прокариоты основные признаки типов бактерий и архебактерий роль бактерий в жизни человека
Бактерии-прокариоты – живые «кирпичики» эволюции
Первые живые организмы (прокариоты), послужившие исходным материалом для эволюции жизни на Земле, имели очень примитивное строение. Бактерии относят к прокариотам, поскольку у них нет ядра и других органелл, присущих более развитым формам жизни.
Представители царства прокариотов
Название «прокариоты» происходит от древнегреческих слов «перед» и «ядро», т. е. это организмы, существовавшие еще до появления в клетках ядер. Это своеобразные предки эукариотов – видов, которые имеют оформленное клеточное ядро.
Прокариоты – это одноклеточные бактерии, в которых нет четко оформленного ядра клетки, ограниченного ядерной оболочкой, и дополнительных мембранных органоидов. Вместо этого прокариоты используют структуру, состоящую из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), белков и РНК (рибонуклеиновой кислоты).
Исключение составляют фотосинтезирующие организмы, например, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые имеют плоские цистерны – мембранная структура, обеспечивающая процесс жизнедеятельности клетки. Эта группа бактерий содержит зеленые и синие пигменты и участвует в процессе фотосинтеза, насыщая атмосферу кислородом.
Еще один представитель царства прокариотов – археи (лат. «древний, первозданный»). Эти одноклеточные бактерии интересны не только тем, что у них нет ядра, но и особенностями питания. Так, они могут существовать и находить пищу в самых экстремальных условиях – в горячих источниках и соленых озерах. Археи широко распространены в океанах, почве, болотах, даже в организме человека. Эти бактерии играют одну из ведущих ролей в круговороте углерода и азота на нашей планете.
Итак, к прокариотам относятся все бактерии, включая сине-зеленые водоросли и археи. Некоторые ученые относят к царству прокариотов и вирусы, но общего мнения на их счет пока не существует, так как некоторые биологи не считают вирусы живыми организмами.
Считается, что прокариоты появились около 3,5 млрд лет назад, и только через 2,5 млрд лет после них возникли первые эукариотные клетки. Все микроорганизмы, входящие в царство прокариотов, так или иначе способствовали созданию и поддержанию жизни на Земле.
Характеристика и строение
В среднем размер клетки-прокариота от 1 до 10 мкм. Мы уже знаем, что бактерии – это прокариоты, у которых нет клеточного ядра. Вместо него в клетке находится единственная крупная кольцевая или линейная молекула ДНК. Эта молекула содержит основную часть генетического материала клетки и называется нуклеоид («подобный ядру»). Прокариоты считают предками митохондрий и пластид – энергетических станций клеток эукариотов.
Нити ДНК и белки (гистоны) в прокариотических клетках не взаимодействуют, в отличие от клеток эукариот. Однако, по аналогии, комплекс ДНК и белков называют хромосомой. Хромосома прокариота крепится к мембране клетки, как правило, в одной точке. При удвоении хромосомы копии расходятся в разные стороны, образуя новые клетки, т.е. размножаются простым делением.
В отличие от эукариотов в этих микроорганизмах нет митохондрий, эндоплазматической сети и других органоидов. То есть как более примитивные организмы прокариоты не содержат тех мембранных структур, которые упорядочивают строение эукариотов.
Среда обитания прокариотов практически ничем не ограничена. Выживать в любых условиях бактериям помогают особенности их способов получения пищи:
Клетки прокариотов могут иметь различную форму: прямые или изогнутые палочки, шарики. Часто их клетки образуют колонии в виде нити или грозди, могут быть неподвижными или передвигаться с помощью жгутиков.
Эукариоты и прокариоты различаются настолько сильно, что ученые-систематики относят их к самым крупным подразделениям живой природы – царствам.
Поставщики кислорода и азота
Одним из ярких представителей царства прокариотов являются цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Эти бактерии считают наиболее близкими к первым ископаемым микроорганизмам, найденным учеными. Возраст предков сине-зеленых водорослей составляет примерно 3,5 млрд лет.
Сине-зеленые водоросли – это единственные бактерии, способные выделять кислород. Правда, для самих водорослей это побочный продукт, но для существования жизни на нашей планете это одно из основных условий.
Сине-зеленые водоросли очень сложно организованы и имеют различные формы и размеры. Эти микроорганизмы способны даже менять свой цвет от темно-синего до светло-зеленого в зависимости от спектрального состава света.
Кроме способности выделять кислород, сине-зеленые водоросли имеют еще одну очень полезную черту – они могут связывать атмосферный азот и делать его доступным для других живых организмов. Эта последняя способность делает сине-зеленые водоросли незаменимыми для всех растений, которые не могут самостоятельно добывать азот из окружающей среды.
Вирусы – живая или неживая материя?
Вирусы поражают все типы живых организмов: растения, животных, бактерии, даже сами вирусы. Вирусы бактерий называют бактериофагами, а вирусы других вирусов – вирусы-сателлиты (простите за тавтологию).
Вирусы относят к неклеточной форме жизни. Они занимают положение между живой и неживой материей. У вирусов нет цитоплазмы и других клеточных органоидов. Отсутствие собственного обмена веществ роднит вирусы с неживой природой.
Вместе с тем вирусы отлично живут и размножаются внутри клеток других организмов, что делает их схожими с живыми существами. Но вне клетки-хозяина вирус существует только в кристаллической форме.
При изучении особенностей строения и поведения вирусов становится понятно, почему наука никак не определится с их принадлежностью.
Царство грибов
Грибы относят к эукариотам, но по размеру генома они приближаются к прокариотам. То есть в клетках грибов есть ядро с ДНК-структурой, но процесс передачи генной информации может происходить и при помощи вирусов. Размер генома грибов и размер хромосом значительно меньше, чем у других видов эукариотов.
Точное определение царства грибов отсутствует, но их изучение необходимо для понимания эволюции жизни на Земле.
Горизонтальный перенос генов
Впервые этот процесс был описан в Японии в 1959 г. Горизонтальный перенос генов имеет широкое распространение в царстве прокариотов и даже у некоторых эукариотных клеток. В отличие от привычного нам вертикального переноса генов (от предка к потомку) смысл горизонтального процесса заключается в передаче генного материала организму, не являющемуся потомком исходной клетки. Именно такой принцип использует современная генная инженерия.
Открытие такого обмена генным материалом повлияло на учение об эволюции жизни. Раньше ученые считали, что виды не могут обмениваться наследственной информацией между собой. Однако прокариоты передают генную информацию как самостоятельно, так и с помощью вирусов-бактериофагов. То есть в прошлом нашей планеты, населенной древними микроорганизмами, существовал массированный перенос генетической информации, что не могло не повлиять на то, каким путем пошел процесс эволюции на Земле.
Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.
Прокариоты основные признаки типов бактерий и архебактерий роль бактерий в жизни человека
Ключевые слова конспекта: надцарство Прокариоты, царство Археи (архебактерии), царство Бактерии (эубактерии), цианобактерии, жизнедеятельность бактерий, роль и значение бактерий, антибиотики, микоплазмы.
Надцарство ПРОКАРИОТЫ
В надцарство Прокариоты объединяются одноклеточные организмы с прокариотическим типом строения клетки. Это древнейшие известные организмы; они появились на Земле около 3,5 млрд лет назад.
В настоящее время прокариоты очень многочисленны, они населяют все среды обитания (воздух, воду, почву и другие организмы). В атмосфере они присутствуют в каплях воды и частичках пыли; встречаются на высоте до 8 км. Прокариоты населяют все водоёмы Земли: горячие кислотные источники (с температурой выше 90 °С), океанические разломы (при температуре выше 360 °С). Они найдены во льдах Антарктики, взятых с глубины более 430 м. Огромное число бактерий обитает в почве, они играют важную роль в круговороте различных химических элементов. Обитая в других организмах, они могут быть возбудителями различных заболеваний (бактериальные инфекции) или помогать организму хозяина переваривать пищу (жвачные животные и термиты).
Некоторые прокариоты — автотрофы, осуществляющие фото- или хемосинтез, другие — гетеротрофы.
Прокариот принято делить на два царства: царство Эубактерии (Бактерии) и царство Архебактерии (Археи).
Царство БАКТЕРИИ
Эубактерии — большая группа организмов, к которой относятся бактерии, цианобактерии и микоплазмы. В школьной литературе принято называть эубактерий просто бактериями. На сегодня описано около 10 000 видов и предполагается, что их существует свыше миллиона. Обычно имеют небольшие размеры, прокариотический тип организации клетки.
По форме клетки бактерии делятся на кокки — более или менее сферические, бациллы — палочки или цилиндры с закруглёнными концами, спириллы — спиралевидные; вибрионы — короткие палочки, изогнутые в виде запятой. Бактерии относятся к одноклеточным организмам, но иногда после деления могут оставаться вместе, скрепляясь при помощи клеточных стенок или слизистых капсул. Кокки могут образовывать пары (диплококки), цепочки (стрептококки) или грозди (стафилококки); бациллы — нити. Цианобактерии могут образовывать нити длиной до 1 м, иногда собранные в округлые колонии.
Подавляющее большинство эубактерий относятся к гетеротрофам, которые делятся на три группы по образу жизни:
Жизнедеятельность бактерий
Питание:
Дыхание:
Движение:
Размножение:
Типы полового процесса у бактерий:
При неблагоприятных условиях бактеpии образуют споры, имеющие плотные капсулы. Эти споры выдерживают кипячение, замораживание, высушивание. Они способны находиться в неактивном состоянии в течение многих лет.
Почти все бактеpии содержат мелкие добавочные хромосомы — плазмиды, которые могут встраиваться в нуклеоид. Зачастую плазмиды содержат гены, обусловливающие устойчивость к антибиотикам. Обмен плазмидами (в результате конъюгации) может происходить между различными видами и даже родами бактерий.
Роль и значение бактерий
Положительная роль:
Отрицательная роль:
Антибиотики — химические вещества, выделяемые бактериями и грибами для угнетения других микроорганизмов.
Открытие антибиотиков (пенициллина) в 1929 г. А. Флемингом обусловило значительный прогресс в лечении бактериальных инфекций (пенициллин начали применять в медицине с 1941 г.). Механизм их действия различен: часть антибиотиков (пенициллины) нарушает синтез клеточной оболочки; другие (тетрациклин, стрептомицин и др.) нарушают синтез белка, инактивируя бактериальные рибосомы. Сульфаниламидные препараты подавляют синтез фолиевой кислоты в бактериальных клетках.
Большинство антибиотиков получают в культурах микроорганизмов, и лишь небольшое число — путём химического синтеза. На основе природных антибиотиков получено большое число синтетических (например, ампициллин, цефалексин и др.).
У бактерий достаточно быстро развивается устойчивость к определённым антибиотикам (часто она передаётся с плазмидами), поэтому постоянно разрабатываются новые, всё более мощные антибиотики. Антибиотики способствуют возникновению бактерий, лишённых клеточной стенки. Эти бактерии менее болезнетворны, но способны длительное время сохраняться в поражённом организме. Применение антибиотиков нарушает нормальную микрофлору кожи и кишечника. По этой причине лечение антибиотиками допустимо только по назначению врача, с соблюдением всех его рекомендаций.
Цианобактерии
Цианобактерии — фототрофные, прокариотические организмы, окрашенные в сине-зеленый цвет. Характерные черты:
Микоплазмы
Микоплазмы широко распространены в природе; некоторые из них ведут сатротрофный образ жизни, другие — паразитируют в организме животных и растений. У человека микоплазмы вызывают заболевания дыхательных путей, в том числе воспаление лёгких (пневмонию), а также воспалительные заболевания мочеполовой системы. Микоплазмы нечувствительны к антибиотикам (например, к пенициллину), которые подавляют рост бактерий, воздействуя на их клеточную стенку.
Это конспект по теме «Прокариоты. ЦАРСТВО БАКТЕРИИ». Выберите дальнейшие действия:
Бактерии
Строение бактерий
Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).
В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.
Энергетический обмен бактерий
Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.
Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.
Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.
Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂
Биотехнология
Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.
Классификация бактерий по форме
При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.
Размножение бактерий
В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.
Бактериальные инфекции
Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.
От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.
К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.
При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Прокариоты (Procaryota). Архебактерии (Archaebacteria) и эубактерии
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Прокариоты
Подимперия доядерные (Procaryota)
Прокариоты – это одноклеточные, колониальные или многоклеточные организмы, которые не имеют морфологически оформленного (ограниченного мембраной) ядра и объединяют два царства – архебактерии (Archaebacteria) и настоящие бактерии, или эубактерии (Bacteria, Eubacteria)
Общая характеристика представителей подимперии
Большинство бактерий имеют цилиндрическую или палочковидную форму. Палочковидные формы, которые не образуют спор, называются бактериями, а спорообразующие – бациллами. Палочковидные бактерии делятся на собственно палочки (одиночное расположение клеток), диплобактерии или диплобациллы (попарное расположение клеток), стрептобактерии или стрептобациллы (цепочки клеток). Нередко встречаются извитые или спиралевидные бактерии. К этой группе относятся вибрионы, спириллы, спирохеты. Встречаются и нитчатые бактерии (рис. 8.1).
Рис. 8. 1. Форма бактерий: шаровидная (а – микрококки; б – диплококки; в – тетракокки; г – стрептококки; д – стафилококки; е – сарцины); палочковидная (ж – не образующие спор; з, и, к – спорообразующие); извитая (л – вибрионы; м – спириллы; н – спирохеты).
Бактерии шаровидной формы называются кокками. Среди них выделяют: стафилококки – образующие скопления, напоминающие виноградную гроздь; тетракокки – это сочетание из четырех клеток, образующееся после деления клетки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; сарцины (скопления кубической формы) – образуются в результате деления клеток в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Кокки обычно имеют диаметр от 0,5 – 1,5 мкм, ширина палочковидных форм колеблется от 0,5 до 1 мкм, а длина от 2 до 10 мкм. Формы и размеры бактерий значительно изменяются в зависимости от возраста культуры, состава среды и ее осмотических свойств, температуры и других факторов.
Изучение ультраструктуры бактерий (рис. 8.2) стало возможным после создания электронных микроскопов.
Рис. 8. 2. Комбинированный схематический разрез бактериальной клетки: вверху – основание структуры клетки; в середине – мембранные структуры: слева – фотосинтетического микроба, справа – нефотосинтетического микроба; внизу – включения.
1 – базальное тельце; 2 – жгутики; 3 – капсула; 4 – клеточная стенка; 5 – цитоплазматическая мембрана; 6 – мезосома; 7 – фимбрии; 8 – полисахаридные гранулы; 9 – полифосфаты; 10 – липидные капли; 11 – включения серы; 12 – мембранные структуры; 13 – хроматофоры; 14 – нуклеоид; 15 – рибосомы; 16 – цитоплазма.
К внешним структурам клеток прокариот относят капсулы, жгутики, фимбрии и пили, а также клеточную стенку и расположенную под ней цитоплазматическую мембрану.
Капсула. Состоит из полисахаридов, иногда из полипептидов или липидов. Имеет высокое содержание воды (до 98%) и создает дополнительный барьер, защищая клетку от высыхания и механических повреждений.
Жгутики. Представляют собой спирально закрученные нити, которые состоят из одной гиганской молекулы белка флагеллина и обеспечивают подвижность активно передвигающимся плавающим бактериям. Число жгутиков различно у разных видов бактерий (от 1 до 700). Жгутики могут прикрепляться полярно или по всей поверхности клетки (расположение жгутиков имеет таксономическое значение). Отсутствуют жгутики у скользящих бактерий, движение которых осуществляется в результате волнообразных сокращений, изменяющих форму бактерий. Жгутики не относятся к жизненно важным структурам и в разные фазы развития бактерии могут присутствовать или отсутствовать.
Передвигаются бактерии преимущественно беспорядочно, но способны они и к направленным движениям (таксис), благодаря: разнице в концентрации химических веществ в среде (хемотаксис), разнице в содержании кислорода (аэротаксис), различиями в интенсивности освещения (фототаксис).
Фимбрии и пили. Первые встречаются как у жгутиконосных видов, так и у форм, лишенных жгутиков, и представляют собой длинные, тонкие, прямые нити. Число фимбрий может достигать нескольких тысяч. Необходимы фимбрии для прикрепления к другим клеткам и субстрату. Пили – половые фимбрии, через которые передается генетический материал от одной клетки к другой.
Клеточная стенка. Придает форму бактериальной клетке, защищает внутреннее содержимое от внешней среды, регулирует рост и деление бактерий. Она тонка, эластична, прочна, проницаема для солей и других низкомолекулярных соединений. Основной каркасный слой клеточной стенки формируется из пептидогликана муреина (синтезируется только прокариотной клеткой). У одних бактерий клеточная стенка имеет только один, довольно толстый, слой муреина (50-90%), связанный с полисахаридами и белками. У других – муреиновый слой тонкий (1-10%) и сверху перекрыт слоями липопротеидов, липополисахаридов и белков. Первые называются грамположительными бактериями, вторые – грамотрицательными бактериями. Название этих групп происходит от способности разных бактерий окрашиваться по методу Грама. У наиболее примитивных представителей данной империи в основе клеточной стенки содержатся кислые полисахариды без муреина.
Цитоплазматическая мембрана. Служит осмотическим барьером, регулируя поступление веществ внутрь клетки и наружу, является местом локализации ферментов энергетического метаболизма. Состоит из двойного слоя липидов и слоя белка. У некоторых бактерий мембрана охватывает цитоплазму без складок и впячиваний, у других – она образует впячивания (мезосомы) при делении клетки, пронизывает цитоплазму или формирует мембранные тельца.
Цитоплазма. Представляет собой коллоидную систему, состоящую из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и других веществ, соотношение которых варьирует в зависимости от вида бактерий и их возраста. Цитоплазма бактерий имеет различные структурные элементы – внутрицитоплазматические мембраны, генетический аппарат, рибосомы и включения. Остальная ее часть представлена цитозолем.
Нуклеоид. Это нитевидная молекула ДНК, выполняющая функцию ядра и располагающаяся в центральной зоне клетки. Весь наследственный материал сосредоточен в одной бактериальной хромосоме, представленной в виде кольцевой молекулы двухцепочечной ДНК.
Плазмиды. Это внехромосомная ДНК, тоже представленная двойными спиралями, замкнутыми в кольцо. Не являются обязательным элементом в клетке прокариот, выполняют дополнительные свойства, связанные, в частности, с размножением, устойчивостью к лекарственным препаратам, болезнетворностью и т. д.
Рибосомы. Служат местом синтеза белка. Число рибосом в бактериальной клетке от 5 до 50 тыс. (число тем больше, чем быстрее растет клетка).
Включения (запасные вещества или отбросы). Откладываются в определенных условиях среды внутри прокариотических клеток. Представлены полисахаридами, жирами, полифосфатами и серой. Содержатся в осмотически инертной форме, нерастворимы в воде.
Споры (приспособление для переживания неблагоприятных условий среды). Образуются внутри бактериальной клетки, когда бактерии испытывают недостаток питательных веществ, или же когда в среде в большом количестве накапливаются продукты обмена веществ бактерий. Споры могут длительное время (десятки, сотни и даже тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии. Только небольшая группа микроорганизмов способна к образованию эндоспор. Эндоспора, как правило, одна на клетку. Клетки бактерий при спорообразовании приобретают иногда необычную для них форму веретена, лимона или барабанной палочки.
Размножение. Как правило, путем деления надвое (бинарное деление). Отсюда термин – дробянки. Причем, у многих бактерий после деления, в определенных условиях среды, дочерние клетки некоторое время остаются связанными между собой, образуя характерные группы.
Прокариоты лишены хлоропластов, митохондрий, аппарата Гольджи, центриолей, а также внутриклеточного движения и процессов митоза и мейоза.
Царство архебактерии – Archaebacteria
Представители данного царства отличаются друг от друга по типу обмена веществ, физиологическим и экологическим особенностям. Среди них есть хемоавтотрофы и хемогетеротрофы, гетеротрофы, анаэробы и аэробы. При этом, архебактерии имеют много общих признаков, свойственных только им, среди которых наличие однослойных липидопротеидных мембран и клеточной стенки, не имеющей пептидогликанового состава и содержащей псевдомуреин или только белки и полисахариды. Кроме того, архебактерии не чувствительны к антибиотикам и способны существовать в местообитаниях с экстремальными условиями. Среди архебактерий выделяют три группы: метанообразующие бактерии, галобактерии и термоацидофильные бактерии.
К метанообразующим бактериям относятся роды Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina, Methanospirillum и др.
Галобактерии. Это аэробы и гетеротрофы. Их находят в условиях сильного засоления: солончаках, солеварнях (где добывают морскую соль), а также в морских отложениях. Галобактерии лучше всего растут с оптимумом концентрации NaCl в среде 20-25%. Такая приспособленность к существованию в столь экстремальных условиях связана с тем, что концентрация соли внутри клеток галобактерий так же высока, как и в окружающей среде. Во время массового размножения галобактерий, содержащих каротиноиды, вода кажется ярко-красной.
Галобактерии способны использовать в своем метаболизме и энергию света, которая является дополнением к энергии, полученной путем аэробного окисления субстрата. Некоторые галобактерии могут расти, получая энергию только в результате фотосинтеза с участием бактериородопсина – пигмента, сходного с родопсином (содержится в зрительных клетках животных).
Экстремально галофильные формы содержат роды Halobacterium и Halococcus.
Термоацидофильные бактерии. Среди них есть и автотрофы и гетеротрофы, ацидофильные и нейтрофильные, аэробные и анаэробные представители. Для термоацидофильных бактерий местом обитания могут служить кислые горячие источники, где эти бактерии окисляют соединения серы до сульфата, самонагревающиеся терриконы угольных шахт, горячие источники на склонах вулканов и на дне морей. В гидротермальных источниках архебактерии выступают в роли продуцентов органических веществ, потребляемых животной частью сообществ. Термоацидофильные бактерии входят, например, в состав родов Sulfolobus и Thermoplasma.
Царство настоящие бактерии (эубактерии) – Bacteria (Eubacteria)
Настоящие бактериимикроскопически малы и имеют следующие характерные особенности:
Грамотрицательные микроорганизмы (не образуют эндоспор и не дают положительной реакции на окраску по Граму)
Подцарство оксифотобактерии – Oxyphotobacteria
Подцарство объединяет два таксона – отделы цианобактерии и хлороксибактерии.
К хлороксибактериям (Chloroxybacteria) относятся бактерии, обитающие в симбиозе с морскими животными в тропических и субтропических морях, и свободноживущие в северной части Атлантического и Тихого океанов. Открыты в начале 70-х годов. Объединены в род Prochloron. Имеют набор фотосинтезирующих пигментов, сходный с набором пигментов зеленых водорослей и растений.
Цианобактерии (Cyanobacteria) – самая обширная, наиболее богатая формами и самая распространенная группа фотосинтезирующих прокариот (существует около 2000 видов). Они также известны под названием сине-зеленых водорослей (благодаря содержанию хлорофилла и способности осуществлять фотосинтез с выделением кислорода).
Цианобактерии включают одноклеточные и многоклеточные формы (рис. 8. 3).
Рис. 8. 3. Схематическое изображение некоторых цианобактерий.
Распространены цианобактерии в различных водоемах, в почве и на рисовых полях. Их протопласт окружен клеточной стенкой, в которой поверх пептидогликанового слоя имеются «наружная мембрана» и липополисахаридный слой. Фотосинтетический аппарат представлен тилакоидами, которые либо расположены параллельно плазматической мембране, либо сильно извиты и помещаются в периферических участках цитоплазмы.
У цианобактерий имеются сильно дифференцированные клетки, которым нет аналогов ни в одной другой группе бактерий: гетероцисты – имеют толстые клеточные стенки, слабую пигментацию и полярные гранулы, являющиеся местом фиксации азота (N2) в аэробных условиях; акинеты – покоящиеся клетки, выделяющиеся размерами, сильной пигментацией и толстой клеточной стенкой; гормогонии – короткие отрезки, служащие для размножения; баеоциты («мелкие клетки») – репродуктивные клетки, образующиеся при бинарном делении материнской клетки (из одной материнской клетки получается от 4 до 1000 баеоцитов).
Благодаря способности расти в экстремальных условиях и фиксировать молекулярный азот, цианобактерии приобрели большое значение в природе. Эти организмы первыми заселяют места, бедные питательными веществами. Невооруженным глазом их можно увидеть в виде темно-синей или черной пленки на скалах, в зоне прибоя, по берегам пресноводных озер и на морской литорали. Цианобактерии не боятся экстремальных условий. Так, некоторые из них (например, одноклеточные цианобактерии – Synechococcus lividus) настолько устойчивы к действию кислот и термофильны, что способны расти в кислых горячих источниках (рН 4,0; t = 70 градусов).
В озерах часто бывают вспышки массового размножения цианобактерий. Данный процесс получил название «цветение воды». При этом водоемы перенасыщаются продуктами жизнедеятельности цианобактерий и лишаются запасов кислорода, что отрицательно сказывается на жизни остальных обитателей.
Цианобактерии успешно используются человеком. Пример тому – разводимые человеком на рисовых полях цианобактерии рода Anabaena. Эти организмы обитают в полостях листьев тропического водного папоротника (Azolla) и обогащают почву соединениями азота. Кроме того, во многих странах цианобактерии выращивают для получения белковой добавки к пище человека и животных.
Подцарство аноксифотобактерии – Anoxyphotobacteria
В отличие от цианобактерий аноксифотобактерии не способны выделять кислород в процессе фотосинтеза. Пигменты, бактериохлорофиллы и каротиноиды, локализованы в мембранах, вогнутых (инвагинированных) внутрь клетки. К этому подцарству относятся пурпурные бактерии и хлоробиобактерии. Обитают в анаэробных условиях пресноводных и соленых водоемов.
Подцарство скотобактерии – Scotobacteria
Объединяет разнообразные группы хемо- и автотрофных грамотрицательных прокариот. По отношению к кислороду аэробные, анаэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы. Имеют существенное значение в плодородии почв, так как участвуют в разложении растительных остатков (минерализации), круговороте элементов в природе, обогащении почвы биологически активными соединениями. Так, бактерии семейства Pseudomonadiaceae рода Pseudomonas могут восстанавливать нитраты; семейства Azotobacteriaceae рода Azotobacter фиксируют молекулярный азот; семейства Rhizobiaceae рода Rhizobium образуют клубеньки на корнях бобовых растений, вступая с ними в симбиоз и фиксируя молекулярный азот; семейство Nitrobacteriaceae включает бактерии, проводящие процессы нитрификации (окисления аммиака и нитритов) и сульфофикации (окисления серы и её восстановленных соединений); бактерии семейства Cytophagaceae рода Cytophaga проводят аэробное разложение целлюлозы и т. д.
К этому подцарству относятся и микроорганизмы, обитающие в кишечнике человека и животных, многие из них являются болезнетворными.
Подцарство спирохеты – Spirochaetae
Клетки этих организмов представляют собой спирально закрученный цилиндр, вокруг которого между мембраной и клеточной стенкой закручен периплазматический жгутик – аксостиль, благодаря которому спирохеты передвигаются в жидкой среде.
Грамположительные микроорганизмы
(образуют эндоспоры и дают положительную реакцию на окраску по Граму)
Грамположительные микроорганизмы включают три подцарства: лучистые бактерии, настоящие грамположительные бактерии и микоплазмы.
Подцарство лучистые бактерии – Actinobacteria,
отдел актиномицеты – Actinomycetales
Лучистые бактерии имеют тенденцию образовывать мицелиальные колонии. К ним относятся три отдела: микобактерии, коринебактерии, актиномицетобактерии (лучистые грибки, актиномицеты).
По строению клетки и химическому составу ее компонентов актиномицеты являются одной из своеобразных групп бактерий. Актиномицеты образуют ветвящиеся клетки, которые у многих представителей развиваются в мицелий. На мицелии могут образовываться специальные репродуктивные структуры. Диаметр клетки актиномицетов составляет от 0,5 до 2,0 мкм. В актиномицетной гифе выявлены все компоненты, свойственные бактериальной клетке. Клетки большинства актиномицетов грамположительны. Клетки некоторых – кислотоустойчивы (микобактерии, нокардии). Подвижность клетки обеспечивают жгутики. Актиномицеты хемоорганогетеротрофы, большинство из них аэробы. Актиномицеты устойчивы к высушиванию. Более устойчивы, чем другие бактерии, к действию многих фумигантов и инсектицидов. Некоторые устойчивы к антибактериальным антибиотикам.
Отличительной чертой актиномицетов является их способность к образованию разнообразных физиологически активных веществ – антибиотиков, пигментов, веществ, обусловливающих запахи почвы и воды. Мицелий актиномицетов разделяется на первичный (субстратный) и вторичный (воздушный). Актиномицеты, имеющие положительную мицелиальную стадию, обычно образуют бесполым путем специальные репродуктивные структуры – споры, которые могут формироваться на субстратном и воздушном мицелии или на одном из них. Споры расположены на гифах или спороносцах одиночно, парами, цепочками или заключены в спорангии.
Большинство актиномицет – организмы со сложным жизненным циклом, включающим стадии вегетативного роста и спор. Многие образуют сложные вегетативные и репродуктивные структуры. Другие – имеют короткую мицелиальную стадию и не образуют спор. Размножаются актиномицеты путем деления гиф, спорами, иногда почкованием. Цикл развития актиномицетов служит главным показателем в систематическом положении. Однако необходимо учитывать, что организм не в любых условиях образует только один из двух (или из нескольких) свойственных ему типов репродуктивных структур.
В настоящее время отдел Actinomycetales насчитывает свыше 60 родов. Актиномицеты обнаружены в воздухе, водоемах, почве. Часть из них – возбудители заболеваний растений и животных, аллергических реакций у человека. В почве актиномицеты синтезируют и разлагают гумусовые вещества, продуцируют антибиотики, участвуют в азотном балансе. Вызывают образование клубеньков у небобовых растений и фиксируют молекулярный азот.
Мицелий в почве составляет 1-4% биомассы популяций, структурными доминантами являются споры. Активно обнаруживается преимущественно в микрозонах с повышенным содержанием органических веществ.
Подцарство настоящие грамположительные бактерии – Eufirmicutobacteria
Семейство Bacillaceae включает аэробные и облигатно анаэробные бактерии, как правило, палочковидной формы, при образовании эндоспор изменяющие форму тела. Бактерии широко распространены в почвах, воде, пищеварительном тракте животных и человека. Сапротрофы, принимают участие в разложении органических веществ, могут вызывать болезни человека, животных и растений (роды Clostridium и Bacillus). Род Desulfotomaculum представлен анаэробными серовосстанавливающими бактериями. Некоторые бактерии фиксируют молекулярный азот, некоторые способны продуцировать антибиотики.
Семейство Lactobacillaceae включает необразующие споры бактерии, сбраживающие углеводы с образованием молочной кислоты (род Lactobacillus). Распространены бактерии в почвах, на растениях, в желудочно-кишечном тракте животных и человека, молочных продуктах.
Семейство Streptococcaceae включает бактерии, играющие большую роль в получении кисломолочных продуктов, силоса, квашении овощей (роды Streptococcus, Leuconostoc и другие). Спор не образуют, клетки сферической или овальной формы, соединенные в пары или цепочки различной длины.
Семейство Micrococcaceae включает аэробные или факультативно-анаэробные, не образующие споры бактерии сферической формы, распространенные в почвах и пресных водах. Род Staphylococcus представлен болезнетворными видами, встречающимися на коже и слизистых оболочках теплокровных организмов.
Подцарство микоплазмы – Tenericutobacteria
Объединяет микроорганизмы, не имеющие ригидной клеточной стенки, не синтезирующие пептидогликан. По Граму микоплазмы не окрашиваются, но некоторые способны удерживать краситель, что позволяет условно отнести их к грамположительным организмам. Клетки микоплазм окружены трехслойной цитоплазматической мембраной, имеют сферическую или овальную форму, некоторые представлены тонкими нитями. Клетки микоплазм очень мелкие, подобно вирусам способны проходить через бактериологические фильтры. Факультативные анаэробы. Широко распространены в природе (встречаются в почве, сточных водах и т. д.), сапротрофы и паразиты, а также возбудители различных заболеваний человека, животных и растений.