Функции бактерий с различных точек зрения

Микроорганизмы являются значимой частью биосферы планеты и активно участвуют в формировании среды обитания, что связано с присущими им функциями.

бактерии в воздухе

Академик Вернадский В.И. выделил девять основных средообразующих функций из общего природного процесса. В течение времени учение о биосфере эволюционировало: количество функций бактерий, описывающих биосферно-геологическое преобразование, изменялось – функции объединялись, их дополняли.

Так, классификация Лапо А.В. (1987 г.) выделяет семь функциональных основ, в которых участвуют микроорганизмы, обеспечивая формирование биосферы:

  • энергетическая;
  • деструктивная;
  • концентрационная;
  • газовая;
  • средоформирующая;
  • восстановительная;
  • окислительная.

Перечисленные основные функции присущи всему живому веществу биосферы, и бактериям в частности, они описывают процесс энергообмена как одну из сторон непрерывного круговорота в природе энергии и вещества.

Энергетическая функция микроорганизмов

Само возникновение и эволюционирование биосферы планеты, куда входят вирусы, бактерии, грибы, растения и животные, невозможно без притока энергии, учитывая, что внутренних энергетических источников нет.

Биосфера земли

Основным энергетическим источником для биосферы планеты является Солнце. При этом лишь 1% электромагнитной лучистой энергии усваивается и сохраняется живыми организмами, а 99% поглощаются гидро-, лито- и атмосферами.

Первоначальное создание биосферы и ее дальнейшее развитие произошло благодаря фотосинтезу – превращению простейших неорганических соединений (вода, минеральные вещества, углекислый газ) в сложные органические вещества. Процесс протекает при наличии поглощающих свет ферментов и поглощает солнечную энергию.

Известно два типа фотосинтеза прокариотов:

  • кислородный (цианобактерии и прохлорофиты);
  • бескислородный (пурпурные, зеленые и гелиобактерии).

Бактерии могут синтезировать сложную органику, используя другие энергетические источники, а не только энергию Солнца (фотосинтез). Существуют группы микроорганизмов, способные использовать энергию, которая выделяется в результате окисления ими серных и азотных соединений (хемосинтез).

Схема хемосинтеза

Связанная в виде органических веществ энергия, полученная фото- и хемосинтезом, распределяется внутри экосистемы между всеми ее участниками как пища.

Синтезированная бактериями органика постепенно переходит в природе от низших к высшим живым организмам, олицетворяя упорядоченное течение энергии – реализацию энергетической функции всех организмов, и бактерий в том числе, в биосфере.

Деструктивная функция микроорганизмов

Деструкция (разрушение) является процессом, обратным синтезу.

Благодаря бактериям-редуцентам отмершая органика разлагается на простые неорганические составляющие – вода, углекислый газ, неорганические элементы, после чего возвращаются в круговорот веществ в биосфере.

Наряду с микроорганизмами, деструктивную функцию в экосистемах выполняют и грибы.

Микроскопические грибки

Кроме разложения отмершей органики, деструктивная функция бактерий и грибов реализуется в разрушении горных пород литосферы, высвобождая их из связанного состояния и пополняя тем самым биотический круговорот в экосистемах биосферы.

Разлагая сложные органические соединения на простые составляющие, грибы и бактерии извлекают жизненно необходимые всем живым организмам элементы и возвращают их в биотический круговорот природных сообществ:

  • кальций Са;
  • калий К;
  • кремний Si;
  • натрий Na;
  • магний Mg;
  • фосфор P;
  • железо Fe;
  • алюминий Al и другие элементы.

Одним из показательных результатов работы грибов и бактерий-деструкторов в природных сообществах является плодородие почв.

Накопительная функция бактерий

Выборочное накопление веществ, рассредоточенных в природе, живыми организмами является реализацией концентрационной функции живого вещества в биосфере.

Бактерии и грибы являются одними из самых успешных концентраторов. Также морские организмы активно накапливают растворенные в морской воде вещества.

Продукты жизнедеятельности ряда бактерий содержат во много раз больше вещества, чем его количество в природной среде:

  • марганца Mg в 1,2 млн раз;
  • ванадия V в 420 тыс. раз;
  • серебра Ag в 240 тыс. раз;
  • железа Fe в 65 тыс. раз;

Пневмококки

Морские растения и живые организмы активно концентрируют вещества, растворенные в морской воде, используя их для формирования покровов или строения скелетов.

Можно выделить две основные группы концентраторов по химическому признаку:

  • накопители Са (характерно для иглокожих, кораллов, моллюсков и известковых водорослей);
  • концентраторы Si (характерно для кремниевых губок, радиолярий и диатомовых водорослей).

Характерной чертой морских организмов является способность накапливать тяжелые металлы (в том числе токсичные – ртуть Hg, мышьяк As, свинец Pb) и элементы с высокой радиоактивностью.

Таким образом, являясь прекрасным источником микроэлементов, как пищевой продукт морские организмы могут быть опасны в связи с возможной высокой токсичностью или радиоактивностью.

Средообразующая функция живого вещества

Живое вещество биосферы выполняет одну из главных функций – средообразующую, изменяя параметры среды обитания на максимально благоприятные для жизнедеятельности. В случае сдвига равновесия экосистемы в результате внешнего воздействия живое вещество стремится восстановить первоначальные характеристики среды обитания. Эту способность экосистемы описывает принцип Ле Шателье:

в ответ на внешние возмущения любая система проводит изменение переменных в сторону компенсации возмущения.

Строение экосистемы

Бактерии в природе

Биосфера, по своей сути, является не статической, а динамической системой. И если возмущения не переходят пороговых значений, природа способна скомпенсировать воздействие и вернуться в первоначальное состояние.

Газовые функции живого вещества

Живые организмы участвуют в движении и превращениях газов планеты.

Газовые функции различаются в зависимости от участвующих в процессах газах:

  • диоксидуглеродно-кислородная – носителем функции являются растения и бактерии, происходит создание свободного кислорода;
  • диоксидуглеродно-бескислородная – носителем функции являются все животные, растения, грибы и бактерии; происходит образование биогенной угольной кислоты;
  • озонная (пероксидводородная) – носителя нет, над планетой сформирован защитный озоновый слой, предохраняющий от жесткой космической радиации;
  • азотная – носителем являются азотовыделяющие бактерии, происходит формирование свободного азота, как в гидро-, так и в литосферах;
  • углеводородная – превращение биогенных газов (природный газ, терпены и другие).

Окислительная и восстановительная функции в экосистемах

Окислительная функция представляет собой окисление под воздействием бактерий (реже – грибов) веществ, содержащихся в почвах бедных кислородом, коры выветривания (результат разрушения горных пород под воздействием физико-химического воздействия) и гидросфере.

Подобным образом формируются в природе ожелезненные горизонты, железные руды, залегающие в болотах и другие.

Противоположной окислительной является восстановительная функция. Примером может служить образование оксидных форм железа под действием анаэробных микроорганизмов, в условиях крайне незначительного содержания кислорода.

Функции бактерий очень широки, ведь они являются первыми жителями планеты и количественно превосходят все остальные живые организмы.

Используя критерием оценки отношение к человеку, бактерии и их функции можно разделить на 3 группы:

  • полезные;
  • вредные;
  • нейтральные.

Полезные человеку бактерии

Полезные для человека бактерии можно разделить на 2 группы:

  • бактерии, полезные организму человека;
  • бактерии, полезные для деятельности человека.

Функции бактерий в организме

Нормофлора организма человека представлена бифидобактериями, лактобактериями и колибактериями. Группы бактерий в кишечнике у каждого человека представлены уникальными штаммами, пропорции и количество также строго индивидуальны.

Бактерии в организме человека

Микрофлора кишечника человека и функции различных групп микроорганизмов изучены достаточно полно.

Функции бифидобактерии:

  • осуществляют расщепление непереваренных частиц, попавших в толстую кишку;
  • участвуют в расщеплении казеина молока у маленьких детей;
  • участвуют в метаболических процессах желчных пигментов и кислот.

Функции лактобактерий:

  • ответственны за выделение ферментов;
  • участвуют в ферментативном расщеплении сложных углеводов, белков и жиров;
  • стимулируют лимфоидные ткани, что способствует активизации врожденных иммунных ответов и реакций;
  • стимулируют выработку интерферона;
  • активизируют клеточные защитные механизмы.
Лактобактерии увеличенная модель

Лактобактерии

Функции колибактерий:

  • участвуют в обменных процессах;
  • создают благоприятные условия для жизнедеятельности в кишечнике лакто- и бифидобактерий;
  • подавляют развитие патогенных микроорганизмов кишечника;
  • осуществляют выработку витамина В12.

Основные причины нарушения функций микрофлоры кишечника:

  • употребление антибиотиков;
  • гормональная терапия;
  • высокие физические нагрузки, стресс;
  • большая умственная нагрузка, переутомление;
  • плохая экология;
  • несбалансированное питание и безграмотное голодание;
  • переедание, употребление фастфудов;
  • возрастные изменения.

Полезные для человека свойства бактерий

Человек широко использует свойства бактерии в промышленности:

  • для производства кисломолочных продуктов и сыров;
  • в кондитерском и хлебопекарном производстве;
  • при удалении с зерен кофе и какао оболочек;
  • в производстве антибиотиков, инсулина и других препаратов в фармацевтической промышленности;
  • для производства красок, разнообразных пластиков, текстиля и кожи;
  • в очистных сооружениях;
  • для фиксации азота в почве используют клубеньковые бактерии, которые являются симбионтами бобовых растений.

Как пример использования человеком функций бактерий можно рассмотреть использование клубеньковых бактерий рода Rhizobium и их свойств.

На корнях различных бобовых растений бактерии Rhizobium (анаэробные азотфиксирующие) образуют клубеньки. Бактерии и бобовые растения являются симбионтами, причем различным бобовым растениям – сое, клеверу, люцерне, гороху и кормовым бобам – соответствуют свои клубеньковые бактерии-симбионты, специфичные только для них.

Бактерии, основная роль которых фиксация азота

Микроорганизмы рода Rhizobium способны связывать азот, содержащийся в воздухе, и обеспечивают им бобовые растения, которые взамен обеспечивают клубеньковые бактерии питательными веществами.

Rhizobium на 1 га почвы вносят до 70 кг азота, их функция настолько полезна, что на их основе изготавливают бактериальное удобрение (нитрагин), чтобы увеличить их количество в почве.

Вредные функции бактерий

Если одни группы бактерий приносят пользу и положительно влияют на здоровье человека, то другие оказывают отрицательное воздействие:

  • являются болезнетворными для человека (оспа, чума, сифилис, холера, туберкулез и другие);
  • наносят вред продуктам питания (гнилостные бактерии портят рыбу, мясо, овощи, фрукты);
  • портят продукты длительного хранения (ботулизм);
  • вызывают болезни скота и птицы (сибирская язва, ящур, пастереллез, птичий грипп и другое).

Бактерии. Строение

Бактерии являются примитивными одноклеточными организмами, их клетка имеет микроскопические размеры. Но вирусы меньше бактерий от 10 до 100 раз.

Строение бактериальной клетки

Органоиды бактерий

Для бактерий характерно наличие клеточной стенки – плотной оболочки, сохраняющей форму. С ней имеет прочную связь капсула бактерии, представляющая собой слизистую структуру (толщина более 0,2 мкм) с четкими границами. Прочность и надежность строения клеточных стенок обеспечивает муреин, который характерен только для бактерий и не встречается ни в клетках грибов, растений или животных, ни у вирусов.

Бактериальная капсула сформирована из полисахаридов или полипептидов и включает в себя до 98% воды. Высокое содержание воды определяет функцию капсулы – она предохраняет микроорганизм от травматических повреждений и пересыхания, препятствует фагоцитозу, обеспечивает дополнительный осмотический барьер и служит резервным источником веществ.

Мезосомы являются мембранной структурой бактерий и выполняют функции генерации энергии, а также структурную функцию пространственного разграничения содержимого клетки, где мезосомы создают благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. Как показали исследования, функция мезосом далеко не полностью выяснена.

Еще одной особенностью строения бактерий является наличие плазмид. Они представляют собой небольшие молекулы ДНК, не связанные с геномной хромосомой. Плазмиды содержат ген, усиливающий устойчивость к негативным условиям, в одной клетке может быть до тысяч единиц.

Основные функции плазмид:

  • горизонтальный перенос генетического материала
  • обеспечение устойчивости к антибиотикам, тяжелым металлам, УФ-излучению;
  • синтез гемолизинов и энтеротоксинов и другое.

Как один из методов пережить неблагоприятный период – возможность бактерий образовывать споры.

споры бактерий

Хотя термин «споры» применим и к другим живым организмам, функционально это совершенно различные понятия:

  • бактериальная спора является формой существования самой бактерии в неблагоприятный период;
  • споры грибов или растений являются одним из способов размножения.

Строение вируса вообще сильно отличается от всего остального живого вещества планеты: недаром ученые до сих пор не решили, следует относить вирусы к живой или неживой природе. Ведь вирусы не имеют клеточной оболочки и способны существовать только внутри чужих клеток, захватывая и разрушая их.

 

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

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