Роль бактерий в природе

Бактерии окружают нас повсюду, более того, они живут внутри человеческого организма, причем в огромном количестве. Из-за маленьких размеров их невозможно увидеть невооруженным глазом, тем не менее они могут приносить как ощутимый вред, так и пользу. Вообще же роль бактерий в природе огромна.

Классификация живых существ

На протяжении длительного времени не существовало вообще никакой стройной системы, различающей организмы. Однако знаменитый Карл Линней положил основу современной биноминальной классификации, выделив 3 главных, по его мнению, группы: животные, растения и минералы. Он же и предложил термин "царство".

В дальнейшем, по мере развития технологий и получения новых знаний, классификация совершенствовалась, были выделены прокариоты и эукариоты, главным отличием которых друг от друга являлось отсутствие и наличие в клетках ядра. Сегодня выделяют 8 царств, имеющих значительные различия: вирусы, археи, протисты, хромисты, растения, грибы, животные и бактерии. Что касается последних, все мы знаем об их существовании и постоянно с ними сталкиваемся, хоть и не видим. Может показаться даже странным, что они были выделены в отдельное царство природы.

Бактерии

Эти простейшие представители живой природы на протяжении длительного времени "скрывались" от людских глаз. Тем не менее результаты их деятельности были очевидны уже в древности: скисшее молоко, гниение опавших листьев, сбраживание сахара и многое другое. Так что значение бактерий в природе, даже задолго до их непосредственного открытия, сложно переоценить.

Эта группа организмов является одной из самых древних на планете – они существуют более 3,5 миллиардов лет, и примерно треть этого срока они были единственными живыми существами на Земле. Несмотря на то что эволюция так или иначе затронула и их, строение бактерий остается довольно примитивным, ведь у них даже нет ядра. А тех представителей этого царства, что способны выжить в самых экстремальных условиях, и вовсе можно отнести к простейшим. При этом они являются и самой многочисленной группой организмов из всех существующих на Земле.

Открытие и изучение

Достаточно долгое время ученые даже не подозревали о существовании организмов, которые были им не видны. Разумеется, первооткрывателем бактерий в XVII веке стал человек, который изобрел микроскоп – уроженец Голландии Антоний ван Левенгук. Его приборы давали увеличение до 160 раз, так что ученый заметил в каплях воды, тине, зубном налете и многих других средах странных существ – он назвал их анималькулями. В ходе исследований ему попадались как разные, так и похожие организмы, и он тщательно зарисовывал их. Так были заложены основы микробиологии. Само же название "бактерии" было предложено Христианом Эренбергом в 1828 году.

О связи этих организмов с различными заболеваниями впервые в конце XVIII века заявил военный врач Д. С. Самойлович. С помощью микроскопа он пытался найти возбудителя чумы, с которой ему пришлось столкнуться во время эпидемии в Москве. Несмотря на то что ему это не удалось, он доказал, что заражение происходит лишь при непосредственном контакте с больным или его вещами. Тогда же и была предложена идея прививок посредством ослабленных или убитых микроорганизмов. Позднее она была реализована в Англии, когда врач Эдуард Дженнер заметил невосприимчивость пациентов к натуральной оспе после коровьей в анамнезе.

Далее в течение нескольких десятилетий микробиология занималась в основном сбором и систематизацией информации, выявляла роль бактерий в природе и различных жизненных процессах. Далее произошло разграничение их с вирусами из-за серьезных различий в строении. Но положительное значение бактерий в жизни природы было оценено далеко не сразу.

Особенности

В связи с необходимостью адаптации для выживания в самых разных условиях бактериям приходится не только обладать способностью к быстрому размножению, но и отличаться некоторым разнообразием, о котором речь пойдет чуть позже.

Все организмы, относящиеся к этому царству, разумеется, имеют общие черты. Например, все они являются прокариотами, то есть не имеют отдельного ядра и некоторых других клеточных органелл. Между тем, по размеру они, как правило, более крупные, чем эукариоты, и достигают примерно 0,005 миллиметров. Самая большая известная науке бактерия не превышает 0,75 мм в поперечнике, при этом ее даже можно рассмотреть невооруженным глазом.

Прежде всего представители этого царства имеют клеточную стенку, придающую клетке форму, а также специальную слизистую капсулу, предохраняющую организм от высыхания и способствующую его скользящему движению. Иногда толщина этого слоя может быть больше, чем у остальной части бактерии. Цитоплазма, по сравнению с клетками других микроорганизмов, более густая и структурированная. Все питательные вещества располагаются прямо в ней, поскольку вакуоли отсутствуют. Еще один орган, помогающий клетке двигаться, может быть представлен ворсинками на ее поверхности. Но они могут и отсутствовать.

Разновидности

Бактерии живой природы различаются в первую очередь по форме клетки, поэтому их и разделяют на группы в соответствии с тем, как они выглядят. Основные виды называются так:

• кокки;
• бациллы;
• вибрионы;
• спирохеты;
• спириллы;
• стрептококки;
• стафилококки.

Кроме того, существует разграничение по виду условий, подходящих для жизнедеятельности. Приведем пример. Те организмы, которые могут существовать в условиях отсутствия кислорода, называются анаэробными. Кроме того, микробиологи различают грамотрицательные и грамположительные бактерии. Здесь речь идет лишь о реакции на специальный краситель, которая зависит от строения клеточной мембраны. Грамотрицательные бактерии имеют более толстую защитную оболочку.

Распространение

Они живут повсюду, поэтому и вынуждены принимать столь изменчивые формы. Жерла вулканов и ледяные пустыни, морские глубины и горные местности, бедные кислородом – везде можно обнаружить бактерий. Это возможно лишь благодаря их потрясающей живучести и быстрому размножению: простое деление может происходить примерно каждые 20 минут.

Кстати, в условиях, которые совершенно не подходят для продолжения жизни, бактерии живой природы могут образовывать так называемые споры, то есть перейти в форму, подходящую для переноса ветром или водой. Когда окружающая среда вновь становится достаточно благоприятной, микроорганизмы опять принимают вегетативную форму и дают начало новой колонии. Так сохраняется и продолжается распространение бактерий в природе.

Значение и роль

Важность того, что делают эти крошечные организмы, сложно переоценить. Роль бактерий в природе поистине огромна. Прежде всего, именно им мы обязаны существованием сложных форм жизни в их нынешнем виде. Ведь сине-зеленые водоросли, как часто называют цианобактерии, фактически создали атмосферу и поддерживают уровень кислорода на необходимом уровне. До сих пор эти микроорганизмы, обитающие в толще мирового океана, генерируют более половины О₂.

Пожалуй, второе по важности значение бактерий в природе – это их участие в утилизации органики. Без этого также сложно представить современный мир. Существует целый класс организмов-сапрофитов (куда входят и бактерии). Они непосредственно участвуют в круговороте веществ в природе, разлагая остатки органических тканей до минеральных веществ, необходимых для питания растений. Так что эти "крошки" являются неотъемлемой частью любой экосистемы.

Еще одна важная роль бактерий в природе заключается в преобразовании одних веществ в другие, хоть это не всегда желательно. Дрожжи позволяют получать тесто и алкоголь, а молочнокислые бактерии – кефир, творог, простоквашу и другие подобные продукты. Но и то еще не все. Вспомните о бактериях, составляющих микрофлору кишечника у млекопитающих. Именно они позволяют пищеварительной системе столь эффективно усваивать полезные вещества, поступающие в организм вместе с пищей.

Защита

Однако роль бактерий в природе одними позитивными моментами не ограничивается. Так, есть патогены, которые вызывают тяжелые заболевания, поэтому зачастую появляется необходимость в избавлении от нежеланных "гостей". Для этого существует не только элементарная гигиена, то есть мытье рук и тела с мылом, но и дезинфекция, а также стерилизация различных предметов и поверхностей. Меры по защите от бактерий могут включать кипячение и длительное воздействие горячим паром, обработку растворами спирта или соединениями хлора, а также ультрафиолетом. Если все сделано правильно, большая часть болезнетворных клеток погибает.

Что же касается продуктов питания, они также подвергаются различным способам обработки: пастеризации, консервации, кипячению, жарке, тушению, запеканию и т. д. Это позволяет продлить срок их хранения и сделать безопасными для употребления в пищу. Но всесторонняя защита от бактерий может иметь и обратную сторону: вследствие отсутствия необходимости всегда быть наготове иммунная система может ослабнуть. Так что слишком уж усердствовать в войне против бактерий не стоит.

Бактерии в природе

Данные живые организмы одними из первых появились на нашей планете. Распространены они повсеместно. Бактерии обитают на дне водоёмов, в почве, могут выдерживать как низкие, так и высокие температуры.

Значение этих организмов в природе неоспоримо. Именно бактерии обеспечивают круговорот веществ в природе, который является основополагающим жизни на Земле. Органические соединения под их воздействием изменяются и распадаются на неорганические вещества.

Почвообразовательные процессы обеспечивают почвенные микроорганизмы. Остатки растений и животных распадаются и преобразуются на гумус и перегной только благодаря бактериям.

В водной среде представителей данного царства используют для очищения водоёмов, а также сточных вод. Благодаря своей жизнедеятельности бактерии из опасных органических веществ делают безопасные неорганические.

Рис. 1. Роль бактерий в природе.

Болезнетворные микроорганизмы

Однако есть бактерии, которые приносят вред другим живым организмам. Болезнетворные микроорганизмы могут вызывать заболевания у растений, животных и человека. Например:

• Сальмонелла вызывает брюшной тиф;
• Шигелла – дизентерию;
• Клостридиум – столбняк и гангрену;
• Туберкулёзная палочка – туберкулёз
• Стафилококки и стрептококки – гноение и т.д.

Пути передачи могут быть разнообразны:

• при чихании, разговоре, кашле от больного человека;
• при физическом контакте;
• при помощи переносчиков (насекомых, грызунов);
• через проникновение в раны.

Многие болезни заканчиваются летальным исходом, из-за своей способности приспосабливаться к лекарствам, бактерии не так просто уничтожить. Современная наука активно борется с болезнетворными микроорганизмами, выпуская новые лекарственные препараты.

Рис. 2. Болезнетворные микрорганизмы.

Изучение физиологии бактерий основал Луи Пастер ещё в 1850-х годах. Его исследования продолжили М. В. Бейеринк и С. Н. Виноградский, которые исследовали значение микроорганизмов в природе.

Использование бактерий

Человечество научилось использовать бактерии себе во благо, например:

• при производстве лекарственных средств;

Существуют специальные виды бактерий, которые способны вырабатывать сильнейшие антибиотики, такие как тетрациклин и стрептомицин. Своим воздействием они убивают многие болезнетворные микроорганизмы.

• приготовление новых продуктов питания;
• выпуск органических веществ;
• получение кисломолочной продукции (йогурты, закваски, кефиры, ряженки);
• изготовление различных сортов сыров;
• виноделие;
• маринование и закваска овощей.

Рис. 3. Использование бактерий человеком.

Что мы узнали?

В природе и жизни человека бактерии имеют большое значение. Без этих микроорганизмов не мог бы происходить круговорот веществ в окружающей среде. И хотя многие из них могут приносить вред жизни и здоровью, использование бактерий человеком позволило бороться со многими болезнями и изготавливать массу новых продуктов питания.

Бактерии распространены повсеместно: в воздухе, в воде, в почве, в живых организмах. Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды которых достигает 90 градусов, в нефтеносных пластах, то есть они способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще.

Благодаря жизнедеятельности почвенных бактерий совместно с другими организмами – растениями, грибами – обеспечивается плодородие почвы. В 1 грамме чернозема содержится около 10 миллиардов бактерий. Они разлагают органические вещества, оставшиеся от мертвых животных и растений, которые поступают в грунт. Благодаря этому, образуются неорганические вещества, которые позднее могут употреблять другие организмы, в том числе растения, а также выделяется углекислый газ, необходимый растениям для фотосинтеза. Большое количество перегноя образуется бактериями при удобрении почвы навозом, при культивировании многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени подвергают превращению перегноя в минеральные вещества для питания растений, в том числе культурных.

С целью обеспечить лучшие условия для жизнедеятельности полезных почвенных бактерий в сельском хозяйстве проводят обработку и удобрение почвы. Благодаря рыхлению верхнего слоя почвы, сохраняется влага, и происходит обогащение почвы воздухом, что необходимо как для жизни культурных растений, так и для почвенных бактерий. Также и внесение навоза питает не только культурные растения, но и бактерии.

Цианобактерии и некоторые бактерии почвы способны усваивать азот воздуха и преобразовывать его в доступную для употребления растениями форму. Клубеньковые бактерии являются одной из таких групп бактерий. Они поселяются на корнях бобовых и некоторых других растений (облепихи, шелковицы). Клубеньковые бактерии способны усваивать азот из воздуха и продуцировать органические азотсодержащие вещества, обогащая ими почву.

Усваивая органические вещества, бактерии обеспечивают очищение водоемов. Но также они могут провоцировать обратный процесс – «цветение воды». Цианобактерии, зеленые и пурпурные серные бактерии вместе с растениями формируют запасы органических веществ в природе, образуя их из неорганических соединений. А цианобактерии еще и выделяют в атмосферу свободный кислород, которым дышат все живые существа. Образование залежей природного газа и нефти также происходило с участием определенных видов бактерий.

Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так как они участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, не доступные ни животным, ни растениям.