Всі бактерії належать до н / ц Прокаріоти.
У надцарство Прокаріоти об'єднуються в основному мікроскопічні організми, клітини яких не мають обмеженого мембраною ядра (доядерние).
Прокаріоти - перші організми з'явилися на Землі (
До надцарству Прокаріоти відноситься лише одне царство - дробянки, ко-лось підрозділяється на три подцарства: архебактерии (метанобразующие), еубактеріі (справжні бактерії) і оксіфотобактеріі (хлороксібактеріі і ціанобактерії). За іншою класифікацією до надцарству Прокаріоти відноситься 2 царства: Архебактерії і Еубактеріі.
Бактерії - це найпоширеніша група живих організмів в природі. Вони живуть в грунті, воді, пилу, повітрі (до 40 км), в продуктах харчування, на інших організмах, а також і всередині їх.
В 1 г родючого грунту може міститься від 0,2 до 2 і більше млрд. Бактерій; в 1 см 3 парного молока - більше 3 млрд.
Бактерії є космополітами. одні і ті ж види можна знайти на всіх материках, тобто майже повсюдно; вони пристосовані до самих різних екологічних умов.
Їх можна знайти навіть в гарячих джерелах (при t до + 88 ° С). Відомі бактерії, які існують при високому тиску (на дні океану) при t вище + 360 ° С (термофіли).
Аеробні бактерії Microccus radiodurans можуть витримувати радіоактивне опромінення в 6,5 млн. Рентген, що в 10 тис. Разів перевищує дозу, смертельну для людини. Деякі бактерії можуть знаходитися навіть в ядерних реакторах.
Бактерії -в основному мікроскопічні клітинні організми, що не мають оформленого ядра. Зараз відомо близько 5000 видів бактерій, а за іншими даними їх більше 3 млрд. Видів.
Розміри і форми
Розміри клітин бактерій складають в середньому 10 мкм (від 0,2 до 100 мкм; 1 мкм = 10 -6 м). Більшість бактерій є одноклітинні організми, проте деякі є колоніальними і навіть «багатоклітинними» (багато нитчасті ціанобактерії). Більшість бактерій можна розглянути тільки під мікроскопом (звідси і назва - мікроби).
Бактерії відкриті голландським вченим А. Левенгуком. У 1695 р вийшла в світ його книга «Таємниці природи», в якій були вперше описані мікроби.
За формою клітин серед справжніх бактерій (еубактерій) виділяють кілька груп (рис. 3.5.):
- коки - мають кулясту форму (монококкі - поодинокі; диплококки - спарені (пневмокок); стрептококи - з'єднані у вигляді ланцюжка (Strepto-coccus thermophilus); сарціни - у вигляді щільних пачок; стафілококи - у вигляді виноградного грона (Staphylococcus aureus));
- бацили - паличкоподібні, витягнуті (Escherichia coli - кишкова паличка, Salmonella typhi - тифозна паличка) - найчисленніша група еубактерій;
- вібріони - дугоподібно вигнуті у вигляді коми (Vibrio cholerae - вібріон холери);
- спірили - витягнуті, звивистою форми у вигляді спіралі (р. Спірили).
Серед оксіфотобактерій є також бактерії у вигляді багатоклітинних ниток (Oscillatoria, Spirulina, Anabaena, Nostoc і ін.).
Будова клітини. Бактеріальні клітини мають примітивну будівлю (рис. 3.6.).
Зовні бактеріальна клітина обмежена оболонкою (клітинною стінкою). У більшості бакте-рій (еубактеріі) основним структурним речовиною оболонки є муреин (глікопептид), у деяких (ціанобактерії) оболонка містить деяку кількість целюлози, муреина, але головний компонент - інші полісахариди і Пектен-нові речовини.
Оболонка надає клітині певну форму і міцність (витримує внутрішній тиск протопласта в гіпотонічному розчині); об-ладает виборчої проникністю і антигенними властивостями (завдяки білкам і вуглеводів, що входять до її складу).
Зовні оболонки у багатьох бактерій (ЕУ і ціанобактерій) утворюється слі-зистой капсула. що складається з молекул полісахаридів, яка представляє собою додатковий захисний шар.
Мал. 3.6. Узагальнена схема будови клітини бактерії.
У багатьох грунтових бактерій в умовах жаркого посушливого клімату капсула охороняє клітину від висихання. Нерідко вона захищає бактеріальну клітину від проникнення фага. У деяких бактерій капсульна слиз є джерелом запасних поживних речовин, а також сприяє закріпленню бактерій на поверхні субстратів, а іноді і їх пересуванню.
Під оболонкою всередині клітини розміщується густа цитоплазма. На внутрен-неї поверхні плазмолеми (білково-ліпідний комплекс) знаходяться ферменти. У багатьох бактерій плазмолемма утворює впячивания всередину клітини (так як темпи зростання її зазвичай перевищують темпи зростання клітинної стінки) - Мезосома, які беруть участь в безкисневому диханні (спиртовому, молочнокислом і ін. Бродінні). У бактерій, здатних до фотосинтезу на подібних впячивания плазмолеми (фотосинтетичних мембранах) розташовані фотосинтетические піг-менти (у еубактерій - бактеріохлорофіл; у ціанобактерій - хлорофіл а. Каротиноїди) де і здійснюється фотосинтез (у еубактерій без виділення О2. У ціанобактерій - з виділенням О2 ).
Зелені і пурпурні серобактерии (еубактеріі) в процесі фотосинтезу використовують не воду, а сполуки сірки: CO2 + 2H2 S → (CH2 O) + S2 ↓ + H2 O.
Вважається, що збагачення атмосфери киснем в археї пов'язано з діяльністю саме ціанобактерій. СО2 + 2Н2 Про → (СН2 О) + О2 ↑ + Н 2 О
Подібні мембранні освіти беруть участь у деяких бактерій і в фіксації атмосферного молекулярного азоту (представники роду Azotobacter. Rhizobium, Anabaena, Nostoc).
У цитоплазмі є рибосоми (70S), проте вони менше рибосом еукаріот (80S) та розташовані в цитоплазмі вільно (не пов'язані з мембранами).
Рибосоми бактеріального типу (70S) входять до складу органоїдів еукаріот - мітохондрій і хлоропластів, що свідчить про еволюційний спорідненість прокариотних і еукаріотних організмів.
У цитоплазмі бактерій іноді помітні включення запасних живильних речовин (крохмаль. Глікоген. Але частіше волютин - речовина, що включає залишки фосфорної кислоти).
Аналогом ядра в прокаріот є структура, що складається з ДНК, РНК і білків - генофором (нуклеоїд), який не має власної оболонки. Генетична система прокаріот (одиночні кільцеві молекули ДНК) закріплена на клітинній мембрані і відповідає примітивної хромосомі.
На поверхні багатьох бактеріальних клітин є тонкі ниткоподібні структури - фимбрии. що представляють собою прямі порожнисті циліндри, що відходять від цитоплазматичної мембрани (їх число може досягати від 1 до декількох сотень, як, наприклад, у кишкової палички).
Фімбрії виконують функцію прикріплення клітини до поверхні субстрату або зчеплення клітин; статеві фимбрии (F-пили) беруть участь в передачі матеріалу ДНК з клітки-донора в клітку-реципієнта при розмноженні.
Бактерії позбавлені пластид, мітохондрій, апарату Гольджі та інших орга-Ноїда наявних у еукаріот. Відсутня і внутрішньоклітинний рух - циклоз.
У ряду нитчастих ціанобактерій (носток, Анаб) є спеціалізовані клітини - гетероцисти з сильно потовщеними безбарвними 2-хслойную оболонками (беруть участь в розмноженні і в процесі фіксації молекулярного азоту).
Рух. Бактерії реагують на різні подразники і здатні переміщатися (Таксис). Рух у деяких здійснюється за допомогою джгутиків (одного, як у Rhizobium. Або декількох, як у Azotobacter), інші - за допомогою викидається слизу або завдяки вра-щення навколо своєї осі. Деякі нерухомі (у ціанобактерій джгутиків немає).
Нерідко бактеріальна клітина проходить в 1 з відстань в 20 - 60 мкм (часто у багато разів більше довжини власного тіла). До спринтерам серед бактерій відноситься холерний вібріон. його швидкість - 200 мкм / с.
Освіта суперечка. Деякі бактерії (в основному з роду Clostridium і Bacillus) при наступлю-ванні несприятливих умов утворюють спори (ендоспори), стійкі до низ-ким або високих температур і зневоднення.
Частина цитоплазми, що містить ДНК, ущільнюється і по-покривається щільною спорової оболонкою. Такі суперечки зберігають здатність до «прорости-ня» протягом десятків років (до 100). Наприклад, бацили сибірської виразки в стані суперечка ос-тають життєдіяльності в перебігу 30 років.
Якщо спочиваюча, стійка структура утворюється з цілої клітини, то вона називається цистит (її утворюють деякі види роду Azotobacter).
Розмноження. Мітоз і мейоз у бактерій відсутній.
Розмножуються бактерії безстатевим шляхом - поділом клітин надвоє (бінарне поділ). Цьому передує подвоєння (репліка-ція) нитки ДНК генофором. Іноді у бактерій зустрічаються почкующиеся форми (формування дочірньої клітини меншого розміру, ніж мате-ринських).
У сприятливих умовах бактерії діляться через кожні 20 - 30 хвилин.
Іноді у деяких бактерій (наприклад, кишкова паличка) спостерігається примітивний статевий процес. однак при цьому не утворюються гамети (статеві клітини) і не відбувається злиття клітин. Клітини бактерій просто обмінюються генетичним матеріалом (частинами ДНК або дуже рідко всієї) - генетіческаярекомбінація.
Генетична рекомбінації може здійснюватися трансформацією (передача НК без дотику), коньюгации (передача НК при безпосередньому контакті) або трансдукцией (передача НК за допомогою вірусів - помірних бактеріофагів).
Живлення. Більшість - гетеротрофи. Вони харчуються:
- сапротрофного (мертвим, гнию-щим органічним матеріалом), виділяючи при цьому в зовнішнє середовище піщеваріт-тільні ферменти, а потім поглинаючи розчинені речовини;
- паразитически (бо-лезнетворние, розкладають органіку всередині живого організму-господаря);
- симбіотичні (також живуть всередині інших організмів, харчуються за їх рахунок, проте приносять господареві і істотну користь).
Наприклад, бактерії роду Rhizobium вступають в симбіоз з корінням бобових рослин (бульби на коренях), харчуються за їх рахунок і фіксують молекулярний азот, який використовують рослини. Кишкова паличка живе всередині організму людини і виробляє вітаміни В і К необ-ходимо людині. Усередині кишкового тракту жуйних тварин бактерії руйнують целюлозу до цукрів; бактерії, що живуть в кишечнику термітів, також розкладають целюлозу.
Деякі бактерії харчуються автотрофно. Залежно від джерела енергії використовуваного при цьому, бактерії поділяються на фотосинтетики (зелені і пурпурні серобактерии, ціанобактерії і ін.) І хемосинтетики (нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии і ін.).
Хемосинтезирующие бактерії в якості атомів вуглецю використовують СО2. а енергію для синтезу органічних речовин отримують не від Сонця, а шляхом окислення неорганічних речовин (азоту, сірки, аміаку, водню, нітратів і сполук заліза). Наприклад, серобактерии окислюють сірку до сульфат-іонів, нитрифицирующие бактерії окислюють аміак до нітратів і т.д.