Біологія. Повторне видання. 9 клас. Остапченко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 49. Прокаріоти

Пригадайте особливості будови клітин прокаріотів. Що таке плазміди, муреїн? Що таке домен? Яка будова генів еукаріотів?

Прокаріоти - доядерні організми, тобто на відміну від еукаріотів ядро відсутнє на всіх етапах їхнього життєвого циклу. Вони включають два домени: Археї (колишня назва - Архебактерії) та Бактерії. До Бактерій належать власне бактерії, ціанобактерії (у ботаніці їх називають синьо-зелені водорості) та деякі інші групи прокаріотів (актиноміцети та мікоплазми).

Прокаріоти були першими організмами, які з’явилися на нашій планеті. Пригадаймо: прокаріоти не мають типових хромосом, характерних для еукаріотів: їхні молекули ДНК не взаємодіють з ядерними білками. ДНК прокаріотів насамперед зосереджена в ядерній зоні, крім того, у цитоплазмі їхніх клітин містяться плазміди (позахромосомні фактори спадковості).

Плазміди мають вигляд зазвичай кільцевих молекул ДНК розташованих поза ядерною зоною. Вони здатні до самоподвоєння і передаються у спадок дочірнім клітинам. У плазмідах можуть міститься гени, які надають клітинам додаткової стійкості до несприятливих впливів різних чинників навколишнього середовища (наприклад, певних антибіотиків).

Археї відрізняються від бактерій особливостями будови та процесів життєдіяльності. Їхні клітини мають мікроскопічні розміри, в середньому близько 1 мкм (мінімальні розміри - 0,4 мкм), а клітинна стінка не містить полімерної сполуки - муреїну. Форма клітин різноманітна, існують сферичні, паличкоподібні, спіральні, трикутні й прямокутні види (мал. 49.1). Багато видів мають джгутики.

Археїв часто виявляють в екстремальних умовах, у яких не існують інші живі істоти. Серед них є види, здатні існувати в гарячих джерелах за температури +45...+113 °С (такі види мають у своєму складі білки, стійкі до дії високих температур). Є також представники, що витримують тиск до 700 атмосфер, тривалі посушливі періоди тощо. Археї трапляються в різних середовищах: ґрунті, болотах, водах океанів, оселяються в інших організмах. Наприклад, певні види мешкають у товстому кишківнику людини і жуйних тварин, допомагаючи здійснювати процеси травлення. Серед археїв майже відсутні паразитичні види.

Мал. 49.1. Археї: 1 - рід Галобактерія; 2 - рід Сульфолобус; 3 - рід Галоквадратум; 4 - рід Метаносарцина (не для запам’ятовування)

Серед археїв є аероби та анаероби, автотрофні (хемотрофи та фототрофи) та гетеротрофні види. Деякі з археїв здатні фіксувати атмосферний азот. Розмножуються археї поділом навпіл, брунькуванням і фрагментацією. На відміну від бактерій, археї спор не утворюють.

До Бактерій належать різноманітні за особливостями будови клітин і процесів життєдіяльності види. Форма клітин бактерій різноманітна (мал. 49.2): куляста (коки), паличкоподібна (бацили), комоподібна (вібріони), у вигляді спірально закрученої палички (спірили), довгої та тонкої спірально закрученої клітини (спірохети) тощо. Коки, що зібрані попарно називають диплококами, по чотири - тетракоками, у вигляді грон - стафілококами, ниток - стрептококами тощо. Є й багатоклітинні види (серед ціанобактерій та актиноміцетів). Одні з бактерій нерухомі, інші здатні пересуватись за допомогою джгутиків чи виділяючи слиз.

У деяких прокаріотів (зелені сірчані та пурпурні бактерії, ціанобактерії) є свій особливий фотосинтетичний апарат. Так, у ціанобактерій завдяки вгинанням плазматичної мембрани виникають пласкі мішечки, які містять хлорофіл - тилакоїди (див. мал. 16.6, 6).

Мал. 49.2. Форма клітин бактерій: 1 - стрептококи; 2 - бацили; 3 - спірили; 4 - диплококи; 5 - вібріони; 6 - спірохети; 7 - тетракоки; 8 - стафілококи

Мал. 49.3. Форми розмноження та статевого процесу в бактерій: І - розмноження поділом клітини навпіл; II - схема процесу брунькування; III - послідовність процесу обміну спадковою інформацією за допомогою кон’югації

Особливості процесів життєдіяльності бактерій. Серед прокаріотів є як автотрофи, так і гетеротрофи (сапротрофи, паразити тощо). Серед автотрофів є як фототрофи (зелені, пурпурні бактерії, ціанобактерії), так і хемотрофи (нітрифікуючі, залізо- та сіркобактерії).

Пригадаймо: фотосинтез у бактерій може відбуватись як без виділення кисню, так і з виділенням. Перший варіант фотосинтезу притаманний бактеріям, у яких замість хлорофілу у клітині присутній інший фотосинтезуючий пігмент - бактеріохлорофіл (зелені та пурпурні бактерії). Інший варіант фотосинтезу здійснюють ціанобактерії з використанням хлорофілу, у них у процесі фотосинтезу кисень виділяється в атмосферу, як і у рослин.

Клітини прокаріотів розмножуються зазвичай нестатевим шляхом: поділом навпіл (мал. 49.3, І), рідше - брунькуванням (при цьому материнська клітина відбруньковує від себе дрібніші дочірні) (мал. 49.3, II).

Статевий процес прокаріотів може відбуватися у формі кон’югації (мал. 49.3, III). Між двома сусідніми клітинами утворюється тимчасовий зв’язок, завдяки якому відбувається обмін молекулами ДНК.

За настання несприятливих умов у деяких прокаріотів відбувається споро- або цистоутворення (мал. 49.4, 1). При спороутворенні найчастіше частина цитоплазми материнської клітини вкривається багатошаровою оболонкою, утворюючи спору. Такі спори завдяки низькому вмісту води дуже стійкі до дії високих температур, витримують значні дози іонізуючого опромінення, впливи різних хімічних сполук тощо.

Під час цистоутворення (мал. 49.4, 2) щільною оболонкою вкривається вся клітина. Цисти прокаріотів стійкі до дії радіації, висушування, але, на відміну від спор, не здатні витримувати дію високих температур.

Мал. 49.4. Схема утворення спори всередині клітини (1) та цисти (2) (додаткова оболонка оточує клітину ззовні): а - оболонка клітини; б - цитоплазма

Цікаво знати

У ґрунті, що прилип до коренів засушених рослин з одного гербарію у Великій Британії, було виявлено життєздатні спори, вік яких перевищував 300 років. Учені припускають, що в деяких випадках спори бактерій здатні зберігати життєздатність і до 1000 років.

Деякі ціанобактерії, подібно до азотфіксуючих бактерій, здатні фіксувати атмосферний азот.

Серед бактерій є багато хвороботворних видів. Проникаючи у різні органи організму хазяїна вони здатні там швидко розмножуватись, при цьому шкідливі продукти життєдіяльності бактерій його отруюють, спричиняючи такі захворювання, як дифтерія, туберкульоз, ангіна, холера, дизентерія, тиф, скарлатина та багато інших. У тварин бактерії спричиняють сибірку, бруцельоз тощо. Бактерії здатні спричиняти різноманітні захворювання рослин: на вражених органах рослин можуть виникати плями, пухлини тощо, вони можуть гнити та відмирати.

Ключові терміни та поняття: прокаріоти, археї, плазміди.

Перевірте здобуті знання

1. Чим клітини прокаріотів за будовою відрізняються від клітин еукаріотів? 2. Які характерні риси археїв? 3. Чим бактерії відрізняються від археїв? 4. Як розмножуються прокаріоти? 5. Яке біологічне значення процесів спорота цистоутворення у прокаріотів?

Поміркуйте. Учені вважають, що спірохетоподібні бактерії могли слугувати «предками» певних органел клітин еукаріотів (подібно до того, як деяких аеробних бактерій вважають предками мітохондрій, а ціанобактерій - хлоропластів). На вашу думку, що це за органели?