Значение бактерий в природе и жизни человека

Бактерии — самые маленькие, самые распространенные и самые древние организмы на Земле. Ранее вы уже изучили строение и жизнедеятельность бактерий: узнали, где они живут и чем питаются. Сегодня мы подробно поговорим о том, каково значение бактерий в природе и какую роль они играют в жизни человека.

В этом уроке нам понадобится вспомнить о делении бактерий на группы по способу питания:

• автотрофы: сами создают себе пищу. К автотрофам относят цианобактерии, серобактерии и железобактерии;
• гетеротрофы: используют в пищу то, что создали другие организмы. К гетеротрофам относят: сапротрофы (бактерии гниения и разложения), симбионты (азотфиксирующие бактерии) и бактерии-паразиты (возбудители заболеваний).

Бактерии и воздух

Бактерии — первые существа, которые появились на нашей планете более 3.5 млрд лет назад и внесли огромный вклад в формирование биосферы. Именно в задачи бактерий входило создание на Земле условий, пригодных для дальнейшей жизни других существ: растений и животных. 

Без чего невозможна жизнь растений и животных? Конечно, без кислорода, которого изначально в составе древней атмосферы Земли не было. Главную роль в создании кислорода сыграли представители автотрофов — цианобактерии.

Цианобактерии (или сине-зеленые водоросли) — это крупные бактерии, способные к фотосинтезу, который сопровождается выделением кислорода.

Особенность клетки цианобактерии — наличие фотосинтезирующих мембран. Из-за этой особенности раньше их относили к царству Растения. Чаще всего клетка цианобактерии покрыта слизистой капсулой, а сами бактерии живут скоплениями.

Интересный факт

Скрыть

Существует около 1 500 видов цианобактерий, но не все из них безопасны для других организмов. Продукты их жизнедеятельности и остатки ядовиты для животных и растений. Например, сине-зеленые водоросли вызывают «цветение» водоемов, и вода становится непригодной для питья, для жизни рыб и других обитателей.

{"questions":[{"content":"Отметьте все утверждения, которые верны для цианобактерий:[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["У них нет оформленного ядра.","По строению они ничем не отличаются от любых других бактерий.","Они потребляют кислород и выделяют углекислый газ.","Они участвовали в создании пригодной для жизни атмосферы на Земле.","Они могут загрязнять водоемы и быть опасными для других организмов."],"explanations":["У любых бактерий нет ядра, так как они прокариоты (доядерные)","В клетке цианобактерий есть фотосинтезирующие мембраны, которых нет ни у каких других бактерий","Цианобактерии участвуют в процессе фотосинтеза, выделяя кислород.","Кислород создавали представители автотрофов — цианобактерии.","Продукты жизнедеятельности некоторых цианобактерий ядовиты для животных и растений."],"answer":[0,3,4]}}}]}

Бактерии и вода

В своей деятельности человек использует воду, которая, выполнив свою функцию, попадает в канализацию. Только представьте, сколько вредных веществ содержит такая вода: бытовая химия, остатки пищи, синтетические красители, химические соединения и др. Сточные воды часто представляют опасность для окружающей среды, если просто сбросить их в водоемы, никак не очищая. 

Представители бактерий-гетеротрофов помогают очищать воду, участвуя в биологическом этапе очистки воды. Такие бактерии называют активным илом, или биопленкой.

Загрязненная вода попадает в специальные резервуары аэротенки и смешивается с сообществом бактерий (активным илом). Бактерии очищают воду, она отстаивается и уже после сбрасывается в водоем. Удивительно, но такая вода чище, чем вода в водоеме, куда она попадет.

Интересный факт

Скрыть

При этом мы никак специально не заселяем очистные сооружения бактериями — микробное сообщество формируется самостоятельно. Человек может ему помогать, но искусственно создавать его не нужно. Технологически достаточно построить правильное очистное сооружение, создать условия, и бактерии заселят его уже через несколько недель. Конечно, участие человека необходимо для контроля активного ила, для проверки «работы» бактерий и доочистки воды, если бактерии не справились.

{"questions":[{"content":"Какие бактерии живут в очистных сооружениях?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Гетеротрофы.","Автотрофы.","азотфиксирующие бактерии."],"explanations":["","Нужны именно те бактерии, которые потребляют органические вещества из окружающей среды, а не вырабатывают их самостоятельно.","Они живут только в клубеньках растений в почве."],"answer":[0]}}}]}

Бактерии и почва

Большинство бактерий живет в земле, потому здесь их роль достигла наибольшего значения. Бактерии предпочитают верхние слои почвы, где есть достаточное количество воздуха, влажно и много питательных веществ.

Интересный факт

Скрыть

Главная задача бактерий — переработка отмерших организмов.

Бактерии поедают органические остатки растений и животных, преобразуя их в неорганические соединения. Затем эти неорганические вещества потребляют другие организмы, в том числе растения. 

Бактерии, которые используют отмершие организмы в качестве источника питания, называются сапротрофы. 

Бактерии важны для поддержания плодородности почвы. Сапротрофы перерабатывают остатки других организмов и создают перегной — питательный слой почвы. Перегной обогащает почву и делает ее плодородной.

Еще одни бактерии, которые полезны для почвы, — клубеньковые бактерии.

Клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии — гетеротрофные бактерии, которые усваивают азот из воздуха и выделяют азотсодержащие вещества, обогащая ими почву.

Клубеньковые бактерии поселяются в корнях растений, чаще всего бобовых, и являются симбионтами. Симбиоз — это одна из форм отношений между видами, когда совместная жизнь идет на пользу обоим организмам. Это значит, что бактерии приносят пользу растениям.

Почему клубеньковые бактерии так называются?

Скрыть

{"questions":[{"content":"Соедините понятия и определения:[[matcher-5]]","widgets":{"matcher-5":{"type":"matcher","labels":["Сапротрофы —","Перегной —","Почва —","Клубеньковые бактерии —"],"items":["бактерии, которые используют отмершие организмы в качестве источника питания.","плодородный слой почвы.","смесь минералов, горных пород, остатков живых организмов и микроорганизмов.","бактерии-гетеротрофы, которые усваивают азот из воздуха и выделяют азотсодержащие вещества, обогащая ими почву."]}}}]}

Бактерии и полезные ископаемые

Нефть и газ — крайне важные для человека природные ископаемые, которые образовались не без помощи бактерий. Считается, что нефть и природный газ образовались из переработанных бактериями остатков растительных и животных организмов в ходе многоступенчатого, длящегося миллионы лет процесса.

Образование полезных ископаемых занимает долгое время, поэтому ученые считают, что нефть начала образовываться еще в те времена, когда земля была почти полностью покрыта водой. Продукты жизнедеятельности мелких животных и растений опускались на дно, где под действием высокого давления, уплотнялись. С течением времени слои накапливались, спрессовывались, и постепенно в них становилось все меньше воды. 

Здесь и начали жить анаэробные бактерии — те, которым не нужен кислород. Они перерабатывали органические останки в углеводородные соединения, которые собирались в пузырьки газа и в мельчайшие капли. 

Пузырьки природного газа оставались в толще пород, образуя скопления газа (газовые залежи). А капли просачивались через пористые песчаник и известняк, уходя всё глубже, достигали плотных пород и там накапливались, превращаясь в залежи нефти.

Из нефти получают различные виды топлива, а также резину, синтетические ткани, пластик, моющие средства, растворители, краски и лаки, воск и многое другое. Природный газ отлично горит, поэтому он нужен для получения тепловой и электроэнергии для отопления домов и для снабжения населения электричеством.

{"questions":[{"content":"Отметьте причины появления нефти и природного газа?[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["Деятельность анаэробных бактерий.","Деятельность аэробных бактерий.","Высокое давление."],"explanations":["","На дне морей, в толщах горных пород нет воздуха для их жизни.",""],"answer":[0,2]}}}]}

Бактерии в производстве продуктов питания

Человек научился использовать некоторые бактерии для производства продуктов питания. Главным образом это молочнокислые бактерии: лактобактерии, бифидобактерии и термофильные бактерии.

Молочнокислые бактерии — это бактерии, которые питаются углеводами и образуют молочную кислоту.

Кефир, йогурт, творог, ряженка, снежок, сыр — все эти продукты получают путем брожения. В молоко или сливки добавляют молочнокислые бактерии — так называемую закваску.

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

Однако не все бактерии «помогают» людям в производстве продуктов питания. Есть те, которые заражают пищу, делая ее опасной для употребления.

Отрицательное влияние бактерий на производство продуктов питания

Одна из таких бактерий — бактерия ботулизма, которая может попадать в овощные и мясные консервы.

Ботулизм — серьезное заболевание, поражающее нервную систему; его вызывает бактерия Clostridium botulinum. Ботулизм не передается от человека к человеку, им можно заболеть, употребив продукты, содержащие бактерии. Бактерии ботулизма вырабатывают токсин, который в 400 раз опаснее яда гремучей змеи.

Чаще всего бактерия ботулизма попадает в продукты, которые были плохо вымыты. Дальше она развивается без доступа воздуха в герметично закрытых банках консервов из грибов, овощей, ягод, а также в кусках соленых, копченых, вяленых мясных продуктов и рыбы. 

По внешнему виду продукта и вкусу никак нельзя определить, заражен он или нет. В консервах промышленного приготовления редко встречается токсин ботулизма, гораздо чаще он накапливается в консервах домашнего приготовления.

Бактерии устойчивы к нагреванию: они разрушаются только при 20-минутном кипячении, при этом споры погибают только через 5 часов кипячения. Продукты, которые содержат бактерии ботулизма и не были термически обработаны до полной готовности, приведут к заболеванию. 

Признаки заболевания ботулизмом

Скрыть

Считается, что чайной ложки бактерий достаточно, чтобы уничтожить 300 млн человек, а на истребление всех жителей планеты хватит 4 кг. От ботулизма нет вакцины, и к нему не вырабатывается иммунитет. Поэтому рекомендации следующие:

• никогда не употреблять в пищу вздувшиеся консервы;
• не покупать у случайных торговцев мясо и рыбу;
• тщательно соблюдать технологию приготовления домашней консервации.

{"questions":[{"content":"Отметьте все верные утверждения:[[choice-15]]","widgets":{"choice-15":{"type":"choice","options":["Нарушение технологии производства консервов может привести к смертельно опасному заболеванию.","Для производства кисломолочных продуктов человек использует молочнокислые бактерии в виде закваски.","Если продукт заражен ботулизмом, он приобретает неприятный запах.","Молочнокислые бактерии питаются молочной кислотой."],"explanations":["","","По внешнему виду продукта и вкусу никак нельзя определить зараженный ботулизмом продукт.","Они питаются углеводами и образуют молочную кислоту."],"answer":[0,1]}}}]}

Положительное влияние бактерий на другие организмы

Бактерии могут жить не только в уже указанных средах: воде, воздухе и почве. Другие организмы также могут быть средой обитания и жизнедеятельности бактерий. Рассмотрим несколько примеров.

Уверены, что вы знаете о том, что в организме могут жить бактерии, которые нисколько ему не вредят, а, наоборот, помогают. 

Так в кишечнике человека обитает множество полезных бактерий, которые помогают пищеварению и всасыванию полезных веществ.

В среднем, кишечник содержит 50 триллионов микроорганизмов, вес которых составляет от 1 до 3 килограммов! Бифидобактерии, лактобактерии, энтерококки и другие виды бактерий населяют кишечник человека, и такое сосуществование называется мутуализмом.

Мутуализм — это вид симбиоза, широко распространенная форма взаимовыгодного сожительства организмов, когда они не могут полноценно жить друг без друга.

Это проявляется так: благодаря жизни в кишечнике человека бактерии постоянно обеспечены питательными веществами. Человек же получает отлаженный процесс пищеварения.

Другой похожий пример — пищеварительная система домашних животных (коров, коз, овец). Эти животные питаются растительной пищей, богатой клетчаткой, но самостоятельно переваривать ее не способны. С этой функцией справляются бактерии, которые живут в их кишечнике.

{"questions":[{"content":"Соедините понятия и определения:[[matcher-28]]","widgets":{"matcher-28":{"type":"matcher","labels":["Мутуализм —","Паразитизм —","Симбиоз —"],"items":["разновидность симбиоза, форма взаимовыгодного сожительства двух и более видов организмов.","форма взаимоотношений, при которой один организм (паразит) использует другой (хозяин) в качестве источника питания или/и среды обитания.","тип отношений между организмами."]}}}]}

Болезнетворные бактерии

Среди бактерий есть немало видов-паразитов, которые вызывают различные заболевания, проникая в организм растений, животных и человека.

Почему такие бактерии называют паразитами?

Скрыть

В организм бактерии могут попадать с водой, едой, воздухом, через кожу. Воздушно-капельный путь — самый распространенный. Бактериальные заболевания лечат с помощью антибиотиков.

Самые опасные бактерии для человека

• Кишечная палочка Escherichia coli в норме присутствует в нашем организме. Однако если ее патогенная форма попадет в организм, это вызывает серьезную кишечную инфекцию. Чтобы не допустить заболевание, избегайте контакта с грязной водой, мойте руки с мылом, тщательно мойте овощи и фрукты.
• Столбнячная палочка Clostridium tetani обитает в почве, на грязных поверхностях, поэтому чаще всего столбняком заражаются через порезы и ссадины, даже неглубокие. В ранах столбнячная палочка развивается очень активно, поэтому даже при лечении смертность от столбняка очень высокая — от 40 % до 70 %. Лучшая защита от столбняка — вакцинация.
• Холерный вибрион Vibrio cholerae чаще всего передается через грязную воду. Холера — острая кишечная инфекция, которая быстро приводит к обезвоживанию, потере воды и солей, а также судорогам. Без своевременного лечения смертность составляет 50 %.
• Золотистый стафилококк Staphylococcus aureus вызывает пневмонию, менингит, сепсис и другие смертельно опасные заболевания. Поначалу врачи использовали антибиотик пенициллин в борьбе с этой бактерией. Но со временем стафилококк стал устойчив к антибиотикам и очень трудно поддается лечению.
• Туберкулезная палочка (палочка Коха) Mycobacterium tuberculosis легко передается воздушно-капельным путем, поражая легкие. В России туберкулез уносит около 20 000 жизней ежегодно. Лучшая профилактика заболевания — вакцинация и ежегодное флюорографическое обследование.

{"questions":[{"content":"Какие заболевания вызваны бактериями?[[choice-22]]","widgets":{"choice-22":{"type":"choice","options":["Грипп.","Чума.","Ветряная оспа (ветрянка).","Туберкулез.","Сальмонеллез."],"explanations":["Это вирусное заболевание","","Это вирусное заболевание","",""],"answer":[1,3,4]}}}]}

Уничтожение бактерий

Иногда от бактерий нужно избавляться, например, от тех, которые вызывают заболевания или могут негативно повлиять на создаваемые ими продукты. Чаще всего требуется очистка воды от бактерий.

1. Хлорирование — один из самых распространенных способов обеззараживания воды. Достаточно эффективен, но не уничтожит 100% бактерий. К тому же, соединения хлора могут сохраняться в воде и в определенной концентрации вызывать аллергию и отравления.
2. Озонирование — довольно дорогой способ обеззараживания воды; основан на свойстве озона растворяться в воде и разрушать вредные соединения. 
3. УФ-обеззараживание — облучение воды ультрафиолетовыми бактерицидными лампами. Очень эффективный и безопасный способ очистки воды от бактерий.
4. Технология обратного осмоса — суть метода в прохождении воды под сильным давлением через полупроницаемую мембрану. Отверстия в ней настолько маленькие, что пропускают воду, но удерживают загрязняющие частицы.
5. Кипячение — один из самых эффективных способов избавиться от вредных бактерий. При температуре 75 градусов Цельсия большинство бактерий погибают в течение получаса; если температура выше 85 градусов — уже через несколько минут. Кипячение жидкостей несколько раз с интервалом в 24 часа позволяет избавиться не только от бактерий, но и от их спор.
6. Пастеризация — более щадящий метод, чем кипячение, но не уничтожает все микробы, то есть не делает среду стерильной. Суть способа в нагревании жидкостей до 60-98 градусов Цельсия, то есть кипения не происходит.

Кроме того, очищать от бактерий нужно не только жидкости, но и предметы и твердые поверхности. В этом деле успешно применяются антисептики — вещества, которые либо убивают бактерии, либо останавливают их рост и размножение.

Антисептики используют для обработки поверхностей предметов, оборудования, рук, а также ран и повреждений кожи. Наиболее распространенные антисептики: спирты, хлоргексидин, перекись водрода, раствор йода и зеленки.

Часто задаваемые вопросы