Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 32. Адаптації в прокаріотів

Поміркуйте

  • Чи існують фізіологічні процеси, які були б властиві лише прокаріотам, а в еукаріотів були б відсутні?

Згадайте

  • Прокаріоти
  • Спора
  • Бактерії
  • Антибіотик
  • Археї

Прокаріоти — власники найрізноманітніших адаптацій

Прокаріоти (бактерії й археї) — перші клітинні організми Землі. Протягом понад трьох мільярдів років свого існування вони пережили чимало катастроф і глибокі зміни довкілля. Завдяки цим випробуванням прокаріоти навчилися заселяти фактично всі куточки планети та сформували численні унікальні пристосування.

Особливо різноманітними є фізіологічні адаптації прокаріотів. Лише ці організми можуть здійснювати більшість типів бродіння, азотфіксацію, фотосинтез без виділення кисню, процеси утворення метану, анаеробне дихання на основі відновлення сполук Сульфуру, Феруму, Мангану, Хлору, Стибію, Арсену тощо.

Анабіоз, спороутворення та інцистування

Зважаючи на розмір типової бактеріальної клітини, її здатність накопичувати запаси поживних речовин є вкрай обмеженою. Якщо умови середовища різко погіршуються, бактерії просто немає звідки взяти ресурси для продовження існування. Тому найкращим виходом стає анабіоз — тимчасове призупинення життєдіяльності.

Бактерія може підготуватися до анабіозу заздалегідь, утворивши спори або цисти — спеціальні клітини з потовщеними стінками, зменшеним вмістом води і невеликим запасом поживних речовин (мал. 32.1).

Бактеріальна спора утворюється з частини цитоплазми активної бактеріальної клітини. Якщо оболонка спори формується в цитоплазмі клітини, таку спору називають ендоспорою (бактерії з родів Бацилюс і Клостридіум) (мал. 32.2). Якщо ж спорова оболонка утворюється з частини оболонки активної клітини, перед нами екзоспора (бактерії з родів Стрептоміцес і Нокардія).

Мал. 32.1. Утворення ендоспори (а), екзоспори (б) та цисти (в) у бактерій

Відомі випадки, коли спори бактерій зберігали життєздатність понад 1000 років! А 1995 року палеонтологи знайшли в бурштині спори, вік яких сягав 25-40 мільйонів років. Потрапивши у сприятливі умови, деякі з них проросли, і вчені одержали живі бактерії віком 40 мільйонів років!

Бактеріальна циста утворюється з цілої активної клітини, яка оточується додатковими шарами захисної оболонки, росте, накопичує поживні речовини тощо. Цисти відомі в ціанобактерій, міксобактерій, азотобактерій тощо. Процес утворення цист називається інцистуванням.

Мал. 32.2. Клітини бактерії роду Клостридіум з ендоспорами всередині (ендоспори помітні за здуттями на кінцях клітин)

Мал. 32.3. Золотистий стафілокок — бактерія, що набула стійкості до багатьох антибіотиків

Формування резистентності до антибіотиків

Протягом останніх 70 років бактеріальні інфекції лікують за допомогою антибіотиків. Під тиском природного добору хвороботворні бактерії утворили численні адаптації, спрямовані на виживання у присутності цих речовин. Одні з них навчилися розкладати молекулиантибіотиків, інші перебудували свій метаболізм так, що блоковані антибіотиками реакції стали неважливими. Ці властивості з'явилися в результаті випадкових мутацій (мал. 32.3).

Колосальна перевага, яку надали ці мутації, сприяла їх поширенню. Більш того, бактерії навчилися передавати гени стійкості до антибіотиків не лише своїм нащадкам, але й іншим клітинам свого або навіть іншого виду.

Стійкість, або резистентність, до антибіотиків сама по собі є серйозною проблемою сучасної медицини. Але додатково її посилює безсистемне застосування цих препаратів. Тому антибіотики слід приймати лише за призначенням лікаря.

Пристосування архей до екстремальних умов існування

Археї — стародавня група організмів. Багато з них досі пристосовані до умов, що були типові для Землі 2-3 мільярди років тому, а сьогодні трапляються достатньо рідко. Тому серед архей поширені так звані екстремофіли — види, адаптовані до екстремальних умов. Окремі археї здатні до життєдіяльності за температури 123 °С, переживають нагрів до +400 °С, витримують кислотність на рівні pH = 0,06, лужність до pH = 12, солоність до 32 % тощо. Завдяки таким адаптаціям архей можна зустріти в гарячих, насичених отруйними газами геотермальних джерелах, кислих шахтних водах, надсолоних водоймах, зокрема в Мертвому морі та інших подібних місцях (мал. 32.4).

Солоне озеро в Херсонській області

Сірчане озеро в Ефіопії

Мал. 32.4. Місця мешкання архей

Ключова ідея

Прокаріоти (бактерії й археї) мають численні фізіологічні адаптації. У несприятливих умовах вони утворюють спори або цисти, здатні роками існувати у стані анабіозу. А деякі види архей навіть в екстремальних умовах не припиняють свою життєдіяльність.

Запитання та завдання

1. Чому в цитоплазмі бактеріальних спор і цист зменшений вміст води? 2. З якої причини анаеробне дихання трапляється в прокаріотів частіше, ніж в еукаріотів? 3. Чому безсистемне застосування антибіотиків сприяє поширенню стійкості бактерій до цих речовин?