Развитие бактерий в различных условиях жизни

1. Рост и размножение бактерий

1. Рост и размножение бактерий

Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции.

Размножение бактерий – процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии хаpaктеризуются высокой скоростью размножения.

Рост всегда предшествует размножению. Бактерии размножаются поперечным бинарным делением, при котором из одной материнской клетки образуются две одинаковые дочерние.

Процесс деления бактериальной клетки начинается с репликации хромосомной ДНК. В точке прикрепления хромосомы к цитоплазматической мембране (точке-репликаторе) действует белок-инициатор, который вызывает разрыв кольца хромосомы, и далее идет деспирализация ее нитей. Нити раскручиваются, и вторая нить прикрепляется к цитоплазматической мембране в точке-прорепликаторе, которая диаметрально противоположна точке-репликатору. За счет ДНК-полимераз по матрице каждой нити достраивается точная ее копия. Удвоение генетического материала – сигнал для удвоения числа органелл. В септальных мезосомах идет построение перегородки, делящей клетку пополам.

Двухнитевая ДНК спирализуется, скручивается в кольцо в точке прикрепления к цитоплазматической мембране. Это является сигналом для расхождения клеток по септе. Образуются две дочерние особи.

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток – колонии, различные по размерам, форме, поверхности, окраске и т. д. На жидких средах рост бактерий хаpaктеризуется образованием пленки на поверхности питательной среды, равномерного помутнения или осадка.

Размножение бактерий определяется временем генерации. Это период, в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, состава питательной среды, температуры и др.

Фазы размножение бактериальной клетки на жидкой питательной среде:

1) начальная стационарная фаза; то количество бактерий, которое попало в питательную среду и в ней находится;

2) лаг-фаза (фаза покоя); продолжительность – 3–4 ч, происходит адаптация бактерий к питательной среде, начинается активный рост клеток, но активного размножения еще нет; в это время увеличивается количество белка, РНК;

3) фаза логарифмического размножения; активно идут процессы размножения клеток в популяции, размножение преобладает над гибелью;

4) максимальная стационарная фаза; бактерии достигают максимальной концентрации, т. е. максимального количества жизнеспособных особей в популяции; количество погибших бактерий равно количеству образующихся; дальнейшего увеличения числа особей не происходит;

5) фаза ускоренной гибели; процессы гибели преобладают над процессом размножения, так как истощаются питательные субстраты в среде. Накапливаются токсические продукты, продукты метаболизма. Этой фазы можно избежать, если использовать метод проточного культивирования: из питательной среды постоянно удаляются продукты метаболизма и восполняются питательные вещества.

Бактерии — это одноклеточные или объединенные в колонии живые организмы, которые не имеют ядра. Боль­шинство бактерий являются гетеротрофами, но есть и автотрофы. Размножаются делением. При наступлении нeбла­гоприятных условии некоторые бактерии образуют споры.

Бактерии можно увидеть только в микроскоп, по­этому их называют микроорганизмами. Микроорганизмы изучает наука микробиология. Раздел микробиологии, изу­чающий бактерии, называется бактериологией.

Первым увидел и описал бактерии голландский естествоиспытатель Антони ван Левен­гук (1632-1723). Он научился шлифовать стекла и изготав­ливать линзы. Левенгук изготовил более 400 микроскопов и открыл мир микроскопических организмов — бактерий и протистов.

Когда мы слышим о бактериях, то чаще всего представля­ем себе больное горло или десны, несмотря на то что только небольшая часть бактерий вызывает заболевания. Большин­ство же этих организмов выполняет другие важные функции.

С бактериями мы начинаем контактировать с первых ча­сов жизни. Многие из них постоянно живут на поверхно­сти кожи человека. Еще больше их на зубах, деснах, языке и стенках ротовой полости. Во рту живет больше бактерий, чем людей на Земле! Но самое большое их количество обита­ет в кишечнике — до 5 кг у взрослого человека.

Среда обитания бактерий

Бакте­рии встречаются везде: в воде, почве, воздухе, в тканях рас­тений, телах животных и человека. Они живут там, где на­ходят достаточно пищи, влаги и благоприятную температуру (10-40 °С). Большинству из них необходим кислород. Есть также бактерии, которые живут в горячих источниках (с температурой 60-90 °С), экстремально соленых водоемах, в жерлах вулканов, глубоко в океанах, куда не проникает солнечный свет. Даже в самых холодных регионах (Антарк­тике) и на высоких горных вершинах живут бактерии.

В разных местах встречается различное количество бакте­рий. Меньше всего их в воздухе, особенно в природных усло­виях. А в местах скопления людей, например в кинотеатрах, на вокзалах, в классах, их значительно больше. Поэтому не­обходимо часто проветривать помещения.

В водах рек, особенно вблизи больших городов, бакте­рий может быть очень много — до нескольких сотен тысяч в 1 мм 3 . Поэтому нельзя пить сырую воду из открытых водоемов. Очень много бактерий в воде морей и океанов.

Еще больше бактерий в почве — до 100 млн в 1 г гумуса (плодородного слоя почвы).

Строение бактерий

Бактерии очень маленькие организмы. Самые боль­шие бактерии можно увидеть под световым микроскопом.

Для знакомства с самыми ма­ленькими требуется электрон­ный микроскоп (рис. 7).

Большинство бактерий, кото­рые населяют наш дом и наше тело, имеют форму шариков, па­лочек и спиралей. Шаровидные бактерии носят название кокки, палочковидные — бациллы, спи­ралевидные — спириллы (рис. 9). Некоторые бактерии образуют це­почки, располагаясь вплотную друг к другу.

Рассмотрите строение бактериальной клетки на рисун­ке 10. Она включает цитоплазму, окруженную цитоплазма­тической мембраной и клеточной оболочкой (клеточной стен­кой). Оболочка придает бактерии определенную форму и слу­жит защитой от нeблагоприятных условий.

Дополнительную защиту многим бактериям даст слизи­стый слой, расположенный с наружной стороны оболочки. Поверхность клетки бактерии покрывают многочисленные ворсинки, которые пред­ставляют собой полые вы­росты цитоплазматиче­ской мембраны. Некото­рые бактерии имеют один или несколько нитевид­ных жгутиков.

Главное отличие бак­терий — отсутствие ядра, т. е. они — прокариоты.

Именно на этом основании их выделяют в отдельное царство. Ядерный материал у бактерий — бактериальная хромосома: она несет наследственную информацию.

Питание бактерий

Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они потрeбляют готовые органические ве­щества. Пищей им служат живые и мертвые организмы, про­дукты питания человека, сточные воды и т. д.

Сапротрофы

Одни гетеротрофные бактерии используют органические вещества мертвых тел или выделений живых организмов. Это сапротрофы (от греч. сапрос — гнилой и трофос — пи­тание).

Паразиты (болезне­творные бактерии)

Другие бактерии питаются органическими веществами живых организмов. Это паразиты. Паразитами являются болезне­творные бактерии: дифтерийная и туберкулезная палочки, сальмонелла и др.

Существуют также автотрофные бактерии. Они спо­собны образовывать органические вещества из неорганиче­ских (углекислого газа, воды, сероводорода и др.). У авто­трофных фотосинтезирующих бактерий в клетках содер­жится бактериальный хлорофилл, с помощью которого они под действием солнечной энергии образуют органические вещества.

Цианобактерии

Примером автотрофных бактерий могут служить цианобактерии. Они производят собственную пищу из углекислого газа и воды под действием солнечного света. При этом выделяют кислород, обогащая им среду обитания.

Размножение бактерий

Бактерии размножаются пу­тем деления. При этом из одной материнской клетки об­разуются две дочерние клетки, похожие на материнскую. При благоприятных условиях (достаточном питании, влаж­ности и температуре от 10 до 30 °С) бактерии могут делить­ся каждые 20-30 мин, поэтому их число очень быстро воз­растает. Материал с сайта http://wiki-med.com

Если культивировать (выра­щивать) бактерии на питатель­ной среде в благоприятных условиях, они очень быстро размножаются и образуют колонии до 4 млрд клеток. Колонии бактерий определенных видов име­ют хаpaктерные очертания и окра­ску (рис. 8). По виду колоний можно установить наличие определенных бактерий в том или ином материале.

Движение бактерий

Некоторые бактерии двигаются с помощью жгутиков. Основание жгутика вращается, и он как бы ввинчивается в среду, обеспечивая передвижение бакте­рии. Большинство же бактерий передвигаются пассивно: одни с помощью потоков воздуха, другие по течению воды. Так осуществляется их распространение.

Спорообразование у бактерий

В нeблагоприятных условиях (при не­достатке нищи, влаги, резких колебаниях температуры) бак­терии могут превращаться в спо­ры. Цитоплазма вблизи бактери­альной хромосомы уплотняется. Вокруг нее образуется очень проч­ная оболочка. Образовавшиеся та­ким путем споры могут существо­вать сотни лет (рис. 11).

Читать еще:  Спрей Нюда от вшей и гннид, все плюсы и минусы средства

При помощи ветра, животных или другим способом споры могут распространяться на большие расстояния. Когда споры попа­дают в благоприятные условия, их прочная оболочка разру­шается, и из споры развивается новая бактерия.

Развитие бактерий в различных условиях жизни

Живой простейший микроорганизм, имеющий клеточное строение – это бактерия. Но, несмотря на простоту это один из самых интереснейших для изучения. Все бактерии способны к размножению путем деления.

Ученым всегда было интересно наблюдать за тем, как размножаются бактерии. Изучением и наблюдением за бактериями занимается микро раздел биологии — бактериология.

В настоящее время уже изучено и описано примерно десять тысяч видов бактерий. Но предполагают, что на самом деле их количество исчисляется миллионом.

Они окружают нас всю нашу жизнь, их можно встретить в воде, земле, на нашем теле и даже в атмосфере. Образ жизни бактерий в своем роде уникален. Особенность их в том, что в отличие от грибов, бактерии не имеют четко оформленного ядра.

При микроскопическом исследовании можно отметить, что бактерия имеет разную форму. Кокки, например, имеют округлую форму, xлaмидии – сферическую форму, а микоплазма имеет форму колбы или нити.

У них, так же как и у всего человечества есть макромолекула под названием ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота). ДНК у бактерий отвечает за хранение и передачу генетической информации от одного поколения микроорганизмов к следующему. Обмен веществ у бактерий (метаболизм) почти такой же, как и у многих живых организмов.

Нельзя недооценивать роль бактерий в биосфере и нашей жизни. Например, плодородие почвы достигается активной работой и отходами жизнедеятельности почвенных бактерий. В сельском хозяйстве для этих целей создаются удобрения.

В жизни человека они тоже исполняют свою роль. Существуют бактерии, которые способны навредить человеку, например кишечная палочка. А также полезные лакто и бифидо, составляющие микрофлоры человека.

Всем известны такие слова, как пробиотики и пребиотики.

Так зачем же они все-таки нужны?

Пробиотики помогают нашему желудочно-кишечному тpaкту осуществлять свою ежедневную функцию – переваривать пищу, создавать местный иммунитет, выpaбатывать такие гормоны как серотонин.

Существуют микроорганизмы – вредители для человека. Многие бактерии являются патогенными и способны вызывать заболевания и бактериальные инфекции. Например, туберкулез, дифтерия, коклюш, дифтерия, столбняк и холера. Их великое множество и большинство из них современная медицина уже научилась побеждать.

Факторы, влияющие на рост и развитие бактерий:

• Уровень влажности
• Освещение
• Уровень pH
• Состав окружающей среды
• Температурный режим

Рассмотрим важнейшие из них, их влияние к делению и размножению.

Для роста и развития бактериальным клеткам необходим определенный процент уровня влажности. Это нужно бактерии для того, чтобы поддерживать жизнедеятельность. Почти все бактерии и живые организмы любят влагу.

В таких условиях они отлично себя чувствуют. Если показатель уровня влажности вдруг падает, ниже 20% это приводит к разрушающим и останавливающим развитие последствиям.

Чем меньше воды, тем меньше вероятность деления и размножения.

Кислотность и pH – баланс

Почти главенствующую роль во влиянии на развитии бактерий занимает кислотность. Её принято обозначать знаком pH и учитывают интервал от нуля до четырнадцати. Для роста необходимы предельные показатели от 4 до 9. При 9 почти все нам знакомые микроорганизмы перестают расти.

В основной массе они перестают расти уже при показателе в 4 pH. Идеальной средой обитания считается нейтральная кислотность.

• Кислая среда — от 0 до 6 pH
• Щелочная среда — от 8 до 14 pH
• Нейтральная среда — 7,07 pH.

Отдельно стоит выделить кисломолочные бактерии (ацидофильные). Они любят кислую среду и при попадании в нее, например, в молоке начинают работать особым образом, переpaбатывая углеводы в молочную кислоту. Они важнейшие производители продуктов содержащих полезные для микрофлоры человека пробиотики.

Полезные свойства ацидофилов используются и в фармацевтике. Ученые нашли положительные свойства и используют их в производстве лекарств не только для кишечника, но и для многих других органов. В домашнем хозяйстве женщины часто применяют полезные свойства бактерий.

Многие каждый год делают заготовки и закрутки на предстоящий сезон без овощей и фруктов. Понижая уровень кислотности путем добавления уксуса, что делает, кислую среду. Этим мы добиваемся гибели патогенных микроорганизмов.

Изменение этих факторов приводит к гибели, усиленному размножению или мутации бактерий.

В благоприятных условиях бактерии делятся, тем самым увеличивают свою популяцию, каждые двадцать минут. При усиленном солнечном свете от воздействия лучей размножение останавливается. Некоторые бактерии реагируют даже на магнитное поле планеты.

Бактерии составляют нормальную микрофлору человека, находятся на коже, слизистых оболочках и даже внутри человека, например в кишечнике. Бактерии существуют даже в воздухе. Можно сказать весь наш мир в своем роде бактериальный.

Бактерии имеют разные способы размножения, одни не имеют пoлoвoго процесса и размножаются путем почкования или способом поперечного деления. Другие имеют пoлoвoй процесс, но в самом примитивном виде.

Чтобы иметь представление о жизненном цикле этого микроорганизма, нужно изучить основные восемь фаз развития:

Первая фаза

«Латентная» – фаза отдыха, длящаяся с момента заселения в растительную среду и до начала увеличения популяции (примерно от 60 до 120 минут). Темпы прямо пропорционально зависят от окружающих условий.

Вторая фаза

«Задержка размножения» –происходит процесс умножения, клетки быстро размножаются и делятся, с большой скоростью увеличиваются в своих размерах. Длительность до 120 минут.

Третья фаза

«Логарифмы» – это фаза активного размножения. За время пока идет данная фаза достигается максимально возможное развитие и деление бактерий. Деление происходит в прогрессии. Из двух – в четыре клетки. Из четырех в восемь клеток. Из восьми в шестнадцать и т.д.

Четвертая фаза

«Отрицательное ускорение» – скорость размножения резко уменьшается, а скорость гибели увеличивается. Длительность колeблется от 100 до 120 минут.

Пятая фаза

«Стационарный максимум» — фаза созданная для того чтобы клетки могли размножаться. Размножение вновь набирает скорость, и покрывает количество погибших ранее клеток.

Шестая фаза

«Ускорение гибели» – из названия этой фазы можно сделать вывод о том, что число погибших бактерий в несколько раз больше числа оставшихся в живых клеток, можно сказать фаза скудного существования.

Седьмая фаза

«Логарифмическая гибель» – клетки отмирают с одинаковой скоростью, в то же время процесс деления сначала сбрасывает скорость, а затем и вовсе останавливается.

Восьмая фаза

«Уменьшающаяся скорость гибели» — если питательная среда позволяет бактериям оставаться живыми, то они прекращают умирать и переходят в фазу покоя. Это не обязательная фаза, существующая только при наличии благоприятных условий для процесса жизнедеятельности.

Паразитирующие бактерии

Всем известная «сальмонелла» вызывает тяжелое инфекционное заболевание сальмонеллез. Она тоже развивается при определенных условиях. Для развития ей требуется температурный режим 37 градусов Цельсия. И даже в охлажденном состоянии они могут быть в фазе покоя со способностью деления до 140 суток и не погибать.

Если продукт зараженный сальмонеллой не пройдет нужную термическую обработку, заражение человека не избежать. Заражение сальмонеллезом сопровождается всеми «неприятными» симптомами отравления.

Продукт, лежащий в открытом доступе, имеет все шансы стать зараженным. Также нужно быть осторожным при приготовлении пищи. Если вы не уверены, что нож лежит на чистом столе, лучше не пренебрегайте повторным мытьем. Нож, которым разделывали сырое мясо, должен сразу же отправляться в мойку, чтобы не допустить его случайное использование для других продуктов.

В домашних условиях заранее узнать заражено ли мясо невозможно. Бактерия не изменяет продукт. Вкус, цвет, внешний вид продукта остается прежним. Чаще всего сальмонеллу можно встретить на яйцах, в молоке, и на мясе.

С течением времени многие штаммы мутировали и стали устойчивыми к основным дезинфекционным растворам и устаревшим антибиотикам. Сальмонеллы настолько живучие, что могут жить и обитать около пяти месяцев в открытых водоемах, а на куриных яйцах почти весь год.

Этот бактериальный паразит представляет наибольшую опасность для неокрепшего детского организма, беременных женщин и ослабленных лиц.

Читать еще:  Очищение организма от паразитов в домашних условиях

Болезнь у сельскохозяйственных животных проходит без симптомов и заводчики чаще всего не знают о заболевании.

Заразиться сальмонеллезом можно как минимум через два пути:

1. Контактно — бытовой способ – заражение происходит от одного заболевшего человека к другому.
2. Пищевой способ – заражение через молочные продукты, немытые яйца или сырое мясо.

Понимая устройство жизни, развития, роста и размножения микроорганизмов вопрос «для чего нужны бактерии» отпадает сам собой. В основе всего живого содержатся бактерии. Любой микроорганизм, обитающий на нашем теле и в нашем доме, выполняет свою функцию.

Бактерии — это одноклеточные или объединенные в колонии живые организмы, которые не имеют ядра. Боль­шинство бактерий являются гетеротрофами, но есть и автотрофы. Размножаются делением. При наступлении нeбла­гоприятных условии некоторые бактерии образуют споры.

Бактерии можно увидеть только в микроскоп, по­этому их называют микроорганизмами. Микроорганизмы изучает наука микробиология. Раздел микробиологии, изу­чающий бактерии, называется бактериологией.

Первым увидел и описал бактерии голландский естествоиспытатель Антони ван Левен­гук (1632-1723). Он научился шлифовать стекла и изготав­ливать линзы. Левенгук изготовил более 400 микроскопов и открыл мир микроскопических организмов — бактерий и протистов.

Когда мы слышим о бактериях, то чаще всего представля­ем себе больное горло или десны, несмотря на то что только небольшая часть бактерий вызывает заболевания. Большин­ство же этих организмов выполняет другие важные функции.

С бактериями мы начинаем контактировать с первых ча­сов жизни. Многие из них постоянно живут на поверхно­сти кожи человека. Еще больше их на зубах, деснах, языке и стенках ротовой полости. Во рту живет больше бактерий, чем людей на Земле! Но самое большое их количество обита­ет в кишечнике — до 5 кг у взрослого человека.

Среда обитания бактерий

Бакте­рии встречаются везде: в воде, почве, воздухе, в тканях рас­тений, телах животных и человека. Они живут там, где на­ходят достаточно пищи, влаги и благоприятную температуру (10-40 °С). Большинству из них необходим кислород. Есть также бактерии, которые живут в горячих источниках (с температурой 60-90 °С), экстремально соленых водоемах, в жерлах вулканов, глубоко в океанах, куда не проникает солнечный свет. Даже в самых холодных регионах (Антарк­тике) и на высоких горных вершинах живут бактерии.

В разных местах встречается различное количество бакте­рий. Меньше всего их в воздухе, особенно в природных усло­виях. А в местах скопления людей, например в кинотеатрах, на вокзалах, в классах, их значительно больше. Поэтому не­обходимо часто проветривать помещения.

В водах рек, особенно вблизи больших городов, бакте­рий может быть очень много — до нескольких сотен тысяч в 1 мм 3 . Поэтому нельзя пить сырую воду из открытых водоемов. Очень много бактерий в воде морей и океанов.

Еще больше бактерий в почве — до 100 млн в 1 г гумуса (плодородного слоя почвы).

Строение бактерий

Бактерии очень маленькие организмы. Самые боль­шие бактерии можно увидеть под световым микроскопом.

Для знакомства с самыми ма­ленькими требуется электрон­ный микроскоп (рис. 7).

Большинство бактерий, кото­рые населяют наш дом и наше тело, имеют форму шариков, па­лочек и спиралей. Шаровидные бактерии носят название кокки, палочковидные — бациллы, спи­ралевидные — спириллы (рис. 9). Некоторые бактерии образуют це­почки, располагаясь вплотную друг к другу.

Рассмотрите строение бактериальной клетки на рисун­ке 10. Она включает цитоплазму, окруженную цитоплазма­тической мембраной и клеточной оболочкой (клеточной стен­кой). Оболочка придает бактерии определенную форму и слу­жит защитой от нeблагоприятных условий.

Дополнительную защиту многим бактериям даст слизи­стый слой, расположенный с наружной стороны оболочки. Поверхность клетки бактерии покрывают многочисленные ворсинки, которые пред­ставляют собой полые вы­росты цитоплазматиче­ской мембраны. Некото­рые бактерии имеют один или несколько нитевид­ных жгутиков.

Главное отличие бак­терий — отсутствие ядра, т. е. они — прокариоты.

Именно на этом основании их выделяют в отдельное царство. Ядерный материал у бактерий — бактериальная хромосома: она несет наследственную информацию.

Питание бактерий

Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они потрeбляют готовые органические ве­щества. Пищей им служат живые и мертвые организмы, про­дукты питания человека, сточные воды и т. д.

Сапротрофы

Одни гетеротрофные бактерии используют органические вещества мертвых тел или выделений живых организмов. Это сапротрофы (от греч. сапрос — гнилой и трофос — пи­тание).

Паразиты (болезне­творные бактерии)

Другие бактерии питаются органическими веществами живых организмов. Это паразиты. Паразитами являются болезне­творные бактерии: дифтерийная и туберкулезная палочки, сальмонелла и др.

Существуют также автотрофные бактерии. Они спо­собны образовывать органические вещества из неорганиче­ских (углекислого газа, воды, сероводорода и др.). У авто­трофных фотосинтезирующих бактерий в клетках содер­жится бактериальный хлорофилл, с помощью которого они под действием солнечной энергии образуют органические вещества.

Цианобактерии

Примером автотрофных бактерий могут служить цианобактерии. Они производят собственную пищу из углекислого газа и воды под действием солнечного света. При этом выделяют кислород, обогащая им среду обитания.

Размножение бактерий

Бактерии размножаются пу­тем деления. При этом из одной материнской клетки об­разуются две дочерние клетки, похожие на материнскую. При благоприятных условиях (достаточном питании, влаж­ности и температуре от 10 до 30 °С) бактерии могут делить­ся каждые 20-30 мин, поэтому их число очень быстро воз­растает. Материал с сайта http://wiki-med.com

Если культивировать (выра­щивать) бактерии на питатель­ной среде в благоприятных условиях, они очень быстро размножаются и образуют колонии до 4 млрд клеток. Колонии бактерий определенных видов име­ют хаpaктерные очертания и окра­ску (рис. 8). По виду колоний можно установить наличие определенных бактерий в том или ином материале.

Движение бактерий

Некоторые бактерии двигаются с помощью жгутиков. Основание жгутика вращается, и он как бы ввинчивается в среду, обеспечивая передвижение бакте­рии. Большинство же бактерий передвигаются пассивно: одни с помощью потоков воздуха, другие по течению воды. Так осуществляется их распространение.

Спорообразование у бактерий

В нeблагоприятных условиях (при не­достатке нищи, влаги, резких колебаниях температуры) бак­терии могут превращаться в спо­ры. Цитоплазма вблизи бактери­альной хромосомы уплотняется. Вокруг нее образуется очень проч­ная оболочка. Образовавшиеся та­ким путем споры могут существо­вать сотни лет (рис. 11).

При помощи ветра, животных или другим способом споры могут распространяться на большие расстояния. Когда споры попа­дают в благоприятные условия, их прочная оболочка разру­шается, и из споры развивается новая бактерия.

Скорость роста и размножения бактерий и других микроорганизмов зависит от условий окружающей среды. Температура, свет, наличие кислорода, влажность и рН-фактор (уровень кислотности или щелочности) наряду с наличием питания влияют на скорость развития бактерий. Из них особый интерес у техников и инженеров холодильного оборудования вызывает температура. Для каждой разновидности бактерий существует минимальная температура, при которой они могут развиваться. При температуре ниже данного порога бактерии впадают в спячку и не способны к воспроизводству. Точно так же для каждой разновидности бактерий существует порог максимальной температуры. При температуре выше этого предела бактерии разрушаются. Между этими пределами находится оптимальная температура, при которой бактерии размножаются с максимальной скоростью. Оптимальная температура для большинства бактерий, которые питаются пометом животных и мертвой тканью животных и растений (сапрофиты), от 24 до 30°С. Оптимальная температура для большинства бактерий, которые являются причиной инфекций и болезней носителя (патогенные бактерии), около 38°С. В большинстве случаев можно значительно снизить скорость размножения бактерий, если понизить температуру окружающей среды. Наконец, существует несколько разновидностей бактерий, которые лучше всего чувствуют себя при температуре кипения воды, в то время как другие — при температуре ее замерзания.

Дополнение к изложенному выше

Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий хаpaктерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили пpaктически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трaнcформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.

Читать еще:  Зубные пасты с фтором для детей и взрослых: вред или польза?

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспopные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря ним в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.

Предполагается, что из-за отсутствия пoлoвoго процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот[6]. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле.

Из обязательных клеточных структур выделяют три:

• нуклеоид
• рибосомы
• цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

С внешней стороны от ЦПМ находятся несколько слоёв (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки). ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт.

Строение протопласта

Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Однако у разных групп прокариот (особенно часто у грамположительных бактерий) имеются локальные впячивания ЦПМ — мезосомы, выполняющие в клетке разнообразные функции и разделяющие её на функционально различные части. У многих фотосинтезирующих бактерий существует развитая сеть производных от ЦПМ фотосинтетических мембран. У пурпурных бактерий они сохранили связь с ЦПМ, легко обнаруживаемую на срезах под электронным микроскопом, у цианобактерий эта связь либо трудно обнаруживается, либо утрачена в процессе эволюции. В зависимости от условий и возраста культуры фотосинтетические мембраны образуют различные структуры — везикулы, хроматофоры, тилакоиды.

Вся необходимая для жизнедеятельности бактерий генетическая информация содержится в одной ДНК (бактериальная хромосома), чаще всего имеющей форму ковалентно замкнутого кольца (линейные хромосомы обнаружены у Streptomyces и Borrelia). Она в одной точке прикреплена к ЦПМ и помещается в структуре, обособленной, но не отделённой мембраной от цитоплазмы, и называемой нуклеоид. ДНК в развёрнутом состоянии имеет длину более 1 мм. Бактериальная хромосома представлена обычно в единственном экземпляре, то есть пpaктически все прокариоты гаплоидны, хотя в определённых условиях одна клетка может содержать несколько копий своей хромосомы, а Burkholderia cepacia имеет три разных кольцевых хромосомы (длиной 3,6; 3,2 и 1,1 млн пар нуклеотидов). Рибосомы прокариот также отличны от таковых у эукариот и имеют константу седиментации 70 S (80 S у эукариот).

Помимо этих структур, в цитоплазме также могут находиться включения запасных веществ.

Клеточная оболочка и поверхностные структуры

У бактерий существует два основных типа строения клеточной стенки, свойственных грамположительным и грамотрицательным видам.

Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой толщиной 20—80 нм, построенный в основном из пептидогликана с меньшим количеством тейхоевых кислот и небольшим количеством полисахаридов, белков и липидов (так называемый липополисахарид). В клеточной стенке имеются поры диаметром 1—6 нм, которые делают её проницаемой для ряда молекул.

У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и имеет толщину лишь 2—3 нм. Он окружён наружной мембраной, имеющей, как правило, неровную, искривлённую форму. Между ЦПМ, слоем пептидогликана и внешней мембраной имеется прострaнcтво, называемое периплазматическим, и заполненное раствором, включающим в себя трaнcпортные белки и ферменты.

С внешней стороны от клеточной стенки может находиться капсула — аморфный слой, сохраняющий связь со стенкой. Слизистые слои не имеют связи с клеткой и легко отделяются, чехлы же не аморфны, а имеют тонкую структуру. Однако между этими тремя идеализированными случаями есть множество переходных форм.

Бактериальных жгутиков может быть от 0 до 1000. Возможны как варианты расположения одного жгутика у одного полюса (монополярный монотрих), пучка жгутиков у одного (монополярный перитрих или лофотрихиальное жгутикование) или двух полюсов (биполярный перитрих или амфитрихиальное жгутикование), так и многочисленные жгутики по всей поверхности клетки (перитрих). Толщина жгутика составляет 10—20 нм, длина — 3—15 мкм. Его вращение осуществляется против часовой стрелки с частотой 40—60 об/с.

Помимо жгутиков, среди поверхностных структур бактерий необходимо назвать ворсинки. Они тоньше жгутиков (диаметр 5—10 нм, длина до 2 мкм) и необходимы для прикрепления бактерии к субстрату, принимают участие в трaнcпорте метаболитов, а особые ворсинки — F-пили —нитевидные образования, более тонкие и короткие (3—10 нм х 0, 3—10 мкм), чем жгутики — необходимы клетке-донору для передачи реципиенту ДНК при конъюгации.

Однако были описаны нанобактерии, имеющие размеры меньше «допустимых» и сильно отличающиеся от обычных бактерий. Они, в отличие от вирусов, способны к самостоятельному росту и размножению (чрезвычайно медленным). Они пока мало изучены, живая их природа ставится под сомнение.

При линейном увеличении радиуса клетки её поверхность возрастает пропорционально квадрату радиуса, а объём — пропорционально кубу, поэтому у мелких организмов отношение поверхности к объёму выше, чем у более крупных, что означает для первых более активный обмен веществ с окружающей средой. Метаболическая активность, измеренная по разным показателям, на единицу биомассы у мелких форм выше, чем у крупных. Поэтому небольшие даже для микроорганизмов размеры дают бактериям и археям преимущества в скорости роста и размножения по сравнению с более сложноорганизованными эукариотами и определяют их важную экологическую роль.

Многоклеточность у бактерий

Многоклеточный организм должен отвечать следующим условиям:

• его клетки должны быть агрегированы,
• между клетками должно осуществляться разделение функций,
• между агрегированными клетками должны устанавливаться устойчивые специфические контакты.

Многоклеточность у прокариот известна, наиболее высокоорганизованные многоклеточные организмы принадлежат к группам цианобактерий и актиномицетов. У нитчатых цианобактерий описаны структуры в клеточной стенке, обеспечивающие контакт двух соседних клеток — микроплазмодесмы. Показана возможность обмена между клетками веществом (красителем) и энергией (электрической составляющей трaнcмембранного потенциала). Некоторые из нитчатых цианобактерий содержат помимо обычных вегетативных клеток функционально дифференцированные: акинеты и гетероцисты. Последние осуществляют фиксацию азота и интенсивно обмениваются метаболитами с вегетативными клетками.

Размножение бактерий

При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

У бактерий наблюдается и пoлoвoе размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от пoлoвoго размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие пoлoвoго размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом пoлoвoго размножения. Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трaнcформация, конъюгация и трaнcдукция.