Bakteerit ovat ryhmä yksinkertaisia ​​mikro-organismeja, jotka kuuluvat prokaryoottien valtakuntaan (heillä ei ole ydintä). Biologiassa on noin 10,5 tuhatta bakteerilajia. Tärkeimmät erot niiden välillä ovat niiden muoto, rakenne ja elämäntapa. Perusmuodot:

• sauvan muotoinen (basillit, klostridit, pseudomonadit);
• pallomainen (kokki);
• spiraali (spirilla, vibrio).

On yleisesti hyväksyttyä, että mikro-organismit olivat maapallon ensimmäiset asukkaat. Prokaryoottien valtakunnan edustajat ovat elämänsä luonteen vuoksi jakautuneet kaikkialle (maaperässä, ilmassa, vedessä, elävissä organismeissa), ne kestävät korkeita ja matalia lämpötiloja. Ainoat paikat, joissa ei ole eläviä prokaryootteja, ovat tulivuoren kraatterit ja alueet, jotka ovat lähellä atomipommin räjähdyksen keskipistettä.

Ekologiassa prokaryoottisen valtakunnan bakteerit sitovat typpeä ja mineralisoivat orgaanisia jäämiä maaperään. Lisätietoja näistä ominaisuuksista:

• Typen sitoutuminen on elintärkeä prosessi koko ympäristölle. Loppujen lopuksi kasvit, joissa ei ole typpeä (N 2), eivät selviä. Mutta puhtaassa muodossaan se ei imeydy, vaan vain ammoniakkiyhdisteissä (NHO 3) - bakteerit osallistuvat tähän sitoutumiseen.
• Mineralisaatio (mätä) on prosessi, jossa orgaaniset jäännökset hajoavat CO2:ksi (hiilidioksidiksi), H 2 O:ksi (vedeksi) ja mineraalisuoloiksi. Tämän prosessin toteutumiseen tarvitaan riittävä määrä happea, koska itse asiassa hajoaminen voidaan rinnastaa palamiseen. Maaperään joutuessaan orgaaniset aineet hapettuvat bakteerien ja sienten toiminnan vuoksi.

Luonnossa on toinen biologinen prosessi - denitrifikaatio. Tämä on nitraattien pelkistämistä typpimolekyyleiksi samalla, kun orgaaniset komponentit hapetetaan CO 2:ksi ja H 2 O:ksi. Denitrifikaatioprosessin päätehtävä on NO 3:n vapautuminen.

Hyvän sadon saamiseksi viljelijät yrittävät aina lannoittaa maaperän ennen uutta kylvöä. Tämä tehdään usein käyttämällä lannan ja heinän seosta. Jonkin aikaa lannoitteen levittämisen jälkeen se mätää ja löysää maaperää - näin ravinteet pääsevät siihen. Tämä on seurausta bakteerisolujen työstä, koska hajoamisprosessi on myös niiden tehtävä.

Ilman erityistä laitetta paljaalla silmällä ei voi vain nähdä mikro-organismeja maaperässä, mutta niitä on miljoonia. Esimerkiksi yhdellä hehtaarilla peltomaan pintakerroksessa on jopa 450 kg mikro-organismeja.

Perustoimintojaan suorittaessaan bakteerit varmistavat maaperän hedelmällisyyden ja kasvien fotosynteesin kannalta välttämättömän hiilidioksidin vapautumisen.

Bakteerit ja ihmiset

Ihmisen, kuten kasvien, elämä on mahdotonta ilman bakteereja, koska näkymättömät mikro-organismit asuvat ihmiskehossa ensimmäisellä ilmahengityksellä syntymän jälkeen. Tutkijat ovat osoittaneet, että aikuisen kehossa on jopa 10 000 erityyppistä bakteeria, ja painon mukaan tämä on 3 kg.

Prokaryoottien pääasiallinen sijainti on suolistossa, ja niitä on vähemmän virtsateissä ja iholla. 98 %:lla ”meidän” bakteereistamme on hyödyllisiä toimintoja ja 2 % on haitallisia. Vahva ihmisen immuniteetti varmistaa tasapainon niiden välillä. Mutta heti kun immuunijärjestelmä heikkenee, haitalliset bakteerisolut alkavat lisääntyä intensiivisesti, minkä seurauksena tauti ilmenee.

Hyödylliset prokaryootit kehossa

Ihmisen immuniteetti riippuu suoraan suolistossa kolonisoituneista bakteereista. Hyödyllisten bakteerien rooli on suuri, sillä ne hajottavat sulamattomia ruokajätteitä, tukevat vesi-suola-aineenvaihduntaa, auttavat immunoglobuliini A:n tuotannossa sekä taistelevat patogeenisiä bakteereja ja sieniä vastaan.

Bakteerien päätehtävänä on varmistaa tasapainoinen suoliston mikrofloora, jonka ansiosta ihmisen immuunijärjestelmän normaali toiminta tapahtuu. Biologian nykyaikaisen edistyksen ansiosta sellaiset hyödylliset prokaryootit kuin bifidobakteerit, laktobasillit, enterokokit, Escherichia coli ja bakteroidit ovat tulleet tunnetuiksi. Niiden pitäisi asuttaa suolistoympäristö 99 prosentilla, ja loput 1 prosentti koostuu patogeenisen kasviston bakteereista (stafylokokki, Pseudomonas aeruginosa ja muut).

• Bifidobakteerit tuottavat asetaattia ja maitohappoa. Tämän seurauksena ne happamoivat elinympäristöään ja estävät siten patogeenisten prokaryoottien lisääntymisen, mikä luo hajoamis- ja käymisprosesseja. Ne auttavat imemään tarvittavan määrän D-vitamiinia, kalsiumia ja rautaa ja niillä on antioksidanttinen vaikutus. Bifidobakteerit ovat myös erittäin tärkeitä vastasyntyneille - ne vähentävät ruoka-aineallergioiden riskiä.
• E. coli tuottaa kolisiinia, ainetta, joka estää haitallisten mikrobien lisääntymistä. E. colin toiminnan ansiosta tapahtuu K-vitamiinin, B-ryhmän, foolihapon ja nikotiinihapon synteesi.
• Enterobakteerit ovat välttämättömiä suoliston mikroflooran palauttamiseksi antibioottikuurin jälkeen.
• Laktobasillien toiminnot tähtäävät antimikrobisen aineen muodostumiseen. Tämä vähentää opportunististen ja mädäntyneiden prokaryoottien kasvua.

Haitalliset bakteerit

Haitalliset mikrobit pääsevät elimistöön ilman, ruoan, veden ja kosketuksen kautta. Jos immuunijärjestelmä heikkenee, ne aiheuttavat erilaisia ​​sairauksia. Yleisimpiä haitallisia prokaryootteja ovat:

• A- ja B-ryhmän streptokokit elävät suuontelossa, ihossa, nenänielassa, sukupuolielimissä ja paksusuolessa. Ne vähentävät hyödyllisten bakteerien kehittymistä ja vastaavasti immuniteettia. Niistä tulee pääasiallinen tartuntatautien aiheuttaja.
• Pneumokokit ovat keuhkoputkentulehduksen, keuhkokuumeen, poskiontelotulehduksen ja välikorvatulehduksen, aivokalvontulehduksen aiheuttajia.
• Gingivalis-mikrobit löytyvät pääasiassa suuontelosta ja aiheuttavat parodontiittia.
• Stafylokokki - leviää kaikkialle ihmiskehoon, kun immuniteetti heikkenee ja muiden tekijöiden vaikutus ilmenee, se ilmenee ihon, luiden, nivelten, aivojen, paksusuolen ja sisäelinten sairauksissa.

Mikro-organismit paksusuolessa

Paksusuolen mikrofloora muuttuu ihmisen nauttiman ruoan mukaan, joten mikrobit voivat syrjäyttää toisiaan. Putrefaktiivisia bakteereja voidaan torjua maitohappomikro-organismeilla.

Roskaruoka häiritsee "hyvien" mikro-organismien toimintaa suolistossa

Ihminen elää bakteerien kanssa syntymästään asti - mikro- ja makro-organismien välinen suhde on erittäin vahva. Siksi hyvän terveyden kannalta on välttämätöntä ylläpitää tiukkaa tasapainoa hyödyllisten ja haitallisten bakteerien välillä. Tämä voidaan tehdä helposti ylläpitämällä henkilökohtaista hygieniaa ja oikeaa ravintoa.

Uskomattomia faktoja

Pelkästään ajatus siitä, että biljoonia bakteereita elää ihollamme ja kehossamme, on joillekin pelottava.

"Mutta aivan kuten ihminen ei voi elää ilman hiiltä, ​​typpeä, suojaa sairauksilta, hän ei myöskään voi elää ilman bakteereja"- sanoo mikrobiologi ja kirjan "Allies and Enemies: How the World Depends on Bakteeria" kirjoittaja Anne Maczulak.

Useimmat ihmiset oppivat bakteereista vain tiettyjen sairauksien yhteydessä, mikä luonnollisesti vaikuttaa ihmisten negatiivisiin asenteisiin niitä kohtaan. "Nyt on aika miettiä, kuinka he auttavat meitä, koska tämä on erittäin monimutkainen, monivaiheinen prosessi", Makzulak lisäsi.

Pienet yliherrat

Maaperässä ja valtamerissä bakteerit ovat tärkeitä toimijoita orgaanisen aineen hajotuksessa ja ihmiselämän kannalta välttämättömien kemiallisten alkuaineiden, kuten hiilen ja typen, kierrossa. Koska kasvit ja eläimet eivät pysty luomaan joitain typpimolekyylejä, meidän täytyy elää Maaperän bakteereilla ja syanobakteereilla (sinilevät) on kuitenkin ehdottoman korvaamaton rooli ilmakehän typen muuttamisessa typen muodoiksi, joita kasvit voivat imeä, jolloin syntyy aminohappoja ja nukleiinihappoja, jotka puolestaan ​​ovat DNA:n rakennuspalikoita. Syömme kasvisruokaa ja saamme siten hyödyt koko prosessista.

Bakteereilla on myös rooli toisen ihmiselämän kannalta yhtä tärkeän komponentin kiertämisessä. Tämä on vettä. Viime vuosina Louisianan osavaltion yliopiston tutkijat ovat paljastaneet todisteita siitä, että bakteerit ovat tärkeä osa monissa, ellei suurin osa, pienissä hiukkasissa, jotka aiheuttavat lunta ja sadetta pilvissä.

Bakteerit ja ihmiskeho

Bakteereilla on yhtä tärkeä rooli ihmiskehossa ja sen sisällä. Ruoansulatusjärjestelmän toiminnan aikana ne auttavat meitä sulattamaan ruokaa, koska emme pysty siihen omin voimin. "Saamme paljon enemmän ravintoaineita syömästämme ruoasta bakteerien ansiosta", Makzulak huomauttaa.

Ruoansulatuskanavan bakteerit antavat meille tärkeitä vitamiineja, kuten biotiinia ja K-vitamiinia sekä ovat tärkeimmät ravintolähteemme. Marsuilla tehdyt kokeet osoittivat, että steriileissä olosuhteissa ilman bakteereja kasvatetut eläimet olivat kroonisesti aliravittuja ja kuolivat nuorina.

Makzulakin mukaan ihon pinnalla sijaitsevat bakteerit (New Yorkin yliopiston tutkijoiden mukaan keskimäärin terveellä ihmisellä noin 200 lajia) ovat aktiivisesti yhteydessä toisiinsa ja varmistavat siten kehon normaalin toiminnan. On myös tärkeää huomata, että sekä ulkoiset että sisäiset bakteerit, niillä on valtava vaikutus immuunijärjestelmän muodostumiseen ja kehittymiseen.

Colorado State Universityn mikrobiologi Gerald Callahanin mukaan sekä hyödyllisten että haitallisten bakteerien aktiivisuus määrittää myöhemmin, kuinka immuunijärjestelmä reagoi patogeenisiin muutoksiin kehossa. New England Journal of Medicine -lehdessä julkaistu tutkimus vahvisti myös, että lapsilla, jotka kasvavat bakteereilta suojatussa ympäristössä, on suurempi riski sairastua astmaan ja allergioihin.

Mutta tämä ei silti tarkoita, että hyödylliset bakteerit eivät voisi olla vaarallisia. Kuten Makzulak sanoo, yleensä hyödylliset ja haitalliset bakteerit ovat toisensa poissulkevia. Mutta joskus tilanne on täysin erilainen. "Staph-bakteeri on erinomainen esimerkki tästä, koska sen koti on kaikkialla ihollamme", Makzulak selittää. Kokonaiset Staphylococcus aureus -pesäkkeet, jotka elävät esimerkiksi kädellämme, voivat elää rauhallisesti rinnakkain ihmisen kanssa ilman haittaa terveydelle, mutta heti kun leikkaat itsesi tai muuten vahingoitat immuunijärjestelmääsi, bakteerit voivat alkaa välittömästi lähteä. villi, mikä aiheuttaa infektion kehittymisen.

Bakteerien määrä ihmiskehossa ylittää ihmissolujen määrän 10 kertaa. "Se on hieman kammottavaa, mutta se auttaa meitä kuvittelemaan näiden organismien roolin."

BAKTEERIT
suuri joukko yksisoluisia mikro-organismeja, joille on ominaista kalvon ympäröimän soluytimen puuttuminen. Samaan aikaan bakteerin geneettisellä materiaalilla (deoksiribonukleiinihapolla tai DNA:lla) on solussa hyvin spesifinen paikka - vyöhyke, jota kutsutaan nukleoidiksi. Organismeja, joilla on tällainen solurakenne, kutsutaan prokaryooteiksi ("esinukleaariset"), toisin kuin kaikki muut - eukaryootit ("todellinen ydin"), joiden DNA sijaitsee ytimessä, jota ympäröi kuori. Bakteerit, joita aiemmin pidettiin mikroskooppisena kasveina, luokitellaan nyt itsenäiseksi Monera-valtakunnaksi - joka on yksi viidestä nykyisessä luokitusjärjestelmässä, yhdessä kasvien, eläinten, sienten ja protistien kanssa.

Fossiiliset todisteet. Bakteerit ovat luultavasti vanhin tunnettu organismiryhmä. Kerrostetut kivirakenteet - stromatoliitit - ajoittuivat joissain tapauksissa arkeotsoisen (arkeaanisen) alkuun, ts. syntyi 3,5 miljardia vuotta sitten, - seurausta bakteerien elintärkeästä toiminnasta, yleensä fotosyntetisoinnista, ns. sinilevät. Samanlaisia ​​rakenteita (karbonaatilla kyllästettyjä bakteerikalvoja) muodostuu edelleen nykyäänkin pääasiassa Australian rannikolla, Bahamalla, Kalifornian ja Persianlahdella, mutta ne ovat suhteellisen harvinaisia ​​eivätkä saavuta suuria kokoja, koska kasvissyöjäorganismeja, kuten kotijalkaisia. , ruokkii niitä. Nykyään stromatoliitit kasvavat pääasiassa siellä, missä näitä eläimiä ei esiinny veden korkean suolapitoisuuden tai muiden syiden vuoksi, mutta ennen kasvinsyöjämuotojen ilmaantumista evoluution aikana ne saattoivat saavuttaa valtavia kokoja muodostaen välttämättömän valtameren matalan veden elementin, joka on verrattavissa nykyaikaiseen. koralliriutat. Joistakin muinaisista kivistä on löydetty pieniä hiiltyneitä palloja, joiden uskotaan myös olevan bakteerien jäänteitä. Ensimmäiset ydinvoimalat, ts. eukaryoottisolut kehittyivät bakteereista noin 1,4 miljardia vuotta sitten.
Ekologia. Bakteereja on runsaasti maaperässä, järvien ja valtamerten pohjalla – kaikkialla, missä orgaanista ainesta kertyy. Ne elävät kylmässä, kun lämpömittari on hieman yli nollan, ja kuumissa happamissa lähteissä, joiden lämpötila on yli 90 °C. Jotkut bakteerit sietävät erittäin korkeaa suolapitoisuutta; Erityisesti ne ovat ainoita Kuolleestamerestä löydettyjä organismeja. Ilmakehässä niitä on vesipisaroina, ja niiden runsaus korreloi yleensä ilman pölyisyyden kanssa. Siten kaupungeissa sadevesi sisältää paljon enemmän bakteereja kuin maaseudulla. Niitä on vähän korkeiden vuorten ja napa-alueiden kylmässä ilmassa, mutta niitä löytyy jopa stratosfäärin alemmasta kerroksesta 8 km:n korkeudessa. Eläinten ruoansulatuskanava on tiheästi asutettu bakteereilla (yleensä vaarattomia). Kokeet ovat osoittaneet, että ne eivät ole välttämättömiä useimpien lajien elämälle, vaikka ne voivat syntetisoida joitain vitamiineja. Märehtijöillä (lehmät, antiloopit, lampaat) ja monilla termiiteillä ne ovat kuitenkin mukana kasviruoan sulatuksessa. Lisäksi steriileissä olosuhteissa kasvatetun eläimen immuunijärjestelmä ei kehity normaalisti bakteeristimulaation puutteen vuoksi. Suoliston normaali bakteerifloora on myös tärkeä suoliston haitallisten mikro-organismien estämiseksi.

BAKTEERIEN RAKENNE JA ELÄMÄAKTIIVISUUS

Bakteerit ovat paljon pienempiä kuin monisoluisten kasvien ja eläinten solut. Niiden paksuus on yleensä 0,5-2,0 mikronia ja pituus 1,0-8,0 mikronia. Jotkut muodot ovat tuskin näkyvissä tavallisten valomikroskooppien resoluutiolla (noin 0,3 mikronia), mutta tunnetaan myös lajeja, joiden pituus on yli 10 mikronia ja leveys ylittää myös määritellyt rajat, ja joukko erittäin ohuita bakteereja voi pituus yli 50 mikronia. Kynällä merkittyä pistettä vastaavalle pinnalle mahtuu neljännesmiljoona tämän valtakunnan keskikokoista edustajaa.
Rakenne. Morfologisten ominaisuuksiensa perusteella erotetaan seuraavat bakteeriryhmät: kokit (enemmä tai vähemmän pallomaiset), basillit (sauvat tai sylinterit pyöristetyillä päillä), spirilla (jäykät spiraalit) ja spirokeetat (ohuet ja taipuisat karvat muistuttavat muodot). Jotkut kirjoittajat pyrkivät yhdistämään kaksi viimeistä ryhmää yhdeksi - spirillaksi. Prokaryootit eroavat eukaryooteista pääasiassa muodostuneen ytimen puuttuessa ja vain yhden kromosomin tyypillisessä läsnäolossa - hyvin pitkässä pyöreässä DNA-molekyylissä, joka on kiinnittynyt yhteen kohtaan solukalvoon. Prokaryooteilla ei myöskään ole kalvon ympäröimiä solunsisäisiä organelleja, joita kutsutaan mitokondrioiksi ja kloroplasteiksi. Eukaryooteissa mitokondriot tuottavat energiaa hengityksen aikana, ja fotosynteesi tapahtuu kloroplasteissa (katso myös CELL). Prokaryooteissa koko solu (ja ensisijaisesti solukalvo) ottaa mitokondrion toiminnan ja fotosynteettisissä muodoissa se ottaa myös kloroplastin toiminnan. Kuten eukaryooteissa, bakteerien sisällä on pieniä nukleoproteiinirakenteita - ribosomeja, jotka ovat välttämättömiä proteiinisynteesille, mutta ne eivät liity mihinkään kalvoon. Hyvin harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta bakteerit eivät pysty syntetisoimaan steroleja, jotka ovat tärkeitä eukaryoottisten solukalvojen komponentteja. Solukalvon ulkopuolella useimmat bakteerit on peitetty soluseinällä, joka muistuttaa jonkin verran kasvisolujen selluloosa-seinämää, mutta koostuu muista polymeereistä (niissä ei ole vain hiilihydraatteja, vaan myös aminohappoja ja bakteerispesifisiä aineita). Tämä kalvo estää bakteerisolua räjähtämästä, kun vesi pääsee siihen osmoosin kautta. Soluseinän päällä on usein suojaava limakapseli. Monet bakteerit on varustettu flagellalla, jonka kanssa ne uivat aktiivisesti. Bakteerisiimot ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia ja hieman erilaisia ​​kuin eukaryoottien samanlaiset rakenteet.

"TYYPILLINEN" BAKTEERISOLU ja sen perusrakenteet.

Sensoriset toiminnot ja käyttäytyminen. Monilla bakteereilla on kemiallisia reseptoreita, jotka havaitsevat muutoksia ympäristön happamuudessa ja eri aineiden, kuten sokereiden, aminohappojen, hapen ja hiilidioksidin, pitoisuuksissa. Jokaisella aineella on omat tyyppinsä tällaiset "maku"-reseptorit, ja yhden niistä menettäminen mutaation seurauksena johtaa osittaiseen "makusokeuteen". Monet liikkuvat bakteerit reagoivat myös lämpötilan vaihteluihin, ja fotosynteettiset lajit reagoivat valon intensiteetin muutoksiin. Jotkut bakteerit havaitsevat magneettikenttälinjojen suunnan, mukaan lukien Maan magneettikenttä, niiden soluissa olevien magnetiittihiukkasten (magneettinen rautamalmi - Fe3O4) avulla. Vedessä bakteerit käyttävät tätä kykyä uida voimalinjoja pitkin suotuisan ympäristön etsimiseksi. Bakteerien ehdollisia refleksejä ei tunneta, mutta niillä on tietynlainen primitiivinen muisti. Uidessaan he vertaavat ärsykkeen havaittua voimakkuutta sen aikaisempaan arvoon, ts. määrittää, onko siitä tullut suurempi vai pienempi, ja tämän perusteella säilyttää liikesuunta tai muuttaa sitä.
Lisääntyminen ja genetiikka. Bakteerit lisääntyvät aseksuaalisesti: niiden solun DNA replikoituu (kaksinkertaistuu), solu jakautuu kahtia ja jokainen tytärsolu saa yhden kopion emo-DNA:sta. Bakteeri-DNA:ta voidaan siirtää myös jakautumattomien solujen välillä. Samaan aikaan niiden fuusiota (kuten eukaryooteissa) ei tapahdu, yksilöiden lukumäärä ei kasva, ja yleensä vain pieni osa genomista (täydellinen geenisarja) siirtyy toiseen soluun, toisin kuin "todellinen" seksuaalinen prosessi, jossa jälkeläinen saa täydellisen geenisarjan jokaiselta vanhemmalta. Tämä DNA-siirto voi tapahtua kolmella tavalla. Transformaatiossa bakteeri imee ympäristöstä "alastonta" DNA:ta, joka joutui sinne muiden bakteerien tuhoutumisen yhteydessä tai jonka kokeilija on tahallaan "liukusta". Prosessia kutsutaan transformaatioksi, koska sen tutkimuksen alkuvaiheessa päähuomio kiinnitettiin vaarattomien organismien muuntamiseen (muuntamiseen) virulenteiksi tällä tavalla. DNA-fragmentteja voidaan siirtää bakteereista bakteereihin myös erityisten virusten - bakteriofagien - avulla. Tätä kutsutaan transduktioksi. Hedelmöitystä muistuttava ja konjugaatioksi kutsuttu prosessi tunnetaan myös: bakteerit kytkeytyvät toisiinsa väliaikaisilla putkimaisilla ulokkeilla (kopulaatiofimbrioilla), joiden kautta DNA siirtyy "urossolusta" "naarassoluun". Joskus bakteerit sisältävät hyvin pieniä lisäkromosomeja - plasmideja, jotka voivat myös siirtyä yksilöstä yksilöön. Jos plasmidit sisältävät geenejä, jotka aiheuttavat resistenssiä antibiooteille, ne puhuvat infektioresistenssistä. Se on lääketieteellisesti tärkeä, koska se voi levitä eri lajien ja jopa bakteerisukujen välillä, minkä seurauksena koko esimerkiksi suolen bakteerifloora tulee vastustuskykyiseksi tiettyjen lääkkeiden vaikutukselle.

aineenvaihdunta

Osittain bakteerien pienestä koosta johtuen niiden aineenvaihduntanopeus on paljon nopeampi kuin eukaryoottien. Suotuisimmissa olosuhteissa jotkut bakteerit voivat kaksinkertaistaa kokonaismassansa ja lukumääränsä noin 20 minuutin välein. Tämä selittyy sillä, että monet niiden tärkeimmistä entsyymijärjestelmistä toimivat erittäin suurella nopeudella. Siten kani tarvitsee muutaman minuutin proteiinimolekyylin syntetisoimiseen, kun taas bakteerit vievät sekunteja. Kuitenkin luonnollisessa ympäristössä, esimerkiksi maaperässä, useimmat bakteerit ovat "nälkäruokavaliolla", joten jos niiden solut jakautuvat, ei se tapahdu 20 minuutin välein, vaan kerran muutaman päivän välein.
Ravitsemus. Bakteerit ovat autotrofeja ja heterotrofeja. Autotrofit ("itsesyöttyvät") eivät tarvitse muiden organismien tuottamia aineita. He käyttävät hiilidioksidia (CO2) pääasiallisena tai ainoana hiilen lähteenä. Yhdistämällä hiilidioksidia ja muita epäorgaanisia aineita, erityisesti ammoniakkia (NH3), nitraatteja (NO-3) ja erilaisia ​​rikkiyhdisteitä monimutkaisiin kemiallisiin reaktioihin, ne syntetisoivat kaikki tarvitsemansa biokemialliset tuotteet. Heterotrofit ("ruokkivat muita") käyttävät muiden organismien syntetisoimia orgaanisia (hiiltä sisältäviä) aineita, erityisesti sokereita, päähiilen lähteenä (jotkut lajit tarvitsevat myös CO2:ta). Hapetettuna nämä yhdisteet tarjoavat energiaa ja molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä solujen kasvulle ja toiminnalle. Tässä mielessä heterotrofiset bakteerit, joihin kuuluu suurin osa prokaryooteista, ovat samanlaisia ​​kuin ihmiset.
Tärkeimmät energianlähteet. Jos solukomponenttien muodostukseen (synteesiin) käytetään pääasiassa valoenergiaa (fotoneita), prosessia kutsutaan fotosynteesiksi ja siihen kykeneviä lajeja kutsutaan fototrofeiksi. Fototrofiset bakteerit jaetaan fotoheterotrofeihin ja fotoautotrofeihin sen mukaan, mitkä yhdisteet - orgaaniset tai epäorgaaniset - toimivat niiden päähiilen lähteenä. Fotoautotrofiset syanobakteerit (sinilevät), kuten vihreät kasvit, hajottavat vesimolekyylejä (H2O) valoenergialla. Tämä vapauttaa vapaata happea (1/2O2) ja tuottaa vetyä (2H+), jonka voidaan sanoa muuntavan hiilidioksidia (CO2) hiilihydraateiksi. Vihreät ja violetit rikkibakteerit käyttävät valoenergiaa hajottaakseen muita epäorgaanisia molekyylejä, kuten rikkivetyä (H2S), veden sijaan. Tuloksena syntyy myös vetyä, joka vähentää hiilidioksidia, mutta happea ei vapaudu. Tämän tyyppistä fotosynteesiä kutsutaan happittomaksi. Fotoheterotrofiset bakteerit, kuten purppuraiset rikkittömät bakteerit, käyttävät valoenergiaa tuottamaan vetyä orgaanisista aineista, erityisesti isopropanolista, mutta niiden lähde voi olla myös H2-kaasua. Jos solun pääasiallinen energianlähde on kemikaalien hapettuminen, bakteereja kutsutaan kemoheterotrofeiksi tai kemoautotrofeiksi riippuen siitä, toimivatko molekyylit päähiilen lähteenä - orgaaninen vai epäorgaaninen. Ensin mainitulle orgaaninen aine tuottaa sekä energiaa että hiiltä. Kemoautotrofit saavat energiaa epäorgaanisten aineiden, kuten vedyn (vedeksi: 2H4 + O2 2H2O:ssa), raudan (Fe2+ Fe3+:ssa) tai rikin (2S + 3O2 + 2H2O 2SO42- + 4H+:ssa) hapettumisesta, ja hiiltä CO2:sta. Näitä organismeja kutsutaan myös kemolitotrofeiksi, mikä korostaa, että ne "ruokkivat" kiviä.
Hengitä. Soluhengitys on prosessi, jossa vapautuu "ruoka"molekyyleihin varastoitunutta kemiallista energiaa käytettäväksi edelleen elintärkeissä reaktioissa. Hengitys voi olla aerobista ja anaerobista. Ensimmäisessä tapauksessa se vaatii happea. Sitä tarvitaan ns. elektronien kuljetusjärjestelmä: elektronit liikkuvat molekyylistä toiseen (energiaa vapautuu) ja lopulta liittyvät happeen vetyionien mukana - muodostuu vettä. Anaerobiset organismit eivät tarvitse happea, ja joillekin tämän ryhmän lajeille se on jopa myrkyllistä. Hengityksen aikana vapautuvat elektronit kiinnittyvät muihin epäorgaanisiin vastaanottajiin, kuten nitraattiin, sulfaattiin tai karbonaattiin, tai (yhdessä tällaisen hengityksen muodossa - fermentaatiossa) tiettyyn orgaaniseen molekyyliin, erityisesti glukoosiin. Katso myös aineenvaihdunta.

LUOKITTELU

Useimmissa organismeissa lajia pidetään lisääntymiskykyisesti eristettynä yksilöryhmänä. Laajassa mielessä tämä tarkoittaa, että tietyn lajin edustajat voivat tuottaa hedelmällisiä jälkeläisiä pariutumalla vain oman lajinsa kanssa, mutta eivät muiden lajien yksilöiden kanssa. Siten tietyn lajin geenit eivät yleensä ulotu sen rajojen ulkopuolelle. Bakteereissa geeninvaihtoa voi kuitenkin tapahtua eri lajien, mutta myös eri sukujen yksilöiden välillä, joten ei ole täysin selvää, onko tässä oikeutettua soveltaa tavanomaisia ​​käsitteitä evoluution alkuperästä ja sukulaisuudesta. Tämän ja muiden vaikeuksien vuoksi ei ole vielä olemassa yleisesti hyväksyttyä bakteeriluokitusta. Alla on yksi laajalti käytetyistä muunnelmista.
MONERAN KUNINGASKUNTA

Phylum Gracilicutes (ohutseinäiset gramnegatiiviset bakteerit)

Luokka Scotobacteria (ei-fotosynteettiset muodot, kuten myksobakteerit) Luokka Anoksifotobakteerit (happea tuottamattomat fotosynteettiset muodot, kuten purppuraiset rikkibakteerit) Luokka Oksifotobakteerit (happea tuottavat fotosynteettiset muodot, kuten syanobakteerit)

Phylum Firmicutes (paksuseinäiset grampositiiviset bakteerit)

Luokka Firmibakteerit (kovasoluiset muodot, kuten klostridit)
Luokka Tallobakteerit (haaroittuneet muodot, esim. aktinomykeetit)

Phylum Tenericutes (Gram-negatiiviset bakteerit ilman soluseinää)

Mollicutes-luokka (pehmeäsoluiset muodot, kuten mykoplasmat)

Phylum Mendosicutes (bakteerit, joilla on vialliset soluseinät)

Luokka Arkebakteerit (muinaiset muodot, esim. metaania muodostavat)

Verkkotunnukset. Viimeaikaiset biokemialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että kaikki prokaryootit on selvästi jaettu kahteen luokkaan: pieni ryhmä arkebakteereja (Archaebacteria - "muinaiset bakteerit") ja kaikki loput, joita kutsutaan eubakteereiksi (Eubacteria - "todelliset bakteerit"). Uskotaan, että arkkibakteerit ovat eubakteereihin verrattuna primitiivisempiä ja lähempänä prokaryoottien ja eukaryoottien yhteistä esi-isää. Ne eroavat muista bakteereista useiden merkittävien ominaisuuksien osalta, kuten proteiinisynteesiin osallistuvien ribosomaalisten RNA-molekyylien (rRNA) koostumuksessa, lipidien (rasvan kaltaisten aineiden) kemiallisessa rakenteessa ja joidenkin muiden aineiden läsnäolossa soluseinässä. proteiini-hiilihydraattipolymeerimureiini. Yllä olevassa luokitusjärjestelmässä arkebakteereja pidetään vain yhtenä saman valtakunnan tyypeistä, joka yhdistää kaikki eubakteerit. Erot arkkibakteerien ja eubakteerien välillä ovat kuitenkin joidenkin biologien mukaan niin syvällisiä, että Moneran sisällä olevia arkebakteereja on järkevämpää pitää erityisenä alivaltakuntana. Äskettäin on ilmestynyt vielä radikaalimpi ehdotus. Molekyylianalyysi on paljastanut niin merkittäviä eroja geenirakenteessa näiden kahden prokaryoottiryhmän välillä, että jotkut pitävät niiden läsnäoloa samassa organismien valtakunnassa epäloogisena. Tältä osin ehdotetaan, että luodaan vielä korkeampi taksonominen luokka (taksoni), jota kutsutaan alueeksi, ja jaetaan kaikki elävät olennot kolmeen alueeseen - Eucarya (eukaryootit), Archaea (arkebakteerit) ja Bakteerit (nykyiset eubakteerit) .

EKOLOGIA

Bakteerien kaksi tärkeintä ekologista tehtävää ovat typen sitominen ja orgaanisten jäämien mineralisaatio.
Typen kiinnitys. Molekyylitypen (N2) sitoutumista ammoniakiksi (NH3) kutsutaan typen kiinnittymiseksi, ja jälkimmäisen hapettumista nitriitiksi (NO-2) ja nitraatiksi (NO-3) kutsutaan nitrifikaatioksi. Nämä ovat elintärkeitä prosesseja biosfäärille, koska kasvit tarvitsevat typpeä, mutta ne voivat imeä vain sen sitoutuneita muotoja. Tällä hetkellä noin 90 % (n. 90 miljoonaa tonnia) tällaisen ”kiinteän” typen vuotuisesta määrästä on peräisin bakteereista. Loput tuotetaan kemiallisissa tehtaissa tai tapahtuu salamaniskujen aikana. Typpeä ilmassa, joka on n. 80 % ilmakehästä on pääasiassa gramnegatiivisen Rhizobium-suvun ja sinilevien sitomia. Rhizobium-lajit ovat symbioosissa noin 14 000 palkokasvilajien (heimon Leguminosae) kanssa, joita ovat esimerkiksi apila, sinimailas, soijapavut ja herneet. Nämä bakteerit elävät ns. kyhmyt - juurille niiden läsnä ollessa muodostuneet turvotukset. Bakteerit saavat kasvista orgaanisia aineita (ravintoa) ja vastineeksi toimittavat isännälle kiinteää typpeä. Tällä tavalla kiinnitetään jopa 225 kg typpeä hehtaaria kohden vuodessa. Ei-palkokasvit, kuten leppä, ovat myös symbioosissa muiden typpeä sitovien bakteerien kanssa. Syanobakteerit fotosyntetisoivat, kuten vihreät kasvit, vapauttaen happea. Monet niistä pystyvät myös sitomaan ilmakehän typpeä, jota kasvit ja lopulta eläimet kuluttavat. Nämä prokaryootit toimivat tärkeänä kiinteän typen lähteenä maaperässä yleensä ja riisipelloilla erityisesti idässä sekä sen päätoimittajana valtamerten ekosysteemeille.
Mineralisointi. Tämä on nimi orgaanisten jäämien hajoamiselle hiilidioksidiksi (CO2), vedeksi (H2O) ja mineraalisuoloiksi. Kemiallisesti tämä prosessi vastaa palamista, joten se vaatii suuria määriä happea. Maaperän yläkerros sisältää 100 000 - 1 miljardi bakteeria 1 grammaa kohti, ts. noin 2 tonnia hehtaarilta. Tyypillisesti bakteerit ja sienet hapettavat nopeasti kaikki orgaaniset jäännökset, jotka joutuvat maahan. Hajoamista kestävämpi on ruskehtava orgaaninen aine, humushappo, joka muodostuu pääasiassa puun sisältämästä ligniinistä. Se kerääntyy maaperään ja parantaa sen ominaisuuksia.

BAKTERIT JA TEOLLISUUS

Kun otetaan huomioon bakteerien katalysoimien kemiallisten reaktioiden moninaisuus, ei ole yllättävää, että niitä on käytetty laajalti valmistuksessa, joissain tapauksissa muinaisista ajoista lähtien. Prokaryootit jakavat tällaisten mikroskooppisten ihmisapulaisten loiston sienten, pääasiassa hiivan, kanssa, jotka tarjoavat suurimman osan alkoholikäymisprosesseista esimerkiksi viinin ja oluen valmistuksessa. Nyt kun on tullut mahdolliseksi viedä bakteereihin hyödyllisiä geenejä, jotka saavat ne syntetisoimaan arvokkaita aineita, kuten insuliinia, näiden elävien laboratorioiden teollinen sovellus on saanut uuden voimakkaan kannustimen. Katso myös Geenitekniikka.
Ruokateollisuus. Tällä hetkellä tämä teollisuus käyttää bakteereja pääasiassa juustojen, muiden fermentoitujen maitotuotteiden ja etikan valmistukseen. Tärkeimmät kemialliset reaktiot ovat happojen muodostuminen. Siten Acetobacter-suvun bakteerit hapettavat etikkaa tuottaessaan siiderin tai muiden nesteiden sisältämän etyylialkoholin etikkahapoksi. Samanlaisia ​​prosesseja tapahtuu, kun kaali on hapankaalia: anaerobiset bakteerit fermentoivat tämän kasvin lehtien sisältämät sokerit maitohapoksi sekä etikkahapoksi ja erilaisiksi alkoholeiksi.
Malmin liuotus. Bakteereja käytetään huonolaatuisten malmien, ts. muuntaa ne arvometallien, pääasiassa kuparin (Cu) ja uraanin (U) suolojen liuokseksi. Esimerkkinä on kalkopyriitin tai kuparipyriitin (CuFeS2) prosessointi. Tämän malmin kasoja kastellaan säännöllisesti vedellä, joka sisältää Thiobacillus-suvun kemolitotrofisia bakteereja. Elämänsä aikana ne hapettavat rikkiä (S) muodostaen liukoisia kupari- ja rautasulfaatteja: CuFeS2 + 4O2 CuSO4:ssä + FeSO4. Tällaiset tekniikat yksinkertaistavat suuresti arvometallien uuttamista malmeista; periaatteessa ne vastaavat niitä prosesseja, jotka tapahtuvat luonnossa kivien rapautuessa.
Kierrätys. Bakteerit myös muuttavat jätemateriaaleja, kuten jätevettä, vähemmän vaarallisiksi tai jopa hyödyllisiksi tuotteiksi. Jätevesi on yksi nykyajan ihmiskunnan kiireellisimmistä ongelmista. Niiden täydellinen mineralisoituminen vaatii valtavia määriä happea, ja tavallisissa säiliöissä, joihin tämä jäte on tapana kaataa, ei enää ole tarpeeksi happea sen "neutralointiin". Ratkaisu on jäteveden lisäilmastuksessa erityisissä altaissa (ilmastussäiliöissä): tämän seurauksena mineralisoituvilla bakteereilla on tarpeeksi happea hajottaakseen orgaanisen aineksen täydellisesti, ja edullisimmissa tapauksissa juomavedestä tulee yksi prosessin lopputuotteista. Matkan varrella jäljellä oleva liukenematon sedimentti voidaan altistaa anaerobiselle käymiselle. Jotta tällaiset vedenkäsittelylaitokset vievät mahdollisimman vähän tilaa ja rahaa, tarvitaan hyvä bakteriologian tuntemus.
Muut käyttötarkoitukset. Muita tärkeitä bakteerien teollisen sovelluksen alueita ovat esimerkiksi pellavanlehti, so. sen kehruukuitujen erottaminen muista kasvin osista sekä antibioottien, erityisesti streptomysiinin (Streptomyces-suvun bakteerit) tuotanto.

BAKTERIOIDEN TORJUNTA TEOLLISUUDELLA

Bakteerit eivät ole vain hyödyllisiä; Niiden massalisäyksen torjumisesta esimerkiksi elintarvikkeissa tai sellu- ja paperitehtaiden vesijärjestelmissä on tullut kokonainen toiminta-alue. Ruoka pilaantuu bakteerien, sienten ja omien entsyymiensä vaikutuksesta, jotka aiheuttavat autolyysiä ("itsedigestio"), ellei niitä ole inaktivoitu lämmöllä tai muulla tavalla. Koska bakteerit ovat pääasiallinen pilaantumisen aiheuttaja, tehokkaiden elintarvikkeiden säilytysjärjestelmien kehittäminen edellyttää näiden mikro-organismien sietorajojen tuntemista. Yksi yleisimmistä teknologioista on maidon pastörointi, joka tappaa bakteereja, jotka aiheuttavat esimerkiksi tuberkuloosia ja luomistautia. Maitoa pidetään 61-63°C:ssa 30 minuuttia tai 72-73°C:ssa vain 15 sekuntia. Tämä ei heikennä tuotteen makua, mutta inaktivoi patogeeniset bakteerit. Viini, olut ja hedelmämehut voidaan myös pastöroida. Ruoan kylmässä säilyttämisen edut ovat olleet tiedossa jo pitkään. Alhaiset lämpötilat eivät tapa bakteereja, mutta ne estävät niitä kasvamasta ja lisääntymästä. Totta, kun jäädytetään esimerkiksi -25 °C:seen, bakteerien määrä vähenee muutaman kuukauden kuluttua, mutta suuri osa näistä mikro-organismeista säilyy edelleen. Hieman alle nollan lämpötiloissa bakteerit jatkavat lisääntymistä, mutta hyvin hitaasti. Niiden elinkykyisiä viljelmiä voidaan säilyttää lähes loputtomiin lyofilisoinnin (pakastekuivauksen) jälkeen proteiinipitoisessa väliaineessa, kuten veriseerumissa. Muita tunnettuja elintarvikkeiden säilytysmenetelmiä ovat kuivaaminen (kuivaus ja savustus), suurten suola- tai sokerimäärien lisääminen, mikä vastaa fysiologisesti dehydratointia, sekä peittaus, ts. laittamalla väkevään happoliuokseen. Kun ympäristön happamuus vastaa pH-arvoa 4 tai alle, bakteerien elintärkeä toiminta yleensä estyy tai pysähtyy.

BAKTERIT JA SAIraudet

TUTKIMUS BAKTEERIA

Monet bakteerit ovat helppoja kasvattaa ns. viljelyalusta, joka voi sisältää lihalientä, osittain pilkottua proteiinia, suoloja, dekstroosia, kokoverta, sen seerumia ja muita komponentteja. Bakteerien pitoisuus tällaisissa olosuhteissa saavuttaa yleensä noin miljardin kuutiosenttimetriä kohden, mikä saa ympäristön sameaksi. Bakteerien tutkimiseksi on kyettävä saamaan niiden puhtaat viljelmät tai kloonit, jotka ovat yhden solun jälkeläisiä. Tämä on tarpeen esimerkiksi sen määrittämiseksi, minkä tyyppiset bakteerit ovat saaneet potilaan tartunnan ja mille antibiootille tämä tyyppi on herkkä. Mikrobiologiset näytteet, kuten kurkku- tai haavanäytteitä, verinäytteet, vesinäytteet tai muut materiaalit, laimennetaan voimakkaasti ja levitetään puolikiinteän alustan pinnalle: sille kehittyy yksittäisistä soluista pyöreitä pesäkkeitä. Viljelyalustan kovetusaine on yleensä agar, polysakkaridi, jota saadaan tietyistä merilevistä ja jota lähes kaikki bakteerit eivät sula. Agar-alustaa käytetään "parvioiden" muodossa, ts. vinot pinnat, jotka muodostuvat koeputkiin, jotka seisovat suuressa kulmassa, kun sula viljelyalusta jähmettyy, tai ohuiden kerrosten muodossa lasisissa petrimaljoissa - litteät pyöreät astiat, jotka on suljettu samanmuotoisella, mutta halkaisijaltaan hieman suuremmalla kannella. Yleensä vuorokaudessa bakteerisolu onnistuu lisääntymään niin paljon, että se muodostaa pesäkkeen, joka näkyy helposti paljaalla silmällä. Se voidaan siirtää toiseen ympäristöön jatkotutkimuksia varten. Kaikkien viljelyalustojen tulee olla steriilejä ennen bakteerien kasvattamisen aloittamista, ja jatkossa on ryhdyttävä toimenpiteisiin, jotta ei-toivottujen mikro-organismien asettuminen niiden päälle tulisi estää. Tällä tavalla kasvatettujen bakteerien tutkimiseksi kuumenna ohut lankasilmukka liekissä, kosketa sillä ensin pesäkettä tai sivelyä ja sitten lasilevylle levitettyä vesipisaraa. Kun otettu materiaali on jakautunut tasaisesti tähän veteen, lasi kuivataan ja johdetaan nopeasti polttimen liekin yli kaksi tai kolme kertaa (bakteeripuolen tulee olla ylöspäin): seurauksena mikro-organismit pysyvät lujasti vahingoittumatta. kiinnitetty alustaan. Väriainetta tiputetaan valmisteen pinnalle, sitten lasi pestään vedellä ja kuivataan uudelleen. Nyt voit tutkia näytettä mikroskoopilla. Bakteerien puhtaat viljelmät tunnistetaan pääasiassa niiden biokemiallisten ominaisuuksien perusteella, ts. määrittää, muodostavatko ne kaasua tai happoja tietyistä sokereista, pystyvätkö ne sulattamaan proteiinia (nesteyttämään gelatiinia), tarvitsevatko ne happea kasvuun jne. He myös tarkistavat, ovatko ne värjätty tietyillä väriaineilla. Herkkyys tietyille lääkkeille, kuten antibiooteille, voidaan määrittää asettamalla bakteerien saastuttamalle pinnalle pieniä, näihin aineisiin kasteltuja suodatinpaperilevyjä. Jos jokin kemiallinen yhdiste tappaa bakteereja, muodostuu bakteereista vapaa vyöhyke vastaavan kiekon ympärille.

Collier's Encyclopedia. – Avoin yhteiskunta. 2000 .

VKontakte Facebook Odnoklassniki

Mikrobiologi Lyn Margulis (1938-2011) yritti koko elämänsä ajan todistaa, että mikro-organismien maailma vaikuttaa sisäiseen biosfääriin - elävien olentojen maailmaan - paljon enemmän kuin tiedemiehet väittävät.

Äskettäin tutkijaryhmä ympäri maailmaa suoritti ja analysoi satoja tutkimuksia (useimmat viime vuosikymmeneltä), jotka liittyvät eläinten ja bakteerien vuorovaikutukseen ja osoittivat, että Margulisin johtopäätökset olivat oikeita. Saadut tulokset merkitsivät käännekohtaa, jonka jälkeen tutkijat joutuvat harkitsemaan uudelleen joitakin peruskäsitteitä bakteerien ja muiden elämänmuotojen välisistä suhteista.

Projektin idea sai alkunsa, kun useat tutkijat tulivat itsenäisesti ymmärtämään bakteerien merkityksen monilla toiminta-aloilla. Esimerkiksi Michael Hadfield, biologian professori Manoan Havaijin yliopistosta, on tutkinut merieläinten metamorfoosia useiden vuosien ajan. Hän havaitsi, että tietyntyyppiset bakteerit saavat madon toukkia asettumaan tiettyihin paikkoihin merenpohjassa ja sitten näillä alueilla ne kehittyvät aikuisiksi ja elävät koko elämänsä.

Bakteerit ympärillämme

Yleisesti ottaen on helppo ymmärtää, miksi bakteereilla on erittäin tärkeä rooli elävässä maailmassa. Bakteerit olivat yksi ensimmäisistä lajeista, jotka ilmestyivät maan päälle (ne ilmestyivät noin 3,8 biljoonaa vuotta sitten), ja on enemmän kuin todennäköistä, että ne elävät meitä ihmisiä kauemmin. Elämänpuussa bakteerit hallitsevat yhtä kolmesta päähaaraasta, kaksi muuta ovat arkeat ja eukaryootit, eläimet ovat jälkimmäisiä. Huolimatta niiden valtavasta monimuotoisuudesta ja siitä, että niitä esiintyy melkein kaikkialla maapallolla - merenpohjassa ja jopa suolistossamme - bakteereilla on silti jotain yhteistä. Kaikki bakteerit ovat suunnilleen samankokoisia (useita mikrometrejä) ja koostuvat yhdestä tai kahdesta tumasolusta.

Tiedemiehet ovat tietysti ottaneet jo vuosia huomioon, että eläimet toimivat eräänlaisena "kodina", bakteerien elinympäristönä: ne elävät erityisesti mahassa, suussa tai iholla. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet entistä selvemmin, kuinka paljon bakteereja on. On havaittu, että kehossamme on 10 kertaa enemmän bakteerisoluja kuin ihmissoluja (bakteerien kokonaispaino on kuitenkin alle puoli kiloa, koska niiden solut ovat paljon pienempiä kuin ihmisen solut). Vaikka jotkut bakteerit vain elävät rinnakkain eläinten kanssa yrittämättä olla vuorovaikutuksessa niiden kanssa, toiset bakteerit ovat vuorovaikutuksessa melko aktiivisesti. Sanomme usein, että bakteerit ovat sairauksien, kuten tuberkuloosin, buboniruton ja stafylokokkien, bakteereita tai patogeenejä. Bakteerit suorittavat kuitenkin myös monia tarvitsemiamme toimintoja, ja viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että itse asiassa elämä ilman bakteereja olisi hyvin erilaista.

"Todellinen bakteerilajien lukumäärä on hämmästyttävän suuri. Harkitse viimeisimpiä löytöjä korkealla ilmakehässä ja kalliossa syvällä merenpohjan alla, Hadvild sanoo. - Lisää niiden määrään bakteerilajeja, jotka pystyvät elämään kaikissa mahdollisissa ympäristöissä ojaaltaista kuumiin lähteisiin, sekä sellaisia, jotka pystyvät elämään lähes missä tahansa elävässä organismissa. Näin ollen sairauksia aiheuttavien lajien määrä on pieni suhteessa niiden bulkkiin. Epäilen, että myös eläville organismeille hyödyllisten ja välttämättömien bakteerien määrä on pieni, ja suurin osa niistä on yksinkertaisesti neutraaleja eläviin olentoihin nähden. Olen kuitenkin myös vakuuttunut siitä, että hyödyllisiä lajeja on enemmän kuin patogeenisia."

Ihmisen genomin prosenttiosuus, joka on kehittynyt useiden evoluutiovaiheiden kautta. Ihmisen geeneistä 37 % on peräisin bakteereista, 28 % eukaryooteista, 16 % eläimistä, 13 % selkärankaisista ja 6 % kädellisistä. Kuva osoitteesta pnas.org

Eläinperä ja yhteisevoluutio

Tuoreen tutkimuksen perusteella voidaan jopa olettaa, että bakteerit aiheuttivat monisoluisten organismien ilmaantumisen maapallolle (noin 1-2 biljoonaa vuotta sitten) ja eläimiä (noin 700 miljoonaa vuotta sitten). Tämä lähestymistapa aiheuttaa kuitenkin edelleen kiivasta keskustelua, eivätkä kaikki tiedemiehet hyväksy sitä.

Esitettyään roolinsa eläinten syntymisessä bakteerit jatkoivat osallistumistaan ​​evoluutioonsa, tai oikeammin yhteisevoluutioon - elävien organismien ja bakteerien yhteiseen evoluutioon. Tätä havainnollistaa selvästi endotermian kehittyminen nisäkkäissä – kyky ylläpitää noin 40 ºC:n (100 Fahrenheit-astetta) vakiolämpötilaa aineenvaihdunnan kautta. Ja juuri tässä lämpötilassa nisäkäsbakteerit tuottavat energiaa tehokkaimmin ja vähentävät kehon ravinnontarvetta. Tämä löytö päätti, että bakteerit aiheuttivat endotermian esiintymisen eläimissä.

Eläimen mikrobiomissa, kuten ruoansulatuskanavassa, suussa ja ihossa olevat bakteerit kommunikoivat keskenään ja vaihtavat signaaleja eläimen elinjärjestelmien kanssa. Kuva osoitteesta pnas.org

Bakteerisignaalit

Molempien lajien genomeissa on todisteita vahvasta eläin-bakteeri-liitosta. Tutkijat arvioivat, että noin 37 prosentilla ihmisen geeneistä on homologeja bakteerien ja arkkien kanssa; Tämä tarkoittaa, että bakteerien ja arkkien geenit ovat peräisin yhteisestä esi-isästä. Monet näistä geeneistä pystyvät vaihtamaan tietoa keskenään, mikä tarkoittaa, että ne voivat vaikuttaa toistensa kehitykseen. Hadfieldin tutkimusryhmä havaitsi, että keskinäisellä bakteerisignaalilla on tärkeä rooli joidenkin meren selkärangattomien, toukkien, metamorfoosin edistämisessä; näissä tapauksissa bakteerit tuottavat signaaleja, jotka "kertovat" tietyistä ympäristötekijöistä.

Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että bakteerien signalointi vaikuttaa normaaliin aivojen kehitykseen nisäkkäillä ja lisääntymiskäyttäytymiseen sekä selkärankaisilla että selkärangattomilla.

Bakteerien signaalireittien katkeaminen voi johtaa sairauksiin, kuten diabetekseen, tulehdukselliseen suolistosairauteen ja infektiosairauksiin.

Suolistossa

Muinaisista ajoista lähtien bakteereilla on ollut tärkeä rooli eläinten ruokinnassa, mikä on auttanut niitä sulattamaan ruokaa. Ehkä ne vaikuttivat myös muiden lähellä olevien elinten ja järjestelmien, kuten hengityselinten ja virtsaelinten, kehitykseen. Lisäksi eläinten ja bakteerien evoluutio eteni todennäköisesti rinnakkain ja johti viimeksi mainittujen erikoistumiseen. Esimerkiksi 90 % termiittisuolissa esiintyvistä bakteerilajeista ei löydy mistään muualta. Tämä tarkoittaa, että yhden eläinlajin kuollessa sukupuuttoon myös tietty määrä bakteerilajeja kuolee sukupuuttoon.

Tutkijat ovat havainneet, että ihmisen suoliston bakteerit mukautuvat ruokavalion muutoksiin. Esimerkiksi useimmat amerikkalaiset ovat sopeutuneet sulattamaan runsaasti rasvaa sisältäviä ruokia, kun taas venezuelalaisten maaseudun bakteerit ovat taipuvaisempia hajottamaan monimutkaisia ​​hiilihydraatteja, ja joillakin japanilaisilla on jopa bakteereja, jotka voivat sulattaa leviä.

Metsän katoksen (10 m) alla elävällä hyönteisellä (1 mm) on useita bakteeri-eläinvuorovaikutuksia. Eläimen ruoansulatuskanavassa (0,1 mm) oleva bakteeri (1 mikrometri) on tärkeä hyönteisten ruokinnassa olevien ravinteiden imeytymiselle, joka usein muodostaa suurimman osan metsän latvojen alla olevasta eläinten biomassasta. Kuva osoitteesta pnas.org

Kokonaiskuva

Kaiken kaikkiaan viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että bakteerit ja villieläimet liittyvät läheisesti toisiinsa ja voivat vaikuttaa toistensa terveyteen ja hyvinvointiin. Löydösten perusteella tutkijat päättelevät, että samankaltaisia ​​vuorovaikutuksia on oltava muiden lajien, kuten arkeoiden, sienten, kasvien ja eläinten välillä. Margulisin oletukset ovat nyt vahvistuneet, ja tutkijat ehdottavat biologisten tieteiden lähestymistavan radikaalia muuttamista ja ehkä jopa niiden esittelyä koulukirjoissa.

Viimeisimpien löytöjen valossa on tarkoitus tehdä useita tutkimuksia bakteereista niiden vuorovaikutuksen ihmisten kanssa. Tutkijat toivovat, että tutkimuksen tulokset mahdollistavat viime kädessä poikkitieteellisen yhteistyön kehittymisen eri alojen tutkijoiden ja insinöörien välillä, mikä mahdollistaa mikro-organismien tutkimisen yhä uusista näkökulmista.

>>Bakteerit, niiden rakenne ja toiminta

1 - homesieni; 1 - rivi; 3, 4 - kuorijäkälät; $ - parmelia koivun rungossa; 6 - rikinkeltainen tinder sieni

§ 92. Bakteerit, niiden rakenne ja toiminta

Maapallolla ei ole käytännössä yhtään paikkaa, josta ei löytyisi bakteereja. Siinä on erityisen paljon bakteereja maaperää. 1 g maaperää voi sisältää satoja miljoonia bakteereja. Bakteerien määrä on erilainen tuuletettujen ja ilmanvaihtohuoneiden ilmassa. Näin ollen luokkahuoneissa ilmanvaihdon jälkeen ennen tunnin alkua bakteereja on 13 kertaa vähemmän kuin samoissa huoneissa oppituntien jälkeen. Korkealla vuoristossa on vähän bakteereja ilmassa, mutta suurten kaupunkien kaduilla ilmassa on paljon bakteereja.

Tutustuaksesi bakteerien rakenteellisiin ominaisuuksiin, harkitse mikroskooppista Bacillus subtilis -näytettä. Jokainen tällainen bakteeri on vain yksi sauvan muotoinen solu, jossa on ohut kalvo ja sytoplasma. Sytoplasmassa ei ole tyypillistä ydintä. Useimpien bakteerien ydinaine on hajallaan sytoplasmassa. Muiden bakteerien rakenne on samanlainen kuin Bacillus subtiliksen.

Suurin osa bakteereista on värittömiä. Vain harvat ovat violetteja tai vihreitä. Bakteerien muoto on erilainen. Bakteereja on pallojen muodossa; on sauvan muotoisia bakteereja - näitä ovat Bacillus subtilis; on bakteereita, jotka ovat kaarevia ja näyttävät spiraaleilta 185.

Joillakin bakteereilla on flagella, joka auttaa niitä liikkumaan. Monet bakteerit liittyvät ketjuihin tai ryhmiin muodostaen valtavia kertymiä kalvojen muodossa. Jotkut bakteerit voivat muodostaa itiöitä. Sisältö kuitenkin soluja, kutistuu, siirtyy pois kuoresta, pyöristyy ja muodostuu sen pinnalle, ollessaan emokuoren sisällä, uusi, tiheämpi kuori. Tällaista bakteerisolua kutsutaan itiöiksi. Itiöt säilyvät erittäin pitkään epäsuotuisimmissa olosuhteissa. Ne kestävät kuivumista, lämpöä ja pakkasta, eivätkä kuole heti edes kiehuvassa vedessä. Itiöt leviävät helposti tuulen, veden ja esineiden mukana. Niitä on paljon ilmassa ja maaperässä. Suotuisissa olosuhteissa itiö itää ja muuttuu eläväksi bakteeriksi. Bakteeri-itiöt ovat mukautuksia bakteerien selviytymiseen epäsuotuisissa olosuhteissa.

Bakteerien elinolosuhteet ovat vaihtelevat. Jotkut heistä elävät ja lisääntyvät vain saamalla ilmaa, toiset eivät tarvitse sitä. Useimmat bakteerityypit ruokkivat valmiita orgaanisia aineita, koska niissä ei ole klorofylliä. Vain harvat pystyvät luomaan orgaanisia aineita epäorgaanisista. Nämä ovat sinivihreitä tai sinileviä. Niillä oli tärkeä rooli hapen kertymisessä Maan ilmakehään (ks. s. 225).

Löytämällä suotuisat olosuhteet kehitykselle bakteeri jakautuu muodostaen kaksi tytärsolua; Joissakin bakteereissa jakautuminen toistuu 20 minuutin välein ja uusia bakteerisukupolvia syntyy yhä enemmän. Bakteerien ja niiden itiöiden tuhoamiseksi ne altistetaan höyrylle 120 °C:n lämpötilassa 20 minuutin ajan.

Bacillus subtilis -viljelmän saamiseksi laita heinää vesipulloon, peitä pullon kaula vanulla ja keitä sisältöä 30 minuuttia muiden pullossa mahdollisesti olevien bakteerien tuhoamiseksi. Bacillus-heinä ei kuole keitettäessä.

Suodata saatu heinäinfuusio ja aseta se huoneeseen, jonka lämpötila on 20-25 celsiusastetta, useiksi päiviksi. Bacillus-heinä lisääntyy, ja pian veden pinta peittyy bakteerikalvolla.

Korchagina V. A., Biologia: Kasvit, bakteerit, sienet, jäkälät: Oppikirja. 6 luokalle. keskim. koulu - 24. painos - M.: Koulutus, 2003. - 256 s.: ill.

Oppitunnin sisältö oppituntimuistiinpanoja tukevat kehystunnin esityksen kiihdytysmenetelmiä interaktiivisia tekniikoita Harjoitella tehtävät ja harjoitukset itsetestaus työpajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävät keskustelukysymykset retoriset kysymykset opiskelijoilta Kuvituksia ääni, videoleikkeet ja multimedia valokuvat, kuvat, grafiikat, taulukot, kaaviot, huumori, anekdootit, vitsit, sarjakuvat, vertaukset, sanonnat, ristisanatehtävät, lainaukset Lisäosat abstrakteja artikkelit temppuja uteliaille pinnasängyt oppikirjat perus- ja lisäsanakirja muut Oppikirjojen ja oppituntien parantaminenkorjata oppikirjan virheet fragmentin päivittäminen oppikirjaan, innovaatioelementit oppitunnilla, vanhentuneen tiedon korvaaminen uudella Vain opettajille täydellisiä oppitunteja kalenterisuunnitelma vuodelle; Integroidut oppitunnit