Біологія. Повторне видання. 9 клас. Соболь

Чарівний прилад Левенгука поверхню дослідив води,

Щоб вивчила нова наука життя незнаного сліди.

М. Заболоцький

§ 52. Бактерії. Археї

Основні поняття й ключові терміни: БАКТЕРІЇ. АРХЕЇ.

Пригадайте! Що таке система органічного світу?

Поміркуйте!

Роль модельних об’єктів у біології важко переоцінити - на них тримається вся наука. Багато з цих біологічних об’єктів є загальновідомими - практично всі знають горох посівний, дрозофілу, жабу чи мишей. Однак є й такі, про які й зовсім не чули. Це кишкова паличка (Escherichia coli). До якої групи організмів вона належить?

ЗМІСТ

Які особливості, різноманітність та значення бактерій?

БАКТЕРІЇ (Bacteria) - група мікроскопічних, одноклітинних організмів, у яких немає ядра та мембранних органел. Уперше ці мікроскопічні організми побачив під мікроскопом А. ван Левенгук (1632 - 1723). З того часу й розпочався розвиток науки мікробіології.

Вихідними предками бактерій та усіх існуючих організмів були архебіонти - анаеробні гетеротрофні прокаріотичні організми, які виникли близько 3,5 - 3 млрд років тому.

Які ж найзагальніші особливості будови та життєдіяльності бактерій? Клітинна стінка містить полісахариди (муреїн), плазматична мембрана утворює внутрішньоклітинні впинання (фотомембрани, мезосоми), з органел у цитоплазмі є рибосоми, замість ядра - нуклеоїд, у багатьох - плазміди (маленькі кільцеві молекули ДНК). За формою клітин їх поділяють на групи: кулясті, паличкоподібні, звивисті (іл. 143). Для бактерій характерна надзвичайна різноманітність типів й способів живлення: фотоавтотрофне (ціанобактерії), хемоавтотрофне (залізо-, сіркобактерії), фото гетеротрофне (пурпурні несірчані бактерії), хемогетеротрофне (сапротрофні, симбіотрофні бактерії). Більшість прокаріотів є аеробами, але є й численна група анаеробів, які дістають енергію, необхідну для життя, завдяки процесам бродіння. Рухаються за допомогою слизу або джгутиків. Розмножуються нестатево - поділом клітини навпіл, іноді брунькуванням, дуже швидко (кожні 20 - 30 хв). У багатьох прокаріотів відбувається утворення спор для життя за несприятливих умов, деякі здатні до інцистування для захисту й поширення.

Іл. 143. Різноманітність бактерій за формою клітин: 1-5 - кулясті; 6, 7 - паличкоподібні; 8-10 - звивисті

На сучасному етапі відбувається переважно біохімічна еволюція бактерій: вони здатні опановувати нові адаптаційні зони, виробляючи нові ферменти для засвоєння нових поживних речовин.

Іл. 144. Різноманітність бактерій: 1 - бліда спірохета; 2 - колонія актиноміцетів; 3 - мікоплазма пневмонії; 4 - хелікобактер; 5 - спіруліна

Найбільш поширеною філогенетичною класифікацією є система, що ґрунтується на зіставленні послідовностей нуклеотидів у рРНК. У цій системі усі без’ядерні організми розділено на 26 філогенетичних гілок: 23 гілки представлено бактеріями, три - археями. Найвідомішими групами бактерій є: спірохети (наприклад, бліда спірохета - збудник сифілісу); актинобактерії (наприклад, стрептоміцети); мікоплазми (наприклад, мікоплазма пневмонії людини); протеобактерії (наприклад, кишкова паличка, сальмонела, холерний вібріон, чумна паличка, хелікобактер); ціанобактерії - група одноклітинних, колоніальних прокаріотів, які здатні до фотосинтезу з виділенням кисню та азотофіксації (наприклад, спіруліна, носток, анабена, мікроцистіс) (іл. 144).

РОЛЬ БАКТЕРІЙ У ПРИРОДІ ТА ЖИТТІ ЛЮДИНИ

У природі

• Мінералізація органічних решток (наприклад, сапротрофні бактерії - редуценти) • Санітарна роль на Землі (наприклад, бактерії гниття) • Роль у колообізі речовин (наприклад, залізобактерії, азотофіксуючі бактерії, нітрифікуючі бактерії, сіркобактерії та ін.) • Ґрунтоутворення (наприклад, бактерії гниття) • «Цвітіння» води (наприклад, ціанобактерії) • Азотофіксація (наприклад, ціанобактерії та деякі азотофіксуючі бактерії) • Утворення нафти та газу (наприклад, метанобактерії)

У житті людини

• Спричиняють хвороби (наприклад, туберкульоз, тиф, правець, холеру) • Виробляють антибіотики (наприклад, бактерії роду стрептоміцети) • Біометод боротьби з комахами-шкідниками • Підвищення врожайності рослин (наприклад, використання бактеріальних добрив - азотобактерину, фосфобактерину тощо) • У процесах бродіння (наприклад, для отримання молочних продуктів) • Як лабораторні об’єкти (наприклад, кишкова паличка) • Знешкодження забруднювачів (наприклад, актиноміцети)

Отже, життя на Землі неможливе без бактерій, оскільки з ними пов’язані хімічні перетворення, що не можуть здійснити ні археї, ні еукаріоти.

Яке наукове й практичне значення архей?

АРХЕЇ (від грец. археос - старий) - мікроскопічні одноклітинні без’ядерні організми, що відрізняються від бактерій та еукаріотів. Це найменш вивчена і, можливо, найдавніша група клітинних організмів (іл. 145). Ці організми відкрито у 1977 р. К. Воузом і Дж. Фоксом. На сьогодні описано близько 50 видів археїв із доволі незвичною формою клітин у вигляді квадрата, куба, паралелепіпеда. Але за формою клітин відрізнити їх від бактерій дуже складно. Основні особливості археїв пов’язані з хімічним складом і процесами життєдіяльності. Це відсутність у клітинній стінці пептидогліканів, наявність у геномі інтронів та унікальних нуклеотидних послідовностей у генах рРНК і тРНК. Окрім того, основою клітинної мембрани архей є мономолекулярний шар ліпідів, лише серед архей є види, здатні до утворення метану під час життєдіяльності, завдяки особливим білкам ДНК є стійкою до денатурації, у них не утворюються спори та ін. Археї розмножуються нестатево: поділом навпіл, фрагментацією та брунькуванням.

Іл. 145. Представники архей: 1 - нітрозопумілус, який має паличкоподібну форму; 2 - метанобревібактер Сміта - найпоширеніша метаногенна архебактерія кишечнику людини; 3 - сульфолобус, якого атакують бактеріофаги; 4 - галоквадратум, який може жити в дуже солоній воді

Багато архей поширені там, де життя інших організмів неможливе. Деякі живуть за дуже високих температур, часто вище від 100 °C, як ті, що їх знайшли в гейзерах і чорних курцях. Інших знайдено в дуже холодних середовищах або в надзвичайно солоній, кислій або лужній воді. Основна роль архей у природі пов’язана з їхньою участю в колообігу Нітрогену й Карбону. Багато симбіотичних видів архей знайдено в травних трактах жуйних тварин, термітів, людей, де вони розщепляють целюлозу. Археї не патогенні, і невідомо, щоб які-небудь з них спричиняли. Метаногенні археї використовують у виробництві біогазу, для очищення стічних вод. Ферменти архей зберігають свою активність і в умовах високої температури, що застосовують у біотехнології.

Отже, відкриття архей є важливою подією в біології, оскільки дають змогу зрозуміти еволюцію життя та існування біосфери на сучасному етапі її розвитку.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Робота з ілюстрацією

Визначте значення позначених елементів будови узагальненої клітини бактерій та заповніть таблицю в робочому зошиті.

Назва елементів будови	Значення
1. Джгутик
2. Рибосоми
3. Включення
4. Плазмалема
5. Клітинна стінка
6. Нуклеоїд
7. Мезосоми
8. Цитоплазма
9. Пілі, або фімбрії
10. Фотомембрани

Пошукове завдання

Зооглея (від грец. зоо - тварина і глейос - слиз) - слизисті утвори, що утворюються, здебільшого, завдяки співіснуванню бактерій з іншими організмами. До найбільш поширених культурних видів зооглеї належать молочний гриб та чайний гриб. Які ж організми беруть участь у формуванні цих видів зооглеї? Яке значення мають ці форми життя для людини?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Здоров’я. Бактеріальні інфекції

Знати відмінності вірусних і бактеріальних інфекцій необхідно у зв’язку з тим, що ці інфекції лікуються по-різному. Так, лікування бактеріальних інфекцій проводять за допомогою антибіотиків. Вірусні ж інфекції не підлягають лікуванню антибіотиками, оскільки вони не діють на них. Чим різняться симптоми бактеріальних та вірусних інфекцій? Обґрунтуйте значення таких заходів боротьби з бактеріальним інфекціями, як дезінфекція, пастеризація та стерилізація.

РЕЗУЛЬТАТ

1-6 балів. 1. Хто такі бактерії? 2. Наведіть приклади бактерій. 3. Назвіть найзагальніші ознаки бактерій. 4. Хто такі археї? 5. Наведіть приклади архей. 6. Назвіть декілька найзагальніших ознак архей. 7-9 балів. 7. Які особливості та різноманітність бактерій? 8. Яке значення бактерій? 9. Яке наукове й практичне значення архей? 10-12 балів. 10. Доведіть значення бактерій та архей для еволюції життя на Землі.