Кто они – бактерии и что представляют собой самые многочисленные жители нашей планеты?


Все живые организмы нашей планеты делятся на два домена в зависимости от наличия у них настоящего оформленного ядра. Ядерные клетки и организмы, которые из них состоят, называются эукариотами, а те, у которых нет ядра, – прокариотами. Бактерии представляют собой одно из двух царств прокариотических организмов, которое еще называют эубактерии. Описано таких организмов около десяти тысяч видов, и большинство из них одноклеточные.

Систематика бактерий

Второе царство представляют собой археи, или архебактерии. До конца семидесятых годов прошлого века эти термины были синонимами. Только в 1977 году молекулярные биологи выявили существенные различия в строении и жизнедеятельности бактерий и архей, и эти домены разделили.

Человек очень давно использует брожение у бактерий, не задумываясь, что представляет собой этот процесс. Однако сами бактерии были обнаружены относительно недавно. Термин был введен в научный лексикон Кристианом Эренбергом в 1828 году, а первым, кто их увидел при помощи микроскопа, был Антони ван Левенгук. Изучению бактерий посвятил свою жизнь Луи Пастер. Именно он смог дать ответ на вопросы, связанные с защитой человека от инфекций. Однако в полной мере дать ответ, что представляют собой бактерии как формы жизни и как происходит процесс обмена веществ у этих организмов, ученые смогли только после появления методов молекулярной биологии.

Классификация микроорганизмов

Бактерии мод микроскопом

Учитывая, что бактерии чаще всего представляют собой одноклеточные и только иногда – колониальные организмы, их классификация длительное время находилась в зародышевом состоянии. То, что можно было увидеть под микроскопом, позволило разделить их по форме, поведению при окрашивании, способу питания, цвету. Однако такая классификация, по сути, была только созданием каталога и не давала представления о том, что представляет собой происхождение бактерий. Появление молекулярно-биологических методов исследования позволило найти ответ на вопрос о том, что представляла собой их эволюция.

Процесс работы над изучением состава и строения бактерий позволил выяснить, что генетический аппарат всех прокариот (бактерий и архей) представлен молекулами ДНК. Изучение особенностей метаболизма, состава клеточных стенок, ферментов позволило создать классификацию, которая связывала весь бактериальный мир в единую стройную систему и позволяла судить о родственных связях видов.

Строение бактериальных организмов

Основные формы бактериальных клеток

За исключением нитчатых цианей и актиномицетов, которые имеют колониальные формы жизни, все бактерии – одноклеточные организмы. Их форма отличается многообразием – описаны шарообразные кокки, палочковидные бациллы и клостридии, извитые (вибрионы и спирохеты). Более редкие варианты представляют собой организмы в форме звезд, тетраэдров, колец или похожие своей формой на букву С.

От формы и жесткости клеточных стенок зависит способ питания и прикрепления. Любопытным является тот факт, что в случае малого количества питательных веществ в окружающей среде, бактерии способны увеличивать площадь своей поверхности для увеличения всасывающей способности за счет образования выпячиваний, называемых простеками.

Структура бактериальной клетки представляет собой:

  • нуклеоид (так называется генетический аппарат бактерий и архей, представленный молекулой ДНК);
  • клеточную стенку, отделенную от цитоплазмы мембраной;
  • рибосомы, продуцирующие белок из аминокислот, используя в качестве матрицы РНК.

Клеточная стенка часто бывает окружена капсулой из слизи. Мембрана принимает участие в образовании жгутиков и ресничек, при помощи которых бактерии движутся. Рецепторы, пронизывающие клеточную стенку, взаимодействуют с иммунными клетками и антителами высших организмов и формируют у них специфический и неспецифический иммунный ответ.

Отличительной чертой бактерий является тот факт, что их генетический аппарат представлен кольцевой молекулой ДНК. Ядерное вещество свободно располагается в цитоплазме. Это отличает прокариотические организмы от эукариот, имеющих оформленное ядро, окруженное мембраной.

Строение бактериальной клетки

Архебактерии – жители экстремальных зон

Эти необычные одноклеточные организмы впервые были обнаружены в местах, непригодных для обитания живых организмов. Как и бактерии, они представляют собой ответ на вопрос о том, как начиналась жизнь на нашей планете. Аналогично бактериям, их генетический аппарат имеет вид кольцевой молекулы, и только процесс воспроизведения ДНК (транскрипции) и производства белка (трансляции) отличается от бактериального, поразительно напоминая таковой у эукариот.

До 1977 года эти одноклеточные организмы относили к числу бактерий. Биолог-молекулярщик Карл Воуз, занимаясь изучением микроорганизмов, продуцирующих метан, обнаружил, что структура их ДНК отличается от бактериальной, а клеточная стенка имеет в своем составе уникальные ферменты. Генетический аппарат архей содержит уникальные интроны (последовательности нуклеотидов, не несущие смысловой нагрузки, с которых не считываются белки), а инициация (начало) и элонгация (процесс удлинения белковой цепочки) синтеза белка сходны с эукариотическими. Стенки клеток архей образуют S-слой, основное вещество которого – белок.

Ответ на вопрос о причинах этих отличий ученые нашли в высокотемпературных средах обитания. Археи называются экстремофилами из-за склонности селиться в условиях, сложных для жизни. Как и большинство бактерий, они представляют собой одноклеточные организмы. Они живут в горячих источниках с кипящей водой, способны поддерживать метаболизм при очень низких температурах, щелочной, кислотной среде, а также в очень соленых почвах и водоемах. Эти бактерии не бывают патогенными для человека, животных или высших растений. Они делятся на группы в зависимости от мест обитания.

  1. Галофиты. Предпочитают соленые водоемы, обнаружены в Мертвом море, а также в южной части залива Сан-Франциско. Их присутствие – ответ на вопрос о том, почему соленые водоемы часто окрашены в яркие цвета от зеленого до красного.
  2. Метаногены. Предпочитают анаэробные условия жизни, вырабатывая такое вещество, как метан. Являются нормальной микрофлорой кишечника животных, также могут селиться в сточных водах или грунте.
  3. Термофилы. Жители горячих источников.
  4. Жители холодных источников, ледников, обнаруженные в последнее время. Образуют до 40 % биомассы холодных регионов, позволяя ученым находить ответ на вопрос о том, как происходит освоение живыми организмами территорий с низкими температурами. До конца не систематизированы.
  5. Азотфиксирующие. В настоящее время описан только один вид архебактерий-азотфиксаторов.

Размножение у этого вида прокариот бесполое. Процесс мейоза, предусматривающий образование половых клеток с половинным генетическим аппаратом, не обнаружен. Генетический аппарат архебактерий представлен кольцевыми молекулами – нуклеоидом и плазмидами. Процесс фотосинтеза у некоторых из них происходит с участием бактериородопсина вместо хлорофилла.

Систематика живых организмов

Особенности генетического аппарата прокариот

Генетический аппарат бактерий и архебактерий представлен не только главной кольцевой молекулой, но и меньшими кольцевыми образованиями – плазмидами. Их обнаружение положило начало генной инженерии как науке и стало тонким инструментом для манипуляций с геномом.

Ядерное вещество у всех бактерий представлено одной молекулой ДНК, имеющей вид кольца. В их клетках отсутствует ядерная мембрана, да и других внутриклеточных мембран чаще всего тоже нет. Исключение составляют некоторые цианеи, у которых обнаружены мембранные пузырьки, обеспечивающие работу фотосинтетического аппарата.

За время, пока ученые искали ответ, чем представлен генетический аппарат бактерий и как происходит передача иммунитета к вирусной инфекции от одной клетке к целой колонии, они выявили в цитоплазме маленькие кольцевые ДНК. Эти элементы способны при помощи ферментных систем размыкаться, включая в себя полезные гены, замыкаться вновь и производить процесс передачи генов между бактериальными клетками во время конъюгации (слипания).

В настоящее время бактериальные плазмиды сделали доступным процесс внедрения полезных генов в геномы растений или культур, используемых для производства питательных веществ или лекарств.

Способы питания

Разновидности бактерий

В зависимости от того, способны ли бактерии самостоятельно синтезировать органические вещества, их делят на две большие группы.

  1. Автотрофы. Способны из неорганических веществ и углекислого газа синтезировать сахара, при помощи фото- или хемосинтеза.
  2. Гетеротрофы. Требуют для жизни готовой органики (например, брожение). Делятся на сапрофитов, питающихся мертвыми органическими остатками, симбионтов, вступающих во взаимовыгодные союзы с высшими растениями, и паразитов, живущих за счет организмов-хозяев.

Еще одна классификация основана на том, как бактерии организуют окисление субстрата. Различают литотрофные организмы, способные окислять неорганические субстраты и органотрофные, для которых возможно только окисление органических веществ.

Полезные организмы

Человек уже несколько тысячелетий использует брожение как способ приготовления вкусных и полезных блюд и напитков. Расщепление сахаров с образованием различных кислот позволяет сохранить продукты питания и обогатить их витаминами, которые вырабатывают бактерии. Несмотря на это, ответ на вопрос о том, как же происходит брожение, был найден относительно недавно после открытия бактерий.

Брожение представляет собой разновидность анаэробного (без участия кислорода) разложения органических веществ, чаще всего – сахаров. Оно осуществляется при помощи специальных ферментов бактерий, способных окислять сахара с образованием энергии. Квашение представляет собой разновидность брожения, в результате которого образуется молочная кислота, способная консервировать продукты и делать их более мягкими. Кроме консервации овощей, применяется при выделке кожи. Хорошо известно также брожение, которое представляет собой процесс, происходящий под действием бактерий и собственных ферментов растений, – ферментация.

В зависимости от образующихся в результате веществ различают такие процессы:

  • спиртовое брожение,
  • молочнокислое брожение,
  • уксуснокислое брожение,
  • маслянокислое брожение.

Продукты питания обычно представляют собой результат деятельности культурных штаммов бактерий. Их поддержанием занимаются профильные микробиологические лаборатории.

В Вашем организме живут паразиты?

В повседневной жизни так легко "подцепить" паразитов, ведь контакт с ними просто неизбежен, особенно если вы часто пользуетесь общественным транспортом, посещаете людные места, да и просто находитесь на улице.

Симптомами появления паразитов в организме могут быть: 

  • частые простуды, ОРЗ, болезни горла, кашель;
  • аллергия, непрекращающийся насморк, покраснения глаз;
  • кожная аллергия, зуд, экземы;
  • бородавки и папилломы;
  • головные боли, а также различные боли и спазмы во внутренних органах.

Если вы чувствуете частые недомогания, вам просто необходимо провести чистку организма. Как это сделать, читайте рекомендации паразитолога доктора Рыкова.

 

Все статьи на сайте носят исключительно ознакомительный характер. В статьях, описывающих ту или иную болезнь, нет призыва к действию. Если Вы обнаружили у себя подобные симптомы, Вам обязательно необходимо обратиться к врачу! Самолечение может быть опасным для Вашего здоровья!

Копирование материалов с сайта возможно только при использовании прямой активной ссылки на сайт proBakterii.ru. Фото и видео материалы не являются собственностью сайта.