Содержание
Бактерии | Биология
Бактерии — одни из самых древних организмов на Земле. Несмотря на простоту своего строения, они живут во всех возможных средах обитания. Больше всего их насчитывается в почве (до нескольких миллиардов бактериальных клеток на 1 грамм почвы). Много бактерий в воздухе, воде, пищевых продуктах, внутри тел и на телах живых организмов. Бактерии были обнаружены в тех местах, где другие организмы жить не могут (на ледниках, в вулканах).
Обычно бактерия — это одна клетка (хотя бывают колониальные формы). Причем эта клетка очень мелкая (от долей мкм до нескольких десятков мкм). Но главной особенностью бактериальной клетки является отсутствие клеточного ядра. Другими словами, бактерии принадлежат прокариотам.
Бактерии бывают подвижными и неподвижными. В случае неподвижных форм передвижение осуществляется с помощью жгутиков. Их может быть несколько, а может быть только один.
Клетки разных видов бактерий могут сильно отличаться между собой по форме.
Бывают шаровидные бактерии (кокки), палочковидные (бациллы), похожие на запятую (вибрионы), извитые (спирохеты, спириллы) и др.
Строение бактериальной клетки
У клеток многих бактерий имеется слизистая капсула. Она выполняет защитную функцию. В частности, защищает клетку от высыхания.
Как и у клеток растений, у бактериальных клеток есть клеточная стенка. Однако, в отличие от растений, ее строение и химический состав несколько иной. Клеточная стенка состоит из слоев сложного углевода. Ее строение таково, что позволяет проникать различным веществам внутрь клетки.
Под клеточной стенкой находится цитоплазматическая мембрана.
Бактерии относятся к прокариотам, так как в их клетках нет оформленного ядра. Они не имеют и хромосом, характерных для клеток эукариот. В состав хромосомы входит не только ДНК, но и белок. У бактерий же их хромосома состоит только из ДНК и представляет собой кольцевую молекулу.
Такой генетический аппарат бактерий называется нуклеоид. Нуклеоид находится прямо в цитоплазме, обычно в центре клетки.
У бактерий нет настоящих митохондрий и ряда других клеточных органелл (комплекса Гольджи, эндоплазматической сети). Их функции выполняют впячивания клеточной цитоплазматической мембраны. Такие впячивания называются мезосомами.
В цитоплазме есть рибосомы, а также различные органические включения: белки, углеводы (гликоген), жиры. Также клетки бактерий могут содержать различные пигменты. В зависимости от наличия тех или иных пигментов или их отсутствия, бактерии могут быть бесцветными, зелеными, пурпурными.
Питание бактерий
Бактерии возникли на заре формирования жизни на Земле. Именно они «открыли» различные способы питания. Лишь потом, с усложнением организмов, четко выделились два крупных царства: Растения и Животные. Они отличаются между собой в первую очередь по способу питания. Растения являются автотрофами, а животные — гетеротрофами.
У бактерий же встречаются оба типа питания.
Питание — это способ получения клеткой или организмом необходимых органических веществ. Их можно получить из вне или синтезировать самостоятельно из неорганических веществ.
Автотрофные бактерии
Автотрофные бактерии синтезируют органические вещества из неорганических. Процесс синтеза требует энергии. В зависимости от того, откуда автотрофные бактерии получают эту энергию их делят на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие.
Фотосинтезирующие бактерии используют энергию Солнца, улавливая его излучение. В этом они сходны с растениями. Однако, если у растений в процессе фотосинтеза выделяется кислород, то у большинства фотосинтезирующих бактерий он не выделяется. То есть бактериальный фотосинтез анаэробен. Также зеленый пигмент бактерий отличается от аналогичного пигмента растений и называется бактериохлорофиллом. У бактерий нет хлоропластов. В основном фотосинтезирующие бактерии обитают в водоемах (пресных и соленых).
Хемосинтезирующие бактерии для синтеза органических веществ из неорганических используют энергию различных химических реакций. Энергия выделяется не во всех реакциях, а только в экзотермических. Некоторые такие реакции протекают в бактериальных клетках. Так в нитрифицирующих бактериях протекает реакция окисления аммиака в нитриты и нитраты. Железобактерии окисляют закисное железо в окисное. Водородные бактерии окисляют молекулы водорода.
Гетеротрофные бактерии
Гетеротрофные бактерии не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Поэтому вынуждены получать их из окружающей среды.
Бактерии, питающиеся органическими остатками других организмов (в том числе мертвыми телами), называются бактериями-сапрофитами. По-другому их называют бактериями гниения. Таких бактерий много в почве, где они разлагают перегной до неорганических веществ, которые впоследствии используются растениями. Молочнокислые бактерии питаются сахарами, превращая их в молочную кислоту.
Маслянокислые бактерии разлагают органические кислоты, углеводы, спирты до масляной кислоты.
Клубеньковые бактерии живут в корнях растений и питаются за счет органических веществ живого растения. Однако они связывают азот из воздуха и обеспечивают им растение. То есть в данном случае имеет место симбиоз. Другие гетеротрофные бактерии-симбионты обитают в пищеварительном аппарате животных, помогая переваривать пищу.
Существует много бактерий-паразитов. Такие бактерии живут в других живых организмах, питаются за их счет и наносят вред организму-хозяину.
Дыхание бактерий
В процессе дыхания происходит разрушение органических веществ с высвобождением энергии. Эта энергия в последствии тратится на различные процессы жизнедеятельности (например, на движение).
Эффективным способом получения энергии является кислородное дыхание. Однако некоторые бактерии могут получать энергию без кислорода. Таким образом, существуют аэробные и анаэробные бактерии.
Аэробным бактериям необходим кислород, поэтому они обитают в местах, где он есть. Кислород участвует в реакции окисления органических веществ до углекислого газа и воды. В процессе такого дыхания бактерии получают относительно большое количество энергии. Такой способ дыхания характерен для подавляющего числа организмов.
Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде для дыхания, поэтому могут обитать в бескислородной среде. Энергию они получают за счет реакции брожения. Данный способ окисления малоэффективен.
Размножение бактерий
В большинстве случаев для бактерий характерно размножение путем деления их клетки надвое. Перед этим происходит удвоение кольцевой молекулы ДНК. Каждая дочерняя клетка получает одну из этих молекул и, следовательно, является генетической копией материнской клетки (клоном). Таким образом, для бактерий характерно бесполое размножение.
В благоприятных условиях (при достаточном количестве питательных веществ и благоприятных условиях окружающей среды) бактериальные клетки делятся очень быстро.
Так от одной бактерии за сутки могут образоваться сотни миллионов клеток.
Хотя бактерии размножаются бесполым путем, в ряде случаев у них наблюдается так называемый половой процесс, который протекает в форме конъюгации. При конъюгации две разные бактериальные клетки сближаются, между их цитоплазмами устанавливается связь. Части ДНК одной клетки переходят во вторую, а части ДНК второй клетки — в первую. Таким образом, при половом процессе у бактерий происходит обмен генетической информации. Иногда при этом бактерии обмениваются не участками ДНК, а целыми молекулами ДНК.
Споры бактерий
Подавляющее большинство бактерий в неблагоприятных условиях образуют споры. Споры бактерий — это в основном способ переживания неблагоприятных условий и способ расселения, а не способ размножения.
При образовании споры цитоплазма бактериальной клетки сжимается, а сама клетка покрывается плотной толстой защитной оболочкой.
Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в течении длительного времени и способны переживать очень неблагоприятные условия (крайне высокие и низкие температуры, высыхание).
Когда спора попадает в благоприятные условия, то происходит ее набухание. После этого защитная оболочка сбрасывается, и появляется обычная бактериальная клетка. Бывает, что при этом происходит деление клетки, и образуется несколько бактерий. То есть спорообразование сочетается с размножением.
Значение бактерий
Огромна роль бактерий в круговороте веществ в природе. В первую очередь это относится к бактериям гниения (сапрофитам). Их называют санитарами природы. Разлагая остатки растений и животных, бактерии превращают сложные органические вещества в простые неорганические (углекислый газ, воду, аммиак, сероводород).
Бактерии повышают плодородие почвы, обогащая ее азотом. В нитрифицирующих бактериях протекают реакции, в процессе которых из аммиака образуются нитриты, а из нитритов — нитраты. Клубеньковые бактерии способны усваивать атмосферный азот, синтезируя азотистые соединения. Они живут в корнях растений, образуя клубеньки. Благодаря этим бактериям, растения получают необходимые им азотистые соединения.
В основном в симбиоз с клубеньковыми бактериями вступают бобовые растения. После их отмирания почва обогащается азотом. Это нередко используется в сельском хозяйстве.
В желудке жвачных животных бактерии разлагают целлюлозу, что способствует более эффективному пищеварению.
Велика положительная роль бактерий в пищевой промышленности. Многие виды бактерий используются для получения молочнокислых продуктов, сливочного масла и сыра, квашения овощей, а также в виноделии.
В химической промышленности бактерии используются при получении спиртов, ацетона, уксусной кислоты.
В медицине с помощью бактерий получают ряд антибиотиков, ферментов, гормонов и витаминов.
Однако бактерии могут приносить и вред. Они не просто портят продукты питания, но своими выделениями делают их ядовитыми.
Существуют бактерии-паразиты. Бактериальными болезнями являются тиф, чума, ангина, туберкулез, столбняк и многие другие. Люди заражают друг друга не только при контакте, но и через воду, окружающие предметы.
Споры болезнетворных бактерий могут долго сохранять жизнеспособность, переживать весьма неблагоприятные условия. Поэтому проводятся различные мероприятия, направленные на уничтожение болезнетворных бактерий и их спор: химическая и ультрафиолетовая обработка помещений, проветривание, пастеризация, кипячение, стерилизация. От многих бактериальных болезней уже изобретены предохранительные прививки. Однако главной защитой является личная гигиена.
Открыта новая бактерия, которая живет внутри инфузорий
27 января, 2022 14:41
Источник:
Полит.ру
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Зоологического института РАН, а также их коллеги из университетов Пизы, Павии, Хельсинки описали новую бактерию, которая живет внутри инфузории. Геном этой бактерии сильно уменьшился из-за жизни внутри клетки-хозяина, став самым маленьким из известных для микроорганизмов-симбионтов инфузорий.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Поделиться
В клетках всех эукариотических организмов (животных, растений, грибов, водорослей и других) имеются особые органы — митохондрии, которые выполняют там важную роль: синтезируют молекулы АТФ, обеспечивая клетку энергией, необходимой для жизненных процессов. У митохондрий есть собственный геном и способность самостоятельно синтезировать белки, ведь когда-то они были самостоятельными бактериями, вступившими на заре эволюции эукариот с ними в симбиоз. Судя по их генам, ближайшими родственниками митохондрий являются альфапротеобактерии. Описанная биологами новая бактерия, живущая внутри инфузорий, тоже относится к альфапротеобактериям, то есть она приходится дальним родственником митохондриям. В качестве хозяина эта бактерия выбрала инфузорию Paramecium polycaryum — близкого родственника инфузории-туфельки.
Для обозначения бактерий, штаммы которых еще не были культивированы в лабораторных условиях, микробиологи используют термин слово Candidatus, которое ставят перед названием рода и вида.
«К таким микроорганизмам относятся и бактерии порядка Holosporales, которые стали облигатными паразитами эукариотических клеток. Это означает, что они выживают только внутри хозяина. Паразитируя на нем, такие бактерии могут терять отдельные функции и даже целые метаболические пути, что можно обнаружить, прочитав их геном», — поясняет руководитель проекта по гранту РНФ профессор кафедры микробиологии СПбГУ Алексей Потехин.
В одном из предыдущих исследований биологи описали две новых бактерии, живущих внутри инфузорий. Оба таких симбионта, Candidatus Bealeia paramacronuclearis и Candidatus Fokinia cryptica, по традиционной номенклатуре должны были принадлежать к группе риккетсий. Однако данные о генетике этих организмов позволили ученым по-новому взглянуть на систематику бактерий, разграничив риккетсии «в строгом смысле этого слова» и порядок Holosporales.
В новой работе исследователи описали еще одну бактерию из порядка Holosporales, которую назвали Candidatus Gromoviella agglomerans. Она обитает в цитоплазме — полужидком содержимом хозяйской клетки. Candidatus Gromoviella agglomerans часто формирует большие скопления, что мешает инфузории размножаться делением. Если же симбионтов не слишком много, при делении они распределяются между двумя дочерними клетками.
Ученым удалось экспериментально показать, что обнаруженные микроорганизмы способны также активно «заражать» и других инфузорий. Как у многих иных внутриклеточных симбиотических бактерий, которые не могут жить отдельно от организма-хозяина, геном Candidatus Gromoviella agglomerans оказался очень маленьким — меньше 600 тысяч пар нуклеотидов. Пока он самый маленький среди известных геномов бактерий-симбионтов инфузорий. Из-за этого микроорганизм не может самостоятельно производить все нужные вещества, а потому очень зависим от клетки-хозяина и не выживет «на свободе».
Candidatus Gromoviella agglomerans приходится получать многие вещества из цитоплазмы инфузории — для этого у бактерии даже появились специальные транспортеры в оболочке, через которые нужные соединения закачиваются внутрь.
«Скорее всего, геном этой бактерии сильно сократился в процессе эволюции. Это напомнило быстрые изменения у других бактерий семейства Holosporaceae, но с некоторыми особенностями, характерными для конкретной линии. Похожие изменения происходят и у бактерий рода Rickettsiales. Очевидно, что это стало последствием паразитизма, так как эти прокариоты всё больше и больше полагались на клетку, в которой живут, в синтезе нужных им соединений. Возможно, аналогичный путь в свое время проходили и предки митохондрий», — заключил Алексей Потехин.
Результаты работы опубликованы в журнале Environmental Microbiology Reports, кратко о них сообщила пресс-служба РНФ.
Теги
Биология, Спецпроект
Бактерии | Клетка, эволюция и классификация
Mycobacterium tuberculosis
См.
все СМИ
- Ключевые лица:
- Джошуа Ледерберг
Джордж П. Смит
Роберт Кох
Антони ван Левенгук
Фердинанд Кон
- Похожие темы:
- риккетсия
кампилобактер
азотфиксирующие бактерии
серная бактерия
эубактерий
Просмотреть весь соответствующий контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
бактерии , единственное число бактерия , любой из группы микроскопических одноклеточных организмов, которые живут в огромных количествах почти во всех средах на Земле, от глубоководных жерл и глубоко под поверхностью Земли до пищеварительного тракта человека.
Бактерии не имеют связанного с мембраной ядра и других внутренних структур, поэтому их относят к одноклеточным формам жизни, называемым прокариотами. Прокариоты являются доминирующими живыми существами на Земле, они существовали примерно три четверти истории Земли и адаптировались почти ко всем доступным экологическим средам обитания.
Как группа, они демонстрируют чрезвычайно разнообразные метаболические способности и могут использовать почти любое органическое соединение и некоторые неорганические соединения в качестве источника пищи. Некоторые бактерии могут вызывать заболевания у людей, животных или растений, но большинство из них безвредны и являются полезными экологическими агентами, метаболическая активность которых поддерживает высшие формы жизни. Другие бактерии являются симбионтами растений и беспозвоночных, где они выполняют важные для хозяина функции, такие как фиксация азота и расщепление целлюлозы. Без прокариот почва не была бы плодородной, а мертвый органический материал разлагался бы намного медленнее. Некоторые бактерии широко используются при приготовлении пищевых продуктов, химикатов и антибиотиков. Исследования взаимоотношений между различными группами бактерий продолжают давать новое понимание происхождения жизни на Земле и механизмов эволюции.
Все живые организмы на Земле состоят из одного из двух основных типов клеток: эукариотических клеток, в которых генетический материал заключен в ядерную мембрану, или прокариотических клеток, в которых генетический материал не отделен от остальной части клетка.
Традиционно все прокариотические клетки называли бактериями и относили к прокариотическому царству Monera. Однако их классификация как Monera, эквивалентная по таксономии другим царствам — Plantae, Animalia, Fungi и Protista — недооценивает замечательное генетическое и метаболическое разнообразие, проявляемое прокариотическими клетками по сравнению с эукариотическими клетками. В конце 19Американский микробиолог 70-х годов Карл Вёзе впервые внес серьезные изменения в классификацию, поместив все организмы в три домена — эукариоты, бактерии (первоначально называвшиеся эубактериями) и археи (первоначально называвшиеся архебактериями) — чтобы отразить три древние линии эволюции. Прокариотические организмы, которые ранее были известны как бактерии, затем были разделены на две из этих областей: бактерии и археи. Бактерии и археи внешне похожи; например, у них нет внутриклеточных органелл, и у них есть кольцевая ДНК. Однако они принципиально различны, и их разделение основано на генетических свидетельствах их древних и отдельных эволюционных линий, а также на фундаментальных различиях в их химии и физиологии.
Члены этих двух прокариотических доменов так же отличаются друг от друга, как и от эукариотических клеток.
Прокариотические клетки (т. е. бактерии и археи) принципиально отличаются от эукариотических клеток, составляющих другие формы жизни. Прокариотические клетки имеют гораздо более простую структуру, чем эукариотические клетки. Наиболее очевидным упрощением является отсутствие внутриклеточных органелл, характерных для эукариотических клеток. Органеллы представляют собой дискретные, окруженные мембраной структуры, содержащиеся в цитоплазме и включающие ядро, где сохраняется, копируется и экспрессируется генетическая информация; митохондрии и хлоропласты, где химическая или световая энергия преобразуется в метаболическую энергию; лизосома, где перевариваются поглощенные белки и становятся доступными другие питательные вещества; и эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, где белки, которые синтезируются и высвобождаются клеткой, собираются, модифицируются и экспортируются.
Все виды деятельности, выполняемые органеллами, имеют место и у бактерий, но они не осуществляются специализированными структурами. Кроме того, прокариотические клетки обычно значительно меньше эукариотических. Небольшой размер, простая конструкция и широкие метаболические возможности бактерий позволяют им очень быстро расти и делиться, а также обитать и процветать практически в любой среде.
Britannica Quiz
Вирусы, бактерии и болезни
Если у человека тризм, от какой болезни он страдает? От полиомиелита до гриппа — узнайте больше о вирусах, бактериях и болезнях в этой викторине.
Прокариотические и эукариотические клетки различаются по многим другим параметрам, включая состав липидов, структуру ключевых метаболических ферментов, реакцию на антибиотики и токсины и механизм экспрессии генетической информации. Эукариотические организмы содержат несколько линейных хромосом с генами, которые намного больше, чем они должны быть для кодирования синтеза белков.
Значительные части рибонуклеиновой кислоты (РНК) копии генетической информации (дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК) отбрасываются, а оставшаяся матричная РНК (мРНК) существенно модифицируется перед трансляцией в белок. Напротив, бактерии имеют одну кольцевую хромосому, которая содержит всю их генетическую информацию, а их мРНК являются точными копиями их генов и не модифицируются.
Бактерии | Клетка, эволюция и классификация
Mycobacterium tuberculosis
См. все СМИ
- Ключевые лица:
- Джошуа Ледерберг
Джордж П. Смит
Роберт Кох
Антони ван Левенгук
Фердинанд Кон
- Похожие темы:
- риккетсия
кампилобактер
азотфиксирующие бактерии
серная бактерия
эубактерий
Просмотреть весь соответствующий контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
бактерии , единственное число бактерия , любой из группы микроскопических одноклеточных организмов, которые живут в огромных количествах почти во всех средах на Земле, от глубоководных жерл и глубоко под поверхностью Земли до пищеварительного тракта человека.
Бактерии не имеют связанного с мембраной ядра и других внутренних структур, поэтому их относят к одноклеточным формам жизни, называемым прокариотами. Прокариоты являются доминирующими живыми существами на Земле, они существовали примерно три четверти истории Земли и адаптировались почти ко всем доступным экологическим средам обитания. Как группа, они демонстрируют чрезвычайно разнообразные метаболические способности и могут использовать почти любое органическое соединение и некоторые неорганические соединения в качестве источника пищи. Некоторые бактерии могут вызывать заболевания у людей, животных или растений, но большинство из них безвредны и являются полезными экологическими агентами, метаболическая активность которых поддерживает высшие формы жизни. Другие бактерии являются симбионтами растений и беспозвоночных, где они выполняют важные для хозяина функции, такие как фиксация азота и расщепление целлюлозы. Без прокариот почва не была бы плодородной, а мертвый органический материал разлагался бы намного медленнее.
Некоторые бактерии широко используются при приготовлении пищевых продуктов, химикатов и антибиотиков. Исследования взаимоотношений между различными группами бактерий продолжают давать новое понимание происхождения жизни на Земле и механизмов эволюции.
Все живые организмы на Земле состоят из одного из двух основных типов клеток: эукариотических клеток, в которых генетический материал заключен в ядерную мембрану, или прокариотических клеток, в которых генетический материал не отделен от остальной части клетка. Традиционно все прокариотические клетки называли бактериями и относили к прокариотическому царству Monera. Однако их классификация как Monera, эквивалентная по таксономии другим царствам — Plantae, Animalia, Fungi и Protista — недооценивает замечательное генетическое и метаболическое разнообразие, проявляемое прокариотическими клетками по сравнению с эукариотическими клетками. В конце 19Американский микробиолог 70-х годов Карл Вёзе впервые внес серьезные изменения в классификацию, поместив все организмы в три домена — эукариоты, бактерии (первоначально называвшиеся эубактериями) и археи (первоначально называвшиеся архебактериями) — чтобы отразить три древние линии эволюции.
Прокариотические организмы, которые ранее были известны как бактерии, затем были разделены на две из этих областей: бактерии и археи. Бактерии и археи внешне похожи; например, у них нет внутриклеточных органелл, и у них есть кольцевая ДНК. Однако они принципиально различны, и их разделение основано на генетических свидетельствах их древних и отдельных эволюционных линий, а также на фундаментальных различиях в их химии и физиологии. Члены этих двух прокариотических доменов так же отличаются друг от друга, как и от эукариотических клеток.
Прокариотические клетки (т. е. бактерии и археи) принципиально отличаются от эукариотических клеток, составляющих другие формы жизни. Прокариотические клетки имеют гораздо более простую структуру, чем эукариотические клетки. Наиболее очевидным упрощением является отсутствие внутриклеточных органелл, характерных для эукариотических клеток. Органеллы представляют собой дискретные, окруженные мембраной структуры, содержащиеся в цитоплазме и включающие ядро, где сохраняется, копируется и экспрессируется генетическая информация; митохондрии и хлоропласты, где химическая или световая энергия преобразуется в метаболическую энергию; лизосома, где перевариваются поглощенные белки и становятся доступными другие питательные вещества; и эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, где белки, которые синтезируются и высвобождаются клеткой, собираются, модифицируются и экспортируются.
Все виды деятельности, выполняемые органеллами, имеют место и у бактерий, но они не осуществляются специализированными структурами. Кроме того, прокариотические клетки обычно значительно меньше эукариотических. Небольшой размер, простая конструкция и широкие метаболические возможности бактерий позволяют им очень быстро расти и делиться, а также обитать и процветать практически в любой среде.
Викторина «Британника»
Наука наугад Викторина
К какому царству относятся грибы? Какой динозавр был хищником размером с курицу? Проверьте свои знания в области науки с помощью этой викторины.
Прокариотические и эукариотические клетки различаются по многим другим параметрам, включая состав липидов, структуру ключевых метаболических ферментов, реакцию на антибиотики и токсины и механизм экспрессии генетической информации. Эукариотические организмы содержат несколько линейных хромосом с генами, которые намного больше, чем они должны быть для кодирования синтеза белков.