Функции бактерий в природе

Функции бактерий в природе

Бактерии окружают нас повсюду, более того, они живут внутри человеческого организма, причем в огромном количестве. Из-за маленьких размеров их невозможно увидеть невооруженным глазом, тем не менее они могут приносить как ощутимый вред, так и пользу. Вообще же роль бактерий в природе огромна.

Классификация живых существ

На протяжении длительного времени не существовало вообще никакой стройной системы, различающей организмы. Однако знаменитый Карл Линней положил основу современной биноминальной классификации, выделив 3 главных, по его мнению, группы: животные, растения и минералы. Он же и предложил термин "царство".

В дальнейшем, по мере развития технологий и получения новых знаний, классификация совершенствовалась, были выделены прокариоты и эукариоты, главным отличием которых друг от друга являлось отсутствие и наличие в клетках ядра. Сегодня выделяют 8 царств, имеющих значительные различия: вирусы, археи, протисты, хромисты, растения, грибы, животные и бактерии. Что касается последних, все мы знаем об их существовании и постоянно с ними сталкиваемся, хоть и не видим. Может показаться даже странным, что они были выделены в отдельное царство природы.

Бактерии

Эти простейшие представители живой природы на протяжении длительного времени "скрывались" от людских глаз. Тем не менее результаты их деятельности были очевидны уже в древности: скисшее молоко, гниение опавших листьев, сбраживание сахара и многое другое. Так что значение бактерий в природе, даже задолго до их непосредственного открытия, сложно переоценить.

Эта группа организмов является одной из самых древних на планете – они существуют более 3,5 миллиардов лет, и примерно треть этого срока они были единственными живыми существами на Земле. Несмотря на то что эволюция так или иначе затронула и их, строение бактерий остается довольно примитивным, ведь у них даже нет ядра. А тех представителей этого царства, что способны выжить в самых экстремальных условиях, и вовсе можно отнести к простейшим. При этом они являются и самой многочисленной группой организмов из всех существующих на Земле.

Открытие и изучение

Достаточно долгое время ученые даже не подозревали о существовании организмов, которые были им не видны. Разумеется, первооткрывателем бактерий в XVII веке стал человек, который изобрел микроскоп – уроженец Голландии Антоний ван Левенгук. Его приборы давали увеличение до 160 раз, так что ученый заметил в каплях воды, тине, зубном налете и многих других средах странных существ – он назвал их анималькулями. В ходе исследований ему попадались как разные, так и похожие организмы, и он тщательно зарисовывал их. Так были заложены основы микробиологии. Само же название "бактерии" было предложено Христианом Эренбергом в 1828 году.

О связи этих организмов с различными заболеваниями впервые в конце XVIII века заявил военный врач Д. С. Самойлович. С помощью микроскопа он пытался найти возбудителя чумы, с которой ему пришлось столкнуться во время эпидемии в Москве. Несмотря на то что ему это не удалось, он доказал, что заражение происходит лишь при непосредственном контакте с больным или его вещами. Тогда же и была предложена идея прививок посредством ослабленных или убитых микроорганизмов. Позднее она была реализована в Англии, когда врач Эдуард Дженнер заметил невосприимчивость пациентов к натуральной оспе после коровьей в анамнезе.

Далее в течение нескольких десятилетий микробиология занималась в основном сбором и систематизацией информации, выявляла роль бактерий в природе и различных жизненных процессах. Далее произошло разграничение их с вирусами из-за серьезных различий в строении. Но положительное значение бактерий в жизни природы было оценено далеко не сразу.

Особенности

В связи с необходимостью адаптации для выживания в самых разных условиях бактериям приходится не только обладать способностью к быстрому размножению, но и отличаться некоторым разнообразием, о котором речь пойдет чуть позже.

Все организмы, относящиеся к этому царству, разумеется, имеют общие черты. Например, все они являются прокариотами, то есть не имеют отдельного ядра и некоторых других клеточных органелл. Между тем, по размеру они, как правило, более крупные, чем эукариоты, и достигают примерно 0,005 миллиметров. Самая большая известная науке бактерия не превышает 0,75 мм в поперечнике, при этом ее даже можно рассмотреть невооруженным глазом.

Прежде всего представители этого царства имеют клеточную стенку, придающую клетке форму, а также специальную слизистую капсулу, предохраняющую организм от высыхания и способствующую его скользящему движению. Иногда толщина этого слоя может быть больше, чем у остальной части бактерии. Цитоплазма, по сравнению с клетками других микроорганизмов, более густая и структурированная. Все питательные вещества располагаются прямо в ней, поскольку вакуоли отсутствуют. Еще один орган, помогающий клетке двигаться, может быть представлен ворсинками на ее поверхности. Но они могут и отсутствовать.

Разновидности

Бактерии живой природы различаются в первую очередь по форме клетки, поэтому их и разделяют на группы в соответствии с тем, как они выглядят. Основные виды называются так:

  • кокки;
  • бациллы;
  • вибрионы;
  • спирохеты;
  • спириллы;
  • стрептококки;
  • стафилококки.

Кроме того, существует разграничение по виду условий, подходящих для жизнедеятельности. Приведем пример. Те организмы, которые могут существовать в условиях отсутствия кислорода, называются анаэробными. Кроме того, микробиологи различают грамотрицательные и грамположительные бактерии. Здесь речь идет лишь о реакции на специальный краситель, которая зависит от строения клеточной мембраны. Грамотрицательные бактерии имеют более толстую защитную оболочку.

Распространение

Они живут повсюду, поэтому и вынуждены принимать столь изменчивые формы. Жерла вулканов и ледяные пустыни, морские глубины и горные местности, бедные кислородом – везде можно обнаружить бактерий. Это возможно лишь благодаря их потрясающей живучести и быстрому размножению: простое деление может происходить примерно каждые 20 минут.

Читайте также:  При простатите можно зачать ребенка

Кстати, в условиях, которые совершенно не подходят для продолжения жизни, бактерии живой природы могут образовывать так называемые споры, то есть перейти в форму, подходящую для переноса ветром или водой. Когда окружающая среда вновь становится достаточно благоприятной, микроорганизмы опять принимают вегетативную форму и дают начало новой колонии. Так сохраняется и продолжается распространение бактерий в природе.

Значение и роль

Важность того, что делают эти крошечные организмы, сложно переоценить. Роль бактерий в природе поистине огромна. Прежде всего, именно им мы обязаны существованием сложных форм жизни в их нынешнем виде. Ведь сине-зеленые водоросли, как часто называют цианобактерии, фактически создали атмосферу и поддерживают уровень кислорода на необходимом уровне. До сих пор эти микроорганизмы, обитающие в толще мирового океана, генерируют более половины О2.

Пожалуй, второе по важности значение бактерий в природе – это их участие в утилизации органики. Без этого также сложно представить современный мир. Существует целый класс организмов-сапрофитов (куда входят и бактерии). Они непосредственно участвуют в круговороте веществ в природе, разлагая остатки органических тканей до минеральных веществ, необходимых для питания растений. Так что эти "крошки" являются неотъемлемой частью любой экосистемы.

Еще одна важная роль бактерий в природе заключается в преобразовании одних веществ в другие, хоть это не всегда желательно. Дрожжи позволяют получать тесто и алкоголь, а молочнокислые бактерии – кефир, творог, простоквашу и другие подобные продукты. Но и то еще не все. Вспомните о бактериях, составляющих микрофлору кишечника у млекопитающих. Именно они позволяют пищеварительной системе столь эффективно усваивать полезные вещества, поступающие в организм вместе с пищей.

Защита

Однако роль бактерий в природе одними позитивными моментами не ограничивается. Так, есть патогены, которые вызывают тяжелые заболевания, поэтому зачастую появляется необходимость в избавлении от нежеланных "гостей". Для этого существует не только элементарная гигиена, то есть мытье рук и тела с мылом, но и дезинфекция, а также стерилизация различных предметов и поверхностей. Меры по защите от бактерий могут включать кипячение и длительное воздействие горячим паром, обработку растворами спирта или соединениями хлора, а также ультрафиолетом. Если все сделано правильно, большая часть болезнетворных клеток погибает.

Что же касается продуктов питания, они также подвергаются различным способам обработки: пастеризации, консервации, кипячению, жарке, тушению, запеканию и т. д. Это позволяет продлить срок их хранения и сделать безопасными для употребления в пищу. Но всесторонняя защита от бактерий может иметь и обратную сторону: вследствие отсутствия необходимости всегда быть наготове иммунная система может ослабнуть. Так что слишком уж усердствовать в войне против бактерий не стоит.

Бактерии в природе

Данные живые организмы одними из первых появились на нашей планете. Распространены они повсеместно. Бактерии обитают на дне водоёмов, в почве, могут выдерживать как низкие, так и высокие температуры.

Значение этих организмов в природе неоспоримо. Именно бактерии обеспечивают круговорот веществ в природе, который является основополагающим жизни на Земле. Органические соединения под их воздействием изменяются и распадаются на неорганические вещества.

Почвообразовательные процессы обеспечивают почвенные микроорганизмы. Остатки растений и животных распадаются и преобразуются на гумус и перегной только благодаря бактериям.

В водной среде представителей данного царства используют для очищения водоёмов, а также сточных вод. Благодаря своей жизнедеятельности бактерии из опасных органических веществ делают безопасные неорганические.

Рис. 1. Роль бактерий в природе.

Болезнетворные микроорганизмы

Однако есть бактерии, которые приносят вред другим живым организмам. Болезнетворные микроорганизмы могут вызывать заболевания у растений, животных и человека. Например:

  • Сальмонелла вызывает брюшной тиф;
  • Шигелла – дизентерию;
  • Клостридиум – столбняк и гангрену;
  • Туберкулёзная палочка – туберкулёз
  • Стафилококки и стрептококки – гноение и т.д.

Пути передачи могут быть разнообразны:

  • при чихании, разговоре, кашле от больного человека;
  • при физическом контакте;
  • при помощи переносчиков (насекомых, грызунов);
  • через проникновение в раны.

Многие болезни заканчиваются летальным исходом, из-за своей способности приспосабливаться к лекарствам, бактерии не так просто уничтожить. Современная наука активно борется с болезнетворными микроорганизмами, выпуская новые лекарственные препараты.

Рис. 2. Болезнетворные микрорганизмы.

Изучение физиологии бактерий основал Луи Пастер ещё в 1850-х годах. Его исследования продолжили М. В. Бейеринк и С. Н. Виноградский, которые исследовали значение микроорганизмов в природе.

Использование бактерий

Человечество научилось использовать бактерии себе во благо, например:

  • при производстве лекарственных средств;

Существуют специальные виды бактерий, которые способны вырабатывать сильнейшие антибиотики, такие как тетрациклин и стрептомицин. Своим воздействием они убивают многие болезнетворные микроорганизмы.

  • приготовление новых продуктов питания;
  • выпуск органических веществ;
  • получение кисломолочной продукции (йогурты, закваски, кефиры, ряженки);
  • изготовление различных сортов сыров;
  • виноделие;
  • маринование и закваска овощей.

Рис. 3. Использование бактерий человеком.

Что мы узнали?

В природе и жизни человека бактерии имеют большое значение. Без этих микроорганизмов не мог бы происходить круговорот веществ в окружающей среде. И хотя многие из них могут приносить вред жизни и здоровью, использование бактерий человеком позволило бороться со многими болезнями и изготавливать массу новых продуктов питания.

Микроорганизмы являются значимой частью биосферы планеты и активно участвуют в формировании среды обитания, что связано с присущими им функциями.

Читайте также:  Гинеколог заболевания список

Академик Вернадский В.И. выделил девять основных средообразующих функций из общего природного процесса. В течение времени учение о биосфере эволюционировало: количество функций бактерий, описывающих биосферно-геологическое преобразование, изменялось – функции объединялись, их дополняли.

Так, классификация Лапо А.В. (1987 г.) выделяет семь функциональных основ, в которых участвуют микроорганизмы, обеспечивая формирование биосферы:

  • энергетическая;
  • деструктивная;
  • концентрационная;
  • газовая;
  • средоформирующая;
  • восстановительная;
  • окислительная.

Перечисленные основные функции присущи всему живому веществу биосферы, и бактериям в частности, они описывают процесс энергообмена как одну из сторон непрерывного круговорота в природе энергии и вещества.

Энергетическая функция микроорганизмов

Само возникновение и эволюционирование биосферы планеты, куда входят вирусы, бактерии, грибы, растения и животные, невозможно без притока энергии, учитывая, что внутренних энергетических источников нет.

Основным энергетическим источником для биосферы планеты является Солнце. При этом лишь 1% электромагнитной лучистой энергии усваивается и сохраняется живыми организмами, а 99% поглощаются гидро-, лито- и атмосферами.

Первоначальное создание биосферы и ее дальнейшее развитие произошло благодаря фотосинтезу – превращению простейших неорганических соединений (вода, минеральные вещества, углекислый газ) в сложные органические вещества. Процесс протекает при наличии поглощающих свет ферментов и поглощает солнечную энергию.

Известно два типа фотосинтеза прокариотов:

  • кислородный (цианобактерии и прохлорофиты);
  • бескислородный (пурпурные, зеленые и гелиобактерии).

Бактерии могут синтезировать сложную органику, используя другие энергетические источники, а не только энергию Солнца (фотосинтез). Существуют группы микроорганизмов, способные использовать энергию, которая выделяется в результате окисления ими серных и азотных соединений (хемосинтез).

Связанная в виде органических веществ энергия, полученная фото- и хемосинтезом, распределяется внутри экосистемы между всеми ее участниками как пища.

Синтезированная бактериями органика постепенно переходит в природе от низших к высшим живым организмам, олицетворяя упорядоченное течение энергии – реализацию энергетической функции всех организмов, и бактерий в том числе, в биосфере.

Деструктивная функция микроорганизмов

Деструкция (разрушение) является процессом, обратным синтезу.

Благодаря бактериям-редуцентам отмершая органика разлагается на простые неорганические составляющие – вода, углекислый газ, неорганические элементы, после чего возвращаются в круговорот веществ в биосфере.

Наряду с микроорганизмами, деструктивную функцию в экосистемах выполняют и грибы.

Кроме разложения отмершей органики, деструктивная функция бактерий и грибов реализуется в разрушении горных пород литосферы, высвобождая их из связанного состояния и пополняя тем самым биотический круговорот в экосистемах биосферы.

Разлагая сложные органические соединения на простые составляющие, грибы и бактерии извлекают жизненно необходимые всем живым организмам элементы и возвращают их в биотический круговорот природных сообществ:

  • кальций Са;
  • калий К;
  • кремний Si;
  • натрий Na;
  • магний Mg;
  • фосфор P;
  • железо Fe;
  • алюминий Al и другие элементы.

Одним из показательных результатов работы грибов и бактерий-деструкторов в природных сообществах является плодородие почв.

Накопительная функция бактерий

Выборочное накопление веществ, рассредоточенных в природе, живыми организмами является реализацией концентрационной функции живого вещества в биосфере.

Бактерии и грибы являются одними из самых успешных концентраторов. Также морские организмы активно накапливают растворенные в морской воде вещества.

Продукты жизнедеятельности ряда бактерий содержат во много раз больше вещества, чем его количество в природной среде:

  • марганца Mg в 1,2 млн раз;
  • ванадия V в 420 тыс. раз;
  • серебра Ag в 240 тыс. раз;
  • железа Fe в 65 тыс. раз;

Морские растения и живые организмы активно концентрируют вещества, растворенные в морской воде, используя их для формирования покровов или строения скелетов.

Можно выделить две основные группы концентраторов по химическому признаку:

  • накопители Са (характерно для иглокожих, кораллов, моллюсков и известковых водорослей);
  • концентраторы Si (характерно для кремниевых губок, радиолярий и диатомовых водорослей).

Характерной чертой морских организмов является способность накапливать тяжелые металлы (в том числе токсичные – ртуть Hg, мышьяк As, свинец Pb) и элементы с высокой радиоактивностью.

Таким образом, являясь прекрасным источником микроэлементов, как пищевой продукт морские организмы могут быть опасны в связи с возможной высокой токсичностью или радиоактивностью.

Средообразующая функция живого вещества

Живое вещество биосферы выполняет одну из главных функций – средообразующую, изменяя параметры среды обитания на максимально благоприятные для жизнедеятельности. В случае сдвига равновесия экосистемы в результате внешнего воздействия живое вещество стремится восстановить первоначальные характеристики среды обитания. Эту способность экосистемы описывает принцип Ле Шателье:

в ответ на внешние возмущения любая система проводит изменение переменных в сторону компенсации возмущения.

Биосфера, по своей сути, является не статической, а динамической системой. И если возмущения не переходят пороговых значений, природа способна скомпенсировать воздействие и вернуться в первоначальное состояние.

Газовые функции живого вещества

Живые организмы участвуют в движении и превращениях газов планеты.

Газовые функции различаются в зависимости от участвующих в процессах газах:

  • диоксидуглеродно-кислородная – носителем функции являются растения и бактерии, происходит создание свободного кислорода;
  • диоксидуглеродно-бескислородная – носителем функции являются все животные, растения, грибы и бактерии; происходит образование биогенной угольной кислоты;
  • озонная (пероксидводородная) – носителя нет, над планетой сформирован защитный озоновый слой, предохраняющий от жесткой космической радиации;
  • азотная – носителем являются азотовыделяющие бактерии, происходит формирование свободного азота, как в гидро-, так и в литосферах;
  • углеводородная – превращение биогенных газов (природный газ, терпены и другие).

Окислительная и восстановительная функции в экосистемах

Окислительная функция представляет собой окисление под воздействием бактерий (реже – грибов) веществ, содержащихся в почвах бедных кислородом, коры выветривания (результат разрушения горных пород под воздействием физико-химического воздействия) и гидросфере.

Читайте также:  Маммография на какой день после месячных

Подобным образом формируются в природе ожелезненные горизонты, железные руды, залегающие в болотах и другие.

Противоположной окислительной является восстановительная функция. Примером может служить образование оксидных форм железа под действием анаэробных микроорганизмов, в условиях крайне незначительного содержания кислорода.

Функции бактерий очень широки, ведь они являются первыми жителями планеты и количественно превосходят все остальные живые организмы.

Используя критерием оценки отношение к человеку, бактерии и их функции можно разделить на 3 группы:

Полезные человеку бактерии

Полезные для человека бактерии можно разделить на 2 группы:

  • бактерии, полезные организму человека;
  • бактерии, полезные для деятельности человека.

Функции бактерий в организме

Нормофлора организма человека представлена бифидобактериями, лактобактериями и колибактериями. Группы бактерий в кишечнике у каждого человека представлены уникальными штаммами, пропорции и количество также строго индивидуальны.

Микрофлора кишечника человека и функции различных групп микроорганизмов изучены достаточно полно.

  • осуществляют расщепление непереваренных частиц, попавших в толстую кишку;
  • участвуют в расщеплении казеина молока у маленьких детей;
  • участвуют в метаболических процессах желчных пигментов и кислот.
  • ответственны за выделение ферментов;
  • участвуют в ферментативном расщеплении сложных углеводов, белков и жиров;
  • стимулируют лимфоидные ткани, что способствует активизации врожденных иммунных ответов и реакций;
  • стимулируют выработку интерферона;
  • активизируют клеточные защитные механизмы.

  • участвуют в обменных процессах;
  • создают благоприятные условия для жизнедеятельности в кишечнике лакто- и бифидобактерий;
  • подавляют развитие патогенных микроорганизмов кишечника;
  • осуществляют выработку витамина В12.

Основные причины нарушения функций микрофлоры кишечника:

  • употребление антибиотиков;
  • гормональная терапия;
  • высокие физические нагрузки, стресс;
  • большая умственная нагрузка, переутомление;
  • плохая экология;
  • несбалансированное питание и безграмотное голодание;
  • переедание, употребление фастфудов;
  • возрастные изменения.

Полезные для человека свойства бактерий

Человек широко использует свойства бактерии в промышленности:

  • для производства кисломолочных продуктов и сыров;
  • в кондитерском и хлебопекарном производстве;
  • при удалении с зерен кофе и какао оболочек;
  • в производстве антибиотиков, инсулина и других препаратов в фармацевтической промышленности;
  • для производства красок, разнообразных пластиков, текстиля и кожи;
  • в очистных сооружениях;
  • для фиксации азота в почве используют клубеньковые бактерии, которые являются симбионтами бобовых растений.

Как пример использования человеком функций бактерий можно рассмотреть использование клубеньковых бактерий рода Rhizobium и их свойств.

На корнях различных бобовых растений бактерии Rhizobium (анаэробные азотфиксирующие) образуют клубеньки. Бактерии и бобовые растения являются симбионтами, причем различным бобовым растениям – сое, клеверу, люцерне, гороху и кормовым бобам – соответствуют свои клубеньковые бактерии-симбионты, специфичные только для них.

Микроорганизмы рода Rhizobium способны связывать азот, содержащийся в воздухе, и обеспечивают им бобовые растения, которые взамен обеспечивают клубеньковые бактерии питательными веществами.

Rhizobium на 1 га почвы вносят до 70 кг азота, их функция настолько полезна, что на их основе изготавливают бактериальное удобрение (нитрагин), чтобы увеличить их количество в почве.

Вредные функции бактерий

Если одни группы бактерий приносят пользу и положительно влияют на здоровье человека, то другие оказывают отрицательное воздействие:

  • являются болезнетворными для человека (оспа, чума, сифилис, холера, туберкулез и другие);
  • наносят вред продуктам питания (гнилостные бактерии портят рыбу, мясо, овощи, фрукты);
  • портят продукты длительного хранения (ботулизм);
  • вызывают болезни скота и птицы (сибирская язва, ящур, пастереллез, птичий грипп и другое).

Бактерии. Строение

Бактерии являются примитивными одноклеточными организмами, их клетка имеет микроскопические размеры. Но вирусы меньше бактерий от 10 до 100 раз.

Для бактерий характерно наличие клеточной стенки – плотной оболочки, сохраняющей форму. С ней имеет прочную связь капсула бактерии, представляющая собой слизистую структуру (толщина более 0,2 мкм) с четкими границами. Прочность и надежность строения клеточных стенок обеспечивает муреин, который характерен только для бактерий и не встречается ни в клетках грибов, растений или животных, ни у вирусов.

Бактериальная капсула сформирована из полисахаридов или полипептидов и включает в себя до 98% воды. Высокое содержание воды определяет функцию капсулы – она предохраняет микроорганизм от травматических повреждений и пересыхания, препятствует фагоцитозу, обеспечивает дополнительный осмотический барьер и служит резервным источником веществ.

Мезосомы являются мембранной структурой бактерий и выполняют функции генерации энергии, а также структурную функцию пространственного разграничения содержимого клетки, где мезосомы создают благоприятные условия для протекания ферментативных процессов. Как показали исследования, функция мезосом далеко не полностью выяснена.

Еще одной особенностью строения бактерий является наличие плазмид. Они представляют собой небольшие молекулы ДНК, не связанные с геномной хромосомой. Плазмиды содержат ген, усиливающий устойчивость к негативным условиям, в одной клетке может быть до тысяч единиц.

Основные функции плазмид:

  • горизонтальный перенос генетического материала
  • обеспечение устойчивости к антибиотикам, тяжелым металлам, УФ-излучению;
  • синтез гемолизинов и энтеротоксинов и другое.

Как один из методов пережить неблагоприятный период – возможность бактерий образовывать споры.

Хотя термин «споры» применим и к другим живым организмам, функционально это совершенно различные понятия:

  • бактериальная спора является формой существования самой бактерии в неблагоприятный период;
  • споры грибов или растений являются одним из способов размножения.

Строение вируса вообще сильно отличается от всего остального живого вещества планеты: недаром ученые до сих пор не решили, следует относить вирусы к живой или неживой природе. Ведь вирусы не имеют клеточной оболочки и способны существовать только внутри чужих клеток, захватывая и разрушая их.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector