Значение бактерий в природе и жизни человека

Бактерии играют огромную роль с самого их появления на Земле. Бактерии расщепляют органические вещества и этим поддерживают круговорот веществ в природе, одно из обязательных условий существования жизни на Земле. Цианобактерии вырабатывают кислород, бактерии-гетеротрофы очищают воду.

Влиянию бактерий подвержены все органические соединения и часть неорганических. Подробнее об этом и многом другом вы узнаете из этого урока.

Бактерии и почва

Почва – прекрасное место для жизни бактерий, так как в ней во множестве содержатся минеральные и органические вещества, которыми бактерии могут питаться. В почве сохраняется подходящая для них влажность, есть кислород и защита от палящих солнечных лучей.

Больше всего бактерий в верхних слоях почвы, где больше питательных веществ. Но и в более глубоких слоях встречаются бактерии в виде спор.

Очень важны для поддержания плодородности почвы растения. Благодаря способности к фотосинтезу они создают сложные органические вещества, используя для этого солнечный свет, углекислый газ, воду и минеральные вещества.

Но без бактерий существование растений было бы невозможно – они бы извлекли все необходимые для них вещества из слоя почвы и погибли бы. Однако нам известно, что погибшие растения (так же, как и погибшие грибы и животные) подвергаются воздействию бактерий-сапротрофов.

Они разлагают отмершие организмы, превращая сложные органические соединения, содержащиеся в них, в простые минеральные соли. А эти вещества уже могут снова использовать растения. Таким образом, бактерии поддерживают круговорот веществ.

Бактерии перерабатывают гниющие остатки живых организмов и продукты их выделения (в том числе помёт) в перегной.

Перегной – это часть почвы из перегнивших животных и /или продуктов жизнедеятельности животных. Перегной возникает благодаря бактериям. Он содержит много микроорганизмов и способен обогащать почву и делать её более плодородной.

Азотофиксирующие бактерии

Очень важны для работы почвы и обитающие в ней бактерии, которые способны усваивать содержащийся в воздухе азот. Их называют азотофиксирующими. Эти бактерии преобразуют азот в вещества, служащие удобрением для растений.

Один из видов азотофиксирующих бактерий — клубеньковые бактерии. Они поселяются в клетках корней бобовых растений (к ним относится клевер, горох, фасоль, бобы, соя и др.), вызывают разрастание клеток, отчего на этих корнях образуется что-то вроде маленьких корнеплодов, названных клубеньками.

Живя в таких клубеньках, бактерии превращают азот в полезные для растения вещества, таким образом «подкармливая» его. А растение поставляет бактериям питательные органические вещества.

Получается такое взаимовыгодное совместное существование. Для него придумали термин «симбиоз», а организмы, живущие в симбиотических отношениях, называются симбионты.

Симбиоз, мутуализм, комменсализм, паразитизм

Симбиоз (от греческого «симбиозис» — совместная жизнь) – близкое существование нескольких разных биологических видов.

Иногда симбиозом называют только взаимовыгодное сосуществование организмов, но есть более точный термин для такого сожительства, благоприятного обоим – мутуализм.

Помимо мутуализма, существует также комменсализм – отношения, приносящие пользу одному симбионту и безразличные другому, а также паразитизм – вид симбиоза, когда один из организмов использует другой как источник питания или среду обитания, не принося ему никакой пользы или даже вредя ему.

Что касается клубеньковых бактерий, то их отношения с бобовыми растениями можно классифицировать как мутуализм, а также как эндосимбиоз – вид симбиоза, когда один из организмов живёт внутри клеток другого.

{"questions":[{"content":"Соедините термины и объяснения[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Сапротрофы","Симбионты","Азотофиксирующие бактерии"],"items":["бактерии, перерабатывающие погибшие организмы","представители разных видов, живущие совместно или даже внутри друг друга","бактерии, способные усваивать содержащийся в воздухе азот","Клубеньки"]}}}]}

Бактерии и нефть

Учёные считают, что нефть начала образовываться в то время, когда почти вся Земля была покрыта водой. Продукты распада морских животных и растений веками опускались на дно, покрывались илом и слоями новых продуктов распада.

Эти отложения уплотнялись, заносились песком, в них становилось всё меньше воды. А вот давление воды и осадочных пород всё увеличивалось.

В таких условиях – под давлением, без доступа кислорода, — существование живых организмов кажется невозможным. Однако есть большое количество бактерий, которым кислород не требуется, их называют «анаэробные бактерии«.

Анаэробные бактерии перерабатывали органические останки в углеводородные соединения, которые собирались в пузырьки газа и в мельчайшие капли. Эти капли просачивались через пористые песчаник и известняк, уходя всё глубже, достигали плотных пород и там накапливались, превращаясь в залежи нефти.

Что касается природного газа, то он встречается как в виде отдельных скоплений, называемых газовые залежи, так и в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений. Часть природного газа находится под водой в виде метанового льда.

Природный газ используют для отопления домов, для получения энергии. А из нефти делают бензин и топливо. Кроме того, пластик, из которого производится множество вещей, также делают из полимеров, произведённых из нефти и природного газа.

{"questions":[{"content":"Бактерии, способные жить без кислорода, называются[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["анаэробные","аэробные","сапрофиты"],"answer":[0]}}}]}

Бактерии и воздух

Давным-давно на Земле не было растений. Да их и не могло быть, так как растениям для жизни необходим кислород, а в составе атмосферы нашей планеты его не было. Но уже тогда существовали цианобактерии, и с их помощью была сформирована атмосфера, пригодная для жизни других организмов.

Мы уже изучали цианобактерии или синезелёные бактерии. В отличие от гетеротрофов, употребляющих в пищу органические вещества, созданные другими организмами, цианобактерии относятся к автотрофам, то есть сами создают органические вещества для своего питания.

Они способны к фотосинтезу: при помощи содержащегося в них хлорофилла они превращают неорганические соединения в органические и выделяют в окружающую среду кислород.

Кроме того, цианобактерии составляют значительную часть планктона и стоят в самом начале пищевых цепей для многих обитателей морей и океанов.

{"questions":[{"content":"Укажите сходство и различия между цианобактериями и остальными бактериями.[[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Признаки, одинаковые и для цианобактерий, и для бактерий","Признаки, свойственные только цианобактериям"],"items":[["Не имеют оформленного ядра, окружённого ядерной оболочкой","Относятся к прокариотам"],["Вырабатывают органические вещества из неорганических","В клетках содержится хлорофилл"]]}},"step":1,"hints":["Признаки, одинаковые и для цианобактерий, и для бактерий:<br />Не имеют оформленного ядра, окружённого ядерной оболочкой<br />Относятся к прокариотам<br />","Признаки, свойственные только цианобактериям: <br />Вырабатывают органические вещества из неорганических<br />В клетках содержится хлорофилл <br />"]}]}

Бактерии и очистка воды

Люди часто загрязняют водоёмы, отчего страдают не только обитающие там животные и растения, но и сами люди. Известны случаи эпидемий, возникавших из-за загрязнённой воды. А в 1858 году в Лондоне произошло событие, попавшее даже в энциклопедии под названием «Великое зловоние».

Представьте себе – величественный Вестминстерский дворец, заседание Парламента. Но в комнате для собраний нестерпимо пахнет туалетом; шторы вымочены в хлорной извести, но резкий запах хлорки не может перебить зловония. На лицах собравшихся членов комитета отвращение и ужас, они прижимают к лицам надушенные платки, а потом, не в силах выдержать, выбегают из зала.

Дело в том, что в Темзу, протекающую через Лондон, в те времена сливались сточные воды. В том числе в неё выходила и городская канализация…

В наше время канализационные системы проектируют и строят иначе, тем не менее, недостаточно сливать воду туда, где она не помешает людям – нужно ещё и очищать её. Иначе, следуя тому самому круговороту веществ в природе, грязная вода снова попадёт к людям – в виде болезнетворных микроорганизмов в питьевой воде, заражённых растений, погибшей рыбы.

Хозяйственно-бытовые сточные воды содержат в основном органические остатки: остатки пищи и продукты жизнедеятельности человека. Это то, что мы сливаем в канализацию каждый день. Также туда отправляются моющие средства после мытья посуды, стиральный порошок от стирки и так далее. В городах есть очистные сооружения для очистки этой воды.

В очистных сооружениях часто используются бактерии. Надо сказать, что бактерии люди не подселяют в сточные воды специально – они и так там живут и размножаются и, конечно, они не стараются сделать воду чистой.

Важно понимать, что, тем не менее, без человека процесс очистки сточных вод не может обойтись. Нельзя рассчитывать, что в грязной воде сами собой заведутся бактерии и сами сделают её чистой.

Нужны особые резервуары, нужны специалисты, контролирующие активный ил – так называется сообщество микроорганизмов, трудящихся над очисткой. И потом нужно проверять «работу» бактерий, а затем проводить дополнительную очистку воды от тех веществ, с которыми бактерии не справились в нужном объёме.

Например, если в водоём будет сброшена вода, насыщенная азотом и фосфором, это вызовет нарушение в экосистеме. Такая вода очень полезна для водорослей и для синезелёных бактерий, но повышенное их количество блокирует поступление кислорода и солнечного света в толщу воды, а от этого гибнут другие обитатели водоёмов.

Кроме того, многие водоросли выделяют опасные для животных и людей токсины (то есть попросту отравляют воду вокруг себя).

Мы знаем, что цианобактерии выделяют кислород, а также могут служить источником питания для водных животных. Но, оказывается, их переизбыток тоже вреден.

{"questions":[{"content":"В очистных сооружениях используются такие бактерии, как[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Гетеротрофы","Автотрофы","Клубеньковые"],"explanations":["","нет, нужны именно те бактерии, которые потребляют органические вещества из окружающей среды, а не вырабатывают их самостоятельно","нет, клубеньковые бактерии живут в корнях растений и в сточных водах бесполезны"],"answer":[0]}}}]}

Бактерии на кухне

Мы уже знаем, что бактерии встречаются повсеместно. Люди научились использовать некоторые из видов бактерий – и такие бактерии можно найти не только в лаборатории, но даже на простой кухне. Взгляните на рисунок 6.

Все эти продукты было бы невозможно изготовить, если бы не молочнокислые бактерии. Эти бактерии питаются сахаром, содержащимся в молоке, и образуют молочную кислоту.

Молочнокислые бактерии также применяют при квашении капусты, при приготовлении уксуса, при изготовлении хлебной закваски – все эти продукты люди изготавливали веками, даже не задумываясь о том, что в основе брожения лежат микроскопические бактерии.

Однако не всегда бактерии – «хорошие повара». Они могут также портить продукты, делать их непригодными. Чтобы защитить продукты от таких бактерий, их засаливают, варят варенье, консервируют.

В процессе консервации банки нагревают, и от этого гибнут не только бактерии, но и их споры. При остывании эти споры уже не могут «ожить», и законсервированные продукты могут храниться долгое время.

Ботулин

Однако неправильно приготовленные консервы опасны. В них может содержаться ботулин – яд, который выделяют анаэробные бактерии ботулины.

Обычно эти бактерии живут в почве, но могут попадать и в мясо, и в рыбу, и в овощи. Если перед консервированием продукты были плохо промыты, то бактерии оказываются в банке с консервами.

Кипячение и нагревание банок им не страшны, так как они способны выдерживать высокие температуры в течение нескольких часов. Оказавшись в консервной банке, бактерии прекрасно себя чувствуют – ведь вокруг полно еды.

На вкус консервированной еды наличие в ней ботулина никак не влияет. Отравившийся человек замечает следующие симптомы: сухость во рту, двоение в глазах, трудности при глотании и разговоре, тошнота и рвота.

Человек, заболевший ботулизмом, должен быть немедленно госпитализирован, так как эта болезнь смертельно опасна.

Опасно покупать консервированные овощи на рынке, так как нельзя быть уверенными в том, что они были тщательно вымыты и безопасно подготовлены. «Магазинные» консервы проходят тщательный контроль, и с ними риск меньше.

Ни в коем случае нельзя есть просроченные консервы, а также консервы со вздутыми крышками.

{"questions":[{"content":"В чём опасность использования консервированных продуктов в пищу? Неправильно приготовленные консервы могут содержать [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Ботулин","Молочнокислые бактерии","Цианобактерии"],"explanations":["Токсин ботулин вызывает смертельно опасную болезнь – ботулизм.","",""],"answer":[0]}}}]}

Болезнетворные бактерии

Опасны не только бактерии ботулины. Среди «врагов» человечества – холерная, чумная и туберкулёзная палочки, возбудители тифа и столбняка и многие другие.

Вы уже знаете, как живучи и вездесущи бактерии и их споры. Они могут попадать в организм с водой и воздухом, через испорченные продукты.

При поверхностных ранах и ожогах на человека «нападают» стафилококки и стрептококки, вызывая гнойные воспаления, а при глубоких – анаэробные бактерии, вызывающие гангрену.

Очень опасна столбнячная палочка, возбудитель столбняка, обитающая в почве. Часто столбняком заражаются, оцарапавшись предметом, лежавшим в земле, например, гвоздём. К счастью, от столбняка существуют эффективная вакцина и противостолбнячная сыворотка.

Учёные и медики нашли средство от многих болезней, вызываемых бактериями. Но бактерии умеют приспосабливаться к изменяющимся условиям, поэтому людям приходится постоянно изобретать новые препараты и, конечно, стараться оградить себя от «плохих» бактерий.

Вот некоторые правила гигиены, которые нужно соблюдать, чтобы не заболеть болезнями, вызываемыми бактериями:

• Мойте руки перед едой, а также каждый раз после посещения туалета
• Тщательно мойте овощи и фрукты
• Не пейте сырую воду
• Регулярно убирайте и проветривайте комнаты
• Не кладите еду на парту, на скамейку и т.п.
• Не ешьте на улице и в общественом транспорте
• Следите за сроками годности продуктов
• Особенно осторожны будьте с консервами
• Избегайте контакта с заболевшими людьми
• Делайте все необходимые прививки
• При болезни обращайтесь к врачам и выполняйте их предписания
• Если повреждаете кожу, обрабатывайте её антисептиками

{"questions":[{"content":"Назовите болезни, вызываемые бактериями[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Чума","Тиф","Ботулизм","Туберкулёз","Грипп","Оспа"],"explanations":["","","","","Грипп вызывает вирус","Оспу вызывает вирус"],"answer":[0,1,2,3]}}}]}

Вредители или помощники?

А слышали ли вы термин «дисбактериоз»? Этот термин переводится как «отсутствие бактерий» — так называется явление, когда у человека нарушается баланс микрофлоры кишечника.

Выходит, в кишечнике тоже есть бактерии? Да, конечно! Они участвуют в пищеварительных процессах и предотвращают рост вредных бактерий. К полезным бактериям, живущим в кишечнике, относятся, например, бифидобактерии и лактобациллы.

Получается, что у человека есть свои собственные симбионты-бактерии, но есть и бактерии-паразиты. Есть бактерии, из-за которых человек заболевает и те, которые используются в медицине для создания лекарств. Человек пользуется бактериями для изготовления кефира или сыра, но бережёт продукты от бактерий, вызывающих гниение.

Если же мы посмотрим, как бактерии влияют на мир растений, то увидим ту же неоднозначность. Например, в сельском хозяйстве используют удобрение, в котором содержатся азотофиксирующие бактерии, которые насыщают почву азотом.

Также бактерий используют для борьбы с насекомыми, повреждающим растения. С их помощью люди заражают насекомых заболеваниями, безвредными как для человека, так и для растений.

Но наряду с этими «помощниками» на огородах живут и бактерии-вредители. Они поражают корни и листья растений, вызывают гниение, портят плоды. Бороться с такими бактериями очень сложно.

Какой можно сделать вывод? Мир бактерий очень разнообразен. Он пока недостаточно изучен, но люди постоянно открывают новые виды бактерий, учатся справляться с вредом, наносимым бактериями, и извлекать пользу из их жизнедеятельности.

{"questions":[{"content":"Какие бактерии полезны человеку?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Молочнокислые","Лактобациллы","Бифидобактерии","Цианобактерии","Азотофиксирующие бактерии"],"answer":[0,1,2,3,4]}},"step":1,"hints":["Молочнокислые бактерии используются в пищевой промышленности, а также являются частью микрофлоры кишечника. Также в кишечнике человека живут лактобактерии и бифидобактерии. Все они приносят человеку пользу, помогая переваривать пищу и защищая его от вредных микробов.","Цианобактерии участвуют в пополнении атмосферы кислородом, а азотофиксирующие бактерии насыщают почву полезным для растений азотом. Эти бактерии также приносят человеку пользу.","Нельзя даже однозначно сказать, что человеку приносят вред бактерии гниения или болезнетворные бактерии. Конечно, очень обидно, когда портятся продукты, ими даже можно отравиться. Но если бы не бактерии гниения, остановился бы круговорот веществ в природе, и жизнь на Земле погибла бы.","Что касается болезнетворных бактерий, то люди используют некоторые из них для того, чтобы бороться с вредителями."]}]}

{"questions":[{"content":"Роль бактерий на планете Земля. <br />Совместите процессы с участием бактерий и значение для человека и природы[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Фотосинтез","Разложение выделений животных организмов и их останков","Образование углеводородных соединений","Удержание азота из атмосферы","Брожение"],"items":["В атмосферу выделяется кислород, необходимый животным и растениям","Почва обогащается минеральными солями, необходимыми растениям","Образуются нефть и природный газ, служащие для человека топливом и используемые в промышленности","Почва насыщается азотом и становится плодородной","Получаются продукты питания, такие как йогурт, кефир, сыр и т.п."]}}},{"content":"Каковы главные особенности клеток бактерии? Что отсутствует в них? [[input-11]]","widgets":{"input-11":{"type":"input","answer":"Ядро"}},"step":1,"hints":["Бактерии оносятся к прокариотам, у них нет ядра.","Вместо ядра у них нуклеоид, содержащий наследственную информацию"]},{"content":"Вставьте пропущенные буквы в слова<br />симб[[input-27]]оз<br />цит[[input-36]]плазма<br />мембр[[input-65]]на<br />прокар[[input-89]]ота<br />симбио[[input-125]]т","widgets":{"input-27":{"type":"input","inline":1,"answer":"и"},"input-36":{"type":"input","inline":1,"answer":"о"},"input-65":{"type":"input","inline":1,"answer":"а"},"input-89":{"type":"input","inline":1,"answer":"и"},"input-125":{"type":"input","inline":1,"answer":"н"}}}]}