І в курсі шкільної програми, і в рамках спеціалізованої університетської освіти обов 'язково розглядають приклади з царства бактерій. Ця найдавніша форма життя на нашій планеті з 'явилася раніше, ніж будь-які інші, відомі людині. Вперше, як оцінюють вчені, бактерії сформувалися близько трьох з половиною мільярдів років тому, і близько мільярда років на планеті не існувало інших форм життя. Приклади бактерій, наших ворогів і друзів, обов 'язково розглядаються в рамках будь-якої освітньої програми, адже саме ці мікроскопічні форми життя роблять можливими процеси, характерні нашому світу.
Особливості поширеності
Де в живому світі можна зустріти приклади бактерій? Та практично скрізь! Вони є і в джерельній воді, і в пустельних дюнах, і елементах ґрунту, повітря і скелястих порід. В антарктичних льодах, наприклад, бактерії живуть при морозі -83 градуси, але не заважає їм і висока температура - виявлені форми життя в джерелах, де рідина прогріта до + 90. Про щільність населення мікроскопічного світу говорить той факт, що, наприклад, бактерії в грамі ґрунту - це незліченні сотні мільйонів.
Бактерії можуть жити на будь-якій іншій формі життя - на рослині, тварині. Багато хто знає словосполучення "мікрофлора кишечника", а по телевізору постійно рекламують продукти, які її покращують. Фактично вона, наприклад, бактеріями якраз і сформована, тобто в нормі в людському організмі теж живе незліченно багато мікроскопічних форм життя. Вони є і на нашій шкірі, в роті - словом, де завгодно. Деякі з них дійсно шкідливі і навіть небезпечні для життя, тому так широко поширені антибактеріальні засоби, а от без інших вижити було б просто неможливо - наші види співіснують в симбіозі.
Умови проживання
Який не наведи приклад бактерій, організми ці виключно стійкі, можуть вижити в несприятливих умовах, легко пристосовуються до негативних факторів. Деякі форми потребують кисню для забезпечення життєдіяльності, а інші можуть чудово обходитися навіть без нього. Відомо багато прикладів представників бактерій, які чудово виживають у безкислородному середовищі.
Дослідження показали, що мікроскопічні форми життя можуть вижити при сильному морозі, їм не страшна дуже висока сухість або підвищення температури. Суперечки, якими розмножуються бактерії, без зусиль справляються навіть з тривалим кип 'ятінням або обробкою низькими температурами.
Які бувають?
Розбираючи приклади бактерій (ворогів і друзів людини), потрібно пам 'ятати, що сучасна біологія вводить систему класифікації, що дещо спрощує розуміння цього різноманітного царства. Прийнято говорити про декілька різних форм, кожна з яких має спеціалізоване найменування. Так, кокками називаються бактерії у формі кулі, стрептококами - кулі, зібрані в ланцюжок, а якщо освіта схожа на гроздь, тоді її відносять до групи стафілококів. Відомі такі мікроскопічні форми життя, коли в одній капсулі, покритій слизовою оболонкою, живуть відразу дві бактерії. Такі називають диплококами. Бацили мають форму паличок, спірили - спіралі, а вібріони - це такий приклад бактерії (навести його повинен вміти будь-який школяр, відповідально проходить програму), який схожий за формою на кому.
Нерідко бактерії збираються в численні групи, формують плівки, складні ланцюжки з великою кількістю вигинів. Відомі приклади бактерій, паразитів, від природи оснащених джгутиками - одним або кількома. Виділяють рухомі, статичні форми. Рухатися мікроскопічні організми можуть, скорочуючись, при цьому нагадуючи хвилю або використовуючи джгути.
Грамотрицькі бактерії
Таке найменування було прийнято щодо мікроскопічних форм життя, які при проведенні аналізу по Граму не змінюють забарвлення під впливом кристалічного фіолетового. Наприклад, бактерії хвороботворні і безпечні з класу грамполоджувальних зберігають фіолетовий відтінок навіть якщо промити їх спиртом, а ось грамотрицьовують повністю знецінені.
При дослідженні мікроскопічної форми життя після промивання по Граму необхідно використовувати контрактну фарбувальну речовину (сафорін), під впливом якої бактерія стане рожевою або червоною. Така реакція обумовлена будовою зовнішньої мембрани, що не дає барвнику проникнути всередину.
Навіщо це потрібно?
Якщо в рамках шкільного курсу учню дають завдання навести приклади бактерій, зазвичай він може згадати ті форми, які розглянуті в підручнику, і для них вже вказані їх ключові особливості. Тест з фарбуванням був винайдений якраз для виявлення цих специфічних параметрів. Спочатку дослідження переслідувало метою класифікацію представників мікроскопічної форми життя.
Результати тесту з Граму дозволяють робити висновки щодо будови стінок клітин. На підставі отриманої інформації можна розділяти всі виявлені форми на дві групи, що далі враховується в роботі. Наприклад, хвороботворні бактерії з класу грамотрицьких значно стійкіші до впливу антитіл, оскільки клітинна стінка непроникна, захищена, потужна. А ось для грамполоджувальних стійкість характерна помітно нижча.
Патогенність і особливості взаємодії
Класичний приклад захворювання, що викликається бактеріями - це запальний процес, який може розвинутися в різних тканинах і органах. Найчастіше таку реакцію провокують грамотрицькі форми життя, оскільки їхні клітинні стінки викликають реакцію з боку імунної системи людини. У стінках міститься ЛПС (ліпополісахаридний шар), у відповідь на який організм генерує цитокіни. Це провокує запалення, організм господаря змушений справлятися з підвищеним виробництвом отруйних компонентів, що обумовлено боротьбою між мікроскопічною формою життя та імунною системою.
Які відомі?
Приклад паразитів-бактерій з числа грамотрицьових - це протеобактерії. Група досить численна. Саме до неї належать Salmonella, Pseudomonas, Helicobacter. Не менш важливі для науки і медицини представники грамотрицьових мікроскопічних форм життя - спірохети, сіробактерії, ціанобактерії.
В медицині в даний час особлива увага приділяється трьом формам, що провокують серйозні захворювання. Статевим шляхом передається бактерія Neisseria gonorrhoeae, симптоматика респіраторних патологій спостерігається при зараженні організму Moraxella catarrhalis, а одне з дуже небезпечних для людини захворювань - менінгіт - провокується бактерією Neisseria meningitidis.
Бацили і захворювання
Розглядаючи, наприклад, бактерії, захворювання, які вони провокують, просто не можна обійти увагою бацили. Слово це в даний час відомо будь-якому обивателю, який навіть дуже слабо уявляє собі особливості мікроскопічних форм життя, а адже саме цей різновид грамотрицьких бактерій виключно важливий для сучасних лікарів і дослідників, оскільки провокує серйозні проблеми дихальної системи людини. Відомі також приклади захворювань сечовипускальної системи, спровоковані таким зараженням. Деякі бацили негативно впливають на роботу ЖКТ. Ступінь ураження залежить як від імунітету людини, так і від конкретної форми, яка заразила організм.
Певна група грамотрицьових бактерій пов 'язана з підвищеною ймовірністю внутрішньолікарняної інфекції. Найнебезпечніші з відносно широко поширених викликають вторинний менінгіт, пневмонію. Найбільш акуратними мають бути працівники медичних закладів відділення інтенсивної терапії.
Літотрофи
Розглядаючи приклади харчування бактерій, особливу увагу потрібно приділити унікальній групі літотрофів. Це така мікроскопічна форма життя, яка для своєї діяльності енергію отримує з неорганічного з 'єднання. У витрату йдуть метали, сірководень, амоній, багато інших сполук, з яких бактерія отримує електрони. В якості окислювача в реакції виступає молекула кисню або інше з 'єднання, що вже пройшло етап окислення. Перенесення електрона супроводжується продукуванням енергії, що запасається організмом і використовується в метаболізмі.
Для сучасних вчених літотрофи цікаві в першу чергу тому, що являють собою досить нетипові для нашої планети живі організми, і дослідження дозволяє істотно розширити уявлення про можливості, які є у деяких груп живих істот. Знаючи приклади, назви бактерій з класу літотрофів, дослідивши особливості їх життєдіяльності, можна в деякій мірі відновити первинну екологічну систему нашої планети, тобто період, коли фотосинтезу не було, кисню не існувало, і навіть органічної речовини поки ще не з 'явилося. Вивчення літотрофів дає шанс пізнання життя на інших планетах, де така може реалізовуватися за рахунок окислення неорганіки, при повній відсутності кисню.
Хто і що?
Що таке в природі літотрофи? Приклад - клубенькові бактерії, хемотрофні, карбокситрофні, метаногени. В даний час вчені не можуть стверджувати точно, що вдалося виявити всі різновиди, що належать до цієї групи мікроскопічних форм життя. Передбачається, що подальші дослідження в цьому напрямку - одна з найбільш перспективних областей мікробіології.
Літотрофи беруть активну участь у циклічних процесах, важливих для умов існування життя на нашій планеті. Нерідко хімічні реакції, що провокуються цими бактеріями, досить сильно впливають на простір. Так, сіробактерії можуть окислити сірководень в опадах на дні водойми, і без такої реакції компонент реагував би з киснем, що міститься у водних шарах, що зробило б життя в ньому неможливим.
Симбіоз і протистояння
Хто не знає приклади вірусів, бактерій? У рамках шкільного курсу всім розповідають про бліду трепонему, яка може спровокувати сифіліс, фламбезію. Є і віруси бактерій, які науці відомі як бактеріофаги. Як показали дослідження, всього лише за одну секунду вони можуть заразити 10 24-го ступеня бактерій! Це одночасно і потужний інструмент еволюції, і застосовний для генної інженерії спосіб, в даний час активно досліджуваний вченими.
Важливість життя
У обивательському середовищі існує омана, ніби бактерії - це тільки причина людського захворювання, і більше ніякої ні користі, ні шкоди від них немає. Обумовлений такий стереотип антропоцентричною картиною навколишнього світу, тобто уявленням, ніби все якимось чином співвідноситься з людиною, обертається навколо неї і тільки для неї і існує. Насправді, мова йде про постійну взаємодію без будь-якого конкретного центру обертання. Бактерії та еукаріоти взаємодіють стільки, скільки існують обидва цих царства.
Перший спосіб боротьби з бактеріями, винайдений людством, був пов 'язаний з відкриттям пеніциліну, грибка, здатного знищувати мікроскопічні форми життя. Грибки належать до царства еукаріотів і з точки зору біологічної ієрархії знаходяться в більш близькій спорідненості з людиною, ніж рослини. Але дослідження показали, що грибки - це далеко не єдине і навіть не перше, що стало ворогом бактерій, адже еукаріоти з 'явилися набагато пізніше мікроскопічного життя. Спочатку боротьба між бактеріями (а інших форм просто не існувало) йшла із застосуванням компонентів, які ці організми продукували, щоб відвоювати собі місце для існування. Зараз людина, намагаючись виявити нові способи боротьби з бактеріями, може лише відкривати ті методи, які відомі природі давно і застосовувалися організмами в боротьбі за життя. А ось лікарська стійкість, яка настільки сильно лякає багатьох - це нормальна реакція опору, притаманна мікроскопічному життю багато мільйонів років. Саме вона і зумовила здатність бактерій виживати весь цей час і продовжувати розвиватися і розмножуватися.
Нападай или умри.
Наш світ - місце, де може вижити тільки пристосований до життя, здатний захищатися, нападати, виживати. Водночас здатність до нападу тісно пов 'язана з варіантами захисту себе, свого життя, інтересів. Якщо певна бактерія не могла врятуватися від антибіотиків, цей вид вимирав. Існуючі в даний час мікроорганізми володіють досить розвиненими і складними захисними механізмами, ефективними проти різних речовин і сполук. Найбільш застосовний у природі метод - перенаправлення небезпеки на іншу мішень.
Поява антибіотика супроводжується впливом на молекулу мікроскопічного організму - на РНК, білок. Якщо змінити мішень, тоді зміниться місце, куди може прив 'язатися антибіотик. Точкова мутація, яка робить один організм стійким до впливу агресивного компонента, стає причиною вдосконалення всього виду, оскільки саме ця бактерія продовжує активне розмноження.
Віруси і бактерії
Ця тема в даний час викликає багато розмов як в середовищі професіоналів, так і обивателів. Мало не кожен другий мнить себе фахівцем з вірусів, що пов 'язано з роботою систем масової інформації: ледь наближається епідемія грипу, як скрізь і всюди говорять і пишуть про віруси. Людина, познайомившись з цими даними, починає вірити, що вона знає все, що тільки можливо. Звичайно, знайомитися з даними корисно, але не варто помилятися: не тільки обивателям, але і професіоналам в даний час ще тільки належить відкрити більшу частину інформації про особливості життєдіяльності вірусів і бактерій.
Між іншим, в останні роки значно зросла кількість людей, переконаних, що рак - вірусне захворювання. Багато сотень лабораторій по цілому світі проводили дослідження, з яких можна зробити такий висновок щодо лейкемії, саркоми. Втім, поки це лише припущення, а офіційної доказової бази недостатньо, щоб можна було укласти точно.
Вірусологія
Це досить молодий напрямок науки, який зародився вісім десятиліть тому, коли виявили, що провокує мозаїчне захворювання тютюну. Помітно пізніше отримали перше зображення хоча і дуже неточне, а більш-менш коректні дослідження проводяться лише в останні п 'ятнадцять років, коли доступні людству технології зробили можливим вивчення таких малих форм життя.
Зараз немає точної інформації про те, як і коли з 'явилися віруси, але одна з основних теорій свідчить, що ця форма життя сталася від бактерій. Замість еволюції тут мала місце деградація, розвиток повернувся назад, і сформувалися нові одноклітинні організми. Група вчених стверджує, що раніше віруси були значно складнішими, але ряд особливостей втратили з плином часу. Стан, який доступний для вивчення сучасній людині, різноманітність даних генетичного фонду - лише відгомони різних ступенів, етапів деградації, властивих тому чи іншому виду. Наскільки коректна ця теорія, поки невідомо, але і наявність тісного зв 'язку між бактеріями і вірусами заперечувати неможливо.
Бактерії: такі різні
Навіть якщо сучасна людина розуміє, що бактерії оточують її скрізь і всюди, все одно складно усвідомити, наскільки сильно процеси навколишнього світу залежать від мікроскопічних форм життя. Тільки недавно вчені з 'ясували, що живі бактерії наповнюють навіть хмари, куди піднімаються з пором. Здібності, дані таким організмам, дивують і надихають. Деякі провокують перетворення води в лід, що стає причиною опадів. Коли гранула починає падіння, вона знову тане, і на землю обрушується потік води - або снігу, що залежить від клімату і сезону. Не так давно вчені припустили, що за допомогою бактерій можна домогтися збільшення обсягу опадів.
Описані здібності поки вдалося виявити при дослідженні виду, що отримав наукове найменування Pseudomonas Syringae. Вчені і раніше припускали, що чисті для людського ока хмари наповнені життям, і сучасні засоби, технології та інструменти дозволили довести цю точку зору. За приблизними оцінками, кубічний метр хмари наповнений мікробами в концентрації 300-30 000 примірників. Серед інших тут присутня згадана форма Pseudomonas Syringae, що провокує формування з води льоду при досить високій температурі. Вперше її виявили кілька десятиліть тому, досліджуючи рослини, і виростили в штучному середовищі - це виявилося досить просто. Наразі Pseudomonas Syringae активно працюють на благо людства на лижних курортах.
Як це відбувається?
Існування Pseudomonas Syringae пов 'язане з продукуванням білків, що сіткою покривають поверхню мікроскопічного організму. При наближенні водяної молекули починається хімічна реакція, решітка розрівнюється, з 'являється сітка, що і стає причиною формування льоду. Ядро притягує до себе воду, збільшується в розмірах і масі. Якщо все це відбувалося в хмарі, тоді наростання ваги призводить до неможливості подальшого парування і гранула падає вниз. Форма опадів визначається температурою повітря поблизу поверхні землі.
Імовірно, до Pseudomonas Syringae можна вдаватися в період посухи, для чого потрібно впровадити колонію бактерій у хмару. В даний час вчені не знають точно, яка концентрація мікроорганізмів може спровокувати дощ, тому проводяться експерименти, беруться проби. Одночасно необхідно з 'ясувати, для чого Pseudomonas Syringae переміщується хмарами, якщо в нормі мікроорганізм мешкає на рослині.