Эти вездесущие бактерии, их роль в природе и жизни человека

При слове «бактерии» первым делом вспоминаются страшные микробы и вирусы, виновные практически во всем – от банального гриппа до рака как последствия болезни. Так каково же истинное значение бактерий в природе и жизни человека? Начнем с того, что именно бактерии, по пока еще не опровергнутому мнению ученых, были первыми организмами, появившимися на нашей планете. И если бы этим первооткрывателям не пришло в голову (ну или что там у них было) выделять кислород, то бедное человечество не имело бы никаких шансов на выживание. Даже больше, если бы бактерии не озаботились созданием белка как такового, то о наличии белковой жизни (и нас с вами в том числе) можно было смело забыть!

Полезные бактерии

«…земля была безвидна и пуста…»

Если верить официальной версии истории, бактерии появились на Земле несколько миллиардов лет назад, а потом еще около миллиарда лет никто не мешал им наслаждаться жизнью в гордом одиночестве. В сравнении с историей человечества, насчитывающей какие-то жалкие сотни тысяч лет (даже до миллиона не дотягивает), это громадный срок, за который ушлые микроорганизмы научились приспосабливаться к окружающей среде, меняя свое строение, и менять окружающую среду, приспосабливая ее для своих нужд.

Живучесть бактерий несопоставима, пожалуй, ни с одним живым организмом на Земле. Они обитают:

  • в океанских глубинах под чудовищным давлением;
  • в условиях арктического холода, причем сохраняют способность существовать после размораживания;
  • в горячих источниках при температурах в сотню градусов (и даже больше!);
  • в желудке человека, сопротивляясь действию соляной кислоты;
  • в жерлах подводных вулканов, где сходятся одновременно три (минимум) агрессивных фактора – температура, давление, ядовитые газы;
  • в верхних разреженных слоях атмосферы, где уже ближе к космическому холоду, чем к теплой земле;
  • глубоко под землей они выживают, закусывая соединениями серы и запивая свой обед нефтью и т. д.

среда обитания бактерий

Словом, нет такого уголка на нашей планете и в нашем теле, где не водились бы бактерии. Существует теория, что жизнь появилась на Земле вместе с бактериями, прибывшими к нам внутри какого-то судьбоносного метеорита. Это означает, что микроорганизмы умудрились выжить в абсолютном вакууме и космическом холоде! И не просто выжили, а сохранили способность к размножению, населили всю планету, подготовили почву для появления грибов и водорослей, что привело к увеличению разнообразия жизненных форм и, как результат, к возникновению человечества! И это только начало ответа на вопрос о том, каково значение бактерий в природе и в жизни человека. Если совсем коротко – без них не было бы и нас.

Так кто же они такие, бактерии?

Во второй половине девятнадцатого века сформировалось новое направление в науке – микробиология. Эта наука появилась как раздел медицины и изучала роль бактерий как возбудителей болезней. Основоположниками микробиологии были Паскаль, Мечников, Кох, Эрлих и другие врачи, сумевшие рассмотреть связь между крохотными существами и болезнями людей. Нынешняя микробиология занимается не только медицинскими задачами, она играет большую роль в промышленности (биотехнологии) и в относительно новой отрасли науки – генной инженерии.

генная инженерия

Микроорганизмами (или микробами) принято считать все живые организмы, которые невозможно рассмотреть невооруженным взглядом (без микроскопа). Выделяют три домена (области):

  • вирусы;
  • простейшие и грибы;
  • истинные бактерии.

Бактерии отличаются от остальных доменов своим строением – они не имеют ядра, ограниченного мембраной. Вместо этого у них есть молекула ДНК, замкнутая в петлю, которая и берет на себя роль передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней.

Бактерии – одноклеточные организмы с простейшим строением:

  • наружный слой – клеточная стенка;
  • тонкая внутренняя прослойка – цитоплазматическая мембрана;
  • внутреннее гелеподобное вещество – цитоплазма;
  • прообраз ядра (молекула ДНК) – нуклеоид;
  • «запасные» хранилища информации (молекулы РНК) – рибосомы.

Макет бактерии

Это только основные структуры бактериальной клетки. К дополнительным, появляющимся в зависимости от функций клетки или условий ее существования, относятся капсулы, пили, споры, плазмиды, зерна волютина и другие приспособления, выработанные за миллиарды лет эволюции для выживания бактерий как вида.

Что будем есть…

Чем дальше продвигалось изучение бактерий, тем интереснее вырисовывалась картина. Оказалось, что почва, которая нас всех кормит, тоже образовалась благодаря микроорганизмам. Не последнюю роль, правда, сыграли вода и воздух. Но начало было положено именно бактериями.

Дальше – больше. Органические вещества, используемые растениями, создают тоже микроорганизмы (бактерии – продуценты). Причем используют они для этого неорганические соединения, а энергию берут из реакций фото- и хемосинтеза, т. е. от солнечных лучей и химических преобразований. Но недостаточно создать органику, нужно еще что-то сделать с отмершими остатками. Иначе планета уже давным-давно превратилась бы в кладбище отработанной пищи (это еще мягко сказано). Природа назначила на роль мусорщиков тех же вездесущих бактерий.


Часть бактерий (редуценты или сапрофиты) использует в пищу отработанные органические остатки и отмершие клетки, разлагая их на простые и неорганические вещества, которые затем снова поступают в использование.

Таким образом круг замыкается и ничего не пропадает даром. Совокупность превращений химических элементов, из которых состоят все живые существа, называется круговоротом веществ. Это основополагающее правило природы, и оно было бы невыполнимо без помощи такой крохотной и, на первый взгляд, беззащитной клетки.

… и чем дышать

Первые запасы кислорода на нашей планете появились тоже благодаря бактериям. Это звучит достаточно странно, но кислород всего лишь побочный продукт питания фотосинтезирующих микроорганизмов (фототрофов), так сказать, отходы жизнедеятельности.

Животные и человек тоже играют свою роль в поддержании баланса атмосферы. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, а он как раз и выделяется при дыхании и в процессе горения (вспомним наши заводы, фабрики и автомобили). Снова замыкается круг и налицо явные плюсы существования уравновешенной системы.

Еще один, не менее необходимый элемент – азот. Он в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, т. е. составляет основу белковой жизни. Животные и человек получают этот элемент из пищи, богатой белком. Она может быть растительного или животного происхождения. Животные берут белок из растений, а как он образуется в самих растениях?

Здесь есть небольшая проблема. Азота в атмосфере нашей планеты достаточно много (78% от общего объема), но усваивать его из воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но совсем немного и зачастую в таких соединениях, которые не годятся в пищу растениям. На помощь, как обычно, приходят наши маленькие друзья. Есть особая порода бактерий (азотфиксирующие), превращающих соединения азота в нитраты, доступные для растений.

Азотфиксирующие клубеньковые бактерии

Итак, почва готова, атмосфера создана, база для белковой жизни есть. После подготовительной работы, проведенной бактериями, появляются грибы, водоросли и простейшие, увеличивая разнообразие жизни и приближая наше появление на Земле.

Основа жизни

В структуре бактериальной клетки есть рибосомы (рибонуклепротеиновые частицы). Именно они отвечают за синтез белка. Таких мелких кусочков в клетке может быть до 90 тысяч! Это показывает, насколько важны природе рибосомы. В чем же их важность?

Рибосомы синтезируют белок из аминокислот. Последовательность процесса записана в генетической информации РНК (не ДНК!). А подвох вот в чем – ДНК не может сама себя размножить, ей нужен катализатор (спусковой механизм), которым выступает белок. А белок, в свою очередь, не может образоваться без ДНК. Возникает парадокс курицы и яйца («что было раньше?»).

Оказалось, со всем этим преспокойно справляется РНК (рибонуклеиновая кислота), составляющая основу рибосом. Она передает информацию, работает катализатором и транспортирует аминокислоты, выдавая на выходе тот самый ценный белок, основу нашей жизни.

Прокариотическая рибосома

Эти выводы легли в основу теории о жизни «до ДНК». Кто знает, может через какое-то время ученым придется пересмотреть теорию возникновения жизни на Земле?

Человек + бактерия = симбиотическая система

Человек не сможет выжить без своих бактерий, как и бактерии без человека. Эта симбиотическая система формировалась на протяжении огромного количества времени, и до наших дней дошел усовершенствованный и основательно протестированный вариант.

Общий вес бактерий в организме человека – около четырех килограммов. Примерно два из них приходятся на желудочно-кишечный тракт. Бактерии покрывают наше тело этаким невидимым плащом, составляя нормальную микрофлору человека. У каждого она своя, ее главная задача – уберечь человека от посторонних «залетных» бактерий (если иммунная система в порядке), убивая их или лишая пищи.

Кстати, за формирование и поддержание иммунной системы отвечают бактерии, обитающие в желудочно-кишечном тракте. Если относиться к ним с должным уважением и не травить вредной едой и токсинами, то результат не замедлит сказаться.

Вредные и полезные микробы в кишечнике

Пищеварение в организме человека невозможно без бактерий, живущих в кишечнике (не путать с желудком). Эти микроорганизмы вырабатывают витамины и ферменты, без которых наш организм не сможет усвоить даже самую свежую и полезную еду. Как ни странно, но одной из таких бактерий является кишечная палочка, та самая, которая отвечает за многие опасные заболевания. Все дело в пропорциях. Пока количество кишечной палочки в норме, человек отлично себя чувствует, но стоит создать ей подходящие условия, как она захватит власть и громко заявит о себе.

Не только кишечная палочка, но и многие другие бактерии, называемые условно-патогенными, существуют в организме человека, не причиняя вреда до определенного времени. Спусковым механизмом может стать снижение иммунитета (травмы, болезни), неправильный образ жизни, вредные привычки, стрессы.

Не все так радужно

Теперь немного о минусах. Бактерии далеко не всегда бывают розовыми и пушистыми. Именно им мы обязаны многими болезнями, а до тех пор, пока не научились их обнаруживать и хоть как-то с ними бороться, то и страшнейшими эпидемиями, типа оспы, чумы или холеры.

В желудке у большей половины человечества живет не так давно открытая бактерия хеликобактер пилори. Ученым, доказавшим вину этой «преступницы» в заболеваниях кишечника (язва, гастрит), даже вручили Нобелевскую премию, настолько важным было это исследование.

Болезни, вызываемые хеликобактер пилори

И вот буквально на днях появилась информация о том, что в желудке (вернее, его остатках) знаменитого тирольского ледяного человека Эци (мумия, найденная в Альпах в 1991 г.), жившего 5300 лет назад, нашли следы ДНК хеликобактера. В наши дни различают несколько штаммов этой бактерии, привязанных каждый к своему региону: африканский, азиатский и гибрид этих двух – европейский. Оказалось, штамм бактерии в теле Эци имеет азиатское происхождение, хотя должен был быть европейским. Открытие ставит под вопрос историю заселения Европы и временные рамки расселения народов.

Чем вирусы отличаются от бактерий

Все живые организмы, даже такие крохотные, как бактерии, состоят из клеток (пусть только из одной). Вирусы и бактериофаги (вирусы для бактерий) не вписываются в эту картину. Вирусы являются доклеточными организмами, т.е. в их строении нет цитоплазмы и других клеточных структур. Наука до сих пор не может решить, относятся они к живым существам или нет. Дело в том, что существовать отдельно от клетки вирусы не могут, но, попадая внутрь, начинают вести себя вполне самостоятельно, как полноценное живое существо. То есть вирусы паразитируют на живых клетках.

Схема строения клетки бактерии и клетки вируса

В настоящий момент известно около тысячи различных вирусов, паразитирующих на всем, что состоит из живых клеток. У человека вирусы вызывают свинку, корь, полиомиелит, грипп, ВИЧ-инфекцию, оспу, энцефалит, бешенство и т. д. Но это разнообразие имеет не только отрицательный момент. Вирусы избирательны, они будут терпеливо ждать подходящих для себя условий и искать нужную клетку. Атаке подвергается только ослабленный человек – чем не повод подумать о правильном образе жизни и поддержании иммунитета?

Получается, бактерии не только позаботились о создании жизни на нашей планете, они продолжают активно опекать человечество, заставляя заботиться о своем здоровье и поддерживать баланс в природе. Стремясь выжить сами, они помогают выживанию человечества. И даже когда люди надумают уйти в космос, бактерии последуют за ними как заботливые няньки и строгие учителя.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим