Как называется полезные бактерии. Положительный анализ и бактериальные инфекции
Маслов Арсений
Исследовательская работа ученика 3 класса по теме "Бактерии: вредные и полезные".
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Актуальность… Однажды я своим родителям задал вопрос, почему люди болеют? Мама сказала, что это бактерии попадают в организм и человек болеет. И тогда я задумался, а что такое бактерии, где они живут, как размножаются и чем опасны? И все ли бактерии вредны? Цель исследования: изучить особенности жизни бактерий и выяснить могут ли они быть полезными и вредными. Задачи: изучить литературу по выбранной теме познакомиться с разнообразием и классификацией бактерий выяснить какие бывают вредные и полезные бактерии приготовить домашний кефир
Объект и предмет исследования Объект исследования: бактерии Предмет исследования: значение бактерий для человека Гипотеза Гипотеза: предположим, что множество бактерий живет в организме человека, они бывают как полезные, так и вредные и их можно размножить в домашних условиях. Методы исследования: Работа с дополнительными источниками, поиск необходимой информации; Наблюдения и анализ полученной информации; Опыты; Тест; Обработка данных
История возникновения бактерий Впервые бактерий увидел в оптический микроскоп и описал в 1676 году голландский натуралист Антони ван Левенгук. Название «бактерии» ввёл в употребление в 1828 году Христиан Эренберг. Изучением бактерий и их строения занимается микробиология, которая сформировалась во второй половине 19 века как наука о возбудителях болезней, то есть как раздел медицины. Трудно найти место на Земле, где не было бы бактерий. Они встречаются в самых разнообразных местах: в атмосфере и на дне океанов, в быстротекущих реках и в вечной мерзлоте, в парном молоке и в ядерных реакторах; однако особенно много их в почве
Строение бактерий Бактерия имеет сложное строение Стенка клетки защищает одноклеточный организм от внешнего воздействия, придает определенную форму, обеспечивает питание и сохранение его внутреннего содержимого П лазматическая мембрана содержит ферменты, участвует в процессе размножения, биосинтезе компонентов. Жгутиками называют поверхностные структуры, служащие для передвижения клеток в жидкой среде или по твердой поверхности Цитоплазма служит для выполнения жизненно важных функций. У многих видов в цитоплазме содержится ДНК, рибосомы, различные гранулы. Пили – нитевидные образования, намного тоньше и меньше жгутиков. Они бывают различных типов, различаются по назначению, строению. Пили нужны для прикрепления организма к поражаемой клетке.
Виды бактерий кокки (имеют округлую форму); бациллы (имеют палочковидную форму); спириллы (имеют форму спирали); спириллы (имеют форму спирали);
Классификация бактерий Полезные бактерии кишечная палочка Является неотъемлемой частью флоры кишечника человека и большинства животных. Ее пользу трудно переоценить: расщепляет неусваиваемые моносахариды, способствуя пищеварению; предотвращает развитие патогенных и болезнетворных микроорганизмов в кишечнике. Молочнокислые бактерии Представители этого отряда присутствуют в молоке, молочных и ферментированных продуктах, и в то же время являются частью микрофлоры кишечника и ротовой полости. Способны сбраживать углеводы и в частности лактозу и вырабатывать молочную кислоту, которая является основным источником углеводов для человека. Посредством поддержания постоянно кислой среды сдерживают рост неблагоприятных бактерий. Бифидобактерии По средством выработки молочной и уксусных кислот они полностью предотвращают развитие гнилостных и болезнетворных микробов в детском организме. Кроме того бифидобактерии: способствуют перевариванию углеводов; обеспечивают защиту кишечного барьера от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма
Вредные бактерии Сальмонелла Эта бактерия является возбудителем очень острой кишечной инфекции, брюшного тифа. Сальмонелла вырабатывает токсины опасные исключительно для людей. Столбнячная палочка Эта бактерия - одна из самых стойких и одновременно самых опасных в мире. Вырабатывает чрезвычайно токсичный яд, столбнячный экзотоксин, приводящий к практически полному поражению нервной системы. Микобактерии Микобактерии - семейство бактерий, часть из которых являются патогенными. Различные представители этого семейства вызывают такие опасные заболевания как туберкулез, микобактериоз, лепра (проказа) - все они передаются воздушно-капельным путем.
Мои опыты… Приготовление домашнего кефира
Выращивание сенной палочки К числу бактерий, которые широко распространены в природе, относится и сенная палочка. Впервые она была описана в 1835 году. А название своё получила из-за того, что изначально культуру выделяли из прелого сена. Эта бактерия – одна из самых крупных. Она имеет прямую вытянутую форму с тупыми закруглёнными концами и обычно бесцветна. Эту бактерию довольно просто получить в домашних условиях. Для работы мне понадобилось следующее: сено (его можно купить в зоомагазине), кастрюля с водой, банка с широким горлышком, марля для процеживания. На один литр воды нужно взять 10 грамм сена. Кипятим сено в течение 20 минут. Получившийся отвар процеживаем и переливаем в банку, разбавляя 1:1 с отстоянной холодной водой. В другую банку я решил налить неразбавленный отвар и посмотреть, что из этого получится. Банки ставим в тёплое место. Наилучшие условия для жизни сенной палочки – большое количество растворённых органических веществ, обилие кислорода и температура около +30 градусов. При таких условиях на поверхности отвара сена уже через двое суток должна образоваться плёнка, сплошь состоящая из бактерий.
Результаты теста «Бактерии» Оказалось, что многие ребята не знают, о царстве бактерий и о существовании полезных бактерий в наших молочных продуктах.
Заключение Изучая бактерии, я познакомился с их разнообразием и классификацией, смог самостоятельно вырастить бактерии в домашних условиях. Узнал, что существует огромное количество полезных бактерий, которые мы употребляем каждый день с кисломолочными продуктами и о вредных бактериях (опасных для человека) Я выяснил, что бактерии являются незаменимой частью нашей жизни и всего живого. Они находятся абсолютно везде и во всём, играют колоссальную роль в жизни человека. Люди научились использовать бактерии: На основании выше изложенного материала и проведенных исследованиях, считаю, что моя гипотеза подтвердилась: « Множество бактерий живет в организме человека, они бывают как полезные, так и вредные и их можно размножить в домашних условиях»
Как вы будете реагировать, если узнаете о том, что в вашем теле общий вес бактерий составляет от 1 до 2,5 килограмм?
Скорее всего, это вызовет удивление и шок. Большинство людей считают, что бактерии опасны и могут нанести серьезный вред жизнедеятельности организма. Да это так, но существуют, помимо опасных, еще и полезные бактерии, мало того, жизненно необходимые для здоровья человека.
Они существуют внутри нас, принимая огромное участие в различных процессах обмена веществ. Активно участвуют в надлежащем функционировании жизненных процессов, как во внутренней, так и во внешней среде нашего тела. К таким бактериям следует отнести бифидобактерии Rhizobium и E. coli , и еще многие другие.
Полезные бактерии для человека
Тело человека имеет миллионы всевозможных полезных бактерий, принимающих участие в различных функциях нашего организма. Как вы знаете, количество бактерий в организме колеблется от 1 до двух с половиной килограмм, этот объем содержит огромное количество разных бактерий. Эти бактерии могут присутствовать во всех доступных частях тела, но в основном, они находятся в кишечнике, где они помогают в процессах пищеварения. Они также играют очень важную роль в содействии предотвращения бактериальных инфекций половых частей тела, и также дрожжевых (грибковых) инфекций.
Некоторые полезные бактерии для человека являются регуляторами кислотно-щелочного баланса и участвуют в поддержании рН. Некоторые даже участвуют в защите кожи (барьерная функция) от многих инфекций. Они необходимы и полезны и как активные работники в процессах производства витамина К, и в роли нормального функционирования иммунной системы.
Окружающая среда и полезные бактерии
Имя одной из самых полезных бактерий во внешней среде - Rhizobium. Эти бактерии также называются азотфиксирующими бактериями. Они присутствуют в корневых клубеньках растений, и выделяют азот в атмосферу. Считаются очень полезными для окружающей среды.
Другие не менее важные работы выполняемые бактериями для окружающей среды связаны с перевариванием органических отходов, что помогает поддерживать плодородие почвы. Azotobacters это группа бактерий, которые участвуют в преобразовании газообразного азота в нитраты, которые далее по цепочке используются Rhizobium - азотфиксирующими микробами.
Другие функции полезных бактерий
Бактерии являются полезными, участвуя в процессах брожения. Поэтому во многих отраслях промышленности, которые связаны с производством пива, вина, йогуртов и сыров, не обходятся без использования этих микроорганизмов для осуществления процессов брожения. Бактерии, используемые в процессах брожения, называются Lactobacillis
.
Важную роль бактерии играют в очистке сточных вод . Они используются для преобразования органических веществ в метан. Следовательно, они применяются во многих отраслях промышленности. Некоторые бактерии также полезны в уборке, ликвидации разливов нефти на поверхности водных бассейнов Земли.
Другие бактерии используются в производстве антибиотиков, таких как тетрациклин и стрептомицин. Streptomyces являются почвенными бактериями, применяются в промышленном производстве антибиотиков в фармацевтической промышленности.
E.coli , - бактерии, которые присутствуют в желудке животных, например коров, буйволов и т.д. помогают им в переваривании растительной пищи.
Наряду с этими полезными бактериями есть достаточно опасные и вредные бактерии способные привести к инфекциям, но они немногочисленны.
Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.
Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.
Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.
Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.
Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.
Форма тела
Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.
| Название бактерии | Форма бактерии | Изображение бактерии |
| Кокки | Шарообразная | |
| Бацилла |  | Палочковидная |
| Вибрион | Изогнутая в виде запятой | |
| Спирилла |  | Спиралевидная |
| Стрептококки |  | Цепочка из кокков |
| Стафилококки |  | Грозди кокков |
| Диплококки | Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле |
Способы передвижения
Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.
Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.
У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.
Место обитания
В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.
Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.
Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.
В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.
Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.
В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.
В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.
Внешнее строение
Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.
На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.
Внутреннее строение
Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.
Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.
В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.
Способы питания
У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.
Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.
Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.
Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.
Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.
Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:
- через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
- через корневые волоски;
- только через молодую клеточную оболочку;
- благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
- благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.
Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:
- инфицирование корневых волосков;
- процесс образования клубеньков.
В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.
Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.
Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.
Обмен веществ
Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.
Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.
Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.
Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.
Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.
Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.
Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:
Хемосинтез
Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.
Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.
Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.
Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.
Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.
Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.
Бактериальный фотосинтез
Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.
Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.
Спорообразование
Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.
Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.
Размножение
Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.
После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.
При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.
Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.
После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).
Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).
По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).
Роль бактерий в природе
Круговорот
Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.
Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.
Почвообразование
Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.
Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.
Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.
Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.
Распространение в природе
Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.
Микрофлора почвы
Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.
На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.
Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.
Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.
Микрофлора водоёмов
Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.
Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.
По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.
Микрофлора воздуха
Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.
Микрофлора организма человека
Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.
Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.
Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.
Бактерии в круговороте веществ
Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.
Круговорот азота
Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.
Круговорот углерода
Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО 2).
Круговорот серы
Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.
Круговорот железа
В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.
Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.
Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они - первые организмы, появившиеся на Земле.
Рис. 1. Человеческий организм на 90% состоит из микробных клеток. В нем содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса.
Рис. 2. Бактерии, населяющие ротовую полость: Streptococcus mutants (зеленый цвет). Bakteroides gingivalis, вызывает периодонтит (сиреневый цвет). Candida albicus (желтый цвет). Вызывает кандидозы кожных покровов и внутренних органов.
Рис. 7. Микобактерии туберкулеза. Бактерии много тысячелетий вызывают заболевания у человека и животных. Туберкулезная палочка крайне устойчива во внешней среде. В 95% случаев передается воздушно-капельным путем. Чаще поражает легкие.
Рис. 8. Возбудитель дифтерии – коринебактерии или палочки Леффлера. Чаще развивается в эпителии слизистого слоя миндалин, реже гортани. Отек гортани и увеличенные лимфоузлы могут привести к асфиксии. Токсин возбудителя фиксируется на мембранах клеток сердечной мышцы, почек, надпочечников и нервных ганглиях и разрушает их.
Рис. 9. Возбудители стафилококковой инфекции. Патогенные стафилококки вызывают обширные поражения кожи и ее придатков, поражения многих внутренних органов, пищевую токсикоинфекцию, энтериты и колиты, сепсис и токсический шок.
Рис. 10. Менингококки – возбудители менингококковой инфекции. До 80% заболевших составляют дети. Инфекция передается воздушно-капельным путем от больных и здоровых носителей бактерий.
Рис. 11. Бордетеллы коклюша.
Рис. 12. Возбудители скарлатины стрептококки pyogenes.
Вредные бактерии микрофлоры воды
Местом обитания множества микробов является вода. В 1 см3 воды можно насчитать до 1 млн. микробных тел. Патогенные микроорганизмы попадают в воду от промышленных предприятий, населенных пунктов и животноводческих ферм. Вода с патогенными микробами может стать источником дизентерии, холеры, брюшного тифа туляремии, лептоспироза и др. Холерный вибрион и могут пребывать в воде достаточно много времени.
Рис. 13. Шигеллы. Возбудители вызывают бактериальную дизентерию. Шигеллы разрушают эпителий слизистой оболочки толстой кишки, вызывая тяжелый язвенный колит. Их токсины поражают миокард, нервную и сосудистую системы.
Рис. 14. . Вибрионы не разрушают клетки слизистого слоя тонкого кишечника, а находится на их поверхности. Выделяют токсин холероген, действие которого приводит к нарушению водно-солевого обмены в связи с чем организм теряет до 30 литров жидкости в сутки.
Рис. 15. Сальмонеллы — возбудители брюшного тифа и паратифов. Поражают эпителий и лимфоидные элементы тонкой кишки. С током крови попадают в костный мозг, селезенку и желчный пузырь, из которого вновь возбудители попадают в тонкий кишечник. В результате иммунного воспаления стенка тонкого кишечника разрывается и возникает перитонит.
Рис. 16. Возбудители туляремии (коккобактерии голубого цвета). Поражают респираторный отдел и кишечник. Обладают особенностью проникать в организм человека через целостные кожные покровы и слизистые глаз, носоглотки, гортани и кишечника. Особенность заболевания – поражение лимфоузлов (первичный бубон).
Рис. 17. Лептоспиры. Поражают капиллярную сеть человека, часто печень, почки и мышцы. Заболевание называют инфекционной желтухой.
Вредные бактерии микрофлоры почвы
Миллиарды «плохих» бактерий живет в почве. В 30-и сантиметровой толще 1-го гектара земли находится до 30-и тонн бактерий. Обладая мощным набором ферментов, занимаются расщеплением белков до аминокислот, тем самым принимают активное участие в процессах гниения. Однако эти бактерии приносят человеку немало неприятностей. Благодаря деятельности этих микробов очень быстро портятся продукты питания. Человек научился предохранять продукты длительного хранения путем стерилизации, засолки, копчения и замораживания. Некоторые виды этих бактерий способны испортить даже засоленные и замороженные продукты. попадают в почву от больных животных и человека. Некоторые виды бактерий и грибов пребывают в почве десятилетия. Этому способствует особенность этих микроорганизмов образовывать споры, которые долгие годы защищают их от неблагоприятных условий внешней среды. Они вызывают самые грозные заболевания – сибирскую язву, ботулизм, и столбняк.
Рис. 18. Возбудитель сибирской язвы. Десятилетия пребывает в почве в спорообразном состоянии. Особо опасная болезнь. Ее второе название – злокачественный карбункул. Прогноз заболевания неблагоприятный.
Рис. 19. Возбудитель ботулизма выделяет сильнейший токсин. 1 мкг этого яда убивает человека. Ботулотоксин поражает нервную систему, глазодвигательные нервы, вплоть до паралича и черепно-мозговые нервы. Смертность от ботулизма достигает 60%.
Рис. 20. Возбудители газовой гангрены очень быстро размножаются в мягких тканях организма без доступа воздуха, вызывая тяжелые поражения. В спорообразном состоянии сохраняется во внешней среде длительное время.
Рис. 21. Гнилостные бактерии.
Рис. 22. Поражение гнилостными бактериями продуктов питания.
Вредные бактерии, поражающие древесину
Ряд бактерий и грибов интенсивно разлагают клетчатку, играя важную санитарную роль. Однако среди них есть бактерии, вызывающие тяжелые заболевания животных. Плесневые грибы разрушают древесину. Деревоокрашивающие грибы окрашивают древесину в разные цвета. Домовой гриб приводит древесину в трухлое состояние. В результате жизнедеятельности этого гриба разрушаются деревянные постройки. Большой ущерб наносит деятельность этих грибов в разрушении животноводческих помещений.
Рис. 23. На фото видно, как домовой гриб разрушил деревянные балки перекрытия.
Рис. 24. Испорченный внешний вид бревен (синева), пораженных деревоокрашивающим грибом.
Рис. 25. Домовой гриб Merulius Lacrimans. а – ватообразная грибница; б – молодое плодовое тело; в – старое плодовое тело; г – старая грибница, шнуры и гниль древесины.
Вредные бактерии в пищевых продуктах
Продукты, обсемененные опасными бактериями, становятся источником кишечных заболеваний: брюшного тифа, сальмонеллеза, холеры, дизентерии и др. Токсины, которые выделяют стафилококки и палочки ботулизма , вызывают токсикоифекции. Сыры и все молочные продукты могут подвергнуться воздействию маслянокислых бактерий , которые вызывают маслянокислое брожение, в результате чего у продуктов появляется неприятный запах и цвет. Уксусные палочки вызывают уксусное брожение, что ведет к прокисанию вина и пива. Бактерии и микрококки, вызывающие гниение, содержат протеолитические ферменты, расщепляющие белки, чем придают продуктам дурно пахнущий запах и горький вкус. Плесенью покрываются продукты в результате поражения плесневыми грибами.
Рис. 26. Хлеб пораженный плесенью.
Рис. 27. Сыp пораженный плесенью и гнилостными бактериями.
Рис. 28. «Дикие дрожжи» Pichia pastoris. Фотография сделана с 600-кратным увеличением. Злостный вредитель пива. Повсеместно встречается в природе.
Вредные бактерии, разлагающие пищевые жиры
Маслянокислые микробы находятся повсюду. 25 их видов вызывают маслянокислое брожение. Жизнедеятельность жирорасщепляющих бактерий приводит к прогорканию масла. Под их воздействием прогоркают семена сои и подсолнечника. Маслянокислое брожение, которое вызывают эти микробы, портят силос, и он плохо поедается скотом. А влажное зерно и сено, пораженное маслянокислыми микробами, самосогревается. Влага, содержащаяся в сливочном масле, является хорошей средой, где размножаются гнилостные бактерии и дрожжевые грибы . Из-за этого масло портится не только снаружи, но и внутри. Если масло хранится долго, то на его поверхности могут поселиться плесневые грибы.
Рис. 29. Икорное масло, пораженное жирорасщепляющими бактериями.
Вредные бактерии, поражающие яйца и яичные продукты
В яйца бактерии и грибы проникают через поры наружной оболочки и ее повреждения. Наиболее чаще яйца инфицируются бактериями сальмонеллами и плесневыми грибами, яичный порошок — сальмонеллами и .
Рис. 30. Испорченные яйца.
Вредные бактерии в баночных консервах
для человека являются токсины ботулиновых палочек и палочек перфрингенс . Их споры проявляют высокую термоустойчивость, что позволяет микробам сохранять жизнедеятельность после пастеризации консервов. Находясь внутри банки, без доступа кислорода, они начинают размножаться. При этом выделяется углекислый газ и водород, от которых банка вздувается. Употребление в пищу такого продукта вызывает тяжелый пищевой токсикоз, который характеризуется крайне тяжелым течением и часто заканчивается смертью больного. Мясные и овощные консервы поражают уксуснокислые бактерии, в результате чего содержимое консерв закисает. Развитие не вызывает вздутие консерв, так как стафилококк не вырабатывает газы.
Рис. 31. Мясные консервы, пораженные уксуснокислыми бактериями в результате чего содержимое консерв закисает.
Рис. 32. Во вздутых консервах могут находиться ботулиновые палочеки и палочки перфрингенс. Вздувает банку углекислый газ, который выделяют бактерии при размножении.
Вредные бактерии в зерновых продуктах и хлебе
Спорынья и другие плесневые грибы, которые поражают зерна, являются самыми опасными для человека. Токсины этих грибов термоустойчивы и не разрушаются при выпечке. Токсикозы, вызванные употреблением такой продукции, протекают тяжело. Мука, пораженная молочнокислыми бактериями , имеет неприятный вкус и специфический запах, комковатая на вид. Уже испеченный хлеб поражается бациллой субтилис (Вас. subtilis) или «тягучей болезнью». Бациллы выделяют ферменты, расщепляющие хлебный крахмал, что проявляется, вначале, не свойственным хлебу запахом, а потом липкостью и тягучестью хлебного мякиша. Зеленая, белая и головчатая плесень поражают уже испеченный хлеб. Распространяется при этом она по воздуху.
Рис. 33. На фото cпорынья пурпурная. Низкие дозы спорыньи вызывают сильные боли, умственные расстройства и агрессивное поведение. Высокие дозы спорыньи вызывают мучительную смерть. Ее действие связано с сокращением мышц под воздействием алкалоидов гриба.
Рис. 34. Грибница плесени.
Рис. 35. Споры зеленой, белой и головчатой плесени могут попасть из воздуха на уже испеченный хлеб и поразить его.
Вредные бактерии, поражающие фрукты, овощи и ягоды
Фрукты, овощи и ягоды обсеменяют почвенные бактерии, плесневые грибы и дрожжи, которые вызывают кишечные инфекции. Микотоксин патулин, который выделяют грибы рода Penicillium , способен вызывать раковые заболевания у человека. Yersinia enterocolitica вызывает заболевание иерсиниоз или псевдотуберкулез, при котором поражаются кожные покровы, желудочно-кишечный тракт и другие органы и системы.
Рис. 36. Поражение ягод плесневыми грибами.
Рис. 37. Поражение кожи при иерсиниозе.
Вредные бактерии проникают в организм человека с продуктами питания, через воздух, раны и слизистые оболочки. Тяжесть заболеваний, вызванных болезнетворными микробами, зависит от ядов, которые они вырабатывают и токсинов, возникающих при их массовой гибели. В течение тысячелетий они приобрели множество приспособлений, позволяющих им проникать и удерживаться в тканях живого организма и противостоять иммунитету.
Изучить вредное влияние микроорганизмов на организм и разработать профилактические мероприятия – вот задача человека!
