РІЗНОМАНІТНІСТЬ ТА ЗНАЧЕННЯ БАКТЕРІЙ У ПРИРОДІ

Мал. 35. Способи живлення та отримання енергії у бактерій

Більшість бактерій, подібно до тварин, живиться органічними речовинами, тобто є гетеротрофами. Гетеротрофні бактерії складають передовий загін великої армії маленьких прибиральників нашої планети. Споживаючи органічні речовини, бактерії частково переробляють їх в речовини власних клітин, а частково розкладають на неорганічні речовини, отримуючи при цьому енергію. Деякі бактерії розкладають органічні речовини в процесі дихання, використовуючи при цьому кисень. Проте багатьом бактеріям для отримання енергії кисень не потрібний: вони розкладають органічні речовини без його участі, зокрема, у процесі бродіння.

Бактерій, яким для отримання енергії необхідний кисень, дуже багато у грунтах та в поверхневих шарах води, особливо – забрудненої. Бактерії, які обходяться без кисню, у великій кількості населяють донні поклади водойм, особливо – застійних, їх також багато у травних системах різних тварин. Прикладом корисних для людини бактерій, які живуть за відсутності кисню, є біфідобактерїї, а небезпечних – збудник ботулізму. Кисень пригнічує також розвиток більшості інших хвороботворних бактерій.

Мап. 36. Одноклітинні (я) та багатоклітинні (б, в) ціанопрокиріоти; a – мікроскопічне колонія збудника “цвітіння” води мікроцистісу, б-apтpocпipa (спіруліна), що в об’єктом промислового вирощування; а – їстівна ціанопрокаріота носток

Значна кількість бактерій є автотрофами: вони синтезують органічні речовини з неорганічних – вуглекислого гаву і води. Деякі з таких бактерій, подібно до рослин, використовуючи енергію сонячного світла, здійснюють фотосинтез. При цьому зелені та пурпурні бактерії кисень не виділяють.

Яскравим прикладом автотрофних бактерій, що в процесі фотосинтезу виділяють кисень, є мікроскопічні організми, які навивають по-різному: ціанобактеріями, синьо-зеленим і водоростями, або ціанопрокаріотами. Ціанопрокаріоти можуть бути як одноклітинними, так і багатоклітинними (мал. 36).

Під електронним мікроскопом клітини ціанопрокаріот схожі на бактерії. Проте є й суттєва відмінність: в клітинах ціанопрокаріот знаходяться сплощені мембранні мішечки, у які вбудовані молекули хлорофілу (мал. 37). Вони роблять всю клітину ціанопрокаріот схожою на окрему органелу рослинної клітини – хлоропласт.

Ціанопрокаріоти можна знайти всюди, де є достатня для фотосинтезу кількість світла. Проте особливо різноманітні та численні вони у морях, прісних та надсолоних водоймах, гарячих джерелах, а також у грунтах спекотних та холодних пустель.

Внаслідок фотосинтезу, який здійснювали ціанопрокаріоти задовго до появи рослин, на Землі утворилася киснева атмосфера. У теперішній час планетарна роль ціанопрокаріот полягає у збагаченні грунту доступним для рослин Нітрогеном, який синьо-зелені водорості можуть засвоювати безпосередньо з атмосфери.

Мал. 37. Будова клітини ціанопрокаріот

Деякі бактерії здатні отримувати енергію у спосіб, недоступний для рослин або тварин. Для синтезу молекул АТФ вони використовують багаті на енергію неорганічні речовини – сірководень, водень, аміак, навіть деякі сполуки заліза.

Дивовижним прикладом таких бактерій є ті, що живуть на дні Світового океану при температурі до +800 °С та тиску до 800 атмосфер біля підводних гейзерів – так званих “чорних курців”. Перегріта вода, збагачена вуглекислим газом та сірководнем, для бактеріального населення “чорних курців” є джерелом їжі та енергії, а органічна речовина клітин самих бактерій – джерелом їжі та енергії для унікальних глибоководних червів, молюсків та риб. Бактерії, що розвиваються на дні Світового океану біля “чорних курців” представляють не численну, але дуже своєрідну групу найдавніших прокаріот нашої планети, яка отримала назву Архебактерій, або Архій.

Бактерії по-різному взаємодіють з іншими організмами. Більшість бактерій веде вільний спосіб існування. Чимало бактерій є паразитами – вони оселяються у тілі тварин, рослин або грибів, і, живлячись органічними речовинами хазяїна, спричинюють його захворювання або навіть загибель.

Паразитизм – взаємовідносини двох організмів, які вигідні одному (паразиту), проте шкідливі для іншого (хазяїна).

Симбіоз – співіснування двох різних організмів. Організми, що знаходяться в таких відносинах, називаються симбіонтами.

Мал. 36. Деякі приклади взаємовигідних симбіозів бактерій з іншими організмами

Проте з багатьма організмами бактерії здатні вступати у взаємовигідний симбіоз, при якому як бактерія, так і хазяїн, у тілі якого вона оселилась, отримують взаємну користь (мал. 38). Окрім симбіозу, який вигідний для обох організмів, існують відносини, корисні одному, але байдужі для іншого симбіонта. Ще один вид симбіозу – це відносини, які шкідливі одному, але байдужі для іншого.

Прикладами взаємовигідного симбіозу є взаємовідносини молочнокислих бактерій з людиною: людський організм надає бактеріям домівку та їжу, а бактерії допомагають людині у травленні та боротьбі з хвороботворними мікроорганізмами.

Приклад взаємовигідних симбіотичних відносин з рослинами демонструють бульбочкові бактерії: вони розвиваються у коренях бобових рослин – гороху, квасолі, люцерни, конюшини, і забезпечують рослину необхідними сполуками Нітрогену, виконуючи роль живих азотних добрив. Натомість від хазяїна вони отримують частину органічних речовин, які утворює рослина у процесі фотосинтезу (мал. 38, а).

Чайний гриб – це симбіоз оцтовокислих бактерій та грибів-дріжджів мал. 38, б).

Корова перетравлює рослинну їжу завдяки симбіотичним бактеріям, що мешкають в особливій частині її шлунка-рубці (мал. 38, в).

Черв олавіус, що мешкає у Середземному морі, взагалі не має травної системи – всі поживні речовини він отримує від симбіотичних автотрофних бактерій, що розвиваються в його тілі.

Бактерії представляють найдавнішу групу живих організмів нашої планети. Сучасні рослини, тварини та гриби є дуже далекими нащадками прадавніх бактерій. Перші рештки бактерій та сліди їхньої діяльності мають вік від 3,6 до 3,2 млрд років. Для порівняння: вік нашої планети за результатами аналізу метеоритного свинцю становить 4,6 млрд років; перші примітивні тварини з’явилися на ній майже 1,8-1,5 млрд років тому.

ВИСНОВКИ

1. Бактерії відіграють визначальну роль у процесах очищення планети від органічних решток та продуктів життєдіяльності живих істот.

2. Різноманітність способів живлення та шляхів отримання енергії, а також відносин з іншими організмами є головними причинами повсюдного поширення бактерій.

3. Ціанопрокаріоти є прокаріотичними організмами, які живляться як рослини – шляхом фотосинтезу. Вони мають хлорофіл, але не мають хлоропластів.

4. Завдяки ціанопрокаріотам на Землі виникла киснева атмосфера.

Б. Бактерії є найдавнішою групою живих організми нашої планети.

ТЕРМІНИ І ПОНЯТТЯ ЯКІ ПОТРІБНО ЗАСВОЇТИ

Гетеротрофи, автотрофи, бродіння, ціанопрокаріоти, паразитизм, симбіоз.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Як бактерії отримують енергію?

2. Ним паразитизм відрізняється від взаємовигідного симбіозу?

3. Які приклади взаємовигідного симбіозу бактерій з іншими організмами ви знаете?

4. Яка особливість будови тіла характерна для ціанопрокаріот, але не характерна для більшості бактерій?

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Бактерії – найвитриваліші організми нашої планети

(Відповіді на запитання школярів:

Чи є бактерії в космосі? Чи можна вбити бактерію радіацією?)

Найстійкішим до радіоактивного випромінювання організмом є бактерія Двінокок радіовитривалий. Він витримує опромінювання, що у 1000-3000 разів перевищує смертельну для людини дозу. Двінокок здатний виживати навіть у охолоджувальних системах атомних реакторів. Через високу радіовитривалість деякий час навіть існувала гіпотеза про “марсіанське походження” цієї бактерії. Проте дослідження ДНК засвідчили її суто земну природу.

Піродикцій безодневий мешкає на дні океану на глибині близько 3 км поблизу підводних гейзерів – “чорних курців”, які викидають воду, нагріту до 300-400 °С. Середовище, у якому мешкає піродикцій, можна порівняти з умовами на Венері, де середня температура становить близько +450 °С, тиск – близько 100 атмосфер, “повітря” складається з вуглекислого газу, просякнутого сірковмісними сполуками.

У 2009 р. бактерії (а також деякі мікроскопічні гриби) були виявлені у стратосфері, на висотах 20-41 км, де температура коливалась у межах від -50 до 0 °С, а тиск становив лише 0,003-0,06 від нормального. Проте ще раніш бактерії були виявлені радянськими вченими на більших висотах: 70 км та 84 км.

У 1967 р. на поверхню Місяця “прилунився” американський безпілотний апарат “Сервейор 3”. У 1969 р. біля нього сів посадочний модуль корабля “Алолон 12” з двома астронавтами на борту. Астронавти демонтували частину приладів “Сервейора”, запакували їх і повернули на Землю. В лабораторії на одному з приладів було виявлено кілька видів земних бактерій, які потрапили туди перед запуском “Сервейора 3”. Клітини цих бактерій втримали майже трирічне перебування поза межами Землі, будучи відділені від космічного простору лише клітинною мембраною та клітинною оболонкою, а один вид – тільки клітинною мембраною!