Эти одноклеточные организмы живут везде: в земле, воде, воздухе, почве в промышленных и бытовых отходах, и даже в местах, о которых человеку и в голову не приходит подумать. Значительная часть этих организмов до сих пор еще толком не описана, не говоря уже о том, что мало изучена. О том, как невидимые глазу микроорганизмы ежесекундно меняют мир, мы и поговорим в нашей статье.

Происхождение бактерий

Сказать точно, со 100% уверенностью, когда на Земле появились первые бактерии и как это произошло, вряд ли возьмется хотя бы один ученый. И речь идет не только об уважаемых членах научного сообщества, но и о любителях выдвигать полубезумные теории. Что абсолютно точно известно, и это подтверждают палеонтологические исследования, что следы самых древних микробов (цианобактерий) были найдены в отложениях пород, которым 3,5 млрд лет. Есть теория, что именно благодаря жизнедеятельности первых бактерий на земле появился кислород. Правда, процесс этот был несколько продолжительным - около миллиарда лет. Появление нового вещества – кислорода, уничтожило немалую часть одноклеточных анаэробов (не способных расти в кислородной среде) и разделило бактериологический мир на два лагеря: аэробный и анаэробный. Рис. 1. Портрет Антони ван Левенгука, первого микробиолога и первого человека, который увидел бактерии с помощью микроскопа
Рис. 1. Портрет Антони ван Левенгука, первого микробиолога и первого человека, который увидел бактерии с помощью микроскопа

Кто открыл бактерии?

Человек, как существо по своей природе любознательное, всегда пытался докопаться до сути вещей и узнать, из чего состоит мир, в котором он живет, кто этот мир населяет. Однако впервые увидеть микросуществ удалось лишь во второй половине XVII века. Жаждущий как можно лучше рассмотреть льняные волокна голландец Антони ван Левенгук создал первую двусторонне выпуклую линзу. Изделие получило название “Микроскопия” (именно это изобретение стало прототипом современного микроскопа). Но на одной Левенгук не остановился и постепенно усовершенствовал свое изобретение, которое позволяло увеличить объект интереса в 200-300 раз. Изобретатель с интересом разглядывал через линзы все, что попадалось под руку, и в апреле 1676 года, разглядывая под микроскопом воду, увидел крохотных живых существ. С того самого момента исследователь везде обнаруживал мельчайших особей, что привело его к выводу о плотной заселенности окружающего мира микроскопическими, как он тогда считал, животными. Так, Левенгук, сам того не подозревая, положил начало бактериологии - науке (изучающей бактерии) и являющейся разделом микробиологии.

Способы жизни бактерий

Как бы это ни было удивительно, но эти микроорганизмы весьма изобретательны. Для выживания они нередко становятся:
  • симбионтами - проще говоря участниками взаимовыгодного сотрудничества бактерии и ее носителя;
  • паразитами растений, животных или человека - выгоду от совместного проживания получает только одна сторона, в нашем случае, микроб.
Рис. 2. Различные морфотипы бактерий
Рис. 2. Различные морфотипы бактерий

Виды бактерий по форме

После многих лет изучения, микробиологи разделили подопытных на несколько групп, исходили они из визуальных различий. Так появились три основные группы (роды) микроорганизмов: кокки, бациллы, спириллы.

Кокки

Бактерии этого типа имеют шарообразную, а иногда несколько вытянутую форму. В процессе деления, как правило, выстраивают структуры, типичные для конкретных видов кокков. Так, например:
  • Стрептококки “строят” цепочку;
  • Диплококки “собираются” по двое;
  • Стафилококки - это расположенные в более-менее хаотичном порядке восемь и более бактерий.
В целом, кокки можно разделить на патогенные и условно патогенные, принимающие участие в формировании иммунной системы живых существ.

Стрептококки

Род шарообразных бактерий, живущих преимущественно в дыхательных путях (особенно “любят селиться” во рту и в носу), пищеварительном тракте и толстом кишечнике. Вызывают немалое количество трудно поддающихся лечению заболеваний. Самые известные из них:
  • Ангина
  • Скарлатина
  • Фарингит
  • Пневмония
  • Бронхит
  • Менингит

Стафилококки

Характеризуются умением клеток делиться сразу в нескольких плоскостях, по этой причине имеют форму виноградной грозди. Стафилококки - болезнетворные микробы, как правило, живут в носоглотке, ротовой полости и на коже. Эти бактерии могут выделять пигмент белого, желтого или золотистого цвета. Самый известный вид стафилококков - “Золотистый”. Характеристика этого паразита говорит о его возможности вызывать гнойные воспаления всех органов и тканей, нередко процесс протекает, не выходя на кожу, что особенно усложняет лечение болезни.

Диплококки

Этот подвид, как и все кокки, имеют круглую форму и чаще всего встречаются парами. Наиболее известные представители этого вида:
  • менингококк, вызывающий назофарингит или, что хуже, менингит;
  • гонококк - возбудитель гонореи, характеризующейся воспалением слизистых половых органов и их нагноением;
  • пневмококк - является причиной менингита, пневмонии или воспаления среднего уха.

Бацилла

Этот род бактерий выделяется особой палочковидной формой, умением образовывать споры, и насчитывает более двух сотен видов. Их также называют почвенными редуцентами или сапрофитами, которые выполняют функцию разрушителей отмерших тканей живых существ, перерабатывая их в неорганические или самые простые органические соединения. Вместе с тем, бациллы могут стать возбудителями заболеваний как у животных, так и у человека. Яркий тому пример - Сибирская язва.

Вибрион

Вибрионы имеют вид несколько загнутых палочек. Бактерии этого рода могут плодиться как в кислородной, так и бескислородной среде. Вибрионы могут вызывать заболевания у людей (самое известное – холера), спровоцировать кардиоваскулит, уретрит или воспаление жировой подкожной ткани. Некоторые из вибрионов опасны для животных, другие  - для рыб или моллюсков.

Спирилла

Свое название этот род бактерий получил благодаря своей форме, напоминающей спирали или дугообразные палочки, передвигающиеся благодаря жгутикам. Спирилл относят к сапрофитам, а излюбленные места их обитания - навозная жидкость, фекалии животных, стоячая вода, где активно протекают гнилостные процессы. Также они присутствуют в соленых и пресных водоемах. Рис. 3. Многие бактерии размножаются бинарным делением (сравните с митозом и мейозом на этой схеме)
Рис. 3. Многие бактерии размножаются бинарным делением (сравните с митозом и мейозом на этой схеме)

Что такое полезные бактерии?

Наиболее известные из полезных для человека бактерий – это бифидобактерии, которые живут в кишечнике, но погибают при минимально неблагоприятных условиях. Однако в здоровом состоянии они наделены весьма полезными особенностями - обеспечивают тело витаминами группы К и В, улучшают пищеварение и помогают переваривать углеводы. Следующие по степени известности – молочнокислые бактерии их насчитывают 25 видов. Живые микроорганизмы обеспечивают процесс брожения молочных продуктов. Используются они не только в пищевой промышленности, но и сельскохозяйственных целях, а также в народной медицине и фармакологии. Впрочем, есть и менее известные, но не менее полезные представители микрофлоры, например, стрептомицеты. Место их естественного обитания – почва. Именно с их помощью производятся борющиеся с грибками, бактериями и опухолями препараты. И еще один малоизвестный, но не менее полезный вид - азотобактер. Эти экземпляры имеют возможность сбора азота из воздуха. Основное их умение - обогащение почвы полезными микроэлементами, подстегивание роста растений, и очистка почвы от тяжелых металлов. Чаще всего применяются в сельском хозяйстве для производства азотных удобрений.

Строение бактериальной клетки

Главная особенность строения бактериальной клетки - отсутствие ядра. Всю генетическую информацию несет в себе нуклеотид. Также бактериальная клетка имеет цитоплазматическую мембрану, которая отделяет цитоплазму от стенки клетки. Что касается характеристики самой цитоплазмы, то она имеет меньшее количество мембран, питательные вещества разбросаны в цитоплазме. Также отсутствуют органоиды - митохондрии, аппарат Гольджи, пластиды и др. (рис.4). Рис. 4. Строение бактерии
Рис. 4. Строение бактерии

Способы питания  

Наиболее важными для мира микробов элементами являются углерод, азот, водород и кислород. Как правило, необходимость в последних двух одноклеточные удовлетворяют за счет воды. В остальном - бактерии делятся на имеющих углеродный тип питания и азотный. Первый тип питания предполагает получение азотных соединений за счет углекислого газа, самостоятельно его поглощать могут аутотрофы. А вот гетеротрофы питаются готовыми органическими соединениями либо отмершими (фактически продуктами гниения), либо живыми тканями растений и животных.

Обмен веществ    

Обменные процессы микробов имеют огромное значение для экосистемы в целом, так как продукты их жизнедеятельности являются связующим звеном для подсистем. По типу обмена веществ микробы делятся на хемосинтезирующие и фотосинтезирующие.

Хемосинтез

Это процесс поглощения энергии, которая высвобождается в процессе химических реакций окисления и восстановления. Для него совершенно не нужен солнечный свет или кислород. Более того, многие бактерии, получающие энергию таким образом, живут в бескислородной среде. Они относятся к  истинным (настоящим) бактериям.

Бактериальный фотосинтез

Это способ получения энергии от солнца. При нем эубактерии собирают солнечный свет при помощи соответствующих пигментов и передают его в реакционные центры, где энергия трансформируется, а после этого аккумулируется.

Спорообразование  

Это еще один залог выживания бактерий, заложенный в них природой. В случае попадания в неблагоприятную среду, где остро ощущается недостаток пищи, микротела начинают борьбу за выживание посредством формирования спор. Этот процесс характерен для палочковидных, в редких случаях - для кокков. Проходит он в семь этапов. Получившаяся спора может выдержать и кипячение, и промораживание, и действие некоторых дезсредств. Рис. 5. Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А - монотрих, B - лофотрих, C - амфитрих, D - перитрих
Рис. 5. Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А - монотрих, B - лофотрих, C - амфитрих, D - перитрих

Как размножаются бактерии?    

Такие простейшие организмы размножаются тоже довольно простым методом - они делятся. Каждая клетка растет, затем делится на две одинаковые, которые растут и делятся в свою очередь. Если бактерии попали в благодатную среду, то размножаться смогут с периодичностью раз в полчаса.

Способы передвижения  

Что касается движения, одноклеточные делятся на два типа:
  • тех, что недвижимы;
  • тех, что умеют двигаться.
Одноклеточные особи могут перемещаться в пространстве:
  • при помощи жгутиков - жгутики либо сокращаются, либо крутятся вокруг своей оси;
  • скользя по собственной выделенной слизи;
  • ползком” - вся клетка сокращается и расслабляется, что напоминает ползание;
  • смешанный тип – происходит выброс слизи и одновременно бактерия отталкивается.

Распространение в природе        

О распространении бактерий в природе сказано и написано немало. Они населяют куда больше пространства, чем занимает человек (так как в последнем они тоже живут) и выполняют весьма немаловажные функции санитарные и природно-восстановительные.

Воздух

Наименее благоприятна для бактерий среда - воздух. И чем он холоднее, тем хуже живется в нем бактериям. Однако именно воздушно-капельным путем передаются многие бактериальные инфекции.

Водоемы

Вода - весьма благодатная среда для развития и роста бактерий - как полезных, так и патогенных. Именно через водоемы достаточно часто распространяются возбудители тяжелых заболеваний, нередко несущие все признаки эпидемий.

Почвы

Наибольшее количество бактерий обитает и размножается в почве, которая дает урожай. И именно от работы бактерий зависит, каким он будет. По определению, наибольшая роль в процессе обогащения почвы плодородным слоем принадлежит именно микрофлоре. Так, как поселившись в корнях растений, бактерии синтезируют полезные вещества.

Организм животного

Как и в любом другом, в организме животного проживают десятки тысяч бактерий, в том числе и патогенных для человека. Поэтому особое внимание хозяева домашних питомцев должны уделять санитарной обработке своих любимцев.

Организм человека

Человеческое тело так же густо заселено микрофлорой, как и окружающая среда, причем в каждом отделе живут разные бактерии. Когда количество патогенных палочек превышает количество полезных, человек заболевает. Причем первые признаки их не всегда заставляют носителя взяться за лечение, а зря. Чаще первоисточником болезней становятся руки и полость рта. Рис. 6. Строение клетки типичной грамположительной бактерии (обратите внимание на наличие только одной клеточной мембраны)
Рис. 6. Строение клетки типичной грамположительной бактерии (обратите внимание на наличие только одной клеточной мембраны)

Значение бактерий в круговороте веществ

  • Бактерии принимают активное участие в преобразовании органических сложных веществ в более простые, а также неорганические. Благодаря им становится возможным естественный биологический круговорот в природе, быстро разлагаются остатки биомасс и возвращаются в качестве полезных веществ в биосферу.
  • Бактерии способствуют образованию почвы как таковой.
  • Некоторые виды этих микроорганизмов выполняют очистительную функцию, что сказывается на состоянии природных водоемов, а также на быстром преобразовании искусственных сточных ям.
  • Такие разновидности, как цианобактерии, способны к фотосинтезирующему процессу. Таким образом, появившись на Земле около 2 млрд лет тому назад, они насытили окружающую среду молекулярным кислородом и напрямую способствовали созданию атмосферы, пригодной для жизни человека, животных. Также эти микроорганизмы оказали свое воздействие на состоянии озонового слоя, который защищает все живое от губительного воздействия интенсивных ультрафиолетовых лучей.
  • Благодаря развитию генной инженерии и фармакологии, ученые научились использовать бактерии на благо человечества. Так, из бактерий кишечной палочки добывают инсулин, интерферон, из других видов - пищевой и кормовой белок.
  • В хозяйственной деятельности человека бактерии интенсивно используются для повышения плодородности почв, а также борьбы с различными сорняками и насекомыми-вредителями.
  • На основе бактерий ученые научились создавать такие промышленно важные вещества, как спирты, кислоты, ферменты, гормоны, витамины, антибиотики.
Всегда надо помнить, что патогенные бациллы могут стать причиной довольно серьезных заболеваний человека, животного или растения. Но вместе с тем тело здорового человека заселено микроорганизмами, которые участвуют в большинстве обменных процессов, а значит - приносят пользу. Наглядно увидеть эти микроорганизмы и получить больше информации о них вы сможете из видео ниже.