Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Задорожний - Нова програма

§ 8. Різноманіття прокаріотів. Бактерії та археї

Що таке бактерії? Як людина може використовувати бактерії? У чому різниця між автотрофами і гетеротрофами? Що таке мутуалізм, коменсалізм, паразитизм?

Бактерії та археї

Прокаріотів поділяють на дві великі групи — археї та бактерії (мал. 8.1). Археї вважаються безпосередніми предками еукаріотів. Це дуже давня група організмів, що мешкають часто в умовах екстремального тиску, кислотності, засоленості тощо. Такі умови були поширені на Землі 2-3 млрд років тому.

Поділ бактерій на великі систематичні групи дотепер є предметом наукової дискусії. Якщо об’єднання видів до груп ранга відділу не викликають особливих проблем, то загальноприйняте їх об’єднання на рівні царств або субдоменів відсутнє.

Найбільш поширеним з існуючих варіантів є поділ бактерій на три великі групи: давні бактерії, терробактерії та гідробактерії. Представниками давніх бактерій є водневі бактерії (отримують енергію за рахунок окиснення водню) та термотоги (бактерії, які живуть у гарячих джерелах). До терробактерій належать ціанобактерії та збудник туберкульозу, а до гідробактерій — спірохети, хламідії та збудники чуми, холери і сальмонельозу.

Мал. 8.1. Представники бактерій (а) та архей (б)

Систематика архей також є ще недостатньо розробленою. Але вчені виділяють серед них дві великі групи — протеоархеї та еуархеї. До групи протеоархей належать нещодавно відкриті (2015 року) локіархеї. Їх вважають групою, яка є предковою для еукаріотів.

Термін «локіархеї» виник завдяки тому, що ці організми були виявлені в зразках води, зібраних біля гідротермального джерела «Замок Локі», розташованого в Атлантичному океані. Виростити ці мікроорганізми в лабораторних умовах не вдалося. їх наявність була виявлена завдяки проведенню метагеномного аналізу, який визначає наявність генів різних організмів у досліджуваному зразку.

Характерні ознаки бактерій та архей

Ознака

Бактерії

Археї

Кількість клітин

Одноклітинні, колоніальні та (інколи) багатоклітинні

Тільки одноклітинні

Будова клітинної мембрани

Мембрана завжди двошарова, складається з фосфоліпідів

Мембрана може бути двошаровою або одношаровою, складається з етерів гліцеролу та терпенових сполук

Клітинна стінка

Складається з муреїну та специфічних білків, часто має додаткові шари

Складається із псевдомуреїну та специфічних білків

Особливості геному

Не містить гістонів

Містить гістоноподібні білки

Особливості джгутиків

Порожнисті білкові циліндри, ростуть кінчиком; обертання відбувається за рахунок використання протонного градієнту

Суцільні білкові нитки, ростуть основою; обертання відбувається за рахунок використання енергії АТФ

Поширення бактерій та архей

Бактерії трапляються в усіх середовищах існування: у воді, в ґрунті, в живих організмах. Вони можуть бути в повітрі, бо вони легко переносяться його потоками (особливо у вигляді спор). Бактерії живуть в усіх типах водойм — прісних і солоних, гарячих і холодних.

Архей спочатку виявили в зонах екстремального існування: дуже гарячих джерелах (наприклад, гейзерах), надто холодних умовах та у водоймах з дуже солоним, кислим та лужним середовищами. Але наступні дослідження виявили значну кількість архей, які живуть у нормальних умовах. Багато представників цих організмів є мешканцями травних трактів тварин (жуйних, термітів, людей тощо).

Мал. 8.2. Функції бактерій і архей в екосистемах

Роль бактерій та архей в екосистемах

Бактерії та археї є численними групами. Тому не дивно, що представники бактерій та архей займають різні екологічні ніші й виконують багато функцій в екосистемах (мал. 8.2).

Значення бактерій та архей для людини

Для людини велике значення мають як бактерії, так і археї. Різні представники цих груп можуть мати для людини як позитивне, так і негативне значення.

Значення бактерій для людини

Взаємодія з людиною

Приклад

Використовуються у виробництві харчових продуктів

Кисломолочні продукти, сири, хлібобулочні вироби тощо

Є основним виробником продукції в біотехнологічному виробництві

Бактерії, які виробляють ліки (наприклад, інсулін)

Є складовою частиною бактеріальних добрив

Азотфіксуючі бактерії, які суттєво підвищують урожайність багатьох рослин

Є мутуалістичними симбіонтами кишечника людини

Кишечна паличка

Можуть пошкоджувати внаслідок своєї життєдіяльності споруди або механізми

Залізобактерії, які поселяються у водопровідних трубах і можуть перешкоджати руху води

Є збудниками багатьох захворювань людини, а також важливих для неї тварин І рослин

Збудники холери, чуми, туберкульозу, бактеріального раку рослин

Значення архей для людини

Взаємодія з людиною

Приклад

Є частиною мікробіоти кишечника людини

Метаногенні археї товстого кишечника

Важливе джерело ферментів, які використовуються в наукових дослідженнях І промисловості

ДНК-полімераза архей, які живуть у гарячих джерелах, використовують для полімеразної ланцюгової реакції

Збагачення руд металів під час їх видобування

Архебактерій використовують для видобутку золота, міді й кобальту

Виробництво продуктів харчування за високих температур

Ферменти архей використовують у виробництві молока з низьким умістом лактози, яке відбувається за високої температури

Отже, тепер ви знаєте

1. На які групи поділяються прокаріоти? Чим вони різняться між собою? 2. Де живуть бактерії та археї? 3. Яку роль відіграють бактерії та археї в природних екосистемах? 4. Яке значення мають бактерії та археї для людини? 5*. Порівняйте між собою вірусів, бактерій та архей.

Запитання та завдання

6. Складіть список захворювань людини, збудниками яких є бактерії. 7*. На конкретних прикладах організмів, що належать до груп бактерій та архей, поясніть, що таке мутуалізм.