Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

§ 48. Прокаріотні організми: бактерії та археї

Терміни та поняття: плазміди, бактерії, археї, горизонтальне перенесення генетичної інформації, антибіотики.

Археї. До царства Археї (від грец. архейос — стародавній), відносять окреме царство одноклітинних прокаріотів. Клітини архей за своєю будовою не мають будь-яких суттєвих особливостей (іл. 48.1). Відмінності від бактерій були виявлені лише за детального вивчення біохімічного складу клітинної стінки та будови ДНК. Разюча відмінність архей від бактерій — це їх стійкість до факторів зовнішнього середовища, а також надзвичайно велика різноманітність способів живлення. Невипадково перші археї були знайдені в гарячих джерелах. Більшість архей отримують енергію завдяки хемосинтезу.

Серед архей — найбільше організмів-екстремофілів, здатних жити в неможливих, з точки зору здорового глузду, умовах і живитися неймовірно непридатними як для людини речовинами, наприклад, метаном. Невипадково археї займають екологічні ніші, які недоступні іншим організмам. Археї добре почуваються у вулканічних джерелах за температури +70 °С, кислому середовищі на рівні pH 2,0, під дією високого тиску або за постійно низької температури.

Організми царства Еубактерії. Це прокаріотні організми, у клітині яких відсутні органели, що побудовані з клітинної мембрани, а також і ядро. В їхніх клітинах, окрім власне генетичного апарату, міститься значна кількість специфічних спадкових структур плазмід (від грец. плазма — щось сформоване) — невеличких молекул ДНК, переважно замкнених у кільце. Еубактерії, зазвичай їх називають просто бактерії (від грец. бактеріон — паличка), — це одноклітинні та колоніальні істоти, причому число клітин у колонії може коливатися від двох до кількох десятків. Клітини дуже різні за формою.

Коки мають сферичну форму, бацили — паличкоподібну, спірохети — спіралеподібну. Паличкоподібні й спіралеподібні бактерії зазвичай мають джгутики, що складаються лише з однієї мікрофібрили (іл. 48.2).

Іл. 48.1. Колонія архей

Іл. 48.2. Різноманітні форми клітин бактерій

Бактерії — надзвичайно дрібні істоти, вони у тисячі разів менші, наприклад, за інфузорію-туфельку. Підраховано, що 1 см3 річкової води містить від 5 до 100 тис. бактеріальних клітин, грам ґрунту — 2-3 млрд, а один грам бактерій — це 600 млрд клітин.

Бактеріальна клітина оточена твердою міцною оболонкою, утвореною зі специфічної сполуки — муреїну, яка складається з амінокислот і дисахаридів (іл. 48.3). Клітинна стінка зовні оточена слизовою капсулою, яка надійно захищає тіло бактерії від зовнішніх впливів.

Бактерії розмножуються із шаленою швидкістю і лише нестатевим способом — в основному поперечним поділом клітини навпіл, хоча буває і брунькування. Інколи поділу клітини може передувати процес, який зараз прийнято називати горизонтальним переносом генетичної інформації.

Наближаючись упритул одна до одної, бактерії утворюють цитоплазматичний місток, по якому частина ДНК або якась плазміда однієї бактерії потрапляє до цитоплазми іншої. Це забезпечує рекомбінацію генетичного матеріалу.

За несприятливих умов існування бактерії починають спороутворення (іл. 48.4). На відміну від грибів і багатьох рослин, утворення спор у бактерій не є розмноженням, бо одна бактерія продукує лише одну-єдину спору. Вона формується навколо ядерної зони, захоплюючи при цьому невеличку частину цитоплазми. Оточує спору товста оболонка, що складається з кількох шарів. Завдяки цьому спора дуже стійка до висихання та несприятливої температури. Трапляються види бактерій, спори яких витримують глибоке заморожування — до -253 °С і нагрівання — до +120 °С.

Бактерії-симбіонти. У кишечнику тварин постійно живе кілька сотень видів специфічних бактерій. Як ці бактерії не можуть існувати поза межами кишечника, так і тварини не здатні жити без них. Ці бактерії-симбіонти утворюють мікрофлору тваринного організму і є вкрай необхідними для засвоєння їжі.

Іл. 48.3. Організація поверхневого та генетичного апаратів бактерії

Іл. 48.4. Спори всередині бактерій

Іл. 48.5. Колонія кишкової палички

Установлено, що мікрофлора людини важить близько 2,5 кг, причому в кишечнику міститься лише 1 кг бактерій-симбіонтів. За біологічним значенням цю сукупність бактерій можна навіть вважати окремим органом людини, який відіграє значну роль у перетравлюванні вуглеводів, синтезі вітамінів, стійкості організму до дії патогенних мікроорганізмів. Вважають, що лише в кишечнику людини живе від 300 до 1 000 видів бактерій. Однією з наймасовіших є бактерія кишкова паличка (іл. 48.5). Крім того, бактерії містяться і в інших органах: наприклад, ті, які живуть у шкірі людини, запобігають її ураженню патогенними мікроорганізмами.

Бактерії є симбіонтами не лише тварин, а й рослин. Виявляється, рослини виділяють доволі значну частинку створеної в процесі фотосинтезу органічної речовини на поверхню коренів. Це робиться спеціально для того, щоб збільшити у ґрунті чисельність бактерій, особливо тих, що фіксують Нітроген повітря, переводячи його у прості неорганічні сполуки.

Бактерії — друзі й водночас вороги людини. Традиційно бактерії вважають ворогами людини й у свідомості пересічного громадянина поняття «мікроб» невід'ємно пов'язане з брудними руками та хворобами.

Однак серед бактерій є і безліч друзів. Це не лише симбіонти-людини, без яких функціонування людського організму просто неможливе, а й бактерії, які використовують у промисловості. Без них є нереальним створення нових екологічно чистих виробництв, у яких ключове значення мають сучасні біотехнології.

Важливу роль бактерії відіграють у харчовій промисловості. Адже сир, вершкове масло, вино, пиво, оцет люди тисячоліттями отримували шляхом бродіння. Для кожного сорту сиру використовують певний набір мікроорганізмів.

Молочнокислі бактерії використовують не лише для виробництва йогуртів або сиру, а й для квашення капусти, помідорів, огірків. Завдяки саме цим мікроорганізмам утворюється силос — цінний соковитий корм для сільськогосподарських тварин, який отримують з подрібненої зеленої маси.

Важливим напрямом використання бактерій є очищення стічних вод, адже деякі види бактерій здатні розщеплювати мийні засоби, нафту й бензин, що містяться у воді, до найпростіших неорганічних сполук.

З іншого боку, бактерії — це споконвічні вороги людства. Так, безліч смертельно небезпечних хвороб — таких як ангіна, дизентерія, лепра (проказа), лептоспіроз, пневмонія, сифіліс, скарлатина, туберкульоз, чума, холера й багато інших — спричиняються бактеріями. Спалахи цих хвороб забирали життя тисяч, а за умови пандемій — мільйонів людей.

Найлютішою інфекційною бактеріальною хворобою за всю історію людства була чума. Переносниками чуми є гризуни, а ланкою, що пов'язує щурів чи ховрахів з людиною, є блоха, яка спочатку живе на хворій тварині, живлячись її кров'ю, а потім через укус заражає людину. За умови високої концентрації чумних бацил у повітрі заразитися можна й через дихальні шляхи. Чума залишила глибокий слід в історії людства. Відомі дві пандемії. Обидві стались у Середні віки: одна — у 551-580 рр. на Близькому Сході, коли померло близько 20 млн осіб; друга — ще сильніша, яка отримала назву «Чорна смерть», мала місце в Західній Європі. Вона лютувала лише чотири роки і забрала близько 34 млн людських життів — третину населення Європи того часу. Зараз чума не настільки небезпечне захворювання — якщо лікування почати своєчасно, то шанси на порятунок доволі значні.

Найнебезпечнішою бактеріальною інфекцією сучасності є туберкульоз. Збудником цієї хвороби є вид дуже дрібних бактерій, його часто називають «паличкою Коха» — за ім'ям німецького вченого Роберта Коха (1843-1910), який відкрив ці бактерії. Вони найчастіше вражають легені, але можуть вражати кістки, нирки, кишечник, нервову систему та інші органи. До XX ст. туберкульоз вважався невиліковною хворобою. З відкриттям антибіотиків із цією хворобою вдало навчилися боротися. Туберкульоз — хвороба, що має соціальну природу, і на нього частіше хворіють безпритульні та наркомани.

Антибіотики. У 1930-х роках люди навчилися виділяти з бактерій та пліснявих грибів речовини, що мають здатність вбивати або пригнічувати зростання хвороботворних бактерій. Ці речовини отримали назву антибіотики (від грец. анти — проти і біос — життя). їх дія полягає в порушенні цілісності мембрани клітин. Найперший масовий антибіотик — пеніцилін — був виділений із пліснявого гриба пеніцилуму. Він був не таким вже й сильним, більше того, виявився навіть токсичним, але під час Другої світової війни врятував мільйони життів. Завдяки антибіотикам удалося перемогти багато хвороб, які до їх відкриття вважали невиліковними.

Планетарне значення бактерій. Без прокаріотів і, зокрема, бактерій неможливим було б ні виникнення життя, ні його сучасне існування.

У цих істот є свої унікальні способи живлення, завдяки яким і стає можливим кругообіг речовин у природі.

Видатний мікробіолог Луї Пастер назвав бактерії «великими могильниками», які запускають колообіг речовин у природі, постачаючи рослинам карбон(ІV) оксид. Уявіть собі: якби деревина померлих дерев або листя не розкладалися, то рано чи пізно Карбон, що міститься в атмосфері у вигляді СO2, перетворився б на кам'яне вугілля, а життя на Землі припинилося б через неможливість фотосинтезу. Отже, якщо рослини є виробниками органічної речовини, тварини — її споживачами, то бактерії — руйнівниками.

Бактерії відіграють важливу роль у підтриманні родючості ґрунтів. Завдяки їхній діяльності з померлих тварин і рослин, що розклалися, утворюється гумус — найбільш родючий шар ґрунту. Саме тут накопичуються поживні речовини, утримуються вода та Оксиген, необхідний для дихання підземної частини рослин.

Завдяки бактеріям відбувається фіксація Нітрогену й Сульфуру. Спочатку гнильні бактерії руйнують органічну речовину, виділяючи аміак і сірководень, які згодом бактерії-хемосинтетики перетворюють на нітратну та сульфатну кислоти, солі яких вже засвоюються рослинами.

До прокаріотів належать два царства живих істот: Бактерії та Археї. У їхніх клітинах немає ядра та органел, до складу яких входять клітинні мембрани. Без прокаріотів неможливим було б виникнення життя і його сучасне існування.

1. Назвіть найбільш незвичайні риси будови й способу життя бактерій? 2. У чому полягають відмінності архей від бактерій? 3. Що ви знаєте про бактерії-симбіонти? 4. У чому полягає планетарне значення бактерій? 5. Які хвороби людини викликають бактерії та як найбільш ефективно їх лікувати?

• Які прокаріоти першими виникли на Землі: бактерії чи археї? Відповідь обґрунтуйте.