu atveju tik viena chromosoma – labai ilga žiedinė DNR molekulė, viename taške prisitvirtinusi prie ląstelės membranos. Prokariotams taip pat trūksta membrana apsuptų tarpląstelinių organelių, vadinamų mitochondrijomis ir chloroplastais. Eukariotuose mitochondrijos gamina energiją kvėpuojant, o chloroplastuose vyksta fotosintezė (taip pat žr. LĄSTELĖ). Prokariotuose visa ląstelė (ir, visų pirma, ląstelės membrana) atlieka mitochondrijų, o fotosintezės formose – chloroplasto funkciją. Kaip ir eukariotai, taip ir bakterijos viduje yra smulkių nukleoproteinų darinių – ribosomų, kurios būtinos baltymų sintezei, tačiau jos nesusijusios su jokiomis membranomis. Išskyrus labai retas išimtis, bakterijos negali sintetinti sterolių – svarbių eukariotinių ląstelių membranų komponentų. Už ląstelės membranos ribų dauguma bakterijų yra padengtos ląstelės sienele, šiek tiek primenančia augalų ląstelių celiuliozės sienelę, tačiau susidedančia iš kitų polimerų (jų sudėtyje yra ne tik angliavandenių, bet ir amino rūgščių bei bakterijoms būdingų medžiagų). Ši membrana neleidžia bakterinei ląstelei sprogti, kai osmoso būdu į ją patenka vanduo. Ant ląstelės sienelės dažnai būna apsauginė gleivinė kapsulė. Daugelyje bakterijų yra žvynelių, su kuriomis jos aktyviai plaukia. Bakterinės žvyneliai yra paprastesni ir šiek tiek skiriasi nuo panašių eukariotų struktūrų.
„TIPINĖ“ BAKTERIJOS LĄSTELĖ ir jo pagrindinės struktūros.
Sensorinės funkcijos ir elgesys. Daugelis bakterijų turi cheminius receptorius, kurie registruoja aplinkos rūgštingumo pokyčius ir įvairių medžiagų, tokių kaip cukrus, aminorūgštys, deguonis ir anglies dioksidas, koncentraciją. Kiekviena medžiaga turi savo tipo tokius „skonio“ receptorius, o bet kurio iš jų praradimas dėl mutacijos sukelia dalinį „skonio aklumą“. Daugelis judrių bakterijų taip pat reaguoja į temperatūros svyravimus, o fotosintetinės rūšys reaguoja į apšvietimo pokyčius. Kai kurios bakterijos magnetinio lauko linijų kryptį, įskaitant ir Žemės magnetinį lauką, suvokia savo ląstelėse esančių magnetito dalelių (magnetinės geležies rūdos – Fe3O4) pagalba. Vandenyje bakterijos naudojasi šiuo gebėjimu plaukti jėgos linijomis, ieškodamos palankios aplinkos. Bakterijų sąlyginiai refleksai nežinomi, tačiau jie turi tam tikrą primityvią atmintį. Plaukdami jie lygina suvokiamą dirgiklio intensyvumą su ankstesne jo reikšme, t.y. nustatyti, ar jis tapo daugiau ar mažesnis, ir pagal tai išlaikyti judėjimo kryptį arba ją pakeisti.
Dauginimasis ir genetika. Bakterijos dauginasi nelytiškai: jų ląstelėje esanti DNR replikuojasi (dvigubėja), ląstelė dalijasi į dvi dalis ir kiekviena dukterinė ląstelė gauna po vieną tėvų DNR kopiją. Bakterijų DNR taip pat gali būti pernešama tarp nesidalijančių ląstelių. Tuo pačiu metu jų susiliejimas (kaip ir eukariotuose) nevyksta, individų skaičius nedidėja ir paprastai tik nedidelė genomo dalis (visas genų rinkinys) perkeliama į kitą ląstelę, priešingai nei „tikras“ seksualinis procesas, kurio metu palikuonis iš kiekvieno iš tėvų gauna pilną genų rinkinį. Šis DNR perkėlimas gali būti atliekamas trimis būdais. Transformacijos metu bakterija iš aplinkos sugeria „pliką“ DNR, kuri ten pateko naikinant kitas bakterijas arba tyčia „paslydo“ eksperimentuotojo. Procesas vadinamas transformacija, kadangi pradiniame jo tyrimo etape pagrindinis dėmesys buvo skiriamas nekenksmingų organizmų transformacijai (transformacijai) tokiu būdu į virulentiškus. DNR fragmentus iš bakterijų bakterijoms gali perkelti ir specialūs virusai – bakteriofagai. Tai vadinama transdukcija. Taip pat žinomas procesas, primenantis apvaisinimą ir vadinamas konjugacija: bakterijos viena su kita jungiasi laikinomis kanalėlių ataugomis (copulation fimbriae), per kurias DNR pereina iš „vyriškos“ ląstelės į „moterišką“. Kartais bakterijos turi labai mažų papildomų chromosomų – plazmidžių, kurios taip pat gali būti perduodamos iš individo į individą. Jei tuo pačiu metu plazmidėse yra genų, sukeliančių atsparumą antibiotikams, jie kalba apie atsparumą infekcijoms. Tai svarbu medicininiu požiūriu, nes gali plisti tarp skirtingų rūšių ir net bakterijų genčių, dėl to visa bakterijų flora, tarkime, žarnynas, tampa atspari tam tikrų vaistų veikimui.
MEDŽIAGA
Iš dalies dėl mažo bakterijų dydžio jų medžiagų apykaita yra daug didesnė nei eukariotų. Palankiausiomis sąlygomis kai kurios bakterijos gali padvigubinti savo bendrą masę ir skaičių maždaug kas 20 minučių. Taip yra dėl to, kad daugelis jų svarbiausių fermentų sistemų veikia labai dideliu greičiu. Taigi, triušiui baltymo molekulei susintetinti reikia kelių minučių, o bakterijoms – sekundžių. Tačiau natūralioje aplinkoje, pavyzdžiui, dirvožemyje, dauguma bakterijų yra „bado racione“, tad jei jų ląstelės dalijasi, tai ne kas 20 minučių, o kas kelias dienas.
Mityba. Bakterijos yra autotrofai ir heterotrofai. Autotrofams („maitinantiems save“) nereikia kitų organizmų gaminamų medžiagų. Jie naudoja anglies dioksidą (CO2) kaip pagrindinį arba vienintelį anglies šaltinį. Į sudėtingas chemines reakcijas įtraukdami CO2 ir kitas neorganines medžiagas, ypač amoniaką (NH3), nitratus (NO-3) ir įvairius sieros junginius, jie sintetina visus jiems reikalingus biocheminius produktus. Heterotrofai („maitina kitus“) naudoja organines (anglies turinčias) medžiagas, kurias sintetina kiti organizmai, ypač cukrų, kaip pagrindinį anglies šaltinį (kai kurioms rūšims taip pat reikia CO2). Oksiduodami šie junginiai tiekia energiją ir molekules, reikalingas ląstelių augimui ir funkcionavimui. Šia prasme heterotrofinės bakterijos, kurioms priklauso didžioji dauguma prokariotų, yra panašios į žmones.
Pagrindiniai energijos šaltiniai. Jei ląstelių komponentų susidarymui (sintezei) daugiausia naudojama šviesos energija (fotonai), tai procesas vadinamas fotosinteze, o galinčios tai padaryti rūšys – fototrofais. Fototrofinės bakterijos skirstomos į fotoheterotrofus ir fotoautotrofus, priklausomai nuo to, kurie junginiai – organiniai ar neorganiniai – yra pagrindinis jų anglies šaltinis. Fotoautotrofinės melsvadumbliai (mėlynadumbliai), kaip ir žalieji augalai, naudoja šviesos energiją vandens molekulėms (H2O) skaidyti. Taip išsiskiria laisvas deguonis (1/2O2) ir susidaro vandenilis (2H+), kuris, galima sakyti, paverčia anglies dioksidą (CO2) į angliavandenius. Žaliosios ir purpurinės sieros bakterijose šviesos energija suardoma ne vandens, o kitų neorganinių molekulių, tokių kaip vandenilio sulfidas (H2S). Dėl to taip pat susidaro vandenilis, sumažinantis anglies dioksidą, tačiau deguonis neišsiskiria. Ši fotosintezė vadinama anoksigenine. Fotoheterotrofinės bakterijos, tokios kaip ne sieros purpurinė, naudoja šviesos energiją vandeniliui gaminti iš organinių medžiagų, ypač izopropanolio, tačiau H2 dujos taip pat gali būti jo šaltinis. Jei pagrindinis energijos šaltinis ląstelėje yra cheminių medžiagų oksidacija, bakterijos vadinamos chemoheterotrofais arba chemoautotrofais, priklausomai nuo to, kurios molekulės yra pagrindinis anglies šaltinis – organinės ar neorganinės. Pirmuosiuose organinės medžiagos suteikia ir energijos, ir anglies. Chemoautotrofai energiją gauna oksiduodami neorganines medžiagas, pavyzdžiui, vandenilį (į vandenį: 2H4 + O2 2H2O), geležį (Fe2 + Fe3 +) arba sierą (2S + 3O2 + 2H2O 2SO42- + 4H +) ir anglies iš CO2. Šie organizmai taip pat vadinami chemolitotrofais, taip pabrėžiant, kad jie „maitina“ uolienas.
Kvėpuoti. Ląstelių kvėpavimas – tai cheminės energijos, sukauptos „maisto“ molekulėse, išlaisvinimo procesas, skirtas tolesniam jos panaudojimui svarbiose reakcijose. Kvėpavimas gali būti aerobinis arba anaerobinis. Pirmuoju atveju jam reikia deguonies. Jis reikalingas darbui vadinamųjų. elektronų transportavimo sistema: elektronai pereina iš vienos molekulės į kitą (išsiskiria energija) ir galiausiai kartu su vandenilio jonais prisijungia prie deguonies – susidaro vanduo. Anaerobiniams organizmams deguonis nereikalingas, o kai kurioms šios grupės rūšims jis netgi nuodingas. Kvėpavimo metu išsiskiriantys elektronai prisijungia prie kitų neorganinių akceptorių, pavyzdžiui, nitratų, sulfatų ar karbonatų, arba (vienoje iš tokio kvėpavimo formų – fermentacijos) prie tam tikros organinės molekulės, ypač gliukozės. Taip pat žiūrėkite METABOLIZMAS.
KLASIFIKACIJA
Daugumoje organizmų rūšis laikoma reprodukciškai izoliuota individų grupe. Plačiąja prasme tai reiškia, kad tam tikros rūšies atstovai gali susilaukti vaisingų palikuonių, poruotis tik su savo rūšimi, bet ne su kitų rūšių individais. Taigi, konkrečios rūšies genai, kaip taisyklė, neperžengia jos ribų. Tačiau bakterijose genai gali keistis ne tik skirtingų rūšių, bet ir skirtingų genčių individai, todėl nėra iki galo aišku, ar čia teisėta taikyti įprastas evoliucinės kilmės ir giminystės sampratas. Dėl šios ir kitų sunkumų visuotinai priimtos bakterijų klasifikacijos dar nėra. Žemiau yra viena iš plačiai naudojamų parinkčių.
KARALYSTĖ MONERA
Gracilicutes tipas (plonasienės gramneigiamos bakterijos)
Skotobakterijų klasė (nefotosintetinės formos, pvz., miksobakterijos) Anoksifotobakterijų klasė (deguonies negaminančios fotosintetinės formos, pvz., purpurinės sieros bakterijos) Oksifotobakterijų klasė (deguonį gaminančios fotosintetinės formos, pvz., melsvabakterijos)
Firmicutes tipas (storasienės gramteigiamos bakterijos)
Firmibakterijų klasė (standžiosios narvelinės formos, tokios kaip klostridijos)
Talobakterijų klasė (išsišakojusios formos, tokios kaip aktinomicetai)
Tenericutes tipas (gramneigiamos bakterijos be ląstelės sienelės)
Mollicutes klasė (minkštųjų ląstelių formos, tokios kaip mikoplazma)
Tipas Mendosicutes (bakterijos su pažeista ląstelių sienele)
Archebakterijų klasė (senovinės formos, tokios kaip metaną gaminančios)
Domenai. Naujausi biocheminiai tyrimai parodė, kad visi prokariotai aiškiai skirstomi į dvi kategorijas: nedidelę archebakterijų grupę (Archaebacteria – „senovės bakterijos“) ir visas likusias, vadinamas eubakterijomis (Eubacteria – „tikrosios bakterijos“). Manoma, kad archėjos yra primityvesnės nei eubakterijos ir artimesnės bendram prokariotų ir eukariotų protėviui. Jos skiriasi nuo kitų bakterijų keliomis esminėmis savybėmis, įskaitant ribosomų RNR (rRNR) molekulių, dalyvaujančių baltymų sintezėje, sudėtį, lipidų (į riebalus panašių medžiagų) cheminę struktūrą ir kai kurių kitų medžiagų buvimą ląstelės sienelėje. mureino baltymų-angliavandenių polimeras. Aukščiau pateiktoje klasifikavimo sistemoje archėjos laikomos tik vienu iš tos pačios karalystės tipų, jungiančių visas eubakterijas. Tačiau, pasak kai kurių biologų, skirtumai tarp archebakterijų ir eubakterijų yra tokie gilūs, kad archebakterijas Moneroje teisingiau laikyti ypatinga subkaralyste. Pastaruoju metu pasirodė dar radikalesnis pasiūlymas. Molekulinė analizė atskleidė tokius reikšmingus genų struktūros skirtumus tarp šių dviejų prokariotų grupių, kad kai kurie mano, kad jų buvimas toje pačioje organizmų karalystėje yra nelogiškas. Šiuo atžvilgiu buvo pasiūlyta sukurti dar aukštesnio rango taksonominę kategoriją (taksoną), vadinant ją domenu, ir visus gyvus daiktus suskirstyti į tris sritis – Eukariją (eukariotai), Archėjos (archėjos) ir Bakterijas (dabartinė). eubakterijos).
EKOLOGIJA
Dvi svarbiausios ekologinės bakterijų funkcijos yra azoto fiksavimas ir organinių likučių mineralizacija.
Azoto fiksacija. Molekulinio azoto (N2) jungimasis, kad susidarytų amoniakas (NH3), vadinamas azoto fiksavimu, o pastarojo oksidacija iki nitritų (NO-2) ir nitratų (NO-3) – nitrifikacija. Tai gyvybiškai svarbūs procesai biosferai, nes augalams reikia azoto, tačiau jie gali pasisavinti tik surištas jo formas. Šiuo metu bakterijos duoda apie 90% (apie 90 mln. tonų) tokio „fiksuoto“ azoto metinio kiekio. Likusią dalį gamina chemijos gamyklos arba susidaro iš žaibo smūgio. Oro azotas, kurio kiekis yra apytiksliai. 80% atmosferos daugiausia siejama su gramneigiama Rhizobium gentimi ir cianobakterijomis. Rhizobium rūšys yra simbiotinės su maždaug 14 000 ankštinių augalų rūšių (Leguminosae šeimos), tarp kurių, pavyzdžiui, dobilai, liucerna, sojos pupelės ir žirniai. Šios bakterijos gyvena vadinamojoje. mazgeliai - patinimai, kurie susidaro ant šaknų jiems esant. Bakterijos gauna organines medžiagas iš augalo (maisto), o mainais aprūpina šeimininką surištu azotu. Per metus tokiu būdu fiksuojama iki 225 kg azoto hektare. Ne ankštiniai augalai, pavyzdžiui, alksnis, taip pat patenka į simbiozę su kitomis azotą fiksuojančiomis bakterijomis. Cianobakterijos fotosintezuoja kaip žali augalai, išskirdamos deguonį. Daugelis jų taip pat gali užfiksuoti atmosferos azotą, kurį vėliau suvartoja augalai, o galiausiai ir gyvūnai. Šie prokariotai yra svarbus surišto azoto šaltinis dirvožemyje apskritai ir ypač ryžių laukuose rytuose, taip pat pagrindinis jo tiekėjas vandenynų ekosistemoms.
Mineralizacija. Taip vadinamas organinių likučių skilimas į anglies dioksidą (CO2), vandenį (H2O) ir mineralines druskas. Cheminiu požiūriu šis procesas prilygsta degimui, todėl jam reikia daug deguonies. Viršutiniame dirvožemio sluoksnyje yra nuo 100 000 iki 1 milijardo bakterijų viename grame, t.y. apie 2 tonas iš hektaro. Paprastai visas organines liekanas, patekusias į žemę, greitai oksiduoja bakterijos ir grybai. Skilimui atsparesnė yra rusvos spalvos organinė medžiaga, vadinama humino rūgštimi, kuri susidaro daugiausia iš medienoje esančio lignino. Jis kaupiasi dirvožemyje ir pagerina jo savybes.
BAKTERIJOS IR PRAMONĖ
Atsižvelgiant į bakterijų katalizuojamų cheminių reakcijų įvairovę, nenuostabu, kad jos plačiai naudojamos gamyboje, kai kuriais atvejais nuo seniausių laikų. Tokių mikroskopinių žmogaus pagalbininkų šlovę prokariotai dalijasi su grybais, pirmiausia mielėmis, kurios atlieka daugumą alkoholinės fermentacijos procesų, pavyzdžiui, gaminant vyną ir alų. Dabar, kai atsirado galimybė į bakterijas įvesti naudingų genų, priverčiančių jas sintetinti vertingas medžiagas, tokias kaip insulinas, šių gyvų laboratorijų pramoninis panaudojimas gavo galingą naują stimulą. Taip pat žiūrėkite GENŲ INŽINERIJA.
Maisto pramone.Šiuo metu bakterijas ši pramonė daugiausiai naudoja sūriams, kitiems fermentuoto pieno produktams ir actui gaminti. Pagrindinės cheminės reakcijos čia yra rūgščių susidarymas. Taigi, kai gaunamas actas, Acetobacter genties bakterijos oksiduoja sidre ar kituose skysčiuose esantį etilo alkoholį iki acto rūgšties. Panašūs procesai vyksta ir raugintų kopūstų metu: anaerobinės bakterijos šio augalo lapuose esantį cukrų fermentuoja iki pieno rūgšties, taip pat acto rūgšties ir įvairių alkoholių.
Rūdų išplovimas. Bakterijos naudojamos liesoms rūdoms išplauti, t.y. perkeliant iš jų į vertingų metalų, pirmiausia vario (Cu) ir urano (U) druskų tirpalą. Pavyzdys yra chalkopirito arba vario pirito (CuFeS2) apdorojimas. Šios rūdos krūvos periodiškai laistomos vandeniu, kuriame yra chemolitotrofinių Thiobacillus genties bakterijų. Vykdydami gyvybinę veiklą, jie oksiduoja sierą (S), sudarydami tirpius vario ir geležies sulfatus: CuFeS2 + 4O2 CuSO4 + FeSO4. Tokios technologijos labai supaprastina vertingų metalų gamybą iš rūdų; iš esmės jie prilygsta procesams, vykstantiems gamtoje uolienų dūlėjimo metu.
Atliekų perdirbimas. Bakterijos taip pat padeda atliekas, pavyzdžiui, nuotekas, paversti mažiau pavojingais ar net naudingais produktais. Nuotekos yra viena iš opiausių šiuolaikinės žmonijos problemų. Visiškai jų mineralizacijai reikia didžiulių deguonies kiekių, o įprastuose vandens telkiniuose, kur įprasta šias atliekas išmesti, jų „neutralizuoti“ nebeužtenka. Sprendimas susideda iš papildomo nuotekų aeravimo specialiuose baseinuose (aeracijos rezervuaruose): dėl to mineralizuojančiosios bakterijos turi pakankamai deguonies, kad organinės medžiagos visiškai suirtų, o geriamasis vanduo tampa vienu iš galutinių proceso produktų palankiausiu būdu. atvejų. Netirpios nuosėdos, likusios pakeliui, gali būti anaerobinės fermentacijos metu. Kad toks nuotekų valymo įrenginys užimtų kuo mažiau vietos ir pinigų, būtinos geros bakteriologijos žinios.
Kitos paskirties. Kiti svarbūs pramoniniai bakterijų panaudojimo būdai yra, pavyzdžiui, linų sėmenų granulės, t. jo besisukančių skaidulų atskyrimas nuo kitų augalo dalių ir antibiotikų, ypač streptomicino (Streptomyces genties bakterijų) gamyba.
KOVA SU BAKTERIJOMIS PRAMONĖJE
Bakterijos yra ne tik naudingos; kova su masiniu jų dauginimu, pavyzdžiui, maisto produktuose ar celiuliozės ir popieriaus gamyklų vandens sistemose, tapo visa veiklos sritimi. Maistą gadina bakterijos, grybai ir savo autolizės („savaiminio virškinimo“) fermentai, jei neinaktyvinami kaitinant ar kitomis priemonėmis. Kadangi bakterijos vis dar yra pagrindinė gedimo priežastis, norint sukurti veiksmingas maisto saugojimo sistemas, reikia žinoti šių mikroorganizmų tolerancijos ribas. Viena iš labiausiai paplitusių technologijų yra pieno pasterizavimas, kurio metu naikinamos bakterijos, sukeliančios, pavyzdžiui, tuberkuliozę ir bruceliozę. Pienas 61–63 °C temperatūroje laikomas 30 minučių arba 72–73 °C – tik 15 sekundžių. Tai nepablogina produkto skonio, tačiau nukenksmina patogenines bakterijas. Taip pat galite pasterizuoti vyną, alų ir vaisių sultis. Maisto laikymo šaltyje nauda žinoma jau seniai. Žema temperatūra bakterijų nenaikina, tačiau neleidžia joms augti ir daugintis. Tiesa, sušalus, pavyzdžiui, iki -25 °C, po kelių mėnesių bakterijų sumažėja, tačiau nemaža dalis šių mikroorganizmų vis tiek išgyvena. Esant vos žemesnei nei užšalimo temperatūrai, bakterijos toliau dauginasi, bet labai lėtai. Jų gyvybingos kultūros po liofilizacijos (užšaldymo – džiovinimo) gali būti laikomos beveik neribotą laiką terpėje, kurioje yra baltymų, pavyzdžiui, kraujo serume. Kiti žinomi maisto laikymo būdai – džiovinimas (džiovinimas ir rūkymas), didelio kiekio druskos ar cukraus įdėjimas, kuris fiziologiškai prilygsta dehidratacijai, bei marinavimas, t.y. dedamas į koncentruotą rūgšties tirpalą. Kai terpės rūgštingumas atitinka pH 4 ir žemiau, bakterijų gyvybinė veikla dažniausiai stipriai slopinama arba sustabdoma.
BAKTERIJOS IR LIGOS
TYRIMA BAKTERIJŲ
Daugelį bakterijų nesunku auginti vadinamojoje. auginimo terpė, kurioje gali būti mėsos sultinio, iš dalies suvirškintų baltymų, druskų, dekstrozės, viso kraujo, jo serumo ir kitų komponentų. Bakterijų koncentracija tokiomis sąlygomis dažniausiai siekia apie milijardą kubiniame centimetre, dėl to aplinka tampa drumsta. Norint ištirti bakterijas, reikia turėti galimybę gauti jų grynąsias kultūras arba klonus, kurie yra vienos ląstelės palikuonys. Tai būtina, pavyzdžiui, norint nustatyti, kokio tipo bakterijos užkrėtė pacientą ir kokiam antibiotikui konkreti rūšis yra jautri. Mikrobiologiniai mėginiai, tokie kaip tepinėliai, kraujas, vanduo ar kitos medžiagos, paimtos iš gerklės ar žaizdų, stipriai atskiedžiami ir uždedami ant pusiau kietos terpės paviršiaus: ant jos iš atskirų ląstelių susidaro apvalios kolonijos. Agaras – polisacharidas, gaunamas iš kai kurių jūros dumblių ir beveik nevirškinamas jokioms bakterijų rūšims, dažniausiai naudojamas kaip auginimo terpės kietiklis. Agaro terpės naudojamos „sąnarių“ pavidalu, t.y. E. pasvirieji paviršiai, susidarę mėgintuvėliuose, stovinčiame dideliu kampu, kai išlydyta auginimo terpė kietėja, arba plonų sluoksnių pavidalu stiklinėse Petri lėkštelėse – plokšti apvalūs indai, uždaryti tokios pat formos, bet šiek tiek didesnio skersmens dangteliu. Paprastai po paros bakterijų ląstelė spėja tiek daugintis, kad suformuoja plika akimi lengvai matomą koloniją. Jis gali būti perkeltas į kitą aplinką tolesniam tyrimui. Prieš augant bakterijoms, visos auginimo terpės turi būti sterilios, o ateityje reikia imtis priemonių, kad ant jų nenusėstų nepageidaujami mikroorganizmai. Norėdami ištirti tokiu būdu išaugintas bakterijas, jos uždega ploną vielinę kilpą ant liepsnos, ja pirmiausia paliečia koloniją ar tepinėlį, o po to - vandens lašelį, užlašintą ant stiklelio. Tolygiai paskirstius paimtą medžiagą šiame vandenyje, stiklas išdžiovinamas ir du ar tris kartus greitai perkeliamas virš degiklio liepsnos (pusė, kurioje bakterijos turi būti nukreipta į viršų): dėl to mikroorganizmai tvirtai prisitvirtina prie degiklio. substratas nepažeistas. Ant preparato paviršiaus lašinama dažų, po to stiklas nuplaunamas vandeniu ir vėl išdžiovinamas. Dabar mėginį galima apžiūrėti mikroskopu. Grynosios bakterijų kultūros identifikuojamos daugiausia pagal jų biochemines savybes, t.y. nustatyti, ar jie sudaro dujas ar rūgštis iš tam tikrų cukrų, ar jie gali virškinti baltymus (suskystinti želatiną), ar jiems reikia deguonies augimui ir pan. Taip pat patikrinkite, ar jie nudažyti specifiniais dažais. Jautrumą tam tikriems vaistams, pavyzdžiui, antibiotikams, galima nustatyti ant bakterijomis pasėto paviršiaus padėjus nedidelius filtravimo popieriaus diskelius, suvilgytus šiose medžiagose. Jei koks nors cheminis junginys naikina bakterijas, aplink atitinkamą diską susidaro zona be jų.
Collier enciklopedija. – Atvira visuomenė. 2000 .
