Саме слово «бактерії» в першу чергу асоціюється з холерою, туберкульозом або як мінімум на дизентерію, тобто, з переліком патогенних мікроорганізмів. Саме для того і треба мити руки з милом якомога частіше - щоб позбутися від цих самих бактерій. А вивчати бактерії, їх характеристики і особливості слід лише для того, щоб надійно убезпечити людей від їх впливу.
Щонайменше, така характеристика цих мікроорганізмів в цілому несправедлива і однобока. Крім відверто патогенних, існує маса інших: індиферентних, корисних або живуть в симбіозі з людським організмом. Вивченням їх характеристик займається біологія і її галузі. Ці дослідження мають не тільки академічний, але і прикладне значення: наприклад, молочнокислі мікроби давно використовуються людиною.
Наука, що вивчає мікроорганізми
Все розмаїття груп і видів мікробів, як і будь-яке інше прояв життя, вивчає біологія - наука про живі організми. Розділ, присвячений бактеріям, називається мікробіологія.
Для вивчення живих об'єктів і систематизації отриманих даних, була розроблена система підрозділи всіх живих організмів - їх назвали Імперія - на царства. Імперія ділиться на 5 царств:
Безліч груп і видів бактерій об'єднані в царство Прокаріоти, тобто без'ядерних організмів. Ця характеристика відображає основну їх особливість - відсутність відокремленого ядра.
Хто такі бактерії
Одноклітинні мікроорганізми, що володіють, на відміну від вірусів, всім необхідним для незалежної життєдіяльності, називають бактеріями. Бактеріальна клітина досконаліша, ніж вірусна, проте все відносно - і її характеристики виглядають примітивно в порівнянні з кліткою рослин або тварин.
Першим в 1676 році побачив і описав характеристики, властиві бактерії, голландець Антоні ван Левенгук. Однак сам термін «бактерії» з'явився завдяки Християнові Еренберга (Німеччина) через майже 150 років.
Зовсім недавно, на початку 20 століття, з появою електронного мікроскопа мікробіологія отримала інструмент для вивчення різноманіття груп і видів царства прокаріотів і вірусів.
Особливості будови бактеріального організму
Будова бактеріальної клітини є тією характеристикою царства, яка дозволила виділити бактерії окремо від вірусів і рослин.
Характеристики бактеріальної клітини наступні:
- порівняльна характеристика клітини бактерії - розмір на порядок менше, ніж у рослин і тварин, і більше, ніж у вірусів;
- генний матеріал представлений закільцьованої молекулою ДНК; вона розташовується в нуклеоиде і кріпиться одним кінцем безпосередньо на клітинну оболонку;
- відсутні практично всі органели, властиві клітинам рослин і тварин;
- клітинна мембрана і вся клітина цілком виконують кілька видів функцій, в тому числі, дихання і фотосинтез;
- органом пересування є джгутики, які, на відміну від наявних у еукаріотів, є порожнистим виростом.
Мікроорганізми поділяються за різними характеристиками.
геометрія клітини
Біологія, вивчаючи мікроорганізми. розділила їх за формою на кілька видів. Клітини бактерій, на відміну від вірусів, рослин і тварин, можуть мати такі основні форми:
Характеристика круглих коків - після поділу вони не роз'єднуються. При цьому функціонально характеристики клітини не змінюються і є повноцінним відокремленим організмом.
За кількістю нераз'едіненних бактерій об'єднання поділяють на кілька груп:
- диплококки - залишаються розташованими попарно;
- сарціни - скомпоновані по 4 штуки;
- стафілококи - після поділу не розходяться, з часом формується «гроно»;
- стрептококи - круглі коки, зібрані в ланцюжок.
Паличкоподібні бактерії після поділу клітини розходяться і розташовуються хаотично. Палички можуть мати як правильну (кишкові, молочнокислі палички), так і неправильну (розгалужені актиноміцети) форму.
Паличкоподібні бактерії - палички - здатні до утворення спор. Це захисна функція організму бактерії в разі несприятливих умов для життєдіяльності. Вона не має нічого спільного зі спорами рослин, для яких значення суперечки - це спосіб розмноження.
Покручені мікроби включають в себе кілька груп - це спірили, вібріони і спірохети.
Поділ бактерій за Грамом
За характеристиками клітинної стінки бактерії поділяють на грампозитивні (наприклад, молочнокислі) і грамнегативні. Грам мікроби мають значно більш товсту стінку клітини, ніж грампозитивні, в зв'язку з чим не фарбуються кристалічним фіолетовим.
Характеристика царства прокаріотів по Граму однозначно вказує на відмінності в структурі і складі клітинних оболонок, які мають грампозитивні і грамнегативні мікроорганізми. Наприклад, грамнегативні мікроби значно стійкіше до антитіл в порівнянні з грампозитивними, можливо, тому більша частина патогенних бактерій саме грамнегативні. Розподіл бактерій на дві великі групи по фарбуванню є в достатній мірі умовною характеристикою.
Аеробні мікроби і анаероби
Всі бактерії поділяють по відношенню до кисню на дві групи:
- аероби - для життєдіяльності потребують кисню (наприклад, молочнокислі бактерії);
- анаероби - бескислородная форма життя (сапрофіти).
Біологія поділяє всі мікроорганізми за ступенем залежності від кисню на кілька груп:
- облігатні - обов'язкові; облігатні аероби можуть існувати тільки в кисневому середовищі (молочнокислі бактерії), а облігатні анаероби - тільки за відсутності кисню;
- факультативні анаероби: значення кисню не є для них критичним - вони легко переключаються з кисневого на бескислородное дихання;
- аеротолерантнимі анаероби: різновид облігатних анаеробів, але значення кисню для цих груп менш згубно - в такому середовищі вони існують, хоча і не використовують кисень.
Харчування мікроорганізмів: автотрофи і гетеротрофи
Вивчаючи процес харчування мікробів, біологія розділила їх на два види:
- автотрофні - організми, здатні синтезувати необхідну органіку з навколишніх неорганічних сполук;
- гетеротрофні - для харчування цих видів мікроорганізмів потрібна органіка (наприклад, молочнокислі бактерії).
Гетеротрофи представлені трьома групами:
- сапрофіти - харчування відбувається відмерлої органікою;
- симбіонти - є необхідною частиною іншого організму, відбувається взаємовигідне співробітництво; прикладом може бути мікрофлора кишечника жуйних тварин або бульбочкові мікроби для рослин;
- паразити - харчуються і живуть за рахунок живого організму, отруюючи носія продуктами своєї життєдіяльності.
Фототрофи і хемотрофи
Для будь-якого процесу необхідна енергія. Мікроби поділяють в залежності від джерела отримання енергії на:
- фототрофи - використовують для біосинтезу сонячну енергію (ціанобактерії);
- хемотрофи - застосовують енергію, що виділяється в результаті окислення органічних або неорганічних сполук (більшість патогенних бактерій).
Розподіл клітин як спосіб розмноження
Біологія, вивчаючи характеристики мікробів, виявила, що процес розмноження відбувається як равновеликое розподіл клітини мікроба. Подібний процес неможливий ні для вірусів, ні для більш розвинених клітин.
Клітка бактерії ділиться навпіл, в результаті чого утворюються дві ідентичні дочірні клітини. Існують відмінності в освіті розділової мембрани:
- грамнегативнімікроорганізми формують перетяжку, яка, стягуючи, ділить клітину на 2 частини;
- грампозитивні синтезують на місці поділу бактеріальної клітини мембрану, вирощуючи її від країв до центру завдяки Мезосоми (сюди відносять молочнокислі бактерії).
Розподіл бактеріальної клітини може відбуватися брунькуванням. У деяких груп бактерій на краю клітини формується нирка. Вона збільшується в розмірах і, досягнувши повноцінних розмірів, відділяється від материнської клітини. Порівняльна оцінка двох цих клітин показує їх нерівноцінність - материнська має всі ознаки старіння.
Особливості
Значення здебільшого груп мікроорганізмів неможливо переоцінити - вони здійснюють процеси бродіння і гниття, синтезують сполуки азоту, які здатні використовувати рослини. Це вони забезпечили нашу планету киснем, переробляють мертву органіку в метан і допомагають кишечнику людини перетравлювати їжу.
Для прикладу, кілька груп мікробів і коротка характеристика:
- молочнокислі - грампозитивнімікроорганізми, кілька груп коккових і неспорообразующие палички; застосовуються в квашении, молочному бродінні і силосовании;
- бульбочкові - грамнегативні азотфиксирующие симбіонти рослин;
- гнильні - анаеробні сапрофіти, що руйнують мертву органіку з утворенням метану і вуглекислого газу.
Де живуть мікроби
Грампозитивні і грамнегативні одноклітинні мікроорганізми щільно заселили біосферу планети. У таблиці, що відбиває кількість представників різних царств, бактерії стоять на першому місці, за ними слідують числове значення вірусів.
Мікроби живуть всюди:
- у верхніх шарах атмосфери,
- на поверхні грунту,
- в товщі землі;
- на поверхні водойм;
- в найглибших западинах океанів
- під льодами Антарктиди;
- в водах термальних джерел.
Існуючи трильйони років, мікроорганізми надійно влаштувалися в біосфері планети і стали її необхідною частиною.