06.05. 9а. 9б. Тема. Прокаріоти. Археї. Бактерії.
Загальна характеристика. До найпростіше побудованих організмів, які можна бачити лише за великого збільшення під мікроскопом, належать бактерії. Традиційно їх вивчає ботаніка, однак це доядерні організми (прокаріоти), які разом з синьо-зеленими водоростями становлять царство Дроб’янки. Розміри бактерій значною мірою залежать від зовнішніх умов і коливаються в межах від часток мікрометра до кількох мікрометрів. Довжина їх становить 1 – 10 мкм (рідко більше), ширина – 0,2 – 1 мкм. Більшість з них одноклітинні, але є й нитчасті багатоклітинні види.
За формою одноклітинні бактерії поділяються на коки, або кулясті; палички (бацили), що мають форму циліндра; вібріони, що мають форму коми; спірили – спірально вигнуті палички.
Деякі бактерії мають здатність рухатись за допомогою джгутиків, які бувають більшими за саму клітину і є тоненькими виростками цитоплазми. Кількість джгутиків у різних видів неоднакова (один, два і більше). Частина бактерій (мікробактерії) рухаються завдяки виділенню слизу ("реактивний" рух). Спірилам властиві поступальні, маятнико-, штопоро-, хвилеподібні рухи.
Бактеріальна клітина оточена щільною оболонкою, яка складається з геміцелюлози і пектину, а іноді з білкових речовин. Здебільшого оболонка вкрита слизовою капсулою, яка захищає бактерію від несприятливих умов навколишнього середовища. Під оболонкою знаходиться цитоплазматична мембрана, яка оточує цитоплазму клітини.
Цитоплазма бактерій містить вуглеводи – глікоген і крохмаль, жири, білки, мінеральні речовини, рибосоми, велику кількість мембран і мембранних структур тощо. ДНК бактерій знаходиться в особливій ядерній зоні клітини, яку називають нуклеоїдом. Навколо нуклеоїду не утворюється ядерної мембрани. Коки мають по одному такому "ядру", а бацили по два і більше. Всі бактерії не мають ядерця.
Більшість бактерій безбарвні, деякі з них мають червоне, зелене і пурпурове забарвлення, що пов’язано з наявністю в них специфічного бактеріохлорофілу і бактеріопурпурину.
За характером живлення бактерії поділяються на гетеротрофні і автотрофні. Гетеротрофні бактерії (їх більшість), у свою чергу, поділяються на сапрофітів і симбіонтів. Бактерії-сапрофіти живляться органічними рештками відмерлих рослин і тварин, продуктами харчування людини. Вони спричиняють гниття і бродіння (ферментацію) органічних речовин.
Гниття – це розчеплення білків, жирів та інших азотовмісних сполук під дією гнійних бактерій. В результаті гниття виділяються азото- і сірковмісні сполуки, які мають неприємний запах. Цей процес у природі відіграє величезну роль, оскільки очищає поверхню Землі від трупів тварин та рослинних решток.
Утворювані під час гниття отруйні речовини можуть викликати отруєння або навіть смерть людей і тварин. У зв’язку з цим заборонено використовувати в їжу або на корм тваринам продукти, в яких є ознаки гниття (специфічний запах, зокрема). Щоб запобігти гниттю продуктів і зеленої маси, їх стерилізують, сушать, маринують, коптять, солять, заморожують, силосують тощо. Ці методи обробки знищують гнильні бактерії та їхні спори і створюють такі умови, за яких бактерії не розмножуються.
Бродіння, або ферментація - це анаеробне розщеплення вуглеводів під дією ферментів бактерій. Цей процес давно був відомий людям. Упродовж тисячоліть люди виготовляли вино, використовуючи спиртове бродіння, квасили плоди і овочі за допомогою молочнокислотного бродіння тощо.
Бактерії-паразити (одна з форм симбіозу) живуть за рахунок живих організмів. Одні з них – хвороботворні і можуть спричинити захворювання тварин і людини (чуму, тиф, туберкульоз, перитоніт, менінгіт, ангіну, ботулізм, газову гангрену та ін.), інші є причиною рослин. Ці бактерії утворюють спори, які можуть зберігати здатність до зараження тривалий час (десяти років).
Деякі гетеротрофні бактерії в процесі єволюції виробили здатність до симбіозу (мутуалізму) з вищими рослинами. Це, наприклад, азотфіксуючі бактерії, які живуть на коренях бобових рослин, - бульбочкові бактерії. Вони поглинають азот з ґрунту й повітря і перетворюються його на сполуки, доступні для використання бобовими рослинами, які, в свою чергу, постачають бактеріям вуглеводи та мінеральні солі. За один вегетаційний період бульбочкові бактерії накопичують до 100 кг азоту на 1 га. Це враховують під час складання планів сівозмін.
Автотрофні бактерії – це бактерії, що можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних у результаті фотосинтезу (фототрофні) або хемосинтезу (хемотрофні). До фототрофних належать пурпурові й зелені сіркобактерії, які синтезують складові частини свого тіла з мінеральних речовин і вуглекислого газу, а енергію використовують світлову. Хемотрофні бактерії, або хемосинтетики, живляться за допомогою хемосинтезу, оскільки органічні речовини синтезуються з неорганічних за разунок енергії хімічних реакцій. До них належать інтрифікуючі, залізо- і сіркобактерії. Явище хемосинтезу у бактерій відкрив у 1887р. С. М. Виноградський.
Нітрифікуючі бактерії розщеплюють аміак і амоонійні солі до нітратів, які засвоюються рослинами. Ці бактерії поширені у водоймах і ґрунтах. Діяльність залізобактерій полягає в перетворенні оксиду заліза (ІІ) (Fe; FeCO) на оксид заліза (ІІІ) (Fe; Fe (OH)). Вони живуть у солоних і прісних водоймах, беручи участь у колообігу заліза в природі. Сіркобактерії також живуть у солоних і прісних водоймах. Вони окислюють сірководень та інші сполуки сірки.
За відношенням до кисню бактерії поділяють на дві групи: аероби і анаероби. Аероби використовують для дихання вільний кисень атмосфери. Анаероби ростуть і розмножуються в середовищі без кисню. Вони дістають енергію в процесі анаеробного розщеплення органічних речовин, накопичуючи різні проміжні продукти – спирт, молочну кислоту, гліцерин та інші речовини.
Розмноження бактерій. Бактерії розмножуються, як правило, безстатевим шляхом – поділом материнської клітини на дві дочірні. Поділ відбувається дуже швидко і йому передує реплікація ДНК. За сприятливих умов деякі бактерії діляться кожні 20 – 30 хв. Іноді дві бактерії зливаються одна з одною. Під час такого злиття між ними утворюється цитоплазматичний місток, по якому речовини однієї клітини переходять в іншу. Такий процес нагадує статеве розмноження.
За несприятливих умов (нестача їжі, погодні умови, отруєння середовища продуктами життєдіяльності бактерій) багато бактерій здатні стискатися, втрачати воду і переходити в стан спокою до настання сприятливих умов. Деякі види бактерій за несприятливих умов формують спори, які характеризуються значною стійкістю. Ці форми бактерій витримують тривале кип’ятіння, висушування, заморожування, дію різних хімічних речовин.
Поширення бактерій у повітрі, ґрунті, воді, живих організмах. Як аеробні, так і анаеробні бактерії надзвичайно поширені в природі. Вони трапляються в ґрунті, воді, живих і мертвих організмах. Число бактерій у навколишньому середовищі змінюється під впливом різних факторів (інсоляція, обробіток ґрунту тощо).
Кількість бактерій в 1г ґрунту може досягти сотень мільйонів інавіть кількох мільярдів і залежить від типу ґрунту. Найменше їх міститься в підзолистих цілинних ґрунтах, найбільше – в окультуреному чорноземі. Бактерії проникають у ґрунт на глибину до 5м. Мікрофлора є одним з факторів, що сприяють утворенню ґрунту.
У воді різних водойм кількість бактерій буває дещо меншою, ніж у ґрунті. Так, в 1мл води міститься від 5 до 100 тис. бактеріальних клітин. Найменше бактерій у воді артезіанських свердловин і джерел, багато – у відкритих водоймах і річках. Найбільше бактерій спостерігається поблизу берега у верхніх шарах води.
Особливо забруднена вода відкритих водойм у тих місцях, куди потрапляють стічні води. Саме тут часто зустрічаються хвороботворні бактерії.
У повітрі бактерій міститься ще менше, ніж у воді. Забруднення повітря бактеріями залежить від багатьох причин (пори року, географічної зони тощо). Найбільше бактерій налічують у закритих приміщеннях, де їх може скупчуватись до 300тис. в 1мм. Усільській місцевості повітря чистіше, ніж у міській. Практично немає бактерій у соснових і кедрових лісах, оскільки виділювані хвойними деревами фітонциди вбивають або пригнічують ріст і розмноження всіх видів бактерій.
На тілі здорових людей і тварин, а також у різних органах завжди зустрічається багато видів бактерій. Підраховано, що на шкірі людини може бути величезна кількість бактерій (від 75 10 до 1212 10 екземплярів).
Особливо багато бактерій, у тому числі й хвороботворних, на шкірі людини, якщо вона не дотримується правил гігієни. Відкриті частини тіла людини забруднюються різними видами сапрофітних і патогенних (хвороботворних) бактерій значно частіше, ніж закриті. Практично вільні від бактерій ті органи здорових людей і тварин, які не мають зв’язку із зовнішнім середовищем (м’язи, головний і спинний мозок, кров тощо).
Роль бактерій у природі і народному господарстві. Вище уже зазначалася важлива роль багатьох видів бактерій у процесах гниття та різних типів бродіння, тобто у виконанні санітарної ролі на землі. Бактерії також мають велике значення у колообігу вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та інших елементів.
Багато видів бактерій сприяють активній фіксації атмосферного азоту і переводять його в органічну форму, що підвищує родючість ґрунтів. Особливо велике значення мають бактерії, що розкладають целюлозу й пектинові речовини, які є основним джерелом вуглецю для життєдіяльності мікроорганізмів ґрунту.
Сульфатредукуючі бактерії беруть участь в утворенні нафти і сірководню в лікувальних грязях, ґрунтах і морях. Так, насичений сірководнем шар води в Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій. Діяльність цих бактерій у ґрунтах призводить до утворення соди і содового засолювання ґрунтів. Сульфатредукуючі бактерії переводять поживні речовини в ґрунтах рисових плантацій у форму, доступну для коренів цієї культури. Ці бактерії можуть спричинювати корозію металевих підземних і підводних споруд.
Завдяки життєдіяльності бактерій ґрунт звільняється від багатьох шкідливих продуктів і насичується цінними поживними речовинами. Бактерійні препарати успішно використовують для боротьби з багатьма видами комах-шкідників.
Багато видів бактерій використовують у різних галузях промисловості для добування ацетону, етилового й бутилового спиртів, оцтової кислоти, ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків тощо.
Завдяки успіхам генної інженерії нині з’явилась можливість широко використовувати кишкову паличку для вироблення інсуліну, інтерферону, а водневі бактерії – для одержання кормового і харчового білків. Без бактерій неможливі процеси дублення шкіри, сушіння листків тютюну, виготовлення шовку, каучуку, кави, мочіння конопель, льону та інших лубоволокнистих рослин, квашення капусти, очищення води тощо.
Хвороботворні бактерії і боротьба з ними. Вище називалися бактерії, які спричинюють різні інфекційні хвороби людини й тварин. Під час кожної інфекційної хвороби оздоровчі заходи проводять диференційовано. Якщо в боротьбі з дифтерією та іншими хворобами дихальних шляхів вирішальну роль відіграло щеплення, то при туберкульозі – лікування спеціальними препаратами в поєднанні з гігієнічним режимом і створення спеціалізованих лікарень, диспансерів і санаторіїв.
Боротьба з кишковими інфекціями (бактеріальна дизентерія, сальмонельози тощо) полягає у лікуванні хворих, охороні навколишнього середовища від забруднення збудниками хвороб та підвищення санітарної культури населення. У разі кров’яних інфекційних хвороб (висипний і поворотний тифи та ін.) оздоровчі заходи спрямовані на виявлення й лікування хворих людей і тварин та знищення переносників.
