Я познаю мир. Ботаника - Касаткина Юлия Николаевна (читать книги полностью TXT) 📗
ДНК, на котором записана небольшая часть общей информации об устройстве организма.
Легко представить, что чем богаче «генетическая библиотека» молекулы ДНК, тем сложнее устроен организм, тем разнообразнее его свойства и больше набор веществ, которые’он может производить для своих целей. У бактерий вся информация о строении их единственной клетки и ее свойствах заключена в одной единственной кольцевой молекуле ДНК. У ядерных организмов таких молекул может быть несколько десятков (например, у подсолнечника – 34, у человека – 46, а у одного из видов папоротников – 1250!). Судите сами, насколько больше наследственной информации содержится в библиотеке ядерных организмов!
Функции основных органелл клетки
Итак, вы уже знаете, что бактерии относятся к доядерным организмам. Это означает, что в их клетках отсутствует ядро и покрытые мембраной органеллы, свойственные всем ядерным организмам. Вся наследственная информация бактерий помещается на одной молекуле ДНК. Бактерии уступают ядерным организмам не только размерами «генетической библиотеки», а следовательно, и сложностью строения, но и размерами самой клетки. В среднем объем клетки бактерии в 2000 раз меньше клетки растения, животного или гриба.
Абсолютное большинство бактерий – одноклеточные организмы, однако многие способны образовывать колонии: цепочки, нити и грозди, окруженные общей слизистой оболочкой. Слизистая оболочка удерживает клетки колониальных бактерий вместе, помогает им закрепляться на субстрате, защищает от высыхания и проникновения бактериальных вирусов – бактериофагов (см. с. 56). Бактерии, лишенные слизистой оболочки, гораздо быстрее погибают от антибиотиков (подробнее об антибиотиках рассказывается на с. 139).
Разнообразие форм клеток бактерийЗаражение стафилококками (1) приводит к нагноениям и сепсису. Сферическую форму имеет возбудитель бактериальной пневмонии (2). Молочнокислый стрептококк, сквашивающий молоко, похож на цепочку шариков (3). Спирохета (4) является возбудителем сифилиса. Холерный вибрион (5) вызывает холеру. Палочковидную форму (6) имеет возбудитель столбняка, уксуснокислые бактерии и кишечная палочка.
Клетки бактерий, хотя они и очень мелкие, можно разглядеть даже в обычный световой микроскоп при сильном увеличении. Правда, часто приходится окрашивать бактерий специальными красителями, чтобы они стали заметны. Ну, а колонии микроорганизмов, выращенные на искусственной питательной среде можно увидеть и невооруженным глазом.
Настоящим исключением среди бактерий являются зеленые фотосинтезирующие цианобактерии. Цепочки клеток некоторых цианобактерий могут достигать длины 1 м! Ничего себе микроорганизмы! Внешне эти бактерии настолько напоминают водоросли, что до недавнего времени их и называли синезелёными водорослями («циану с» по–латыни и означает «сине–зеленый»). Ошибка обнаружилась только после того, как на клетки «водорослей» навели окуляр электронного микроскопа: отсутствие ядра, единственная кольцевая молекула ДНК, практически полное отсутствие органелл, за исключением рибосом, не оставляет сомнений – перед нами представители царства бактерий!
Нитчатая колония цианобактерий
Вездесущие микробы
Бактерии – самые первые живые существа, появившиеся на нашей планете. Их ископаемые остатки)были обнаружены в осадочных породах Западной Австралии и Южной Африки возрастом 3,5 млрд. лет. Напомним, что вид человек разумный, к которому мы относимся, появился на планете только около 40 тыс. лет назад. Бактерии были единственной формой жизни на Земле по крайней мере в течение 2 млрд. лет и до сих пор остаются самой многочисленной группой живых организмов на Земле: например, в 1 грамме плодородной почвы может содержаться 2,5 млрд. бактерий; 90% всей биомассы (т.е. массы всех живых существ) океана составляют бактерии.
Бактерии вездесущи. Они могут выжить там, где не может существовать ни один живой организм. Есть бактерии, способные жить только в отсутствии кислорода: в кишечнике жвачных животных, в болотах, в глубинах морей и океанов – таковы, например, метанообразующие бактерии.
Другие бактерии одинаково хорошо чувствуют себя и в присутствии кислорода, и без него. Известны бактерии, обитающие при высоком давлении около глубоководных вулканических кратеров при температуре свыше +360°С (столь высокая температура воды может поддерживаться только при высоком давлении, на дне океана или искусственно в лаборатории).
Пределы выносливости некоторых бактерий просто «космические»! Ученые полагали, что жизнь в щелочной атмосфере Юпитера невозможна, но некоторые бактерии из долины Ливермор в Калифорнии оказались способными жить и даже размножаться в таких условиях. Другие бактерии могут выдерживать условия, напоминающие атмосферу Венеры. Эти эксперименты, конечно, не доказывают существование бактериальной жизни на других планетах, но дают некоторые основания надеяться, что жизнь в виде бактерий возможна и за пределами Земли. '
Бактерии могут длительное время оставаться в состоянии анабиоза, на грани жизни и смерти, когда все процессы жизнедеятельности приостанавливаются. Бактерии возрастом не менее 10.000 (а возможно, и около миллиона) лет обнаружены в Антарктиде в образцах пород и льда, взятых с глубины более 430 м. При температуре ниже –7°С они находились в анабиозе, но при повышении температуры ожили. Ожили после нескольких тысячелетий спячки!
По нашим скромным человеческим меркам все бактерии проявляют фантастическую живучесть, но и среди них есть своеобразные чемпионы по выживанию. Самой большой устойчивостью к вредным воздействиям окружающей среды обладают бактерии, способные к образованию спор. Для них даже придумали особое название – бациллы.
Спора – это особая стадия развития бациллы, исключительно устойчивая к губительным для клетки воздействиям. Такая устойчивость достигается образованием плотной толстой оболочки (объем оболочки составляет 50% от общего объема споры), одевающей ядро вместе с тонким слоем цитоплазмы. Толстый «панцирь» надежно предохраняет бактерию от высокой или низкой температуры, действия химических веществ и жесткого космического излучения. В отличие от обычной клетки, на 90% состоящей из воды, спора практически полностью обезвожена, из–за этого в ней прекращаются все процессы обмена веществ, и клетка впадает в состояние анабиоза, что и делает ее такой неуязвимой.
В лабораторных условиях бациллы превращаются в споры, если их долго выращивать на одной и той же питательной среде, не меняя ее и не удаляя из нее вредные продукты обмена веществ – отходы жизнедеятельности. В природе бациллы образуют споры при любых неблагоприятных условиях.
Споры бактерий обладают поразительной жизнеспособностью: их годами можно держать в высушенном состоянии, кипятить (правда, лишь при обычном атмосферном давлении), помещать в вакуум, замораживать до температуры жидкого гелия (–270°С) – они остаются жизнеспособными и, попав в благоприятные для развития условия, вновь прорастают в обычные клетки.
Прорастающие споры бактерий
К бактериям, способным к образованию спор, относятся возбудители таких опасных заболеваний, как столбняк,^ботулизм, сибирская язва, газовая гангрена. Как же можно убить сверхустойчивые споры этих смертоносных микробов? Ведь они могут попасть на хирургические инструменты и в продукты питания. Самый простой способ избавиться от спор бактерий – покипятить все инструменты под давлением в две атмосферы. Это делается в особых приборах – автоклавах.
