Katere so najstarejše bakterije na zemlji. Starodavne bakterije

Po mnenju znanstvenikov lahko celice nenehno obnavljajo genetski material in ostanejo žive. Strokovnjaki še ne poznajo mehanizma stalnega okrevanja, a celice preživijo z vsrkavanjem dušika in fosfata, ki ju najdemo v permafrost. Na Marsu so temperature veliko nižje in bolj stabilne, kar zagotavlja še boljše okolje za tovrstno življenje.

Mednarodna ekipa znanstvenikov iz ZDA, Rusije, Švedske in Kanade je odkrila sledi starodavnih bakterij, ki lahko preživijo pol milijona let v za življenje neprimernih razmerah – v ledu in izjemno nizkih temperaturah.

Strokovnjaki verjamejo, da lahko takšni mikroorganizmi preživijo v razmerah Marsa v conah permafrosta na polarnih kapah planeta.

V kopenskih razmerah so znanstveniki testirali možnost bivanja mikroorganizmov na globini 10 metrov v sibirskih rekah, na Antarktiki in v polarnih regijah Kanade.

Glavno odkritje bo, da so bakterije sposobne tudi po odmrtju dela telesne celice obnoviti le-to in poškodovane dele DNK. Doslej je veljalo, da najpreprostejši mikroorganizmi nimajo sposobnosti regeneracije.

Strokovnjaki pravijo, da je danes znanstvenikom postalo skoraj očitno, da nobeden od planetov sončni sistem, razen Zemlje, ne vsebuje življenja. Vendar te bakterije, če niso prisotne na drugih planetih, bi morale vsaj tam preživeti.

Starodavne bakterije, ki so popolnoma ohranjene v permafrostu, dajejo možnost, da se Mars šteje za bivalnega

Starodavne bakterije lahko živijo približno pol milijona let v razmerah permafrosta, kar nakazuje, da je življenje na Marsu možno. To je postalo znano iz raziskav znanstvenikov na Danskem, v ZDA, Rusiji, Kanadi in na Švedskem o mikrobih, ki živijo na globini 10 metrov v ostrem hladnem okolju. Vzorci so bili zbrani v severni Kanadi, Sibiriji, Antarktiki in Yukonu.

Raziskava predstavlja najstarejšo DNK, ekstrahirano iz živih celic, kar bi lahko omogočilo boljše razumevanje staranja, je dejal Eske Willerslev, raziskovalec na Univerzi v Kopenhagnu. "Če lahko bakterija živi pol milijona let na Zemlji, bi lahko zelo dolgo živela na Marsu. Permafrost - popoln kraj iskati življenje na Marsu," je dejal.

Po mnenju znanstvenikov lahko celice nenehno obnavljajo genetski material in ostanejo žive. Strokovnjaki še ne poznajo mehanizma trajne oživitve, celice pa preživijo tako, da absorbirajo dušik in fosfat, ki ju najdemo v permafrostu. Na Marsu je temperatura precej nižja in bolj stabilna, kar zagotavlja še boljše okolje za tovrstno življenje, poroča Reuters.

Proces preučevanja bakterij aktivno poteka, število študij je praktično neskončno, vsako novo odkritje pa postane senzacija za ves svet. Eden od najsvetlejši dogodki je bilo odkritje žvepla anaerobne bakterije, ki je obstajal pred 3,4 milijarde let v Avstraliji. Najdba je povzročila veliko polemik in razprav: uporabljene so bile celo teorije o nezemeljskem izvoru mikroorganizmov. Obstajajo tudi druge vrste bitij, ki lahko preživijo izjemno dolgo. Dober primer so ločene skupine cianobakterij, katerih starost pogosto doseže 2 milijardi let. Takšne bakterije so ena od obstojnih oblik življenja – bitij, ki se lahko razvijajo brez pomembne spremembe njihove organizme.Arheologi uspejo najti veliko edinstvenih ostankov mikroorganizmov, ki so tako ali drugače sodelovali v procesu evolucije. V številu starodavni organizmi fosilizirane alge in mikrobe, ki jih najdemo v kamninah Južna Afrika: Tam so našli ostanke protozojskih bakterij in modrozelenih alg, ki so obstajale pred vsaj 3,2 milijarde let. To odkritje je bilo izjemno pomembno za znanstveno skupnost, saj so bili ti mikroorganizmi morski, kar nakazuje, da je bil vodni prostor že dom mikrobov, ki so se kasneje spremenili v alge, rastline in živa bitja.Druga pomembna faza pri preučevanju starodavnih bakterij je bila študija skupin mikroorganizmov, odkritih med izkopavanji v Ontariu. Študija ostankov je pokazala, da so ti mikroorganizmi obstajali že pred dvema milijardama let. Tudi te bakterije so bile med najbolj primitivnimi mikroorganizmi in so že vključene v ustrezen del taksonomije.Ne tako starodavna bitja so prav tako zelo zanimiva za zgodovino. Tako so v osrednjem delu Avstralije našli ostanke mikroorganizmov, ki so bili del večceličnih alg in drugih rastlin. Starost teh bakterij je znotraj ene milijarde let. Odkritje takšnih enot mikroorganizmov je postalo zelo pomembno: na podlagi svojih raziskav lahko znanstveniki obnovijo kronologijo razvoja preteklosti in dopolnijo taksonomijo.Najstarejše bakterije niso obstajale le v enocelični obliki, ampak so bile tudi del več kompleksni organizmi, na primer zelene alge, ki se lahko spolno razmnožujejo. Vsako tako razsežno odkritje ponuja nove priložnosti pri proučevanju živih bitij, saj nastajajo različne oblike organizmov, ki so živeli v naravi: vsaka nova enota vedno doda piko na i genetski raznolikosti živih bitij.Končni prehod v diferenciacijo večcelična bitja zgodila pred približno 600 milijoni let. Znanstveniki verjamejo, da je bil razlog za razvoj nastanek različnih oblik razmnoževanja in pojav prvih živali, zaradi česar se je narava začela razvijati veliko hitreje.

Arheologija in zgodovina sta dve vedi, ki se tesno prepletata. Arheološke raziskave so priložnost za spoznavanje preteklosti planeta, ki je skozi zgodovino vgrajena vanjo kronološki vrstni red. Znanstveniki, ki se ukvarjajo s tovrstnimi raziskavami, si nenehno prizadevajo najti vedno več starodavnih oblik živih bitij, ki so živela na Zemlji. Študije so pokazale, da so bakterije najstarejši mikroorganizmi, ki so kdajkoli poseljevali planet.

Jpg" alt="starodavne bakterije" width="300" height="200" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/pervye-bakterii3-300x200..jpg 466w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

Ti mikroorganizmi so nenehno predmet skrbnega preučevanja, saj je njihovo vlogo v procesu evolucije skoraj nemogoče preceniti. Razprave o tej temi se pojavljajo zelo pogosto, vendar se rezultat vedno izkaže, da bakterije živijo na planetu veliko dlje kot druga bitja, kar potrjujejo številni dokazi.

Študija starodavnih bakterij

Proces aktivno teče, raziskave so praktično neskončne, vsako novo odkritje pa postane senzacija za ves svet. Eden najbolj osupljivih dogodkov je bilo odkritje žveplovih anaerobnih bakterij, ki so obstajale pred 3,4 milijarde let v Avstraliji. Najdba je povzročila veliko polemik in razprav: uporabljene so bile celo teorije o nezemeljskem izvoru mikroorganizmov.

Obstajajo tudi druge vrste bitij, ki lahko preživijo izjemno dolgo. Dober primer so nekatere skupine cianobakterij, katerih starost pogosto doseže 2 milijardi let. Takšne bakterije so ena od obstojnih oblik življenja – bitja, ki se lahko razvijejo brez bistvenih sprememb v svojih organizmih.

Png" alt="Arhajska doba" width="300" height="174" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/pervye-bakterii-300x174..png 759w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

Arheologi uspejo najti veliko edinstvenih ostankov mikroorganizmov, ki so tako ali drugače sodelovali v procesu evolucije. Med najstarejšimi organizmi so fosilizirane alge in mikrobi, najdeni v kamninah v Južni Afriki, vključno z ostanki modrozelenih alg, ki so obstajale pred vsaj 3,2 milijarde let. To odkritje je bilo izjemno pomembno za znanstveno skupnost, saj so bili ti mikroorganizmi morski, kar nakazuje, da je bil vodni prostor že dom mikrobov, ki so se kasneje spremenili v alge, rastline in živa bitja.

Druga pomembna faza pri preučevanju starodavnih bakterij je bila študija skupin mikroorganizmov, odkritih med izkopavanji v Ontariu. Študija ostankov je pokazala, da so ti mikroorganizmi obstajali že pred dvema milijardama let. Tudi te bakterije so bile med najbolj primitivnimi mikroorganizmi in so že vključene v ustrezen del taksonomije.

Za zgodovino so precej zanimiva tudi ne tako starodavna bitja. Tako so v osrednjem delu Avstralije našli ostanke mikroorganizmov, ki so bili del večceličnih alg in drugih rastlin. Starost teh bakterij je znotraj ene milijarde let. Odkritje takšnih enot mikroorganizmov je postalo zelo pomembno: na podlagi svojih raziskav lahko znanstveniki obnovijo kronologijo razvoja preteklosti in dopolnijo taksonomijo.

Najstarejše bakterije niso obstajale le v enocelični obliki, ampak so bile tudi del bolj zapletenih organizmov, na primer zelenih alg, ki so se lahko spolno razmnoževale. Vsako tako razsežno odkritje ponuja nove priložnosti pri proučevanju živih bitij, saj nastajajo različne oblike organizmov, ki so živeli v naravi: vsaka nova enota vedno doda piko na i genetski raznolikosti živih bitij.

Jpg" alt="alge" width="300" height="214" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/08/bakterii-i-vodorosli3-300x214..jpg 500w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

Končni prehod v diferenciacijo večceličnih bitij se je zgodil pred približno 600 milijoni let. Znanstveniki verjamejo, da je bil razlog za razvoj nastanek različnih oblik razmnoževanja in pojav prvih živali, zaradi česar se je narava začela razvijati veliko hitreje.

Razvrstitev in struktura bakterij

V procesu evolucije se je pojavilo veliko število različnih bakterij. Razvrstitev različnih mikroorganizmov izvaja biološka sistematika, ki določa:

ime določene vrste mikroorganizma;
položaj v generalni razvrstitvi;
značilne lastnosti različne vrste mikroorganizmi.

Struktura bakterij predpostavlja prisotnost trde lupine, ki lahko ohrani obliko telesa in notranjosti mikroorganizmov. Oblika lupine je ena glavnih točk, ki omogoča razvrščanje bakterij: obstajajo sferične, paličaste, spiralne in druge oblike. Mikroorganizme ocenjujemo tudi po velikosti: največji predstavniki lahko dosežejo dolžino 0,75 mm, dimenzije najmanjših pa se merijo v delcih mikrometrov.

Png" alt="oblike bakterij" width="400" height="300" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/10/bakterii-imejut-formu-400x300..png 600w, https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/10/bakterii-imejut-formu-285x215..png 800w" sizes="(max-width: 400px) 100vw, 400px">!}

Najbolj razvite bakterije so razvile bičke, ki omogočajo gibanje v prostoru. Za izboljšanje motorične funkcije posamezne raztegnjene v nitasto obliko. Ločene stvari je mogoče reči o bičkovih organizmih. Glavna razlika med bičkastimi protozoji in bakterijami je prisotnost jedra pri prvih. Poleg tega imajo ti mikroorganizmi kromatofore, ki jim omogočajo, da se obarvajo različne barve, s čimer pridobi podobnosti z različnimi algami. Glavni pigment je klorofil, ki zagotavlja zeleno barvo bitja, pogosti pa so tudi primeri kombinacije z drugimi pigmenti.

Ker zunanji dejavniki lahko povzročijo, mnogi od njih so se razvili zaščitna funkcija– nastajanje sporov. Ko je bakterija uničena ali ustavljena življenjski cikel spore segajo preko lupine in se razpršijo po razpoložljivem prostoru. Proizvodnja spor je postala izjemno priročen mehanizem za večino bakterij, saj lahko spore zdržijo večina agresivni vplivi, vključno s temperaturnim šokom, pomanjkanjem tekočine ali hrane.

Jpg" alt="bakterijske spore" width="216" height="300">!}

Neverjetno je: število raziskanih vrst doseže več deset tisoč, kar je le majhen del mikroorganizmov, ki so obstajali na Zemlji. Določeno težavo pri proučevanju bakterij predstavlja dejstvo, da jih najdemo v skoraj vseh večceličnih organizmih, vključno z algami, kopenskimi rastlinami in živalmi.

Vloga bakterij in njihov razvoj v življenju planeta

Iskanje najstarejših, prvobitnih mikroorganizmov je zelo problematična naloga. Od številnih vrst bakterij v več milijonih letih ni ostalo skoraj nič in jih je treba preučevati na podlagi sodobni poglediživa bitja, kar bistveno oteži taksonomijo. Seveda nam kakovostna oprema in vodilni umi strokovnjakov omogočajo, da se veliko naučimo, a kljub temu včasih raziskave naletijo na neprebojen zid časa. Zato število proučevanih živih organizmov ne presega določene vrednosti: za taksonomijo ni dovolj podatkov.

Jpg" alt="Kolonije bakterij v petrijevki" width="300" height="274" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/04/klebsiella-bakterija-300x274..jpg 580w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

temperatura;
pritisk;
gibanje vetra;
drugi fizikalni in kemični procesi.

Kljub temu lahko znanstveniki iz posameznih starodavnih plasti ugotovijo številne vidike, povezane z določenimi organizmi. Če imamo določene podatke o bakterijah, algah in drugih strukturah, ki so se pojavile pozneje, je mogoče sklepati o najzgodnejših bitjih in dopolniti taksonomijo.

Zagotovo je znano, da so prvi organizmi potrebovali prehrano, zato so jedli organske snovi. V preteklih milijonih let se je spremenilo veliko število vrst mikroorganizmov, najbolj obstojni pa so kasneje postali osnova za nastanek bakterij. Nekateri od njih so uspeli skoraj nespremenjeni preživeti do danes. Ključna lastnost Tisto, kar je starodavnim mikroorganizmom zagotovilo tako visoko vitalnost, je njihova sposobnost, da absorbirajo hranila iz skoraj vseh snovi - zemlje, vode, zraka itd. Nadaljnja evolucija je prisilila bakterije v razvoj, zaradi česar so se pojavile bakterije, ki se hranijo s fermentacijo, razpadom in drugimi dejavniki.

Jpg" alt="Fermentacija" width="300" height="189" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/07/Bakterii-brozhenija-300x189..jpg 599w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

Najstarejši mikroorganizmi so nastali in se razvili v vodi, saj je bilo takšno okolje zanje najbolj udobno. To delno pojasnjuje raznolikost različnih alg: sprva so bile bakterije združene v podobne večcelične strukture. Ta trend je bil značilen za skoraj celotno predkambrijsko dobo. Postopoma so se najmanjši organizmi združili v večcelične organizme in sčasoma dosegli kopno, kar je določilo razvoj kopenske narave. Prav bakterijam se lahko svet zahvali za svoj razvoj in nenehno evolucijo, usmerjeno v prilagajanje novim razmeram v nenehno spreminjajočem se svetu.

Zaključek

Znanost gre nenehno naprej in nam omogoča preučevanje vedno več novih vrst organizmov. V preteklosti je bilo veliko mikroorganizmov in znanstveniki trdo delajo in najdejo vse več starodavnih dokazov o življenju določenih življenjskih oblik: ostanke katerega koli mikroorganizma, naj bo to alga ali kompleks večcelični organizem, imajo veliko vrednost.

Jpg" alt="Dekle gleda skozi mikroskop" width="300" height="200" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/06/opredelenie-bakterij-300x200..jpg 660w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px">!}

Vloga teh študij je precej velika: v določen trenutek znanost bo lahko prišla do najglobljih zgodovinskih in zemeljskih plasti, kar bo omogočilo več spoznanja o razvoju narave na planetu. Bakterije so najstarejši mikroorganizmi na planetu in lahko odkrijejo namige o izvoru življenja, tako odkritje bo za vsakega človeka izjemno pomembno.

22.08.11 Britanski in avstralski paleontologi so odkrili fosilizirane ostanke tega, kar je morda največ starodavne bakterije na Zemlji - njena starost je več kot 3,4 milijarde let in je 200 milijonov let starejša od prejšnje "rekorderske" bakterije, navaja članek, objavljen v reviji Nature Geosciences.

Skupina znanstvenikov pod vodstvom Davida Waceyja z Univerze Crawley v Avstraliji je odkrila ostanke mikroorganizma v usedlinah peščenjaka na območju, imenovanem Strelley Pool v državi Vzhodna Avstralija. Skale nastala tukaj v zelo ozkem "časovnem oknu" - pred 3,6-3,4 milijarde let, kar je omogočilo določitev starosti fosilne bakterije.

»Zdaj imamo vsaj prepričljive dokaze, da je življenje obstajalo že pred 3,4 milijarde let. Naše odkritje potrjuje, da so takrat obstajali mikroorganizmi, ki bi lahko živeli brez kisika,« je pojasnil eden od članov ekipe Martin Braiser iz Oxfordska univerza.

V tistih časih je bil zemeljski praocean gosta »juha« različnih organskih in anorganske spojine, atmosfera pa je bila sestavljena iz mešanice dušika, ogljikovega dioksida, vodikovega sulfida in drugih plinov. Primitivni živi organizmi so raje »jedli« kot ustvarjali organske snovi, ki jih je bilo že v izobilju. Po mnenju znanstvenikov so pred 3,5-2,5 milijarde let na Zemlji vladali precej bizarni mikroorganizmi - tako imenovane "ekstremofilne" bakterije, ki jih danes najdemo le v najbolj ekstremne razmere, na primer na ustju vulkana ali v vreli vodi.

Wacey in njegovi sodelavci so odkrili ostanke enega od teh mikroorganizmov, ki spada v razred kemobakterij – živih bitij, ki oksidirajo žveplove spojine za proizvodnjo energije.

»Danes so takšne bakterije precej pogoste. Najdemo jih v smrdljivih jarkih, v zemlji, v vročih gejzirjih ali blizu izvirov topla voda v oceanu – v bistvu na vsakem mestu, kjer je malo kisika in je nekaj organske snovi,« je pojasnil Brazier.

Avtorji dela so našli mikroskopske ostanke bakterij v majhnih porah v vzorcih peščenjaka, v katerih so pred tem našli majhne količine pirita, spojine žvepla in železa, končnega produkta življenjske aktivnosti večine žveplovih kemobakterij. Ostanke bakterij so med seboj povezali, obdali pa so jih majhni kristali pirita.

Znanstveniki so organski izvor odkritih ostankov kemobakterij preverjali s primerjavo vsebnosti težkega izotopa ogljik-13 v mikrofosilih in v njihovem okolju. Zmanjšana vsebnost »težkega« ogljika je potrdila njihovo organsko naravo.

"Zdaj primerjamo našo bakterijo z drugimi znanimi mikrofosili in cenimo možnosti, da najdemo druge, starejše mikroorganizme," je zaključil Brazier.

Bakterije so najstarejša skupina organizmov, ki trenutno obstajajo na Zemlji. Prve bakterije so se verjetno pojavile pred več kot 3,5 milijardami let in so bile skoraj milijardo let edina živa bitja na našem planetu. Ker so bili to prvi predstavniki žive narave, je imelo njihovo telo primitivno strukturo.

Sčasoma je njihova zgradba postala bolj zapletena, vendar do danes bakterije veljajo za najbolj primitivne enocelične organizme. Zanimivo je, da nekatere bakterije še vedno ohranjajo primitivne lastnosti svojih davnih prednikov. To opazimo pri bakterijah, ki živijo v vročih žveplovih vrelcih in anoksičnem blatu na dnu rezervoarjev.

Večina bakterij je brezbarvnih. Le redke so obarvane vijolično oz zelena. Toda kolonije mnogih bakterij imajo svetlo barvo, ki je posledica sproščanja barvne snovi v okolju ali celično pigmentacijo.

Odkritelj sveta bakterij je bil Antony Leeuwenhoek, nizozemski naravoslovec iz 17. stoletja, ki je prvi ustvaril popoln povečevalni mikroskop, ki predmete poveča 160-270-krat.

Bakterije uvrščamo med prokarionte in jih uvrščamo v posebno kraljestvo – Bakterije.

Oblika telesa

Bakterije so številni in raznoliki organizmi. Razlikujejo se po obliki.

Ime bakterije	Oblika bakterije	Slika bakterije
Cocci		V obliki krogle
Bacillus		V obliki palice
Vibrio		V obliki vejice
Spirillum		Spirala
Streptokoki		Veriga kokijev
Stafilokok		Skupki kokov
Diplokok		Dve okrogli bakteriji, zaprti v eni sluznični kapsuli

Načini prevoza

Med bakterijami obstajajo mobilne in nepremične oblike. Gibljivi deli se premikajo zaradi valovitih kontrakcij ali s pomočjo bičkov (zvitih spiralnih niti), ki so sestavljene iz posebne beljakovine, imenovane flagelin. Lahko je ena ali več flagel. V nekaterih bakterijah se nahajajo na enem koncu celice, v drugih - na dveh ali po celotni površini.

Toda gibanje je lastno tudi številnim drugim bakterijam, ki nimajo bičkov. Tako so bakterije, ki so zunaj prekrite s sluzjo, sposobne drsenja.

Nekatere vodne in talne bakterije brez bičkov imajo v citoplazmi plinske vakuole. V celici je lahko 40-60 vakuol. Vsak od njih je napolnjen s plinom (predvidoma dušikom). Z uravnavanjem količine plina v vakuolah se lahko vodne bakterije potopijo v vodni stolpec ali dvignejo na njegovo površino, talne bakterije pa se lahko gibljejo v talnih kapilarah.

Habitat

Zaradi enostavnosti organizacije in nezahtevnosti so bakterije zelo razširjene v naravi. Bakterije najdemo povsod: v kapljici celo najčistejše izvirske vode, v zrncih zemlje, v zraku, na skalah, v polarnem snegu, puščavskem pesku, na oceanskem dnu, v olju, pridobljenem iz velikih globin, in celo v voda toplih vrelcev s temperaturo okoli 80ºC. Živijo na rastlinah, sadju, različnih živalih in pri človeku v črevesju, ustni votlini, udih in na površini telesa.

Bakterije so najmanjša in najštevilčnejša živa bitja. Zaradi svoje majhnosti zlahka prodrejo v vse razpoke, razpoke ali pore. Zelo vzdržljiv in prilagojen različnim življenjskim razmeram. Prenesejo sušenje, ekstremen mraz in segrevanje do 90ºC, ne da bi izgubili sposobnost preživetja.

Na Zemlji tako rekoč ni mesta, kjer ne bi bilo bakterij, ampak v različne količine. Življenjski pogoji bakterij so različni. Nekateri od njih potrebujejo atmosferski kisik, drugi ga ne potrebujejo in lahko živijo v okolju brez kisika.

V zraku: bakterije se dvignejo v zgornjo atmosfero do 30 km. in več.

Še posebej veliko jih je v zemlji. 1 g zemlje lahko vsebuje na stotine milijonov bakterij.

V vodi: v površinskih plasteh vode v odprtih rezervoarjih. Koristne vodne bakterije mineralizirajo organske ostanke.

V živih organizmih: patogene bakterije pridejo v telo iz zunanjega okolja, vendar le pod ugodnimi pogoji povzročijo bolezni. Simbioti živijo v prebavnih organih, pomagajo razgraditi in absorbirati hrano ter sintetizirati vitamine.

Zunanja struktura

Bakterijska celica je prekrita s posebno gosto lupino - celično steno, ki opravlja zaščitne in podporne funkcije ter daje bakteriji trajno, značilno obliko. Celična stena bakterije je podobna steni rastlinske celice. Je prepusten: skozi njega hranila prosto prehajajo v celico, presnovni produkti pa izstopajo v okolje. Pogosto bakterije proizvedejo dodatno zaščitno plast sluzi na vrhu celične stene – kapsulo. Debelina kapsule je lahko večkrat večja od premera same celice, lahko pa je tudi zelo majhna. Kapsula ni bistveni del celice, temveč nastane glede na pogoje, v katerih se nahajajo bakterije. Ščiti bakterije pred izsušitvijo.

Na površini nekaterih bakterij so dolge flagele (ena, dve ali več) ali kratke tanke resice. Dolžina flagele je lahko večkrat večja od velikosti telesa bakterije. Bakterije se premikajo s pomočjo bičkov in resic.

Notranja struktura

Znotraj bakterijske celice je gosta, nepremična citoplazma. Ima plastno strukturo, ni vakuol, zato se v sami snovi citoplazme nahajajo različni proteini (encimi) in rezervna hranila. Bakterijske celice nimajo jedra. V osrednjem delu njihove celice je skoncentrirana snov, ki nosi dedno informacijo. Bakterije, - nukleinska kislina— DNK. Toda ta snov se ne oblikuje v jedro.

Notranja organizacija bakterijske celice je kompleksna in ima svojo posebne lastnosti. Citoplazma se loči od celične stene citoplazmatsko membrano. V citoplazmi je glavna snov ali matriks, ribosomi in majhno število membranskih struktur, ki opravljajo največ različne funkcije(analogi mitohondrijev, endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat). Citoplazma bakterijskih celic pogosto vsebuje zrnca različne oblike in velikosti. Granule so lahko sestavljene iz spojin, ki služijo kot vir energije in ogljika. V bakterijski celici se nahajajo tudi kapljice maščobe.

V osrednjem delu celice je lokalizirana jedrska snov - DNA, ki ni omejena z membrano od citoplazme. To je analog jedra - nukleoid. Nukleoid nima membrane, nukleola ali niza kromosomov.

Metode prehranjevanja

V bakterijah so različne načine prehrana. Med njimi so avtotrofi in heterotrofi. Avtotrofi so organizmi, ki so sposobni samostojno proizvajati organske snovi za svojo prehrano.

Rastline potrebujejo dušik, vendar ga same ne morejo absorbirati iz zraka. Nekatere bakterije združujejo molekule dušika v zraku z drugimi molekulami, kar ima za posledico snovi, ki so na voljo rastlinam.

Te bakterije se naselijo v celice mladih korenin, kar povzroči nastanek zadebelitev na koreninah, imenovanih vozliči. Takšni noduli se oblikujejo na koreninah rastlin iz družine stročnic in nekaterih drugih rastlin.

Korenine zagotavljajo ogljikove hidrate bakterijam, bakterije pa koreninam zagotavljajo snovi, ki vsebujejo dušik, ki jih rastlina lahko absorbira. Njuno sobivanje je obojestransko koristno.

Korenine rastlin izločajo veliko organske snovi(sladkorji, aminokisline in drugi), s katerimi se hranijo bakterije. Zato se še posebej veliko bakterij naseli v plasti zemlje, ki obdaja korenine. Te bakterije pretvarjajo odmrle rastlinske ostanke v rastlinam dostopne snovi. To plast prsti imenujemo rizosfera.

Obstaja več hipotez o prodiranju nodulnih bakterij v koreninsko tkivo:

s poškodbo povrhnjice in korteksnega tkiva;
skozi koreninske dlake;
samo skozi mlado celično membrano;
zahvaljujoč spremljevalnim bakterijam, ki proizvajajo pektinolitične encime;
zaradi stimulacije sinteze B-indolocetne kisline iz triptofana, ki je vedno prisoten v rastlinskih koreninskih izločkih.

Proces vnosa nodulnih bakterij v koreninsko tkivo je sestavljen iz dveh faz:

okužba koreninskih dlak;
proces nastajanja vozličev.

V večini primerov se invazivna celica aktivno razmnožuje, tvori tako imenovane infekcijske niti in se v obliki takšnih niti preseli v rastlinsko tkivo. Nodulne bakterije, ki izhajajo iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v tkivu gostitelja.

Napolnjena s hitro razmnožujočimi se celicami nodulnih bakterij rastlinske celice začnejo močno deliti. Povezava mladega vozliča s korenino rastline stročnic se izvaja zahvaljujoč vaskularno-vlaknastim snopom. V obdobju delovanja so vozlišča običajno gosta. Ko pride do optimalne aktivnosti, noduli pridobijo rožnato barvo (zahvaljujoč pigmentu leghemoglobina). Samo bakterije, ki vsebujejo leghemoglobin, so sposobne vezati dušik.

Nodulne bakterije ustvarijo na desetine in stotine kilogramov dušikovega gnojila na hektar zemlje.

Presnova

Bakterije se med seboj razlikujejo po metabolizmu. V nekaterih se to zgodi s sodelovanjem kisika, v drugih - brez njega.

Večina bakterij se hrani z že pripravljenimi organskimi snovmi. Le nekatere med njimi (modrozelene ali cianobakterije) so sposobne tvoriti organske snovi iz anorganskih. Igrali so se pomembno vlogo pri kopičenju kisika v zemeljski atmosferi.

Bakterije absorbirajo snovi od zunaj, raztrgajo njihove molekule na koščke, iz teh delov sestavijo svojo lupino in napolnijo njihovo vsebino (tako rastejo), nepotrebne molekule pa vržejo ven. Lupina in membrana bakterije omogočata samo absorbcijo potrebne snovi.

Če bi bila bakterijska lupina in membrana popolnoma neprepustna, nobena snov ne bi prišla v celico. Če bi bile prepustne za vse snovi, bi se vsebina celice pomešala z medijem – raztopino, v kateri živi bakterija. Za preživetje potrebujejo bakterije lupino, ki omogoča prehod potrebnih snovi, ne pa tudi nepotrebnih.

Bakterija absorbira hranila, ki se nahajajo blizu nje. Kaj se zgodi potem? Če se lahko premika samostojno (s premikanjem bička ali potiskanjem sluzi nazaj), se premika, dokler ne najde potrebnih snovi.

Če se ne more premakniti, potem počaka, da mu difuzija (sposobnost molekul ene snovi, da prodrejo v goščavo molekul druge snovi) prinese potrebne molekule.

Bakterije imajo skupaj z drugimi skupinami mikroorganizmov ogromno kemično delo. S pretvorbo različnih spojin dobijo energijo in hranila, potrebna za življenje. Presnovni procesi, načini pridobivanja energije in potrebe po materialih za gradnjo snovi njihovih teles so pri bakterijah raznoliki.

Druge bakterije zadovoljijo vse svoje potrebe po ogljiku, potrebnem za sintezo organskih snovi v telesu, na račun anorganskih spojin. Imenujejo se avtotrofi. Avtotrofne bakterije so sposobne sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Med njimi so:

Kemosinteza

Uporaba sevalne energije je najpomembnejši, a ne edini način za ustvarjanje organske snovi iz ogljikovega dioksida in vode. Znane so bakterije, ki kot vir energije za takšno sintezo uporabljajo energijo namesto sončne svetlobe. kemične vezi, ki se pojavljajo v celicah organizmov med oksidacijo nekaterih anorganskih spojin - vodikovega sulfida, žvepla, amoniaka, vodika, dušikova kislina, železove spojine železa in mangana. Organsko snov, ki nastane s pomočjo te kemične energije, uporabljajo za gradnjo celic svojega telesa. Zato se ta proces imenuje kemosinteza.

Najpomembnejša skupina kemosintetskih mikroorganizmov so nitrifikacijske bakterije. Te bakterije živijo v tleh in oksidirajo amoniak, ki nastane med razpadom organskih ostankov, v dušikovo kislino. Slednji reagira z mineralnimi spojinami v tleh in se spremeni v soli dušikove kisline. Ta proces poteka v dveh fazah.

Železove bakterije pretvorijo železovo železo v oksidno železo. Nastali železov hidroksid se usede in tvori tako imenovano barjansko železovo rudo.

Nekateri mikroorganizmi obstajajo zaradi oksidacije molekularni vodik, s čimer zagotavlja avtotrofno metodo prehranjevanja.

Značilna lastnost vodikovih bakterij je zmožnost prehoda na heterotrofni način življenja, če so na voljo organske spojine in odsotnost vodika.

Tako so kemoavtotrofi tipični avtotrofi, saj neodvisno sintetizirajo iz anorganske snovi potrebne organske spojine in jih ne jemljite že pripravljene iz drugih organizmov, kot so heterotrofi. Kemoavtotrofne bakterije se od fototrofnih rastlin razlikujejo po popolni neodvisnosti od svetlobe kot vira energije.

Bakterijska fotosinteza

Nekatere žveplove bakterije, ki vsebujejo pigment (vijolične, zelene), ki vsebujejo specifične pigmente - bakterioklorofile, lahko absorbirajo sončno energijo, s pomočjo katere se vodikov sulfid v njihovih telesih razgradi in sprosti atome vodika, da obnovi ustrezne spojine. Ta proces ima veliko skupnega s fotosintezo in se razlikuje le v tem, da je pri vijoličnih in zelenih bakterijah donor vodika vodikov sulfid (občasno - karboksilne kisline), za zelene rastline pa - vodo. Pri obeh se ločevanje in prenos vodika izvajata zaradi energije absorbiranih sončnih žarkov.

To bakterijsko fotosintezo, ki poteka brez sproščanja kisika, imenujemo fotoredukcija. Fotoredukcija ogljikovega dioksida je povezana s prenosom vodika ne iz vode, ampak iz vodikovega sulfida:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Biološki pomen kemosinteze in bakterijske fotosinteze na planetarni ravni je relativno majhen. Igrajo samo kemosintetske bakterije pomembno vlogo v procesu kroženja žvepla v naravi. Žveplo, ki ga zelene rastline absorbirajo v obliki soli žveplove kisline, se reducira in postane del beljakovinskih molekul. Nadalje, ko mrtve rastlinske in živalske ostanke uničijo gnilobne bakterije, se žveplo sprosti v obliki vodikovega sulfida, ki ga žveplove bakterije oksidirajo v prosto žveplo (ali žveplovo kislino), pri čemer se v tleh tvorijo sulfiti, ki so dostopni rastlinam. Kemo- in fotoavtotrofne bakterije so bistvene v ciklu dušika in žvepla.

Sporulacija

Spore nastanejo znotraj bakterijske celice. Med procesom sporulacije bakterijska celica je podvržen seriji biokemični procesi. Količina proste vode v njej se zmanjša in encimska aktivnost se zmanjša. To zagotavlja odpornost spor na neugodne razmere zunanje okolje ( visoka temperatura, visoka koncentracija soli, sušenje itd.). Sporulacija je značilna le za majhno skupino bakterij.

Spore so neobvezna stopnja v življenjskem ciklu bakterij. Sporulacija se začne šele s pomanjkanjem hranil ali kopičenjem presnovnih produktov. Bakterije v obliki spor lahko ostanejo v mirovanju dolgo časa. Bakterijske spore lahko prenesejo dolgotrajno vretje in zelo dolgo zamrzovanje. Ko nastopijo ugodni pogoji, tros vzklije in postane sposoben preživeti. Bakterijske spore so prilagoditev za preživetje v neugodnih razmerah.

Razmnoževanje

Bakterije se razmnožujejo z delitvijo ene celice na dve. Ko doseže določeno velikost, se bakterija razdeli na dve enaki bakteriji. Nato se vsak od njih začne hraniti, raste, deli itd.

Po podaljšanju celice postopoma nastane prečni septum, nato pa se hčerinske celice ločijo; Pri mnogih bakterijah celice pod določenimi pogoji po delitvi ostanejo povezane v značilne skupine. V tem primeru, odvisno od smeri delitvene ravnine in števila delitev, različne oblike. Razmnoževanje z brstenjem je pri bakterijah izjema.

Pod ugodnimi pogoji se delitev celic v mnogih bakterijah zgodi vsakih 20-30 minut. Pri tako hitrem razmnoževanju lahko potomci ene bakterije v 5 dneh tvorijo gmoto, ki lahko napolni vsa morja in oceane. Preprost izračun pokaže, da se lahko na dan oblikuje 72 generacij (720.000.000.000.000.000.000 celic). Če preračunamo v težo - 4720 ton. Vendar se to v naravi ne zgodi, saj večina bakterij hitro umre, ko so izpostavljene sončna svetloba, med sušenjem, pomanjkanjem hrane, segrevanjem na 65-100ºС, kot posledica boja med vrstami itd.

Bakterija (1), ko absorbira dovolj hrane, se poveča (2) in se začne pripravljati na razmnoževanje (delitev celic). Njegova DNK (pri bakteriji je molekula DNK sklenjena v obroč) se podvoji (bakterija proizvede kopijo te molekule). Obe molekuli DNA (3,4) se znajdeta pritrjeni na steno bakterije in se, ko se bakterija podaljša, odmakneta (5,6). Najprej se deli nukleotid, nato citoplazma.

Po razhodu dveh molekul DNK se na bakteriji pojavi zožitev, ki postopoma razdeli telo bakterije na dva dela, od katerih vsak vsebuje molekulo DNK (7).

Zgodi se (pri Bacillus subtilis), da se dve bakteriji zlepita in med njima nastane most (1,2).

Skakalec prenaša DNK iz ene bakterije v drugo (3). Ko so v eni bakteriji, se molekule DNK prepletajo, na nekaterih mestih zlepijo skupaj (4) in nato izmenjajo dele (5).

Vloga bakterij v naravi

Gyre

Bakterije so najpomembnejši člen v splošnem kroženju snovi v naravi. Rastline ustvarjajo kompleksne organske snovi iz ogljikovega dioksida, vode in mineralnih soli v tleh. Te snovi se vrnejo v zemljo z odmrlimi glivami, rastlinami in živalskimi trupli. Bakterije se razgradijo kompleksne snovi v preproste, ki ponovno uporabljajo rastline.

Bakterije uničujejo kompleksne organske snovi odmrlih rastlin in živalskih trupel, izločke živih organizmov in različne odpadke. S temi organskimi snovmi se prehranjujejo saprofitske gnilobe, ki jih spremenijo v humus. To so neke vrste redarji našega planeta. Tako bakterije aktivno sodelujejo v kroženju snovi v naravi.

Tvorba tal

Ker so bakterije razširjene skoraj povsod in jih najdemo v ogromno število, v veliki meri določajo različne procese, ki se dogajajo v naravi. Jeseni odpade listje dreves in grmovnic, odmrejo nadzemni poganjki trav, odpadejo stare veje, občasno tudi debla starih dreves. Vse to se postopoma spremeni v humus. V 1 cm3. Površinska plast gozdnih tal vsebuje na stotine milijonov saprofitskih talnih bakterij različnih vrst. Te bakterije pretvorijo humus v različne minerale, ki jih rastlinske korenine lahko absorbirajo iz zemlje.

Nekatere bakterije v tleh lahko absorbirajo dušik iz zraka in ga uporabljajo v vitalnih procesih. Te bakterije, ki vežejo dušik, živijo samostojno ali se naselijo v koreninah metuljnic. Ko prodrejo v korenine stročnic, te bakterije povzročijo rast koreninskih celic in nastanek gomoljev na njih.

Te bakterije proizvajajo dušikove spojine, ki jih uporabljajo rastline. Bakterije pridobivajo ogljikove hidrate in mineralne soli iz rastlin. Tako obstaja tesna povezava med metuljnico in gomoljnimi bakterijami, kar je koristno tako za en kot za drug organizem. Ta pojav imenujemo simbioza.

Zahvaljujoč simbiozi z nodulnimi bakterijami stročnice obogatijo tla z dušikom, kar pomaga povečati pridelek.

Razširjenost v naravi

Mikroorganizmi so vseprisotni. Edina izjema so kraterji aktivni vulkani in majhna mesta v epicentrih eksplozije atomske bombe. Niti enega nizke temperature Antarktika, niti vreli potoki gejzirjev, niti nasičene raztopine soli v solnih bazenih, niti močna insolacija gorski vrhovi, niti trdega sevanja jedrski reaktorji ne motijo obstoja in razvoja mikroflore. Vsa živa bitja so v nenehnem stiku z mikroorganizmi, pogosto pa niso le njihova skladišča, ampak tudi njihovi distributerji. Mikroorganizmi so domorodci našega planeta, ki aktivno raziskujejo najbolj neverjetne naravne substrate.

Mikroflora tal

Število bakterij v zemlji je izredno veliko – na stotine milijonov in milijard osebkov na gram. V prsti jih je veliko več kot v vodi in zraku. Skupna količina bakterije v tleh se spreminjajo. Število bakterij je odvisno od vrste tal, njihovega stanja in globine plasti.

Na površini delcev tal se mikroorganizmi nahajajo v majhnih mikrokolonijah (po 20-100 celic). Pogosto se razvijejo v debelini strdkov organske snovi, na živih in odmirajočih koreninah rastlin, v tanke kapilare v notranjosti pa kepe.

Mikroflora tal je zelo raznolika. Tu so različne fiziološke skupine bakterij: gnilobne bakterije, nitrifikacijske bakterije, dušikove fiksacijske bakterije, žveplove bakterije itd. Med njimi so aerobi in anaerobi, sporne in nesporne oblike. Mikroflora je eden od dejavnikov pri nastanku tal.

Območje razvoja mikroorganizmov v tleh je cona, ki meji na korenine živih rastlin. Imenuje se rizosfera, celota mikroorganizmov, ki jih vsebuje, pa rizosferska mikroflora.

Mikroflora rezervoarjev

voda - naravno okolje, kjer v velike količine se razvijejo mikroorganizmi. Večina jih pride v vodo iz tal. Dejavnik, ki določa število bakterij v vodi in prisotnost hranilnih snovi v njej. Najčistejša voda je iz arteških vodnjakov in izvirov. Odprti rezervoarji in reke so zelo bogati z bakterijami. Največje število bakterij se nahaja v površinskih plasteh vode, bližje obali. Ko se oddaljujete od obale in povečujete globino, se število bakterij zmanjšuje.

Čista voda vsebuje 100-200 bakterij na ml, onesnažena voda pa 100-300 tisoč ali več. V pridnenem blatu je veliko bakterij, predvsem v površinski plasti, kjer bakterije tvorijo film. Ta film vsebuje veliko žveplovih in železovih bakterij, ki vodikov sulfid oksidirajo v žveplovo kislino in s tem preprečijo pogin rib. V mulju je več trosnih oblik, v vodi pa prevladujejo nesporne.

Po vrstni sestavi je vodna mikroflora podobna mikroflori tal, vendar obstajajo tudi specifične oblike. Z uničevanjem različnih odpadkov, ki pridejo v vodo, mikroorganizmi postopoma izvajajo tako imenovano biološko čiščenje vode.

Mikroflora zraka

Mikroflora zraka je manjša od mikroflore zemlje in vode. Bakterije se s prahom dvignejo v zrak, tam lahko ostanejo nekaj časa, nato pa se usedejo na površje zemlje in umrejo zaradi pomanjkanja prehrane ali pod vplivom ultravijoličnih žarkov. Število mikroorganizmov v zraku je odvisno od geografsko območje, teren, letni čas, onesnaženost s prahom, itd. vsak prah je nosilec mikroorganizmov. Največ bakterij je v zraku zgoraj industrijska podjetja. Zrak na podeželju je čistejši. večina čisti zrak nad gozdovi, gorami, zasneženimi območji. Zgornje plasti zraka vsebujejo manj mikrobov. Mikroflora zraka vsebuje veliko pigmentiranih bakterij in bakterij s sporami, ki so bolj odporne na ultravijolične žarke kot druge.

Mikroflora človeškega telesa

Človeško telo, tudi popolnoma zdravo, je vedno nosilec mikroflore. Ko človeško telo pride v stik z zrakom in zemljo, se na oblačilih in koži naselijo različni mikroorganizmi, tudi patogeni (bacili tetanusa, plinska gangrena itd.). Izpostavljeni deli so najverjetneje kontaminirani. človeško telo. Najdejo ga na rokah coli, stafilokoki. V ustni votlini je več kot 100 vrst mikrobov. Usta so s svojo temperaturo, vlago in ostanki hranil odlično okolje za razvoj mikroorganizmov.

Želodec ima kislo reakcijo, zato večina mikroorganizmov v njem odmre. Začenši od tankega črevesa reakcija postane alkalna, tj. ugodno za mikrobe. Mikroflora debelega črevesa je zelo raznolika. Vsak odrasel človek dnevno izloči približno 18 milijard bakterij z iztrebki, tj. več posameznikov kot ljudi na svetu.

Notranji organi, ki niso povezani z zunanjim okoljem (možgani, srce, jetra, mehur itd.), so običajno brez mikrobov. Mikrobi vstopijo v te organe le med boleznijo.

Bakterije v kroženju snovi

Mikroorganizmi na splošno in še posebej bakterije igrajo veliko vlogo v biološko pomembnih ciklih snovi na Zemlji, saj izvajajo kemične transformacije, ki so popolnoma nedostopne ne rastlinam ne živalim. Organizmi izvajajo različne stopnje cikla elementov različne vrste. Obstoj vsake posamezne skupine organizmov je odvisen od kemična transformacija elementov, ki jih izvajajo druge skupine.

Kroženje dušika

Ciklična transformacija dušikovih spojin igra primarno vlogo pri oskrbi potrebne obrazce dušik različnih vrst prehranske potrebe organizmi biosfere. Več kot 90 % skupne fiksacije dušika je posledica presnovne aktivnosti nekaterih bakterij.

Ogljikov cikel

Biološka pretvorba organskega ogljika v ogljikov dioksid, ki ga spremlja zmanjšanje molekularnega kisika, zahteva skupno presnovno aktivnost različnih mikroorganizmov. Mnoge aerobne bakterije izvajajo popolno oksidacijo organskih snovi. V aerobnih pogojih se organske spojine najprej razgradijo s fermentacijo in organske spojine končnih izdelkov fermentacije dodatno oksidirajo kot posledica anaerobnega dihanja, če so prisotni anorganski akceptorji vodika (nitrat, sulfat ali CO 2).

Kroženje žvepla

Žveplo je živim organizmom dostopno predvsem v obliki topnih sulfatov ali reduciranih organskih žveplovih spojin.

Železni cikel

V nekaterih rezervoarjih z sveža voda Reducirane železove soli so vsebovane v visokih koncentracijah. Na takih mestih se razvije specifična bakterijska mikroflora – železobakterije, ki reducirajo železo. Sodelujejo pri nastajanju močvirja železove rude in vodni viri, bogata z železovimi solmi.

Bakterije so najstarejši organizmi, ki so se pojavili pred približno 3,5 milijarde let v arheju. Približno 2,5 milijarde let so prevladovali na Zemlji, tvorili biosfero in sodelovali pri nastajanju kisikove atmosfere.

Bakterije so eni najbolj preprosto zgrajenih živih organizmov (razen virusov). Menijo, da so prvi organizmi, ki so se pojavili na Zemlji.