Особливості життєдіяльності серобактерій, що окислюють неорганічні сполуки. Способи харчування ціанобактерій За способом живлення ціанобактерії синьо-зелені відносять до

До групи серобактерій включаються найрізноманітніші типи прокаріотів. Прокаріоти - одноклітинні організми, які не мають чітко оформленого ядра, що не мають його оболонки. Серобактерії для своєї життєдіяльності окислюють сполуки сірководню до елементарної сірки, сульфіди, тіосульфати, молекулярну сірку.

Ці мікроорганізми відносяться до автотрофів (продуцентів), що синтезують з неорганічних речовин органічні:

• Purple bacteria (пурпурні),
• Chlorobiaceae (зелені серобактерії),
• синьо-зелені водорості (Cyanobacteria),
• безбарвні серобактерії.

Існують симбіози мікробів з молюсками, трубчастими хробаками, морськими їжаками, що живуть у повітряній зоні мулу (мінеральної та органічної суміші на дні водойм).

Не всі автотрофи є продуцентами. Деякі їх самі виробляють органічні речовини і самі їх поглинають. Такі організми вважаються редуцентами (перетворюють відмерлі останки на дні водойм на неорганічні речовини) і продуцентами одночасно. Автотрофи поділяються на фотосинтезуючі та утворюють енергію способом хемосинтезу.

Мікроорганізми, що живляться за допомогою фотосинтезу

Серобактерій відносять до фотосинтезуючих організмів, які використовують сонячне світло як джерело енергії. Цей спосіб називається фотосинтезом. Фотосинтезуючими є деякі багатоклітинні водорості, археї, що мешкають у водоймах.

Пурпурні серобактерії відносяться до фотосинтезуючого типу. Їх налічується понад 50 видів. Вони грампозитивні, існують здатні до руху за допомогою джгутиків типи та нерухомі. Розмножуються шляхом розподілу. Мешкають у безкисневому середовищі біля поверхні прісної та солоної води. Використовують як джерело вуглецю молекулярну сірку, яка має властивість накопичуватися в периплазматичному просторі (порожнина, що складається з додаткової мембрани в клітинній стінці мікроорганізму).

Синьо-зелені водорості, або ціанобактерії, також фотосинтезуючі, грамнегативні, здатні виділяти кисень. Вони є нащадками древніх мікробів землі. Зародження стоматолітів – продуктів їхньої життєдіяльності, знайдених у наші дні, – датується 2,5-3,5 млрд. років тому.

Зелені серобактерії не забарвлюються за Грамом, мають паличкоподібні або у формі яйця клітини, можуть накопичувати глікоген (запаси вуглеводів), переважно нерухомі. Зелені серобактерії мають порожнину, наповнену газом, що дозволяє їм занурюватися в різну глибину (газові вакуолі).

Джерелом вуглецю є вуглекислота. Зелені серобактерії практично не утворюють колоній, що ростуть під пурпуровими колоніями. Вони були виявлені у водах гідротермальних джерел на глибині понад 2000 метрів у Мексиці. Існує дві групи: здатні існувати на великій глибині без світла та зелені серобактерії, що вимагають освітлення.

Хемосинтез

Мікроорганізми, які отримують енергію внаслідок переробки неорганічних сполук (хемосинтез), називаються хемотрофами. До цього типу відносяться окислюючі аміак нітрифікатори (Nitrobacteraceae), що переробляють сірководень сіро-і окислюючі залізобактерії (Geobacter).

Хемосинтез вперше було відкрито С.Н. Виноградським у процесі вивчення нитчастих серобактерій. Вченим також було відкрито залізобактерії, відмінні від серобактерій тим, що використовують спосіб окислення двовалентного заліза до тривалентного. Внаслідок цього на дні річок, морів, боліт утворилися марганцеві та залізні руди.

Серед існуючих нині організмів зустрічаються такі, про належність яких до якогось йдуть постійні суперечки. Так і істотами під назвою ціанобактерії. Хоча навіть назви точної у них немає. Занадто багато синонімів:

• синьо-зелені водорості;
• ціанобіонти;
• фікохромові дробянки;
• ціанеї;
• слизові водорості та інші.

Ось і виходить, що ціанобактерія - це зовсім дрібний, але водночас такий складний і суперечливий організм, який потребує уважного вивчення та розгляду своєї структури з метою визначення точної таксономічної приналежності.

Історія існування та відкриття

Судячи з викопних залишків, історія існування синьо-зелених водоростей сягає своїм корінням далеко в минуле, на кілька мільйонів років тому. Такі висновки дозволили зробити дослідження вчених-палеонтологів, які проаналізували гірські породи (їх ділянки) тих далеких часів.

На поверхні зразків виявили ціанобактерії, будова яких нічим не відрізнялася від такої в сучасних форм. Це свідчить про високий рівень пристосованості даних істот до різних умов проживання, до їхньої крайньої витривалості та виживання. Очевидно, що за мільйони років відбувалося безліч змін у температурному та газовому складі планети. Однак ніщо не вплинуло на життєздатність ціанів.

У наш час ціанобактерія - це одноклітинний організм, який було відкрито одночасно з іншими формами бактеріальних клітин. Тобто Антоніо Ван Левенгуком, Луї Пастером та іншими дослідниками у XVIII-XIX століттях.

Більш ретельному вивченню вони зазнали пізніше, з розвитком електронної мікроскопії та модернізованих способів та методів дослідження. Були виявлені особливості, які мають ціанобактерії. Будова клітини включає ряд нових структур, що не зустрічаються в інших істот.

Класифікація

Питання визначення їх таксономічної власності залишається відкритим. Поки що відомо лише одне: ціанобактерії - прокаріоти. Підтвердженням цього є такі особливості, як:

• відсутність ядра, мітохондрій, хлоропластів;
• наявність у клітинній стінці муреїну;
• молекули S-рибосом у складі клітини.

Проте ціанобактерії – прокаріоти, що налічують близько 1500 тисяч різновидів. Всі їх класифікували та об'єднали у 5 великих морфологічних угруповань.

1. Хроококові. Досить численна група, що поєднує одиночні або колоніальні форми. Високі концентрації організмів утримуються разом за рахунок загального слизу, що виділяється клітинною стінкою кожної особини. За формою до цієї групи відносяться паличкоподібні та кулясті структури.
2. Плеврокапсові. Дуже схожі з попередніми формами, проте з'являється особливість у вигляді формування беоцитів (докладніше про це явище пізніше). Ціанобактерії, що входять сюди, відносяться до трьох основних класів: Плеврокапси, Дермокапси, Міксосарцини.
3. Оксилаторії. Головна особливість цієї групи в тому, що всі клітини поєднуються в загальну слизову структуру під назвою трихома. Поділ відбувається, не виходячи за межі цієї нитки, усередині. Осцилаторії включають до свого складу виключно вегетативні клітини, що діляться безстатевим способом навпіл.
4. Носткові. Цікаві за свою кріофільність. Здатні жити на відкритих крижаних пустелях, утворюючи ними кольорові нальоти. Так зване явище "цвітіння крижаних пустель". Форми даних організмів також нитчасті як трихом, проте розмноження статеве, з допомогою спеціалізованих клітин - гетероцист. Віднести сюди можна наступних представників: Анабени, Ностоки, Калотрікси.
5. Стигонемові. Дуже схожі на попередню групу. Головна відмінність у способі розмноження – вони здатні ділитися множинно в межах однієї клітини. Найпопулярніший представник цього об'єднання - Фішерелли.

Таким чином, і класифікують ціанів за морфологічним критерієм, тому що по решті виникає багато питань і виходить плутанина. Ботаніки та мікробіологи до спільного знаменника в систематиці ціанобактерій поки що прийти не можуть.

Місця існування

Завдяки наявності спеціальних пристроїв (гетероцист, беоцитів, незвичайних тилакоїдів, газових вакуолей, можливості фіксувати молекулярний азот та інших) ці організми розселилися повсюдно. Вони здатні виживати навіть у екстремальних умовах, у яких взагалі жоден живий організм існувати неспроможна. Наприклад, гарячі термофільні джерела, анаеробні умови з атмосферою сірководню з рН менше 4.

Ціанобактерія - це організм, який спокійно виживає на морському піску і скелястих виступах, крижаних брилах і спекотних пустелях. Дізнатися та визначити присутність ціанів можна за характерним кольоровим нальотом, який утворюють їх колонії. Колір може бути різним, від синьо-чорного до рожевого та фіолетового.

Синезеленими їх називають через те, що часто на поверхні звичайних прісних або солоних вод вони формують синьо-зелену слизову плівку. Таке явище отримало назву "цвітіння води". Його можна бачити практично на будь-якому озері, яке починає заростати та заболочуватися.

Особливості будови клітини

Ціанобактерії будова мають просте для прокаріотичних організмів, але є і деякі особливості.

Загальний план будови клітини наступний:

• клітинна стінка з полісахаридів та муреїну;
• біліпідної будови;
• цитоплазма з вільно розподіленим генетичним матеріалом як молекули ДНК;
• тилакоїди, що виконують функцію фотосинтезу та містять пігменти (хлорофіли, ксантофіли, каротиноїди).

Види спеціалізованих структур

Насамперед це гетероцисти. Дані структури – не частини, а самі клітини у складі трихоми (загальної колоніальної нитки, об'єднаної слизом). Вони відрізняються під час розгляду мікроскоп своїм складом, оскільки основна функція їх - вироблення ферменту, що дозволяє фіксувати молекулярний азот з повітря. Тому пігментів у гетероцистах практично немає, а от азоту досить багато.

По-друге, це гормогонії – ділянки, вирвані із трихоми. Служать місцями розмноження.

Беоцити - це своєрідні дочірні клітини, які в масі наділилися з однієї материнської. Іноді їхня кількість досягає тисячі за один період розподілу. До такої особливості здатні дермокапс та інші плеврокапподієві.

Акінет - особливі клітини, що перебувають у стані спокою і включені до складу трихоми. Відрізняються більш масивною, багатою на полісахариди клітинною стінкою. Роль їх схожа на гетероцистами.

Газові вакуолі – їх мають усі ціанобактерії. Будова клітини спочатку має на увазі їх наявність. Роль їх – беруть участь у процесах цвітіння води. Інша назва подібних структур – карбоксисоми.

Вони, безумовно, є і в рослинних, і в тваринах, і в бактеріальних клітинах. Однак у синьо-зелених водоростей ці включення дещо інші. До них відносяться:

• глікоген;
• гранули поліфосфату;
• ціанофіцин – особлива речовина, що складається з аспартату, аргініну. Служить для накопичення азоту, оскільки ці включення перебувають у гетероцистах.

Це те, чим має ціанобактерія. Основні частини та спеціалізовані клітини та органоїди – ось те, що дозволяє ціанеям здійснювати фотосинтез, але при цьому ставитися до бактерій.

Розмноження

Цей процес не становить особливої ​​складності, тому що такий самий, який мають звичайні бактерії. Ціанобактерії можуть ділитися вегетативно, частинами тріхом, звичайною клітиною надвоє, або здійснювати статевий процес.

Часто у цих процесах беруть участь спеціалізовані клітини гетероцисти, акінети, беоцити.

Способи пересування

Клітина ціанобактерії зовні покрита, а іноді ще й шаром спеціального полісахариду, здатного формувати слизову капсулу навколо неї. Саме завдяки цій особливості здійснюється рух ціанів.

Жгутиків чи спеціальних виростів немає. Рух може здійснюватись тільки по твердій поверхні за допомогою слизу, короткими скороченнями. Деякі осцилаторії мають дуже незвичайний спосіб переміщення - вони крутяться навколо своєї осі і одночасно викликають обертання всієї трихоми. Так відбувається рух поверхнею.

Здатність до фіксації азоту

Цю особливість має практично кожна ціанобактерія. Це можливо завдяки наявності ферменту нітрогенази, здатної фіксувати молекулярний азот і переводити його в зручну форму сполук. Відбувається це у структурах гетероцистів. Отже, ті види, що їх не мають, повітря не здатні.

Взагалі цей процес робить ціанобактерії дуже важливими істотами для життя рослин. Поселяючись у ґрунті, ціанеї допомагають представникам флори засвоювати зв'язаний азот та вести нормальний спосіб життя.

Анаеробні види

Деякі форми синьо-зелених водоростей (наприклад, Осцилаторії) здатні жити в абсолютно анаеробних умовах та атмосфері сірководню. У цьому випадку відбувається переробка сполуки всередині організму і в результаті утворюється молекулярна сірка, що виходить у навколишнє середовище.

1. Облігатний фотоавтотрофний. Можуть зростати лише на світлі на неорганічному джерелі вуглецю.

2. Факультативний хемогетеротрофний. Здатні до гетеротрофного зростання темряві, використовуючи органічні речовини, і до фототрофного зростання світла.

3. Фотогетеротрофний. Використовують світла органічні сполуки як джерело вуглецю.

4. Міксотрофний. Використовують органічні сполуки як додаткове джерело вуглецю. Здатні до автотрофної фіксації вуглекислого газу.

Продуктом фотосинтезу ціанобактерій є ціанофіциновий крохмаль. Він відкладається у невеликих гранулах, розташованих між тілакоїдами. Ціанобактерії здатні швидко засвоювати і накопичувати азот у вигляді ціанофіцинових гранул, що розташовуються зазвичай біля поперечних перегородок клітин. Фосфати у синьо-зелених водоростей запасаються у поліфосфатних гранулах, а ліпіди – у вигляді крапель у цитоплазмі по периферії клітини.

Завдяки здатності зростати в екстремальних умовах і фіксувати молекулярний азот, ціанобактерії набули великого значення в природі. Ці організми першими заселяють місця, бідні на поживні речовини. Ціанобактерії не бояться екстремальних умов. Наприклад, одноклітинні ціанобактерії - Synechococcus lividusнастільки стійкі до дії кислот і термофільні, що здатні рости в гарячих кислих джерелах (рН 4,0; t = 70 градусів).

Морфологічне розмаїття бактерій показано малюнку 6.

Рис. 6. Морфологічне розмаїття синьо-зелених водоростей: А – осцилаторія; Б - носок; В – анабена; Г – лінгбія; Д - рівуларія; Е – глеокапса; Ж - хроокок: 1 – загальний вигляд, 2 – вид при малому збільшенні, 4 – гетероциста

В озерах часто бувають спалахи масового розмноження ціанобактерій. Цей процес отримав назву « цвітіння води». У цьому водоймища перенасичуються продуктами життєдіяльності ціанобактерій і позбавляються запасів кисню, що негативно позначається життя інших жителів.

Ціанобактерії успішно використовуються людиною. Наприклад, розведені людиною на рисових полях ціанобактерії роду Anabaena.Ці організми живуть у порожнинах листя тропічної водної папороті. Azolla) і збагачують ґрунт сполуками азоту. Крім того, у багатьох країнах ціанобактерії вирощують для отримання білкової добавки до їжі людини та тварин.

5.5.2. Підцарство аноксифотобактерії – Anoxyphotobacteria

На відміну від ціанобактерій аноксифотобактерії не здатні виділяти кисень у процесі фотосинтезу. Пігменти, бактеріохлорофіли та каротиноїди, локалізовані в мембранах, увігнутих усередину клітини. До цього підцарства відносяться пурпурні бактерії та хлоробіобактерії. Мешкають в анаеробних умовах прісноводних та солоних водойм.

5.5.3. Підцарство скотобактерії – Scotobacteria

Об'єднує різноманітні групи хемо- І автотрофнихграмнегативних прокаріотів. По відношенню до кисню аеробні, анаеробні та факультативно-анаеробні мікроорганізми. Мають істотне значення в родючості ґрунтів, тому що беруть участь у розкладанні рослинних залишків (мінералізації), кругообігу елементів у природі, збагаченні ґрунту біологічно активними сполуками.

Так, бактерії сімейства Pseudomonadiaceae роду Pseudomonas можуть відновлювати нітрати; сімейства Azotobacteriaceaeроду Azotobacterфіксують молекулярний азот; сімейства Rhizobiaceaeроду Rhizobiumутворюють бульби на корінні бобових рослин, вступаючи з ними в симбіоз і фіксуючи молекулярний азот; сімейство Nitrobacteriaceaeвключає бактерії, що проводять процеси нітрифікації (окислення аміаку та нітритів) та сульфофікації (окислення сірки та її відновлених сполук); бактерії сімейства Cytophagaceaeроду Cytophagaпроводять аеробне розкладання целюлози тощо.

До цього підцарства відносяться і мікроорганізми, що мешкають у кишечнику людини і тварин, багато з них є хвороботворними.

Підцарство спірохети Spirochaetae

Клітини цих організмів є спірально закрученим циліндром, навколо якого між мембраною і клітинною стінкою закручений периплазматичний джгутик – аксостиль, завдяки якому спірохети пересуваються в рідкому середовищі.

5.5.4. Підцарство променисті бактерії – Actinobacteria

Відділ актиноміцети – Actinomycetales

Променисті бактерії мають тенденцію утворювати міцеліальні колонії. До них відносяться три відділи: мікобактерії, коринебактерії, актиноміцебеті (променисті грибки, актиноміцети).

За будовою клітини та хімічним складом її компонентів актиноміцетиє однією із своєрідних груп бактерій. Актиноміцети утворюють клітини, що гілкуються, які у багатьох представників розвиваються в міцелій. На міцелії можуть утворюватися спеціальні репродуктивні структури. Рухливість клітини забезпечують джгутики.

Актиноміцети хемоорганогетеротрофи, більшість їх аероби. Актиноміцети стійкі до висушування. Більш стійкі, ніж інші бактерії, до дії багатьох фумігантів та інсектицидів. Деякі стійкі до антибактеріальних антибіотиків. Відмінною рисою актиноміцетів є їх здатність до утворення різноманітних фізіологічно активних речовин – антибіотиків, пігментів, речовин, що зумовлюють запахи ґрунту та води. Міцелій актиноміцетів поділяється на первинний (субстратний) та вторинний (повітряний). Актиноміцети, що мають позитивну міцеліальну стадію, зазвичай утворюють безстатевим шляхом спеціальні репродуктивні структури – суперечки, які можуть формуватися на субстратному та повітряному міцелії або одному з них. Суперечки розташовані на гіфах або спороносцях поодиноко, парами, ланцюжками або укладені в спорангії.

Розмножуються актиноміцети шляхом розподілу гіф, спорами, іноді брунькуванням. Актиноміцети виявлені у повітрі, водоймах, грунті. Частина з них – збудники захворювань рослин та тварин. У ґрунті актиноміцети синтезують та розкладають гумусові речовини, продукують антибіотики, беруть участь у азотному балансі.

5.5.5. Підцарство справжні грампозитивні бактерії – Eufirmicutobacteria

Сімейство Bacillaceaeвключає аеробні та облігатно анаеробні бактерії, як правило, паличкоподібної форми, при утворенні ендоспор, що змінюють форму тіла. Бактерії поширені у грунтах, воді, травному тракті тварин. Сапротрофи, що беруть участь у розкладанні органічних речовин, можуть викликати хвороби людини, тварин та рослин (пологи Clostridiumі Bacillus). Рід Desulfotomaculumпредставлений анаеробними сірковідновлюючими бактеріями. Деякі бактерії фіксують молекулярний азот, деякі здатні продукувати антибіотики.

Сімейство Lactobacillaceaeвключає неутворюючі суперечки бактерії, що зброджують вуглеводи з утворенням молочної кислоти (рід Lactobacillus). Поширені бактерії у ґрунтах, на рослинах, у шлунково-кишковому тракті тварин та людини, молочних продуктах.

Сімейство Streptococcaceaeвключає бактерії, що відіграють велику роль в отриманні кисломолочних продуктів, силосу, квашенні овочів (пологи Streptococcus, Leuconostoc та інші). Суперечка не утворюють клітини сферичної або овальної форми, з'єднані в пари або ланцюжки різної довжини.

Сімейство Micrococcaceaeвключає аеробні або факультативно-анаеробні, що не утворюють спори бактерії сферичної форми, поширені в ґрунтах та прісних водах. Рід Staphylococcusпредставлений хвороботворними видами, що зустрічаються на шкірі та слизових оболонках теплокровних організмів.

Тести

666-01. Чим бактеріальна суперечка відрізняється від вільної бактерії?
А) Спор має більш щільну оболонку, ніж вільна бактерія.
Б) Спору – багатоклітинне утворення, а вільна бактерія – одноклітинне.
В) Спору менш довговічна, ніж вільна бактерія.
Г) Спору живиться автотрофно, а вільна бактерія – гетеротрофно.

Відповідь

Відповідь

666-03. Зазначте випадок симбіозу бактерії з іншим організмом.
А) вібріон холери та людини
Б) сальмонела та курка
В) бацила сибірки і вівця
Г) кишкова паличка та людина

Відповідь

666-04. Клубенькові бактерії забезпечують метеликові рослини
А) органічними речовинами відмерлих рослин
Б) азотними солями
В) нуклеїновими кислотами
Г) вуглеводами

Відповідь

666-05. Несприятливі умови для життєдіяльності бактерій створюються при
А) квашення капусти
Б) консервування грибів
В) приготуванні кефіру
Г) закладення силосу

Відповідь

Відповідь

666-07. Бактерії сибірки можуть перебувати тривалий час у скотомогильниках у вигляді
А) суперечка
Б) цист
В) живих клітин
Г) зооспор

Відповідь

Відповідь

666-09. Що притаманно бактерій-сапротрофів?
А) існують рахунок харчування тканинами живих організмів

В) використовують органічні речовини виділень живих організмів

Відповідь

666-10. Бактерії існують Землі мільйони років поруч із високоорганізованими організмами, оскільки
А) харчуються готовими органічними речовинами
Б) при настанні несприятливих умов утворюють суперечки
В) беруть участь у кругообігу речовин у природі
Г) мають просту будову та мікроскопічні розміри

Відповідь

666-11. Яке із наведених тверджень правильно?
А) бактерії розмножуються мейозом
Б) усі бактерії – гетеротрофи
В) бактерії добре адаптуються до умов середовища
Г) деякі бактерії – еукаріотичні організми

Відповідь

666-12. Подібність життєдіяльності ціанобактерій та квіткових рослин проявляється у здатності до
А) гетеротрофного харчування
Б) автотрофного харчування
В) утворенню насіння
Г) подвійному запліднення

Відповідь

666-13. Бактерії гниття, що живуть у ґрунті,
А) утворюють органічні речовини з неорганічних
Б) живляться органічними речовинами живих організмів
В) сприяють нейтралізації отрут у ґрунті
Г) розкладають мертві залишки рослин та тварин до перегною

Відповідь

666-14. Чим характеризуються бактерії гниття?
А) використовують готові органічні речовини живих організмів
Б) синтезують органічні речовини з неорганічних, використовуючи енергію сонця
В) використовують органічні речовини відмерлих організмів
Г) синтезують органічні речовини з неорганічних, використовуючи енергію хімічних реакцій

Відповідь

666-15. Які бактерії вважають "санітарами" планети?
А) оцтовокислі
Б) бульбочкові
В) гниття
Г) молочнокислі

Відповідь

666-16. Дизентерійну амебу, інфузорію-туфельку, евглену зелену відносять до одного підцарства тому, що у них
А) загальний план будови
Б) подібний тип харчування
В) однакові способи розмноження
Г) загальне довкілля

Відповідь

666-17. Який фізіологічний процес у одноклітинних тварин пов'язаний із поглинанням клітиною газів?
А) харчування
Б) виділення
В) розмноження
Г) дихання