Бактерии. строение бактериальной клетки. формы. фото

Систематика

Официально принятой классификации бактерий нет. Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков. Более совершенная филогенетическая (естественная) классификация объединяет родственные формы, исходя из общности их происхождения. Такой подход стал возможным после выбора в качестве универсального маркера гена 16S рРНК и появления методов определения и сравнения нуклеотидных последовательностей. Ген, кодирующий 16S рРНК (входит в состав малой субчастицы прокариотической рибосомы), присутствует у всех прокариот, характеризуется высокой степенью консервативности нуклеотидной последовательности, функциональной стабильностью.

Наиболее употребимой является классификация, публикуемая в периодическом издании определителя Берджи (Бэрджи; Берги). По одной из существующих систем организмов, бактерии вместе с археями составляют парафилетическую группу организмов. Многие исследователи рассматривают их как домен (или надцарство), наряду с доменами (или надцарствами) архей и эукариот. В пределах домена наиболее крупными таксонами бактерий являются следующие типы: протеобактерии, включающие 6 классов и 43 порядка; актинобактерии (1 класс и 10 порядков) и фирмикуты (6 классов и 9 порядков) (по данным на 2022). Кроме того, выделяются таксономические категории более низкого ранга: семейства, роды, виды и подвиды.

По современным представлениям, к одному виду относят штаммы бактерий, у которых последовательности нуклеотидов в генах, кодирующих 16S рРНК, совпадают более чем на 97 %, а уровень гомологии нуклеотидных последовательностей в геноме превышает 70 %. Описано не более 5 тыс. видов бактерий, которые представляют лишь незначительную их часть среди населяющих нашу планету.

1.2.2. Внутри бактериальной клетки window.top.document.title = «1.2.2. Внутри бактериальной клетки»;

В бактериальной клетке отсутствует ядро, хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. Кроме того, в клетке бактерии отсутствуют мембранные органоиды: митохондрии, ЭПС, аппарат Гольджи и пр. Снаружи клеточная мембрана покрыта клеточной стенкой.

Большинство бактерий передвигаются пассивно, с помощью водных или воздушных течений. Только некоторые из них имеют органеллы движения – жгутики. Жгутики прокариот очень просты по устройству и состоят из белка флагеллина, образующего полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Они ввинчиваются в среду, продвигая клетку вперёд. По-видимому, это единственная известная в природе структура, использующая принцип колеса.

По своей форме бактерии делятся на несколько групп:

кокки (имеют округлую форму);
бациллы (имеют палочковидную форму);
спириллы (имеют форму спирали);
вибрионы (имеют форму запятой).

По способу питания бактерии делятся на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. К автотрофам, не нуждающимся в веществах, произведённых другими организмами, относятся фотосинтетики (например, пурпурные бактерии и сине-зелёные водоросли) и хемосинтетики (железобактерии, серобактерии, азотные бактерии). Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) расщепляют воду на водород, используемый для синтеза углеводов, и кислород. По-видимому, именно эти организмы в свое время наполнили атмосферу Земли кислородом. К гетеротрофам относятся паразиты (возбудители гонореи, менингита и пр.) и сапрофиты (например, бактерии гниения или брожения).

Рисунок 1.2.2.1.Различные формы бактерий. Слева бациллы, по центру – стрептококки, справа – спириллы

По способу дыхания бактерии делятся на аэробов (большинство бактерий) и анаэробов (возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены). Первым для дыхания нужен кислород, для вторых кислород бесполезен или даже ядовит.

Рисунок 1.2.2.2.Сине-зелёные водоросли. Отдельные организмы-клетки срастаются в нити

Бактерии размножаются путем деления примерно каждые 20 минут (в благоприятных условиях). ДНК реплицируется, каждая дочерняя клетка получает по своей копии родительской ДНК. Возможна также передача ДНК между неделящимися клетками (посредством захвата «голой» ДНК, при помощи бактериофагов или путём конъюгации, когда бактерии соединяются между собой копуляционными фимбриями), однако увеличения количества особей при этом не происходит. Размножению препятствуют солнечные лучи и продукты их собственной жизнедеятельности.

Поведение бактерий не отличается особой сложностью. Химические рецепторы регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ: сахаров, аминокислот, кислорода. Многие бактерии реагируют на изменения температуры или освещенности, некоторые бактерии могут чувствовать магнитное поле Земли.

При неблагоприятных условиях бактерия покрывается плотной оболочкой, цитоплазма обезвоживается, жизнедеятельность почти прекращается. В таком состоянии споры бактерии могут часами находиться в глубоком вакууме, переносить температуру от –240 °С до +100 °С.

Где живут бактерии?

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

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

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

Интересный факт

Скрыть

Не всем бактериям для жизни нужен кислород.

Аэробные бактерии живут только в присутствии кислорода, а анаэробные способны жить и в бескислородной среде. Еще есть так называемые факультативные бактерии: они могут жить как с кислородом, так и без него.

Формы бактерий

Форма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая.

Таблица 1. Основные формы бактерий.

Шаровидные бактерии

Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки.

Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.

Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.

Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.

Рис. 19. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка).

Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 20. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Палочковидные бактерии

Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла сибирской язвы. К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину.

Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки).

Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек.

Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив.

Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).

Рис. 23. На фото клетка бактерии палочковидной формы рода протей.

Рис. 24. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек.

Извитые бактерии

Не более одного оборота имеют изгиб клетки холерных вибрионов. Несколько (два, три и более) — кампилобактерии. Спирохеты имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива. Лептоспиры («лептос» — узкий и «спера» — извилина) представляют собой длинные нити с тесно расположенными завитками. Бактерии напоминают извитую спираль.

Рис. 25. На фото холерный вибрион.

Рис. 26. На фото бактерии спирохеты. Они имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива.

Рис. 27. На фото бактериальная клетка спиралеподобной формы — возбудитель «болезни укуса крыс».

Рис. 28. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

Рис. 29. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

Булавовидные

Булавовидную форму имеют коринебактерии — возбудители дифтерии и листериоза. Такую форму бактерии придает расположение метахроматических зерен на ее полюсах.

Рис. 30. На фото коринебактерии.

Подробно о бактерияx читай в статьях:

«Рост и размножение бактерий»,

«Споры и спорообразование в жизни бактерий»,

«Как питаются и дышат бактерии? Зачем бактериям ферменты и пигменты?».

Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн. Бактерии освоили практически все известные биохимические процессы. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий за миллионы лет достаточно усложнилось, но и сегодня они считаются наиболее просто устроенными одноклеточными организмами.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

Как размножаются бактерии?
Чем опасны болезнетворные бактерии для человека?
Какова роль бактерий в жизни человека? Доклад для 5 класса
Где живут актиномицеты?
Все про кариес зубов
Что такое пневмококк

Самое популярное

Все о грибке стопы: симптомы и эффективное лечение современными препаратами
Грибок кожи головы: как распознать и лечить
Симптомы и лечение грибка ногтей на руках (онихомикоза)
Польза и вред кишечной палочки
Как лечить дисбактериоз и восстановить микрофлору

Значение бактерий

Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд лет назад в архее. Около 2,5 млрд лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы. После появления многоклеточных организмов между ними и бактериями образовались многочисленные связи, включая преобразование органических веществ органотрофами, и разного рода симбиотические отношения, паразитизм, иногда внутриклеточный (риккетсии), и патогенез. Наличие бактерий и других микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологических систем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, бактерии могут представлять единственную форму жизни.

Бактерии активно участвуют в биогеохимических циклах на нашей планете (в том числе в круговороте большинства химических элементов). Современная геохимическаядеятельность бактерий имеет также глобальный характер. Например, из 4,3·10 10 т (гигатонн) органического углерода, фиксированного в процессе фотосинтеза в Мировом океане, около 4,0·1010 т минерализуется в водной толще, причём 70–75 % из них – бактериями и некоторыми другими микроорганизмами, а суммарная продукция восстановленной серы в осадках океана достигает 4,92·10 8 т в год, что почти в три раза превышает суммарную годовую добычу всех видов серосодержащего сырья, используемого человечеством. Основная часть парникового газа – метана, поступающего в атмосферу, образуется метаногенами. Бактерии являются ключевым фактором почвообразования, зон окисления сульфидных и серных месторождений, образования железных и марганцевых осадочных пород и т. д.

Некоторые бактерии вызывают тяжёлые заболевания у человека, животных и растений. Нередко они становятся причиной порчи сельскохозяйственной продукции, разрушения подземных частей зданий, трубопроводов, металлических конструкций шахт, подводных сооружений и т. д. Изучение особенностей жизнедеятельности этих бактерий позволяет разработать эффективные способы защиты от вызываемых ими повреждений. В то же время положительную роль бактерий для человека невозможно переоценить. С помощью бактерий получают вино, молочные продукты, закваски и другие продукты, ацетон и бутанол, уксуснуюи лимонную кислоты, некоторые витамины, ряд ферментов, антибиотики и каротиноиды; бактерии участвуют в трансформации стероидных гормонов и других соединений. Их используют для получения белка (в том числе ферментов) и ряда аминокислот. Применение бактерий для переработки сельскохозяйственных отходов в биогаз или этанол даёт возможность создания принципиально новых возобновляемых энергетических ресурсов. Бактерии используют для извлечения металлов (в том числе золота), увеличения нефтеотдачи пластов. Благодаря бактериям и плазмидам стало возможным развитие генетической инженерии. Изучение бактерий сыграло огромную роль в становлении многих направлений биологии, в медицине, агрономии и др. Велико их значение в развитии генетики, т. к. они стали классическим объектом для изучения природы генов и механизмов их действия. С бактериями связано установление путей метаболизма различных соединений и др.

Потенциал бактерий в практическом отношении неисчерпаем. Углубление знаний об их жизнедеятельности открывает новые направления эффективного использования бактерий в биотехнологии и других отраслях промышленности.

Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2005.

Химический состав и строение клеток

Бактериальная клетка обычно на 70–80 % состоит из воды. В сухом остатке на долю белка приходится 50 %, компонентов клеточной стенки 10–20 %, РНК 10–20 %, ДНК 3–4 % и липидов 10 %. При этом в среднем количество углерода составляет 50 %, кислорода 20 %, азота 14 %, водорода8 %, фосфора 3 %, серы и калия по 1 %, кальция и магнияпо 0,5 % и железа 0,2 %.

За немногими исключениями (микоплазмы) клетки бактерий окружены клеточной стенкой, которая определяет форму бактерий и выполняет механическую и важные физиологические функции. Основным её компонентом является сложный биополимер муреин(пептидогликан). В зависимости от особенностей состава и строения клеточной стенки бактерии по-разному ведут себя при окрашивании по методу Х. К. Грама (датского учёного, предложившего способ окраски), что послужило основанием для деления бактерий на грамположительные, грамотрицательные и на лишённые клеточной стенки (например, микоплазмы). Первые отличаются бо́льшим (до 40 раз) содержанием муреина и толстой стенкой; у грамотрицательных она существенно тоньше и покрыта снаружи внешней мембраной, состоящей из белков, фосфолипидов и липополисахаридов и, по-видимому, участвующей в транспорте веществ. У многих бактерий на поверхности имеются ворсинки (фимбрии, пили) и жгутики, обеспечивающие их движение. Часто клеточные стенки бактерий окружены слизистыми капсулами различной толщины, образованными главным образом полисахаридами (иногда гликопротеинами или полипептидами). У ряда бактерий обнаружены также т. н. S-слои (от англ. surface – поверхность), выстилающие наружную поверхность клеточной оболочки равномерно упакованными белковыми структурами правильной формы.

Цитоплазматическая мембрана, отделяющая цитоплазму от клеточной стенки, служит осмотическим барьером клетки, регулирует транспорт веществ; в ней осуществляются процессы дыхания, азотфиксации, хемосинтез и др. Нередко она образует впячивания – мезосомы. С цитоплазматической мембраной и её производными связан также биосинтез клеточной стенки, спорообразование и т. д. К ней прикреплены жгутики, геномная ДНК.

Бактериальная клетка организована довольно просто. В цитоплазме многих бактерий имеются включения, представленные различными рода пузырьками (везикулами), образованными в результате впячивания цитоплазматической мембраны. Для фототрофных, нитрифицирующих и метанокисляющих бактерий характерна развитая сеть цитоплазматических мембран в виде неразделённых пузырьков, напоминающих граныхлоропластовэукариот. В клетках некоторых обитающих в воде бактерий имеются газовые вакуоли (аэросомы), выполняющие роль регуляторов плотности; у многих бактерий обнаружены включения запасных веществ – полисахаридов, поли-β-гидроксибутирата, полифосфатов, серы и др. В цитоплазме присутствуют также рибосомы (от 5 до 50 тыс.). У некоторых бактерий (например, у многих цианобактерий) имеются карбоксисомы – тельца, в которые заключён фермент, участвующий в фиксации CO₂. В т. н. параспоральных тельцах некоторых спорообразующих бактерий содержится токсин, убивающий личинокнасекомых.

Геном бактерий (нуклеоид) представлен кольцевой молекулой ДНК, которую часто называют бактериальной хромосомой. Для бактериального генома характерно объединение многих функционально связанных генов в т. н. опероны. Кроме того, в клетке могут присутствовать внехромосомные генетические элементы – ДНК плазмид, которые несут несколько полезных для бактерий генов (в том числе гены устойчивости к антибиотикам). Она может существовать автономно или временно включаться в хромосому. Но иногда, в результате мутаций, эта ДНК теряет способность выходить из хромосомы и становится постоянным компонентом генома. Появление новых генов может быть также обусловлено генетическим переносом в результате однонаправленной передачи ДНК из клетки-донора в клетку-реципиент (аналог полового процесса). Такая передача может осуществляться при прямом контакте двух клеток (конъюгация), при участии бактериофагов (трансдукция) или путём попадания генов в клетку из внешней среды без межклеточного контакта. Всё это имеет большое значение для микроэволюции бактерий и приобретения ими новых свойств.

Размножение бактерий

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

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

Почему же этого не происходит?

Скрыть

Бактерии — достаточно хрупкие создания, которые очень чувствительны к внешней среде.

Часто бактерии погибают при нагревании, солнечном свете, при недостатке пищи, под действием дезинфицирующих средств, становятся пищей для других живых существ.

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

Такую бактерию называют спорой, и она устойчива практически к любым внешним воздействиям. Споры сохраняются очень долго и не погибают при температуре от -253 до +140 градусов Цельсия. Они не погибают при кипячении, замораживании, высушивании, легко разносятся ветром и водой. Бактерия в состоянии споры может жить десятки лет, пока не попадет в благоприятные условия и снова не станет жизнедеятельной бактерией.

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Типы питания

Для бактерий характерны интенсивный обмен веществами между клеткой и внешней средой и пластичность метаболизма. Они обладают высокой способностью к адаптации, легко приспосабливаясь к различным (в том числе экстремальным) условиям среды, способны переключаться с одного типа питания на другой. Как и другие организмы, бактерии запасают энергию главным образом в форме АТФ, образующегося в процессе фотосинтеза, дыхания и различных типов брожения. В зависимости от источника используемого углерода они делятся на автотрофов (полностью удовлетворяют свои потребности за счёт CO₂) и гетеротрофов (нуждаются в готовых органических соединениях). Однако эти термины не отражают всё многообразие типов питания у бактерий. Поэтому при их характеристике указывают на источник энергии, доноров водорода (электронов) и вещества, используемые в биосинтетических процессах. Для большинства бактерий источником энергии служит окисление химических веществ (хемотрофы). Ряд бактерий (в том числе пурпурные и зелёные бактерии, цианобактерии) в ходе фотосинтеза преобразуют энергию света в энергию химических связей органических соединений (фототрофы). Если окислению подвергаются неорганические вещества (т. е. они используются в качестве доноров водорода), бактерии называют литотрофами (хемосинтетиками), если же вещества органической природы, – органотрофами. Исходя из этого выделяют 8 типов питания и соответствующих им групп бактерий: фотолитоавтотрофы (цианобактерии, анаэробные пурпурные бактерии), фотолитогетеротрофы (некоторые анаэробные бактерии), фотоорганогетеротрофы (несерные пурпурные бактерии), фотоорганоавтотрофы (редкий тип питания, свойственный некоторым пурпурным бактериям), хемолитоавтотрофы (например, нитрификаторы, тионовые бактерии), хемолитогетеротрофы (многие сульфатвосстанавливающие бактерии), хемоорганоавтотрофы (многие водородные бактерии), хемоорганогетеротрофы (основной массив бактерий-органотрофов). Известны облигатные паразиты (паратрофы), использующие только сложные органические вещества, образуемые организмом-хозяином.

Большинство бактерий, утилизирующих соединения азота, как правило, используют его восстановленные формы (чаще всего соли аммония), некоторые нуждаются в готовых аминокислотах, а другие усваивают и его окислённые формы (главным образом нитраты). Значит, число свободноживущих и симбиотических бактерий способны фиксировать молекулярный азот. Фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот и других соединений клетки, бактерии получают преимущественно из фосфатов. Источником серы, необходимой для биосинтеза аминокислот и некоторых кофакторов ферментов, чаще всего являются сульфаты; некоторые виды бактерий нуждаются в восстановленных соединениях серы.

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. БактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

БактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Поскольку бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см3. поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More нескольких видов. Эти бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериямиБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериямиБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Размножение

Большинство бактерий размножаются путём деления надвое, реже почкованием, а некоторые (например, актиномицеты) – с помощью экзоспор или обрывков мицелия. Известен способ множественного деления (с образованием мелких репродуктивных клеток-баеоцитов у ряда цианобактерий). Многоклеточные прокариоты могут размножаться отделением от трихом одной или нескольких клеток. Некоторые бактерии характеризуются сложным циклом развития, в процессе которого могут меняться морфология клеток и образовываться покоящиеся формы: цисты, эндоспоры, акинеты. Миксобактерии способны образовывать плодовые тела, часто причудливых конфигураций и окрасок.

Отличительной особенностью бактерий является способность к быстрому размножению. Например, время удвоения клеток кишечной палочки (Escherichia coli) составляет 20 мин. Подсчитано, что потомство одной клетки в случае неограниченного роста уже через 48 ч превысило бы массу Земли в 150 раз.

Бактериальная клетка: особенности

Форму бактерии определяет клеточная стенка. Ее размер вместе с капсулой в некоторых случаях может быть больше, чем расположившаяся внутри клетка. Стенка имеет избирательную проницаемость и способна пропускать внутрь необходимые вещества и выводить из нее продукты метаболизма. Снаружи нее часто можно обнаружить жгутики или ворсинки – выпячивания мембраны, позволяющие организму самопроизвольно передвигаться.

Наличие клеточной стенки характерно для группы бактерий, которые называют грамположительными. Под клеточной стенкой расположена мембрана. А вокруг молекулы ДНК она отсутствует, и это позволяет утверждать, что бактерии не имеют оформленного мембраной ядра.

Цитоплазма

Под этой сложной оболочкой бактерии находится цитоплазма – гелевая масса различной плотности, в толще которой находятся включения:

рибосомы, продуцирующие белок;
небольшие мембранные структуры;
жировые включения (гликоген);
полифосфатные соединения (волютин);
полисахариды;
бета-оксимасляная кислота.

Состав включения зависит от потребности бактерии в источниках энергии и питательных веществах. Некоторые бактерии имеют цитоскелет – систему трубочек, способную ориентировать внутри клетки ее основные компоненты. В частности, они позволяют правильно располагаться молекуле ДНК во время репликации, несмотря на то, что бактерии не имеют в клетке настоящего ядра и гистонов.

Нуклеоид

Отсутствие оформленного ядра определяет простой процесс воспроизведения генетической информации – кольцевая молекула ДНК просто удваивается перед делением клетки, и по одной копии оказывается в дочерних организмах.

Однако существует особенность передачи генетической информации, которая делает бактерии уникальными для генетиков и молекулярных биологов. Возможность их функционирования как раз связана с тем, что бактерии не имеют в клетке ядра. Внутри клеток обнаружены нехромосомные элементы, способные к передаче информации в обход ядра. Наиболее изучены среди них такие:

Плазмиды.
Транспозоны и IS-элементы (вставные последовательности).
Умеренные фаги.

Любопытно, что размер генетической информации, обнаруженный в мобильных элементах, существенно превышает ее число в главной молекуле ДНК. Именно они имеют прямое отношение к:

защитным реакциям бактерий,
их быстрому привыканию к лекарственных препаратам,
способности синтезировать антибиотики и необычные для бактерий сахара и использовать для питания некоторые не свойственные для своего вида источники.

Ничего подобного плазмидам бактерий у эукариотических организмов нет, поскольку они имеют оформленное ядро, препятствующее контакту основного генома с неядерными элементами. Они способны к самостоятельному воспроизведению и имеют для этого собственный набор необходимых генов.

Таким образом, бактерии не имеют ядра, и это позволяет им обмениваться генетической информации «по горизонтали», быстро перенося полезные гены внутри существующей популяции клеток и существенно повышая их адаптивность к изменениям окружающей среды.

Что такое бактерии?

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

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

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

Существуют еще более мелкие бактерии (ультрамикробактерии), но на данный момент они плохо изучены, потому что нет подходящей техники для наблюдения за ними.

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

Условия обитания

Бактерии приспособились к разным условиям существования. Они могут развиваться в диапазоне температур от –5 (и ниже) до 113 °С. Среди них выделяют: психрофилов, растущих при температуре ниже 20 °С (для Bacillus psichrophilus, например, предельная температура роста –10 °С), мезофилов (оптимум роста при 20–40 °С), термофилов (50–60 °С), экстремальных термофилов (70 °С) и гипертермофилов (80 °С и выше). Споры отдельных видов бактерий выдерживают кратковременное нагревание до 160–180 °C и длительное охлаждение до –196 °C и ниже. Некоторые бактерии чрезвычайно устойчивы к ионизирующему излучению и живут даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов (Deinococcus radiodurans). Ряд бактерий (барофилы, или пьезофилы) хорошо переносят гидростатическое давление до 101 тыс. кПа, а отдельные виды не растут при давлении ниже 50 тыс. кПа. В то же время есть бактерии, не выдерживающие даже незначительного увеличения атмосферного давления. Большинство видов бактерий не развиваются, если концентрация солей NaCl в среде превышает 0,5 моль/л. Оптимальные условия для развития умеренных и экстремальных галофилов наблюдаются в средах с концентрацией NaCl 10 и 30 % соответственно; они могут расти даже в насыщенных растворах солей.

Как правило, бактерии предпочитают нейтральные условия среды обитания (рН около 7,0), хотя встречаются как экстремальные ацидифилы, способные к росту при рН 0,1–0,5, так и алкалифилы, развивающиеся при рН до 13,0.

Подавляющее большинство изученных бактерий – аэробы. Некоторые из них могут расти только при незначительной концентрации O₂ – до 1,0–5,0 % (микроаэрофилы). Факультативные анаэробы растут как в присутствии O₂, так и в его отсутствие; они способны переключать метаболизм с аэробного дыхания на брожение или анаэробное дыхание (энтеробактерии). Рост аэротолерантных анаэробов не угнетается в присутствии небольшого количества O₂, т. к. они не используют его в процессе жизнедеятельности (например, молочнокислые бактерии). Для строгих анаэробов даже следы O₂ в среде обитания являются губительными.

Многие бактерии переживают неблагоприятные условия среды, образуя покоящиеся формы.