Біологія. 7 клас. Тагліна
§ 41. Прокаріоти. Особливості бактерій. Взаємовигідні відносини між бактеріями, рослинами та грибами
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
У туристичному поході вичерпалися запаси питної води. Тож туристи вирішили набрати чистої джерельної води, профільтрувати її, а потім уже споживати.
Чи буде вода природного джерела безпечною для споживання після фільтрування? Якщо ні, то запропонуйте спосіб зробити її біологічно безпечною для споживання.
Прокаріоти, їхні особливості
Прокаріоти — це одноклітинні організми, що не мають ядра (мал. 41.1). Їхня спадкова інформація розташована в певній зоні цитоплазми — нуклеоїді, тут розміщується кільцева молекула ДНК. Середні розміри клітин прокаріотів варіюють у межах 1-4 мкм, що в десятки разів менше за розміри клітин еукаріотів.
Мал. 41.1. Будова прокаріотичної клітини
До прокаріотів належать археї та бактерії (мал. 41.2). З діяльністю бактерій ви добре знайомі. Наприклад, скисання молока пов’язане з розмноженням і життєдіяльністю в ньому молочнокислих бактерій.
Мал. 41.2. Клітина людини (еукаріот), на поверхні якої розташовано багато дрібних кулястих бактерій (прокаріоти). Усі клітини безбарвні. Аби побачити їх під мікроскопом, вони пофарбовані спеціальними речовинами
Індивідуальна робота
Прочитайте фрагмент статті з енциклопедії «Britannica Kids» і дайте відповіді на запитання.
"Bacteria have no nucleus in their cells. Their cells are covered by a cell wall made of murein. They can be motile using one or several flagella to move. On the cell surface there are pili used to attach cells to various objects. Bacteria reproduce themselves very quickly by division in two. Bactеria exist in all places, including the soil, air, water or inside and on the surface of other organisms. There is probably no place on the Earth where bacteria do not live — they can be found in all conditions where life is possible!"
Про які особливості будови, розмноження та поширення бактерій ви дізналися? Випишіть із тексту слова, які стосуються будови клітин бактерій.
Різноманітність форм бактерій
«Усе геніальне — просте!» — цей вислів якнайкраще описує будову та форми бактерій. Більшість із них мають клітини кулястої форми — це коки; паличкоподібної — це бактерії (без спор) чи бацили (зі спорами); «сарделькоподібної» — це вібріони; спіральної — це спірили та спірохети (мал. 41.3). Трапляються й інші форми бактерій. Клітини бактерій можуть об’єднуватися в постійні або тимчасові групи, утворюючи колонії у вигляді ланцюжків, грон винограду, пластинок тощо.
Анімація «Прокаріоти»
rnk.com.ua/106895
Мал. 41.3. Форми клітин бактерій
Термофільний стрептокок — одна з молочнокислих бактерій
Кишкова паличка — поширений симбіонт товстої кишки тварин і людини
Золотистий стафілокок — збудник численних гнійних інфекцій людини
Як побачити та дослідити бактерії?
1. Заздалегідь відкрийте банку з консервованими огірками чи помідорами та залиште її відкритою на кілька діб за кімнатної температури. Зверху на розсолі з’явиться сіра плівка з оцтовокислих бактерій.
2. З маленького шматочка плівки приготуйте мазок на предметному склі в краплі розбавленого барвника — метиленового синього.
3. Розгляньте препарат за допомогою мікроскопа на максимальному збільшенні, яке доступне (найкраще використати об’єктив х90 та імерсійну олію).
4. Визначте форму оцтовокислих бактерій і замалюйте кілька клітин.
Способи живлення прокаріотів
Здається, що прокаріоти дуже просто влаштовані та мають невелике різноманіття форм. Проте за зовнішньою простотою криється величезне різноманіття способів живлення та процесів їхньої життєдіяльності.
Ціанобактерії, як і водорості та наземні рослини, здійснюють фотосинтез із виділенням кисню. Саме в них 2,8-2,6 млрд років тому вперше з’явився цей процес, що змінив усю біосферу. Ціанобактерії живуть повсюдно — від вод Світового океану до маленьких калюж і ґрунту (мал. 41.4).
Мал. 41.4. Анабена — нитчаста ціанобактерія, що здійснює фотосинтез із виділенням кисню
Багатьом бактеріям властиве кисневе дихання. Під час цього процесу вони окислюють органічні речовин за допомогою кисню й виділяють вуглекислий газ.
За умов відсутності кисню бактерії можуть здійснювати бродіння — процес безкисневого розщеплення органічних речовин для отримання енергії.
Широко відомим є молочнокисле бродіння за участю молочнокислих бактерій. Наприклад, термофільний стрептокок і болгарську паличку використовують для виготовлення йогуртів. Вони зброджують молочний цукор, що міститься в молоці, до молочної кислоти. Остання спричиняє скисання молока й утворення згустків.
Прокаріоти мають низку унікальних процесів життєдіяльності. Серед них є представники, які здійснюють хемосинтез, утворення метану, азотфіксацію — процеси, властиві лише прокаріотам.
Хемосинтез — процес, у якому енергію для утворення органічних речовин прокаріоти отримують від реакцій окиснення неорганічних речовин (сполук сірки, заліза та ін.)
Окремі групи прокаріотів можуть окислювати сполуки сірки, заліза, амоніак для отримання енергії. При цьому вони самостійно утворюють органічні речовини з вуглекислого газу та води. Такий процес називають хемосинтез. Прокаріоти, що здійснюють хемосинтез, отримують назви від того, які сполуки вони окислюють: сіркобактерії, залізобактерії, нітрифікувальні бактерії та інші (мал. 41.5, 41.6).
Мал. 41.5. Масове розмноження залізобактерій у воді біля залізорудних покладів
Мал. 41.6. Поклади сірки, які створили сіркобактерії
Який газ спалюють люди в газових плитах чи котлах? Це — метан, або природний газ. Він утворюється у великих кількостях, коли органічні рештки розкладаються без доступу кисню. Утворення метану відбувається на болотах, у мулі водойм, ґрунтах і навіть у рубці жуйних тварин. Цей процес здійснюють метаногенні археї (мал. 41.7). Метан також можна отримувати штучно в метантенках — пристроях, де органічні відходи тваринництва та рослинництва піддаються мікробному розкладанню з утворенням метану. Це екологічний і дешевий спосіб виробництва палива (мал. 41.8).
Мал. 41.7. Бульбашки природного газу (метану) на поверхні води болота
Мал. 41.8. Виробництво біогазу — суміші метану, водню та інших горючих газів — із відходів рослинництва та тваринництва
До складу білків, ДНК та інших ключових речовин живих організмів увіходить хімічний елемент — Нітроген. Основне джерело Нітрогену — це газ азот, який на 78 % складає повітря навколо нас. Проте еукаріоти — рослини, тварини, гриби й протисти — не здатні засвоювати азот атмосфери та перетворювати його на нітрогенумісні сполуки організму. Усі вони залежать від бактерій, які здійснюють процес азотфіксації — засвоєння та перетворення азоту атмосфери на нітрогенумісні сполуки, доступні для використання живими організмами. Ланцюжками живлення ці сполуки надходять до інших організмів і до нас із вами. Прикладами азотфіксаторів є азотобактер, бульбочкові бактерії та ціанобактерії.
Азотфіксація — засвоєння та перетворення азоту атмосфери на нітрогенумісні сполуки, доступні для використання живими організмами.
Індивідуальна робота
Проаналізуйте схему колообігу Карбону в природі. Зазначте процеси 1-3 та групи бактерій (із тексту параграфа), які можуть здійснювати вказані на схемі перетворення.
Взаємовигідні відносини між бактеріями, рослинами та грибами
Бактерії утворюють різноманітні симбіози з рослинами. У коренях бобових рослин живуть бульбочкові бактерії, які здійснюють азотфіксацію. Вони постачають рослинам доступні для них сполуки Нітрогену, а рослини натомість живлять бактерій вуглеводами — продуктами фотосинтезу. Тому такий симбіоз є взаємовигідним і дуже важливим для екосистем і сільського господарства.
У всіх тварин на шкірі, слизових оболонках та в кишці проживають мільярди бактерій. Кишкова паличка сприяє остаточному розщепленню та бродінню органічних речовин, утворює деякі вітаміни та амінокислоти, необхідні людині.
Із ціанобактеріями дуже вигідно створювати партнерські симбіози, адже вони здійснюють фотосинтез та азотфіксацію одночасно. Відомі симбіози ціанобактерій із грибами, які утворюють лишайники. Навіть рослини утворюють із ціанобактеріями симбіози заради доступних сполук азоту. Так, у представників голонасінних — Саговників — усередині коренів живуть ціанобактерії, які здійснюють азотфіксацію.
Довідка. В Україні широко використовують сівозміну з бобовими рослинами — люцерною, горохом, чиною та іншими бобовими. Після вирощування бобових рослин родючість ґрунтів значно підвищується.
Корінь сої з бульбочками, де живуть і фіксують азот бульбочкові бактерії
Запитання і завдання
1. Виконайте порівняння прокаріотів та еукаріотів, використавши діаграму Венна. Зробіть висновки про спільні та відмінні риси клітин цих груп організмів.
2. Створіть блок-схему екосистеми, яка складається лише з прокаріотів у ролі продуцентів, консументів і редуцентів (із зазначенням прикладів бактерій кожної групи з тексту параграфа).
3. За оптимальних умов кожні 30 хв кишкова паличка ділиться на дві дочірні клітини. За допомогою табличного процесора розрахуйте кількість бактерій, яка буде за 1, 2, 3 тощо години росту та побудуйте графік зміни цього показника впродовж 8 годин. Зробіть висновок про особливості розмноження бактерій.
4. Проведіть розрахунок вартості виготовлення йогурту з молока (2 л) та закваски за середньою ціною локальної мережі магазинів з / без цукру, фруктів тощо. Що вигідніше: приготувати йогурт самостійно з додатковими інгредієнтами на власний смак чи придбати таку саму кількість готового йогурту?
Опорні точки
Прокаріоти — це одноклітинні організми, які не мають ядра. Автотрофні бактерії, що здійснюють фотосинтез і хемосинтез, є виробниками органічної речовини — продуцентами — в екосистемах. Гетеротрофні бактерії, які здійснюють дихання та бродіння, в екосистемах є переважно редуцентами — організмами, які розщеплюють органічні речовини до неорганічних. Утворення кисневої атмосфери та озонового екрана — наслідок кисневого фотосинтезу, який здійснювали ціанобактерії.
