Бактерии составляют большую область прокариотических микроорганизмов.
Как правило, бактерии размером несколько микрометров в длину и имеют ряд форм, начиная от сфер до стержней и спиралей.
Значение и особенности низших форм жизни
Значение и особенности бактерий сложились в процессе эволюции. Известно, что они представляют одну из первых форм жизни, появившихся 3,5 млрд. лет назад на Земле, и присутствуют в большинстве местообитаний сейчас.
Особенности бактерий в выживании позволяющем им глобально расселяться по всей земле. Они населяют почву, воду, кислые горячие источники, радиоактивные отходы и глубокие участки земной коры. Также живут в симбиотических и паразитарных отношениях с растениями и животными.В грамме почвы обычно содержится 40 миллионов бактериальных клеток, а в миллилитре пресной воды — миллион этих клеток.
Значение бактерий в том, что они играют жизненно важную роль в переработке питательных веществ, причем многие стадии в питательных циклах зависят от этих организмов, таких как фиксация азота из атмосферы и гниение. Роль микроорганизмов в жизни человека огромна.
В человеческой флоре примерно в десять раз больше бактериальных клеток, чем человеческих клеток в организме, причем наибольшее количество человеческой флоры находится в кишечнике и большое количество на коже. Особенности бактерий в том, что их подавляющее большинство в организме становятся безвредными благодаря защитным эффектам иммунной системы, а некоторые из них полезны. Однако некоторые виды являются патогенными микроорганизмами и вызывают инфекционные заболевания, в том числе холера, сифилис, сибирская язва, проказа, бубонная чума. Самые распространенные смертельные болезни которые приносят эти одноклеточные микроорганизмы — это респираторные инфекции, при которых только туберкулез убивает около 2 миллионов человек в год, сейчас, в основном, в Африке к югу от Сахары. В развитых странах антибиотики используются для лечения бактериальных заболеваний и инфекций, а также используются в сельском хозяйстве, что делает устойчивость к антибиотикам вредных микроорганизмов растущей проблемой. Последствия приема антибиотиков известны.
Значение бактерий в индустрии важно при обработке нечистот, производстве сыра и йогурта путем ферментации, а также извлечения золота, палладия, меди и других металлов в горнодобывающей промышленности, а также в биотехнологии и производстве антибиотиков и других химических веществ.
Бактериальная морфология
Особенности бактерий в демонстрации большого разнообразия форм и размеров, называемых морфологией.
Бактериальная клетка составляют примерно одну десятую размера эукариот клетки (эукариот – клетка с ядром) и типично 0,5-5,0 микрометра длиной. Большинство видов бактерий являются либо сферические, называемые кокками или палочковидные, называемые бациллами.
Совсем недавно, особенные бактерии были обнаружены глубоко под земной корой растущие как ветвистые нитевидные типы со звездообразным поперечным сечением.
Большое отношение площади поверхности к объему дает некоторым бактериям преимущество в питательно-бедных окружающих средах. Это большое разнообразие форм определяется бактериальной клеточной стенкой и цитоскелетом, и это важно, потому что может влиять на их способность приобретать питательные вещества и прикрепляться к поверхностям.
Протоплазма внутри как содержимое живой клетки представляет собой коллоидную массу, состоящую главным образом из белков. По некоторым данным, она обладает зернистой структурой.
Протоплазма содержит некоторые включения, представляющие собой запасные питательные вещества клетки.
Наличие вполне сформированного ядра, как это наблюдается в клетках растений и животных, у бактерий не удается констатировать, но ядерные элементы всегда имеются, хотя бы в виде распыленных мельчайших зернышек.
Клеточная стенка
Бактериальная клетка представляет собой комок протоплазмы, окруженный оболочкой.
Оболочка бактерий настолько тонка, что обычно мы не можем ее различить под микроскопом. Оболочка определяется лишь с помощью специальных приемов (плазмолиз). У более крупных форм можно увидеть, что оболочка состоит из двух слоев.
Бактериальная оболочка бесцветна и с поверхности покрыта слизистым слоем. Она играет важную роль в жизни бактериальной клетки, выполняя защитные функции, когда она попадает в неблагоприятные условия.
У некоторых одноклеточных микроорганизмов оболочка обладает способностью набухать в воде, превращаясь в студенистую массу, иногда превышающую по своим размерам самую бактериальную клетку (капсула).
Оболочка клетки состоит из плазматической мембраны и клеточной стенки. Как и в других организмах, бактериальная клеточная стенка обеспечивает структурную целостность клетки и определение ее формы.
Бактериальная клеточная стенка отличается от всех других организмов наличием пептидогликана. Пептидогликан состоит из полисахаридной основы, состоящей из чередующихся остатков ацетил мураминовой кислоты и ацетил глюкозамина в равных количествах.
В то время как все бактериальные клеточные стенки содержат пептидогликан, не все клеточные стенки имеют одинаковые общие структуры. Поскольку клеточная стенка необходима для выживания этих микроорганизмов, но отсутствует у эукариот (клеток живых организмов с ядром), некоторые антибиотики, в частности (пенициллины и цефалоспорины), останавливают бактериальные инфекции.
Существует два основных типа бактериальных клеточных стенок: грамположительные и грамотрицательные, которые дифференцируются по своим характеристикам окрашивания.
Для обоих этих типов бактерий частицы размером приблизительно 2 нм могут проходить через пептидогликан как основу.
Например, антибактериальный агент фермент лизоцим, содержащийся в слезах человека, проходит через клеточную стенку бактерий и является основной защитой организма от глазных инфекций. Молекулярная биология изучает эти особенности.
Грамположительная клеточная стенка
Грамположительные клеточные стенки толстые и пептидогликанный слой составляет почти 95% клеточной стенки в некоторых грамположительных бактериях и всего лишь 5-10% клеток стенки в грамотрицательных.
Грамположительные бактерии представлены стафилококками, стрептококками. Большинство опасных для человека микроорганизмов – грамположительные.
Грамотрицательная клеточная стенка
Грамотрицательные клеточные стенки тонкие и в отличие от грамположительных клеточных стенок, они содержат тонкий слой пептидогликана который примыкает к цитоплазматической мембране.
Бактерии с грамотрицательной клеточной стенкой вызывают венерические болезни: гонорею, сифилис, хламидийные инфекции, а также патогены, провоцирующие респираторные заболевания.
Жгутики
У многих бактерий имеются органы движения в виде очень тонких и длинных нитей, называемых жгутиками. В обычных микроскопических препаратах рассмотреть жгутики не удается ввиду их ничтожного размера. Только с помощью специальных методов окраски удается выявить их наличие. С помощью ультрамикроскопа жгутики можно наблюдать и у живых бактерий.
Бактерии, снабженные жгутиками, обладают подвижностью. Одноклеточные микроорганизмы, лишенные жгутиков — неподвижны.
Жгутики представляют собой хлыстовидные структуры, выступающие из бактериальной клеточной стенки и ответственные за подвижность бактерий (т. е. движение). Расположение жгутиков вокруг бактериальной клетки уникально для наблюдаемых видов.
Особенность бактерий также в том, что они имеют неодинаковые количества жгутиков и различаются по характеру расположения жгутиков:
- монотрихиальные — имеющие один полярный жгутик;
- лофотрихиалъные — с пучком жгутиков на конце;
- одиночный жгутик — на каждом из двух противоположных полюсов
- перитрихиальные — вся поверхность клетки покрыта жгутиками.
Бактериальный жгутик состоит из трех основных компонентов: хлыстовидной нити, двигательного комплекса и соединяющего их крючка. Нить имеет приблизительно 20 нм в диаметре и состоит из нескольких протофиламентов, каждый из которых состоит из тысяч субъединиц жгутиков.
Таково значение, строение и особенности бактерий являющихся самой древней группой одноклеточных микроорганизмов из ныне существующих на Земле.
