Строение и жизнедеятельность бактерий

Сегодня мы поговорим о царстве бактерий: узнаем, какие виды бактерий существуют, рассмотрим их строение, жизнедеятельность и функции, а также обсудим, для чего в природе нужны бактерии.

Что такое бактерии?

Вы уже знаете, что все живые организмы в биологии делят на царства. Бактерии — это одно из царств живой природы.

Бактерии (от лат. bacterium «палочка») — это довольно просто устроенные, чаще одноклеточные микроорганизмы.

Бактерии — самые маленькие, самые распространенные и самые древние существа на Земле. Считается, что это одна из первых форм жизни на нашей планете, которая появилась примерно 4 миллиарда лет назад.

Бактерии очень малы, поэтому без микроскопа их разглядеть невозможно. Одна из самых мелких бактерий — представитель рода Mycoplasma. Длина клеток этой бактерии — не более 0,3 мкм, что лишь немного превышает предел разрешающей способности мощного оптического микроскопа. 

Существуют еще более мелкие бактерии (ультрамикробактерии), но на данный момент они плохо изучены, хотя их можно наблюдать с помощью электронных микроскопов.

Однако есть и редкие исключения: например, бактерия Thiomargarita namibiensis, или «серная жемчужина Намибии», из группы протеобактерий достигает размера 0,75 мм, а это значит, что ее можно увидеть и невооруженным глазом.

Форма и строение бактерий

Бактерии представляют собой одну клетку, которая покрыта многослойной защитной оболочкой. Эта оболочка окружает все содержимое клетки и выступает в роли барьера для удержания в клетке питательных веществ и компонентов цитоплазмы.

Как правило, бактерии бесцветны, только некоторые из них окрашены в зеленый или пурпурный цвет. Бактерии могут быть подвижными и неподвижными. Двигаться бактерии могут либо с помощью жгутиков, либо за счет волнообразных сокращений.

Формы бактерий разнообразны, однако существует две основные вариации: кокки (круглые) и бациллы (палочкообразные). Остальные формы образованы от этих двух разновидностей. Часто бактерии образуют скопления — пары, цепочки, группы и биопленки.

Интересный факт

Скрыть

{"questions":[{"content":"Какие утверждения о внешнем виде бактерий верны?[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["Все бактерии прозрачны и не имеют цвета","Бактерии покрыты многослойной защитной оболочкой.","Бактерии могут быть как подвижными, так и неподвижными.","Форма бактерии — случайный выбор природы.","Бактерии чаще всего бывают круглыми или палочкообразными."],"explanations":["Да, большинство бактерий бесцветны, но встречаются те, что окрашены в пурпурный или зеленый цвет.","","","Нет, форма бактерии помогает ей приспосабливаться к условиям среды.",""],"answer":[1,2,4]}}}]}

Внутреннее строение бактерии

Все бактерии — прокариоты, так как в их клетках отсутствует оформленное ядро, что является отличительной особенностью царства Бактерий.

Вместо ядра в цитоплазме бактерий присутствует ядерное вещество — кольцевая ДНК бактериальной клетки. Оно является более примитивным аналогом ядра, ведь ядро появится у организмов позже в процессе эволюции. 

Основные части бактериальной клетки:

1. Жгутик — необязательный элемент клетки, который позволяет бактерии двигаться. У некоторых бактерий их вообще нет, у других же может быть до сотни жгутиков.
2. Капсула тоже есть не у всех бактерий. Капсула — что-то вроде защитной пупырчатой пленки для бактерии, но состоит она из защитной слизи. Толщина капсулы может превышать диаметр самой клетки во много раз, но у некоторых бактерий капсула, наоборот, очень тонкая и ее можно разглядеть только в электронный микроскоп.
3. Клеточная стенка — плотная оболочка, позволяет бактерии сохранять форму и несет защитную функцию.
4. Клеточная мембрана — тонкая оболочка, призвана поддерживать целостность клетки. Мембрана проницаема, через нее бактерия может взаимодействовать с окружающей средой.
5. Цитоплазма — внутренняя среда клетки, ее полужидкое содержимое, к ней относят все, кроме оболочек бактерии и ее ядерного вещества. Цитоплазма поддерживает жизнь бактерии: в ней происходит обмен веществ, она хранит запасы питания для клетки.
6. Нуклеоид, или ядерное вещество, — это зона неправильной формы внутри цитоплазмы, которая содержит генетический материал бактерии.

{"questions":[{"content":"Чем строение бактериальной клетки принципиально отличается от строения клетки растений, животных и грибов?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Типом питания.","Отсутствием оформленного ядра.","Наличием всего одной клетки в организме."],"explanations":["","Все живые организмы, кроме бактерий, являются эукариотами — в их клетках есть ядро.","Из одной клетки состоят не только бактерии, но и простейшие (одноклеточные животные): амеба, инфузория-туфелька и др."],"answer":[1]}}}]}

Питание бактерий

Бактерии могут питаться очень разнообразной пищей, не только той, к которой привыкли за тысячи лет, но и новой: бытовой химией, пластиком, синтетическими красителями.

У бактерий существует всего 2 способа питания, соответственно выделяют два типа бактерий:

Автотрофы — бактерии, которые сами производят органические вещества из неорганики, то есть сами создают питательные вещества для своей жизни.

Гетеротрофы — бактерии, которые не способны производить вещества для своего питания, они используют в пищу то, что создали другие организмы.

Автотрофов в природе немного, главным образом они представлены двумя видами бактерий:

Бактерий-гетеротрофов большинство, но их тоже можно разделить на три группы:

{"questions":[{"content":"Распределите бактерии по типу питания[[grouper-24]]","widgets":{"grouper-24":{"type":"grouper","labels":["Автотрофы","Гетеротрофы"],"items":[["цианобактерии","железобактерии","серобактерии"],["азотфиксирующие бактерии","болезнетворные бактерии","бактерии гниения и разложения"]]}}}]}

Размножение бактерий

Бактерии размножаются делением клетки пополам. В этот момент образуется перетяжка, и из одной клетки получается две.

В благоприятных условиях бактерия может делиться каждые полчаса. При такой скорости размножения всего лишь за 5 суток одна бактерия может дать потомство, которое покроет земной шар.

Почему же этого не происходит?

Скрыть

Если бактерия попадает в резко неблагоприятные условия (недостаток влаги, пищи, колебания температуры), то она может превращаться в спору. Ее цитоплазма сжимается, отделяется от оболочки и образует на своей поверхности новую, очень плотную мембрану. 

В неблагоприятных условиях некоторые бактерии образуют споры — устойчивые покоящиеся формы. Они могут долго сохраняться, переносить высушивание, замораживание и нагревание. Устойчивость зависит от вида бактерии, среды, температуры и времени воздействия: обычное кипячение уничтожает не все споры, а правильно подобранный режим стерилизации позволяет их уничтожить. В подходящих условиях спора прорастает, и бактерия возвращается к активной жизни.

{"questions":[{"content":"Чем споры отличаются от живых бактерий?[[choice-32]]","widgets":{"choice-32":{"type":"choice","options":["Споры бактерий отличаются наличием под внешним мембранным слоем уплотненной оболочки.","Споры более хрупкие и неустойчивые к неблагоприятной среде.","Споры могут жить только в воде."],"explanations":["","Как раз наоборот: спора выдерживает супернеблагоприятные условия длительное время.","Споры могут жить в любых условиях."],"answer":[0]}}}]}

Где живут бактерии? 

Бактерии живут повсюду: в воде, на суше, в почве. Их можно встретить на самой высокой горе Эверест, во льдах Арктики и в горячих источниках Исландии. Большинство бактерий живет в почве, для них это самая благоприятная среда. 

Конечно, есть и ряд бактерий-паразитов, которые отлично себя чувствуют внутри других организмов. Главным образом это болезнетворные бактерии, которые вызывают заболевания у растений, животных и человека.

Однако есть и вполне «миролюбивые бактерии», которые, например, живут в кишечнике и помогают животным и человеку усваивать пищу.

Интересный факт

Скрыть

Роль бактерий в природе

В основном бактерии живут в почве: разлагают остатки других живых организмов и продукты их жизнедеятельности, что позволяет осуществлять круговорот веществ в природе. Не будь бактерий, жизнь на Земле была бы невозможна.

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе, так как они разрушают сложные органические вещества до простых.

Человек научился использовать бактерии для производства продуктов питания, например, кисломолочных продуктов (кефир, йогурт, сыр) и ферментированных овощей (квашеная капуста, помидоры). 

Бактерии используются при производстве лекарств и витаминов. Также они помогают в очистке сточных вод и производстве удобрений.

{"questions":[{"content":"Как бактерии могут быть полезны человеку?[[choice-38]]","widgets":{"choice-38":{"type":"choice","options":["производство молочнокислых продуктов.","удобрение почвы.","производство противовирусных препаратов.","образование полезных ископаемых: нефти и газа.","очистка сточных вод.","производство синтетических тканей.","производство электроэнергии."],"explanations":["","","Бактерии используются для получения противовирусных белков, например интерферона.","","","С помощью бактерий получают сырье для некоторых синтетических волокон.","Бактерии могут вырабатывать электрический ток в микробных топливных элементах."],"answer":[0,1,2,3,4,5,6]}}}]}

Почему нельзя путать бактерии и вирусы?

Бактерии и вирусы имеют два сходства: их невозможно увидеть невооруженным глазом и они могут вызывать заболевания. Поэтому их часто путают, называя общим словом «микробы».

Это неверно, потому что бактерии и вирусы — разные царства живой природы. Вирусы — неклеточная форма жизни, в то время как бактерии имеют клеточное строение.

Наиболее опасно путать бактерии и вирусы в медицине: заболевания, вызванные бактериями, и заболевания, вызванные вирусами, лечатся совершенно по-разному. Например, при заболевании вирусом гриппа прием лекарств-антибиотиков не подходит: антибиотик убивает бактерии, а не вирусы.

Часто задаваемые вопросы