Bakterije in njihov pomen v življenju človeka. Vloga bakterij v človeškem življenju. Koristne bakterije. Vloga bakterij v življenju človeka in v naravi

Bakterije so najstarejša skupina organizmov, ki trenutno obstajajo na Zemlji. Prve bakterije so se verjetno pojavile pred več kot 3,5 milijardami let in so bile skoraj milijardo let edina živa bitja na našem planetu. Ker so bili to prvi predstavniki žive narave, je imelo njihovo telo primitivno strukturo.

Sčasoma je njihova zgradba postala bolj zapletena, vendar do danes bakterije veljajo za najbolj primitivne enocelične organizme. Zanimivo je, da nekatere bakterije še vedno ohranjajo primitivne lastnosti svojih davnih prednikov. To opazimo pri bakterijah, ki živijo v vročih žveplovih vrelcih in anoksičnem blatu na dnu rezervoarjev.

Večina bakterij je brezbarvnih. Le redki so vijolični ali zeleni. Toda kolonije mnogih bakterij imajo svetlo barvo, ki je posledica sproščanja barvne snovi v okolje ali pigmentacije celic.

Odkritelj sveta bakterij je bil Antony Leeuwenhoek, nizozemski naravoslovec iz 17. stoletja, ki je prvi ustvaril popoln povečevalni mikroskop, ki predmete poveča 160-270-krat.

Bakterije uvrščamo med prokarionte in jih uvrščamo v posebno kraljestvo – Bakterije.

Oblika telesa

Bakterije so številni in raznoliki organizmi. Razlikujejo se po obliki.

Ime bakterije	Oblika bakterije	Slika bakterije
Cocci		V obliki krogle
Bacillus		V obliki palice
Vibrio		V obliki vejice
Spirillum		Spirala
Streptokoki		Veriga kokijev
Stafilokok		Skupki kokov
Diplokok		Dve okrogli bakteriji, zaprti v eni sluznični kapsuli

Načini prevoza

Med bakterijami obstajajo mobilne in nepremične oblike. Gibljivi deli se premikajo zaradi valovitih kontrakcij ali s pomočjo bičkov (zvitih spiralnih niti), ki so sestavljene iz posebne beljakovine, imenovane flagelin. Lahko je ena ali več flagel. V nekaterih bakterijah se nahajajo na enem koncu celice, v drugih - na dveh ali po celotni površini.

Toda gibanje je lastno tudi številnim drugim bakterijam, ki nimajo bičkov. Tako so bakterije, ki so zunaj prekrite s sluzjo, sposobne drsenja.

Nekatere vodne in talne bakterije brez bičkov imajo v citoplazmi plinske vakuole. V celici je lahko 40-60 vakuol. Vsak od njih je napolnjen s plinom (predvidoma dušikom). Z uravnavanjem količine plina v vakuolah se lahko vodne bakterije potopijo v vodni stolpec ali dvignejo na njegovo površino, talne bakterije pa se lahko gibljejo v talnih kapilarah.

Habitat

Zaradi enostavnosti organizacije in nezahtevnosti so bakterije zelo razširjene v naravi. Bakterije najdemo povsod: v kapljici celo najčistejše izvirske vode, v zrncih zemlje, v zraku, na skalah, v polarnem snegu, puščavskem pesku, na oceanskem dnu, v olju, pridobljenem iz velikih globin, in celo v voda toplih vrelcev s temperaturo okoli 80ºC. Živijo na rastlinah, sadju, različnih živalih in pri človeku v črevesju, ustni votlini, udih in na površini telesa.

Bakterije so najmanjša in najštevilčnejša živa bitja. Zaradi svoje majhnosti zlahka prodrejo v vse razpoke, razpoke ali pore. Zelo vzdržljiv in prilagojen različnim življenjskim razmeram. Prenesejo sušenje, ekstremen mraz in segrevanje do 90ºC, ne da bi izgubili sposobnost preživetja.

Praktično ni kraja na Zemlji, kjer ne bi bilo bakterij, vendar v različnih količinah. Življenjski pogoji bakterij so različni. Nekateri od njih potrebujejo atmosferski kisik, drugi ga ne potrebujejo in lahko živijo v okolju brez kisika.

V zraku: bakterije se dvignejo v zgornjo atmosfero do 30 km. in več.

Še posebej veliko jih je v zemlji. 1 g zemlje lahko vsebuje na stotine milijonov bakterij.

V vodi: v površinskih plasteh vode v odprtih rezervoarjih. Koristne vodne bakterije mineralizirajo organske ostanke.

V živih organizmih: patogene bakterije pridejo v telo iz zunanjega okolja, vendar le pod ugodnimi pogoji povzročijo bolezni. Simbioti živijo v prebavnih organih, pomagajo razgraditi in absorbirati hrano ter sintetizirati vitamine.

Zunanja struktura

Bakterijska celica je prekrita s posebno gosto lupino - celično steno, ki opravlja zaščitne in podporne funkcije ter daje bakteriji trajno, značilno obliko. Celična stena bakterije je podobna steni rastlinske celice. Je prepusten: skozi njega hranila prosto prehajajo v celico, presnovni produkti pa izstopajo v okolje. Pogosto bakterije proizvedejo dodatno zaščitno plast sluzi na vrhu celične stene – kapsulo. Debelina kapsule je lahko večkrat večja od premera same celice, lahko pa je tudi zelo majhna. Kapsula ni bistveni del celice, temveč nastane glede na pogoje, v katerih se nahajajo bakterije. Ščiti bakterije pred izsušitvijo.

Na površini nekaterih bakterij so dolge flagele (ena, dve ali več) ali kratke tanke resice. Dolžina flagele je lahko večkrat večja od velikosti telesa bakterije. Bakterije se premikajo s pomočjo bičkov in resic.

Notranja struktura

Znotraj bakterijske celice je gosta, nepremična citoplazma. Ima plastno strukturo, ni vakuol, zato se v sami snovi citoplazme nahajajo različni proteini (encimi) in rezervna hranila. Bakterijske celice nimajo jedra. V osrednjem delu njihove celice je skoncentrirana snov, ki nosi dedno informacijo. Bakterije, - nukleinska kislina - DNK. Toda ta snov se ne oblikuje v jedro.

Notranja organizacija bakterijske celice je kompleksna in ima svoje specifične značilnosti. Citoplazma je od celične stene ločena s citoplazmatsko membrano. V citoplazmi je glavna snov ali matriks, ribosomi in majhno število membranskih struktur, ki opravljajo različne funkcije (analogi mitohondrijev, endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat). Citoplazma bakterijskih celic pogosto vsebuje zrnca različnih oblik in velikosti. Granule so lahko sestavljene iz spojin, ki služijo kot vir energije in ogljika. V bakterijski celici se nahajajo tudi kapljice maščobe.

V osrednjem delu celice je lokalizirana jedrska snov - DNK, ki od citoplazme ni omejena z membrano. To je analog jedra - nukleoid. Nukleoid nima membrane, nukleola ali niza kromosomov.

Metode prehranjevanja

Bakterije imajo različne načine hranjenja. Med njimi so avtotrofi in heterotrofi. Avtotrofi so organizmi, ki so sposobni samostojno proizvajati organske snovi za svojo prehrano.

Rastline potrebujejo dušik, vendar ga same ne morejo absorbirati iz zraka. Nekatere bakterije združujejo molekule dušika v zraku z drugimi molekulami, kar ima za posledico snovi, ki so na voljo rastlinam.

Te bakterije se naselijo v celice mladih korenin, kar povzroči nastanek zadebelitev na koreninah, ki jih imenujemo nodule. Takšni noduli se oblikujejo na koreninah rastlin iz družine stročnic in nekaterih drugih rastlin.

Korenine zagotavljajo bakterijam ogljikove hidrate, bakterije pa koreninam snovi, ki vsebujejo dušik, ki jih rastlina lahko absorbira. Njuno sobivanje je obojestransko koristno.

Korenine rastlin izločajo veliko organskih snovi (sladkorje, aminokisline in druge), s katerimi se bakterije hranijo. Zato se še posebej veliko bakterij naseli v plasti zemlje, ki obdaja korenine. Te bakterije pretvarjajo odmrle rastlinske ostanke v rastlinam dostopne snovi. To plast prsti imenujemo rizosfera.

Obstaja več hipotez o prodiranju nodulnih bakterij v koreninsko tkivo:

• s poškodbo povrhnjice in skorje;
• skozi koreninske dlake;
• samo skozi mlado celično membrano;
• zahvaljujoč spremljevalnim bakterijam, ki proizvajajo pektinolitične encime;
• zaradi stimulacije sinteze B-indolocetne kisline iz triptofana, ki je vedno prisoten v rastlinskih koreninskih izločkih.

Proces vnosa nodulnih bakterij v koreninsko tkivo je sestavljen iz dveh faz:

• okužba koreninskih dlak;
• proces nastajanja vozličev.

V večini primerov se invazivna celica aktivno razmnožuje, tvori tako imenovane infekcijske niti in se v obliki takšnih niti preseli v rastlinsko tkivo. Nodulne bakterije, ki izhajajo iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v tkivu gostitelja.

Rastlinske celice, napolnjene s hitro razmnoženimi celicami nodulnih bakterij, se začnejo hitro deliti. Povezava mladega nodula s korenino rastline stročnic se izvaja zahvaljujoč žilno-vlaknastim snopom. V obdobju delovanja so vozlišča običajno gosta. Ko pride do optimalne aktivnosti, noduli pridobijo rožnato barvo (zahvaljujoč pigmentu leghemoglobina). Samo bakterije, ki vsebujejo leghemoglobin, so sposobne vezati dušik.

Nodulne bakterije ustvarijo na desetine in stotine kilogramov dušikovega gnojila na hektar zemlje.

Presnova

Bakterije se med seboj razlikujejo po metabolizmu. V nekaterih se to zgodi s sodelovanjem kisika, v drugih - brez njega.

Večina bakterij se hrani z že pripravljenimi organskimi snovmi. Le nekatere med njimi (modrozelene ali cianobakterije) so sposobne tvoriti organske snovi iz anorganskih. Imeli so pomembno vlogo pri kopičenju kisika v zemeljski atmosferi.

Bakterije absorbirajo snovi od zunaj, raztrgajo njihove molekule na koščke, iz teh delov sestavijo svojo lupino in napolnijo njihovo vsebino (tako rastejo), nepotrebne molekule pa vržejo ven. Lupina in membrana bakterije omogočata, da absorbira le potrebne snovi.

Če bi bila bakterijska lupina in membrana popolnoma neprepustna, nobena snov ne bi prišla v celico. Če bi bile prepustne za vse snovi, bi se vsebina celice pomešala z medijem – raztopino, v kateri živi bakterija. Za preživetje potrebujejo bakterije lupino, ki omogoča prehod potrebnih snovi, ne pa tudi nepotrebnih.

Bakterija absorbira hranila, ki se nahajajo blizu nje. Kaj se zgodi potem? Če se lahko premika samostojno (s premikanjem bička ali potiskanjem sluzi nazaj), se premika, dokler ne najde potrebnih snovi.

Če se ne more premakniti, potem počaka, da mu difuzija (sposobnost molekul ene snovi, da prodrejo v goščavo molekul druge snovi) prinese potrebne molekule.

Bakterije skupaj z drugimi skupinami mikroorganizmov opravljajo ogromno kemijskega dela. S pretvorbo različnih spojin dobijo energijo in hranila, potrebna za življenje. Presnovni procesi, načini pridobivanja energije in potrebe po materialih za gradnjo snovi njihovih teles so pri bakterijah raznoliki.

Druge bakterije zadovoljijo vse svoje potrebe po ogljiku, potrebnem za sintezo organskih snovi v telesu, na račun anorganskih spojin. Imenujejo se avtotrofi. Avtotrofne bakterije so sposobne sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Med njimi so:

Kemosinteza

Uporaba sevalne energije je najpomembnejši, a ne edini način za ustvarjanje organske snovi iz ogljikovega dioksida in vode. Znano je, da bakterije za takšno sintezo kot vir energije ne uporabljajo sončne svetlobe, temveč energijo kemičnih vezi, ki nastanejo v celicah organizmov med oksidacijo nekaterih anorganskih spojin - vodikovega sulfida, žvepla, amoniaka, vodika, dušikove kisline, železovih spojin. železa in mangana. Organsko snov, ki nastane s pomočjo te kemične energije, uporabljajo za gradnjo celic svojega telesa. Zato se ta proces imenuje kemosinteza.

Najpomembnejša skupina kemosintetskih mikroorganizmov so nitrifikacijske bakterije. Te bakterije živijo v tleh in oksidirajo amoniak, ki nastane med razpadom organskih ostankov, v dušikovo kislino. Slednji reagira z mineralnimi spojinami tal in se spremeni v soli dušikove kisline. Ta proces poteka v dveh fazah.

Železove bakterije pretvorijo železovo železo v oksidno železo. Nastali železov hidroksid se usede in tvori tako imenovano barjansko železovo rudo.

Nekateri mikroorganizmi obstajajo zaradi oksidacije molekularnega vodika in s tem zagotavljajo avtotrofni način prehranjevanja.

Značilna lastnost vodikovih bakterij je zmožnost prehoda na heterotrofni način življenja, če so na voljo organske spojine in odsotnost vodika.

Tako so kemoavtotrofi tipični avtotrofi, saj samostojno sintetizirajo potrebne organske spojine iz anorganskih snovi in ​​jih ne jemljejo pripravljenih iz drugih organizmov, kot heterotrofi. Kemoavtotrofne bakterije se od fototrofnih rastlin razlikujejo po popolni neodvisnosti od svetlobe kot vira energije.

Bakterijska fotosinteza

Nekatere žveplove bakterije, ki vsebujejo pigment (vijolične, zelene), ki vsebujejo specifične pigmente - bakterioklorofile, lahko absorbirajo sončno energijo, s pomočjo katere se vodikov sulfid v njihovih telesih razgradi in sprosti atome vodika, da obnovi ustrezne spojine. Ta proces ima veliko skupnega s fotosintezo in se razlikuje le v tem, da je pri vijoličnih in zelenih bakterijah donor vodika vodikov sulfid (občasno karboksilne kisline), pri zelenih rastlinah pa voda. Pri obeh se ločevanje in prenos vodika izvajata zaradi energije absorbiranih sončnih žarkov.

To bakterijsko fotosintezo, ki poteka brez sproščanja kisika, imenujemo fotoredukcija. Fotoredukcija ogljikovega dioksida je povezana s prenosom vodika ne iz vode, ampak iz vodikovega sulfida:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Biološki pomen kemosinteze in bakterijske fotosinteze na planetarni ravni je relativno majhen. V procesu kroženja žvepla v naravi imajo pomembno vlogo samo kemosintetske bakterije. Žveplo, ki ga zelene rastline absorbirajo v obliki soli žveplove kisline, se reducira in postane del beljakovinskih molekul. Nadalje, ko mrtve rastlinske in živalske ostanke uničijo gnilobne bakterije, se žveplo sprosti v obliki vodikovega sulfida, ki ga žveplove bakterije oksidirajo v prosto žveplo (ali žveplovo kislino), pri čemer se v tleh tvorijo sulfiti, ki so dostopni rastlinam. Kemo- in fotoavtotrofne bakterije so bistvene v ciklu dušika in žvepla.

Sporulacija

Spore nastanejo znotraj bakterijske celice. Med procesom sporulacije je bakterijska celica podvržena številnim biokemičnim procesom. Količina proste vode v njej se zmanjša in encimska aktivnost se zmanjša. To zagotavlja odpornost spor na neugodne okoljske razmere (visoka temperatura, visoka koncentracija soli, sušenje itd.). Sporulacija je značilna le za majhno skupino bakterij.

Spore so neobvezna stopnja v življenjskem ciklu bakterij. Sporulacija se začne šele s pomanjkanjem hranil ali kopičenjem presnovnih produktov. Bakterije v obliki spor lahko ostanejo v mirovanju dolgo časa. Bakterijske spore lahko prenesejo dolgotrajno vretje in zelo dolgo zamrzovanje. Ko nastopijo ugodni pogoji, tros vzklije in postane sposoben preživeti. Bakterijske spore so prilagoditev za preživetje v neugodnih razmerah.

Razmnoževanje

Bakterije se razmnožujejo z delitvijo ene celice na dve. Ko doseže določeno velikost, se bakterija razdeli na dve enaki bakteriji. Nato se vsak od njih začne hraniti, raste, deli itd.

Po podaljšanju celice postopoma nastane prečni septum, nato pa se hčerinske celice ločijo; Pri mnogih bakterijah celice pod določenimi pogoji po delitvi ostanejo povezane v značilne skupine. V tem primeru se glede na smer delitvene ravnine in števila delitev pojavijo različne oblike. Razmnoževanje z brstenjem se pojavi pri bakterijah izjemoma.

Pod ugodnimi pogoji se delitev celic v mnogih bakterijah zgodi vsakih 20-30 minut. Pri tako hitrem razmnoževanju lahko potomci ene bakterije v 5 dneh tvorijo gmoto, ki lahko napolni vsa morja in oceane. Preprost izračun pokaže, da se lahko na dan oblikuje 72 generacij (720.000.000.000.000.000.000 celic). Če preračunamo v težo - 4720 ton. Vendar se to v naravi ne zgodi, saj večina bakterij hitro umre pod vplivom sončne svetlobe, sušenja, pomanjkanja hrane, segrevanja na 65-100 ° C, kot posledica boja med vrstami itd.

Bakterija (1), ko absorbira dovolj hrane, se poveča (2) in se začne pripravljati na razmnoževanje (delitev celic). Njegova DNK (pri bakteriji je molekula DNK sklenjena v obroč) se podvoji (bakterija proizvede kopijo te molekule). Obe molekuli DNA (3,4) se znajdeta pritrjeni na steno bakterije in se, ko se bakterija podaljša, odmakneta (5,6). Najprej se deli nukleotid, nato citoplazma.

Po razhodu dveh molekul DNK se na bakteriji pojavi zožitev, ki postopoma razdeli telo bakterije na dva dela, od katerih vsak vsebuje molekulo DNK (7).

Zgodi se (pri Bacillus subtilis), da se dve bakteriji zlepita in med njima nastane most (1,2).

Skakalec prenaša DNK iz ene bakterije v drugo (3). Ko so v eni bakteriji, se molekule DNK prepletajo, na nekaterih mestih zlepijo skupaj (4) in nato izmenjajo dele (5).

Vloga bakterij v naravi

Gyre

Bakterije so najpomembnejši člen v splošnem kroženju snovi v naravi. Rastline ustvarjajo kompleksne organske snovi iz ogljikovega dioksida, vode in mineralnih soli v tleh. Te snovi se vrnejo v zemljo z odmrlimi glivami, rastlinami in živalskimi trupli. Bakterije razgradijo kompleksne snovi na enostavne, ki jih nato uporabijo rastline.

Bakterije uničujejo kompleksne organske snovi odmrlih rastlin in živalskih trupel, izločke živih organizmov in različne odpadke. S temi organskimi snovmi se prehranjujejo saprofitne gnilobe, ki jih spremenijo v humus. To so neke vrste redarji našega planeta. Tako bakterije aktivno sodelujejo v kroženju snovi v naravi.

Tvorba tal

Ker so bakterije razširjene skoraj povsod in se pojavljajo v ogromnem številu, v veliki meri določajo različne procese v naravi. Jeseni odpade listje dreves in grmovnic, odmrejo nadzemni poganjki trav, odpadejo stare veje, občasno tudi debla starih dreves. Vse to se postopoma spremeni v humus. V 1 cm3. Površinska plast gozdnih tal vsebuje na stotine milijonov saprofitskih talnih bakterij različnih vrst. Te bakterije pretvorijo humus v različne minerale, ki jih rastlinske korenine lahko absorbirajo iz zemlje.

Nekatere bakterije v tleh lahko absorbirajo dušik iz zraka in ga uporabljajo v vitalnih procesih. Te bakterije, ki vežejo dušik, živijo samostojno ali se naselijo v koreninah metuljnic. Ko te bakterije prodrejo v korenine stročnic, povzročijo rast koreninskih celic in nastanek vozličev na njih.

Te bakterije proizvajajo dušikove spojine, ki jih uporabljajo rastline. Bakterije pridobivajo ogljikove hidrate in mineralne soli iz rastlin. Tako obstaja tesna povezava med metuljnico in gomoljnimi bakterijami, kar je koristno tako za en kot za drug organizem. Ta pojav imenujemo simbioza.

Zahvaljujoč simbiozi z nodulnimi bakterijami stročnice obogatijo tla z dušikom, kar pomaga povečati pridelek.

Razširjenost v naravi

Mikroorganizmi so vseprisotni. Izjema so le kraterji delujočih vulkanov in majhna območja v epicentrih eksplodiranih atomskih bomb. Niti nizke temperature Antarktike, niti vreli tokovi gejzirjev, niti nasičene solne raztopine v solnih bazenih, niti močna insolacija gorskih vrhov, niti močno obsevanje jedrskih reaktorjev ne ovirajo obstoja in razvoja mikroflore. Vsa živa bitja so v nenehnem stiku z mikroorganizmi, pogosto pa niso le njihova skladišča, ampak tudi njihovi distributerji. Mikroorganizmi so domorodci našega planeta, ki aktivno raziskujejo najbolj neverjetne naravne substrate.

Mikroflora tal

Število bakterij v zemlji je izredno veliko – na stotine milijonov in milijard osebkov na gram. V prsti jih je veliko več kot v vodi in zraku. Skupno število bakterij v tleh se spreminja. Število bakterij je odvisno od vrste tal, njihovega stanja in globine plasti.

Na površini delcev tal se mikroorganizmi nahajajo v majhnih mikrokolonijah (po 20-100 celic). Pogosto se razvijejo v debelini strdkov organske snovi, na živih in odmirajočih rastlinskih koreninah, v tankih kapilarah in v notranjosti grudic.

Mikroflora tal je zelo raznolika. Tu so različne fiziološke skupine bakterij: gnilobne bakterije, nitrifikacijske bakterije, dušikove fiksacijske bakterije, žveplove bakterije itd. Med njimi so aerobi in anaerobi, sporne in nesporne oblike. Mikroflora je eden od dejavnikov pri nastanku tal.

Območje razvoja mikroorganizmov v tleh je cona, ki meji na korenine živih rastlin. Imenuje se rizosfera, celota mikroorganizmov, ki jih vsebuje, pa rizosferska mikroflora.

Mikroflora rezervoarjev

Voda je naravno okolje, kjer se mikroorganizmi razvijajo v velikem številu. Večina jih pride v vodo iz tal. Dejavnik, ki določa število bakterij v vodi in prisotnost hranilnih snovi v njej. Najčistejša voda je iz arteških vodnjakov in izvirov. Odprti rezervoarji in reke so zelo bogati z bakterijami. Največje število bakterij se nahaja v površinskih plasteh vode, bližje obali. Ko se oddaljujete od obale in povečujete globino, se število bakterij zmanjšuje.

Čista voda vsebuje 100-200 bakterij na ml, onesnažena voda pa 100-300 tisoč ali več. V pridnenem blatu je veliko bakterij, predvsem v površinski plasti, kjer bakterije tvorijo film. Ta film vsebuje veliko žveplovih in železovih bakterij, ki vodikov sulfid oksidirajo v žveplovo kislino in s tem preprečijo pogin rib. V mulju je več trosnih oblik, v vodi pa prevladujejo nesporne.

Po vrstni sestavi je vodna mikroflora podobna mikroflori tal, vendar obstajajo tudi specifične oblike. Z uničevanjem različnih odpadkov, ki pridejo v vodo, mikroorganizmi postopoma izvajajo tako imenovano biološko čiščenje vode.

Mikroflora zraka

Mikroflora zraka je manjša od mikroflore zemlje in vode. Bakterije se s prahom dvignejo v zrak, tam lahko ostanejo nekaj časa, nato pa se usedejo na površje zemlje in umrejo zaradi pomanjkanja prehrane ali pod vplivom ultravijoličnih žarkov. Število mikroorganizmov v zraku je odvisno od geografskega pasu, reliefa, letnega časa, onesnaženosti s prahom itd. Vsak prah je nosilec mikroorganizmov. Največ bakterij je v zraku nad industrijskimi podjetji. Zrak na podeželju je čistejši. Najčistejši zrak je nad gozdovi, gorami in zasneženimi območji. Zgornje plasti zraka vsebujejo manj mikrobov. Mikroflora zraka vsebuje veliko pigmentiranih bakterij in bakterij s sporami, ki so bolj odporne na ultravijolične žarke kot druge.

Mikroflora človeškega telesa

Človeško telo, tudi popolnoma zdravo, je vedno nosilec mikroflore. Ko človeško telo pride v stik z zrakom in zemljo, se na oblačilih in koži naselijo različni mikroorganizmi, tudi patogeni (bacili tetanusa, plinska gangrena itd.). Najpogosteje izpostavljeni deli človeškega telesa so kontaminirani. Na rokah najdemo E. coli in stafilokoke. V ustni votlini je več kot 100 vrst mikrobov. Usta so s svojo temperaturo, vlago in ostanki hranil odlično okolje za razvoj mikroorganizmov.

Želodec ima kislo reakcijo, zato večina mikroorganizmov v njem odmre. Začenši od tankega črevesa reakcija postane alkalna, tj. ugodno za mikrobe. Mikroflora debelega črevesa je zelo raznolika. Vsak odrasel človek dnevno izloči približno 18 milijard bakterij z iztrebki, tj. več posameznikov kot ljudi na svetu.

Notranji organi, ki niso povezani z zunanjim okoljem (možgani, srce, jetra, mehur itd.), so običajno brez mikrobov. Mikrobi vstopijo v te organe le med boleznijo.

Bakterije v kroženju snovi

Mikroorganizmi na splošno in še posebej bakterije igrajo veliko vlogo v biološko pomembnih ciklih snovi na Zemlji, saj izvajajo kemične transformacije, ki so popolnoma nedostopne ne rastlinam ne živalim. Različne stopnje cikla elementov izvajajo organizmi različnih vrst. Obstoj vsake posamezne skupine organizmov je odvisen od kemijske transformacije elementov, ki jo izvajajo druge skupine.

Kroženje dušika

Ciklična transformacija dušikovih spojin ima primarno vlogo pri oskrbi organizmov biosfere z različnimi prehranskimi potrebami s potrebnimi oblikami dušika. Več kot 90 % skupne fiksacije dušika je posledica presnovne aktivnosti nekaterih bakterij.

Ogljikov cikel

Biološka transformacija organskega ogljika v ogljikov dioksid, ki jo spremlja redukcija molekularnega kisika, zahteva skupno presnovno aktivnost različnih mikroorganizmov. Mnoge aerobne bakterije izvajajo popolno oksidacijo organskih snovi. V aerobnih pogojih se organske spojine najprej razgradijo s fermentacijo, organski končni produkti fermentacije pa se nadalje oksidirajo z anaerobnim dihanjem, če so prisotni anorganski akceptorji vodika (nitrat, sulfat ali CO 2 ).

Kroženje žvepla

Žveplo je živim organizmom dostopno predvsem v obliki topnih sulfatov ali reduciranih organskih žveplovih spojin.

Železni cikel

Nekatera sladkovodna telesa vsebujejo visoke koncentracije reduciranih železovih soli. Na takih mestih se razvije specifična bakterijska mikroflora – železobakterije, ki reducirajo železo. Sodelujejo pri nastajanju barjanskih železovih rud in vodnih virov, bogatih z železovimi solmi.

Bakterije so najstarejši organizmi, ki so se pojavili pred približno 3,5 milijarde let v arheju. Približno 2,5 milijarde let so obvladovali Zemljo, tvorili biosfero in sodelovali pri nastajanju kisikove atmosfere.

Bakterije so eni najbolj preprosto zgrajenih živih organizmov (razen virusov). Menijo, da so prvi organizmi, ki so se pojavili na Zemlji.

Bakterije so enocelični mikroorganizmi brez jedra, ki spadajo v razred prokariontov. Do danes je raziskanih več kot 10 tisoč vrst (predvideva se, da jih je približno milijon), mnoge med njimi so patogene in lahko povzročijo različne bolezni pri ljudeh, živalih in rastlinah.

Za njihovo razmnoževanje je potrebna zadostna količina kisika in optimalna vlažnost. Velikosti bakterij se gibljejo od desetink mikrona do nekaj mikronov, po obliki jih delimo na kroglaste (koki), paličaste, nitaste (spirile) in v obliki ukrivljenih paličic (vibrioti).

Prvi organizmi, ki so se pojavili pred milijardami let

(Bakterije in mikrobi pod mikroskopom)

Bakterije igrajo zelo pomembno vlogo na našem planetu, saj so pomemben udeleženec v katerem koli biološkem ciklu snovi, osnova za obstoj vsega življenja na Zemlji. Večina tako organskih kot anorganskih spojin se pod vplivom bakterij bistveno spremeni. Bakterije, ki so se na našem planetu pojavile pred več kot 3,5 milijardami let, so stale na prvotnih virih žive lupine planeta in še vedno aktivno predelujejo neživo in živo organsko snov ter vključujejo rezultate presnovnega procesa v biološki cikel. .

(Zgradba bakterije)

Saprofitne talne bakterije igrajo veliko vlogo pri nastajanju tal, predelujejo ostanke rastlinskih in živalskih organizmov ter pomagajo pri nastajanju humusa in humusa, kar povečuje njihovo rodovitnost. Najpomembnejšo vlogo v procesu povečanja rodovitnosti tal imajo bakterije-simbionti nodulov, ki vežejo dušik, "živijo" na koreninah stročnic, zaradi česar je zemlja obogatena z dragocenimi dušikovimi spojinami, potrebnimi za rast rastlin. Zajamejo dušik iz zraka, ga vežejo in tvorijo spojine v rastlinam dostopni obliki.

Pomen bakterij v kroženju snovi v naravi

Bakterije imajo odlične sanitarne lastnosti, odstranjujejo umazanijo v odpadnih vodah, razgrajujejo organske snovi in ​​jih spreminjajo v neškodljive anorganske. Edinstvene cianobakterije, ki so nastale v neokrnjenih morjih in oceanih pred 2 milijardama let, so bile sposobne fotosinteze, oskrbovale so okolje z molekularnim kisikom in tako oblikovale Zemljino atmosfero ter ustvarile ozonski plašč, ki ščiti naš planet pred škodljivimi učinki ultravijoličnega sevanja. žarki. Številni minerali so nastajali v več tisoč letih z delovanjem zraka, temperature, vode in bakterij na biomaso.

Bakterije so najpogostejši organizmi na Zemlji, določajo zgornje in spodnje meje biosfere, prodirajo povsod in se odlikujejo po veliki vzdržljivosti. Če ne bi bilo bakterij, se mrtve živali in rastline ne bi predelovale naprej, ampak bi se preprosto kopičile v ogromnih količinah, biološki krog bi postal nemogoč, snovi pa se ne bi mogle vrniti v naravo.

Bakterije so pomemben člen v trofičnih prehranjevalnih verigah, delujejo kot razkrojevalci, razgrajujejo ostanke mrtvih živali in rastlin ter s tem čistijo Zemljo. Številne bakterije imajo v telesu sesalcev vlogo simbiontov in jim pomagajo pri razgradnji vlaknin, ki jih ne morejo prebaviti. Življenjski proces bakterij je vir vitamina K in vitaminov skupine B, ki imata pomembno vlogo pri normalnem delovanju njihovih organizmov.

Koristne in škodljive bakterije

Veliko število patogenih bakterij lahko povzroči ogromno škodo zdravju ljudi, domačih živali in kulturnih rastlin, in sicer povzroča nalezljive bolezni, kot so griža, tuberkuloza, kolera, bronhitis, bruceloza in antraks (živali), bakterioza (rastline).

Obstajajo bakterije, ki koristijo ljudem in njihovim gospodarskim dejavnostim. Ljudje so se naučili uporabljati bakterije v industrijski proizvodnji, ki proizvajajo aceton, etilni in butilni alkohol, ocetno kislino, encime, hormone, vitamine, antibiotike, beljakovine in vitaminske pripravke. Čistilna moč bakterij se uporablja v čistilnih napravah za čiščenje odpadne vode in pretvorbo organskih snovi v neškodljive anorganske snovi. Sodobni napredek v genskem inženiringu je omogočil pridobivanje zdravil, kot so inzulin, interferon iz bakterije Escherichia coli ter krmnih in živilskih beljakovin iz nekaterih bakterij. V kmetijstvu se uporabljajo posebna bakterijska gnojila, kmetje pa uporabljajo bakterije tudi za boj proti različnim plevelom in škodljivim žuželkam.

(Najljubša jed bakterij ciliatov)

Bakterije sodelujejo pri strojenju usnja, sušenju tobačnih listov, z njihovo pomočjo proizvajajo svilo, gumo, kakav, kavo, namakajo konopljo, lan, lužijo kovine. Sodelujejo v procesu izdelave zdravil, tako močnih antibiotikov, kot sta tetraciklin in streptomicin. Brez mlečnokislinskih bakterij, ki povzročajo proces fermentacije, je nemogoča priprava mlečnih izdelkov, kot so jogurt, fermentirano pečeno mleko, acidofil, kisla smetana, maslo, kefir, jogurt, skuta. Mlečnokislinske bakterije so vključene tudi v proces kisanja kumar, kislega zelja in siliranja krme.

Porazdeljen povsod: v zraku, vodi, zemlji, v živih organizmih. Bakterije so bile najdene celo na oceanskem dnu na globini nekaj kilometrov, v termalnih vrelcih, katerih temperatura vode doseže 90 stopinj, v naftonosnih formacijah, torej lahko obstajajo v pogojih, kjer živijo drugi živi organizmi. sploh ni mogoče najti.

Zahvaljujoč vitalni aktivnosti talnih bakterij skupaj z drugimi organizmi - rastlinami, glivami - je zagotovljena rodovitnost tal. 1 gram černozema vsebuje približno 10 milijard bakterij. Razgrajujejo organske snovi, ki ostanejo po mrtvih živalih in rastlinah, ki pridejo v zemljo. Zaradi tega nastajajo anorganske snovi, ki jih kasneje lahko zaužijejo drugi organizmi, tudi rastline, sprošča pa se tudi ogljikov dioksid, ki ga rastline potrebujejo za fotosintezo. Veliko količino humusa tvorijo bakterije pri gnojenju tal z gnojem, pri gojenju trajnic in enoletnih zelnatih rastlin, pri katerih odmrejo številne korenine. Ob prisotnosti kisika v tleh bakterije v kratkem času pretvorijo humus v minerale za prehrano rastlin, tudi kulturnih.

Da bi zagotovili boljše pogoje za življenje koristnih talnih bakterij, tla v kmetijstvu obdelamo in pognojimo. Zahvaljujoč rahljanju zgornje plasti zemlje se zadrži vlaga in tla obogatijo z zrakom, ki je potreben tako za življenje gojenih rastlin kot za bakterije v tleh. Poleg tega uporaba gnoja ne hrani le kulturnih rastlin, temveč tudi bakterije.

Cianobakterije in nekatere talne bakterije lahko absorbirajo dušik iz zraka in ga pretvorijo v obliko, ki je na voljo rastlinam. Nodulne bakterije so ena taka skupina bakterij. Naselijo se na koreninah stročnic in nekaterih drugih rastlin (rakitovec, murva). Nodulne bakterije lahko absorbirajo dušik iz zraka in proizvajajo organske snovi, ki vsebujejo dušik, ter z njimi obogatijo tla.

S prebavo organskih snovi bakterije poskrbijo za čiščenje vodnih teles. Lahko pa izzovejo tudi obratni proces - "cvetenje vode". Cianobakterije, zelene in vijolične žveplove bakterije skupaj z rastlinami tvorijo zaloge organskih snovi v naravi, ki jih tvorijo iz anorganskih spojin. In cianobakterije v ozračje sproščajo tudi prosti kisik, ki ga dihajo vsa živa bitja. Nastajanje nahajališč zemeljskega plina in nafte je potekalo tudi s sodelovanjem nekaterih vrst bakterij.

Življenje na Zemlji je nemogoče brez vitalne aktivnosti bakterij, saj sodelujejo v ciklu snovi v naravi, izvajajo kemične transformacije, ki niso na voljo niti živalim niti rastlinam.

Eno od mnogih živalskih kraljestev so bakterije. V članku bomo govorili o vlogi bakterij v naravi in ​​življenju ljudi ter predstavili patogene predstavnike tega kraljestva.

Bakterije v naravi

Ti živi organizmi so se med prvimi pojavili na našem planetu. Porazdeljeni so povsod. Bakterije živijo na dnu rezervoarjev, v zemlji, in lahko prenesejo nizke in visoke temperature.

Pomen teh organizmov v naravi je nesporen. Prav bakterije skrbijo za kroženje snovi v naravi, ki je temelj življenja na Zemlji. Pod njihovim vplivom se organske spojine spremenijo in razpadejo v anorganske snovi.

Procese nastajanja tal zagotavljajo talni mikroorganizmi. Ostanki rastlin in živali razpadejo in se spremenijo v humus in humus le po zaslugi bakterij.

V vodnem okolju se predstavniki tega kraljestva uporabljajo za čiščenje rezervoarjev in odpadnih voda. Zahvaljujoč svoji vitalni dejavnosti bakterije pretvarjajo nevarne organske snovi v varne anorganske.

riž. 1. Vloga bakterij v naravi.

Patogeni mikroorganizmi

Vendar pa obstajajo bakterije, ki povzročajo škodo drugim živim organizmom. Patogeni mikroorganizmi lahko povzročijo bolezni rastlin, živali in ljudi. Na primer:

• Salmonela povzroča trebušni tifus;
• Shigella - dizenterija;
• Clostridium - tetanus in gangrena;
• Tuberkulozni bacil - tuberkuloza
• Stafilokoki in streptokoki - gnojenje itd.

Poti prenosa so lahko različne:

• pri kihanju, govorjenju, kašljanju bolne osebe;
• s fizičnim stikom;
• s pomočjo prenašalcev (žuželk, glodalcev);
• s prodiranjem v rane.

Mnoge bolezni se končajo s smrtjo; zaradi njihove sposobnosti prilagajanja na zdravila, bakterij ni tako enostavno uničiti. Sodobna znanost se aktivno bori proti patogenom s sproščanjem novih zdravil.

riž. 2. Patogeni mikroorganizmi.

Študij bakterijske fiziologije je ustanovil Louis Pasteur že v petdesetih letih 19. stoletja. Njegove raziskave sta nadaljevala M. V. Beyerinck in S. N. Vinogradsky, ki sta raziskovala pomen mikroorganizmov v naravi.

Uporaba bakterij

Človeštvo se je naučilo uporabljati bakterije za lastno korist, na primer:

• v proizvodnji zdravil;

Obstajajo posebne vrste bakterij, ki so sposobne proizvajati močne antibiotike, kot sta tetraciklin in streptomicin. Njihov učinek uniči številne patogene mikroorganizme.

• priprava novih prehrambenih izdelkov;
• sproščanje organskih snovi;
• proizvodnja fermentiranih mlečnih izdelkov (jogurt, starter kulture, kefirji, fermentirano pečeno mleko);
• proizvodnja različnih vrst sirov;
• vinarstvo;
• vlaganje in fermentiranje zelenjave.

riž. 3. Človeška uporaba bakterij.

Kaj smo se naučili?

Bakterije imajo velik pomen v naravi in ​​življenju ljudi. Brez teh mikroorganizmov kroženje snovi v okolju ne bi moglo potekati. In čeprav so mnoge od njih lahko škodljive za življenje in zdravje, je uporaba bakterij pri ljudeh omogočila boj proti številnim boleznim in proizvodnjo številnih novih živil.

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4. Skupaj prejetih ocen: 415.

Bakterije nas obkrožajo povsod, poleg tega živijo v človeškem telesu in v ogromnih količinah. Zaradi svoje majhnosti jih ni mogoče videti s prostim očesom, vendar lahko povzročijo veliko škodo in korist. Na splošno je vloga bakterij v naravi ogromna.

Klasifikacija živih bitij

Dolgo časa sploh ni bilo koherentnega sistema, ki bi razlikoval organizme. Vendar pa je slavni Carl Linnaeus postavil temelje za sodobno binomsko klasifikacijo, pri čemer je po njegovem mnenju identificiral 3 glavne skupine: živali, rastline in minerale. Predlagal je tudi izraz "kraljestvo".

Pozneje, z razvojem tehnologije in pridobitvijo novih znanj, se je klasifikacija izboljšala; glavna razlika med njimi je bila odsotnost in prisotnost jedra v celicah. Danes obstaja 8 kraljestev s pomembnimi razlikami: virusi, arheje, protisti, kromisti, rastline, glive, živali in bakterije. Za slednje pa vsi vemo za njihov obstoj in se z njimi nenehno srečujemo, čeprav jih ne vidimo. Morda se zdi celo nenavadno, da so jih dodelili ločenemu kraljestvu narave.

Bakterije

Ti najpreprostejši predstavniki žive narave se že dolgo "skrivajo" pred človeškimi očmi. Kljub temu so bili rezultati njihovega delovanja očitni že v starih časih: kislo mleko, gnitje odpadlega listja, fermentacija sladkorja in še marsikaj. Torej je težko preceniti pomen bakterij v naravi, še dolgo pred njihovim takojšnjim odkritjem.

Ta skupina organizmov je ena najstarejših na planetu – obstajajo že več kot 3,5 milijarde let in približno tretjino tega časa so bili edina živa bitja na Zemlji. Kljub temu, da je evolucija nekako vplivala na njih, struktura bakterij ostaja precej primitivna, saj nimajo niti jedra. In tiste predstavnike tega kraljestva, ki so sposobni preživeti v najbolj ekstremnih razmerah, lahko uvrstimo celo med praživali. Poleg tega so tudi največja skupina organizmov, ki obstajajo na Zemlji.

Odkrivanje in raziskovanje

Dolgo časa znanstveniki sploh niso sumili o obstoju organizmov, ki so jim bili nevidni. Seveda je bil odkritelj bakterij v 17. stoletju človek, ki je izumil mikroskop - rojen Nizozemec Anthony van Leeuwenhoek. Njegovi instrumenti so omogočali do 160-kratno povečavo, zato je znanstvenik v kapljicah vode, blatu, zobnih oblogah in številnih drugih okoljih opazil nenavadna bitja – poimenoval jih je animalcules. Med raziskovanjem je naletel na različne in podobne organizme in jih skrbno skiciral. Tako so bili postavljeni temelji mikrobiologije. Samo ime "bakterije" je leta 1828 predlagal Christian Ehrenberg.

Povezavo teh organizmov z različnimi boleznimi je konec 18. stoletja prvi napovedal vojaški zdravnik D. S. Samoilovič. Z mikroskopom je poskušal najti povzročitelja kuge, na katero je naletel med epidemijo v Moskvi. Kljub temu, da mu to ni uspelo, je dokazal, da do okužbe pride le pri neposrednem stiku z bolnikom oziroma njegovimi stvarmi. Takrat je bila predlagana zamisel o cepljenju z uporabo oslabljenih ali ubitih mikroorganizmov. Kasneje so ga uvedli v Angliji, ko je zdravnik Edward Jenner opazil odpornost bolnikov na zgodovino kravje bolezni.

Nato se je mikrobiologija več desetletij ukvarjala predvsem z zbiranjem in sistematiziranjem informacij ter ugotavljanjem vloge bakterij v naravi in ​​različnih življenjskih procesih. Nato so jih razlikovali od virusov zaradi resnih razlik v strukturi. Toda v življenju narave ni bilo takoj cenjeno.

Posebnosti

Zaradi potrebe po prilagajanju za preživetje v najrazličnejših pogojih bakterije ne smejo imeti le sposobnosti hitrega razmnoževanja, temveč morajo imeti tudi nekaj raznolikosti, o čemer bomo razpravljali malo kasneje.

Vsi organizmi, ki pripadajo temu kraljestvu, imajo seveda skupne značilnosti. Na primer, vsi so prokarionti, to pomeni, da nimajo ločenega jedra in nekaterih drugih celičnih organelov. Medtem so običajno večje od evkariontov in dosežejo približno 0,005 milimetra. Največja bakterija, znana v znanosti, ne presega 0,75 mm v premeru in jo je mogoče videti celo s prostim očesom.

Prvič, predstavniki tega kraljestva imajo celično steno, ki daje celici obliko, pa tudi posebno sluznico, ki ščiti telo pred izsušitvijo in spodbuja njegovo drsno gibanje. Včasih je ta plast lahko debelejša od preostale bakterije. Citoplazma je v primerjavi s celicami drugih mikroorganizmov gostejša in bolj strukturirana. Vsa hranila se nahajajo neposredno v njem, saj ni vakuol. Drug organ, ki pomaga celici pri gibanju, so resice na njeni površini. Lahko pa so odsotni.

Sorte

Bakterije žive narave se razlikujejo predvsem po obliki celic, zato jih po videzu delimo v skupine. Glavne vrste se imenujejo na naslednji način:

• koki;
• bacili;
• vibrioti;
• spirohete;
• spirila;
• streptokoki;
• stafilokoki.

Poleg tega obstaja razlika glede na vrsto pogojev, primernih za življenje. Dajmo primer. Tisti organizmi, ki lahko obstajajo brez kisika, se imenujejo anaerobni. Poleg tega mikrobiologi razlikujejo med gramnegativnimi in Tu govorimo le o reakciji na posebno barvilo, ki je odvisno od zgradbe celične membrane. imajo debelejšo zaščitno lupino.

Širjenje

Živijo povsod, zato so prisiljeni v tako spremenljive oblike. Vulkanski žarki in ledene puščave, morske globine in gorata območja, revna s kisikom – bakterije najdemo povsod. To je mogoče le zaradi njihove neverjetne vitalnosti in hitrega razmnoževanja: preprosta delitev se lahko zgodi približno vsakih 20 minut.

Mimogrede, v pogojih, ki so popolnoma neprimerni za nadaljevanje življenja, lahko žive bakterije tvorijo tako imenovane spore, torej se spremenijo v obliko, primerno za transport z vetrom ali vodo. Ko okolje spet postane dovolj ugodno, mikroorganizmi ponovno prevzamejo vegetativno obliko in ustvarijo novo kolonijo. Tako bakterije vztrajajo in se naprej širijo v naravi.

Pomen in vloga

Pomen tega, kar počnejo ti drobni organizmi, ni mogoče preceniti. Vloga bakterij v naravi je res ogromna. Prvič, njim dolgujemo obstoj kompleksnih oblik življenja v njihovi sedanji obliki. Navsezadnje, kot pogosto imenujemo cianobakterije, so dejansko ustvarile ozračje in vzdrževale raven kisika na zahtevani ravni. Ti mikroorganizmi, ki so do sedaj živeli v globinah svetovnih oceanov, proizvedejo več kot polovico O 2.

Morda druga najpomembnejša vloga bakterij v naravi je njihovo sodelovanje pri recikliranju organskih snovi. Brez tega si je tudi težko predstavljati sodobni svet. Obstaja cel razred saprofitskih organizmov (v katerega sodijo tudi bakterije). Neposredno sodelujejo v kroženju snovi v naravi, razgrajujejo ostanke organskih tkiv v mineralne snovi, potrebne za prehrano rastlin. Torej so te "drobtine" sestavni del vsakega ekosistema.

Druga pomembna vloga bakterij v naravi je pretvarjanje nekaterih snovi v druge, čeprav to ni vedno zaželeno. Kvas omogoča proizvodnjo testa in alkohola, pa tudi kefirja, skute, jogurta in drugih podobnih izdelkov. Vendar to še ni vse. Pomislite na bakterije, ki tvorijo črevesno mikrofloro pri sesalcih. Omogočajo prebavnemu sistemu, da tako učinkovito absorbira koristne snovi, ki vstopajo v telo skupaj s hrano.

Zaščita

Vendar pa vloga bakterij v naravi ni omejena le na pozitivne vidike. Torej obstajajo patogeni, ki povzročajo resne bolezni, zato se je pogosto treba znebiti nezaželenih "gostov". Za to ni potrebna samo osnovna higiena, to je umivanje rok in telesa z milom, ampak tudi dezinfekcija, pa tudi sterilizacija različnih predmetov in površin. Ukrepi za zaščito pred bakterijami lahko vključujejo vrenje in dolgotrajno izpostavljenost vroči pari, obdelavo z alkoholnimi raztopinami ali spojinami klora ter ultravijolično svetlobo. Če je vse opravljeno pravilno, večina patogenih celic umre.

Kar zadeva prehrambene izdelke, so tudi ti podvrženi različnim metodam predelave: pasterizacija, konzerviranje, kuhanje, cvrtje, dušenje, pečenje itd. To jim omogoča, da podaljšajo rok uporabnosti in postanejo varni za uživanje. Toda celovita zaščita pred bakterijami ima lahko tudi slabo stran: pomanjkanje potrebe po vedno pripravljenosti lahko oslabi imunski sistem. V boju proti bakterijam torej ne smete biti preveč vneti.