Bakterier oppstår. Positive effekter av bakterier på kroppen

Som ikke har en kjerne. De fleste bakterier er heterotrofer, men det finnes også autotrofer. De formerer seg ved deling. Når ugunstige forhold oppstår, danner noen bakterier sporer.

Bakterier kan bare sees gjennom et mikroskop, og det er derfor de kalles mikroorganismer. Mikroorganismer studeres av vitenskapen om mikrobiologi. Den grenen av mikrobiologi som studerer bakterier kalles bakteriologi.

Den første som så og beskrev bakterier var den nederlandske naturforskeren Anthony van Leeuwen Hoek (1632-1723). Han lærte å slipe glass og lage linser. Leeuwenhoek laget mer enn 400 mikroskoper og oppdaget verden av mikroskopiske organismer - bakterier og protister.

Når vi hører om bakterier, ser vi som oftest for oss halsbetennelse eller tannkjøtt, til tross for at bare en liten del av bakteriene forårsaker sykdom. De fleste av disse organismene utfører andre viktige funksjoner.

Vi begynner å komme i kontakt med bakterier fra de første timene av livet. Mange av dem lever konstant på overflaten av menneskelig hud. Det er enda flere av dem på tennene, tannkjøttet, tungen og munnveggene. Det er flere bakterier i munnen din enn det er mennesker på jorden! Men det største antallet av dem lever i tarmene - opptil 5 kg hos en voksen.

Bakterier finnes overalt: i vann, jord, luft, i plantevev, i kroppen til dyr og mennesker. De bor der de finner nok mat, fuktighet og gunstige temperaturer (10-40 ° C). De fleste av dem krever oksygen. Det er også bakterier som lever i varme kilder (med en temperatur på 60-90 ° C), ekstremt salte vannmasser, i vulkaner, dypt i havene, hvor de ikke trenger inn. sollys. Selv i de kaldeste områdene (Antarktis) og høye fjell Bakterier lever på toppene.

Finnes på forskjellige steder forskjellig mengde bakterie. Det er færre av dem i luften, spesielt under naturlige forhold. Og på overfylte steder, som kinoer, togstasjoner og klasserom, er det mye flere av dem. Derfor er det nødvendig å ventilere lokalene ofte.

I elvevann, spesielt nær store byer, kan det være mye bakterier – opptil flere hundre tusen per 1 mm3. Derfor bør du ikke drikke råvann fra åpne reservoarer. Det er mye bakterier i vannet i hav og hav.

Det er enda flere bakterier i jorda - opptil 100 millioner per 1 g humus (fruktbart jordlag).

Bakterier er veldig små organismer. De største bakteriene kan sees under et lysmikroskop.

For å bli kjent med de minste kreves et elektronmikroskop (fig. 7).

De fleste av bakteriene som bor i hjemmet vårt og kroppen vår er i form av kuler, pinner og spiraler. Sfæriske bakterier kalles kokker, stavformede bakterier kalles basiller, og spiralformede bakterier kalles spirilla (fig. 9). Noen bakterier danner kjeder, plassert nær hverandre.

Tenk på strukturen til en bakteriecelle i figur 10. Den inkluderer cytoplasma, omgitt av en cytoplasmatisk membran og en cellemembran (cellevegg). Skallet gir bakterien en viss form og fungerer som beskyttelse mot ugunstige forhold.

Ytterligere beskyttelse for mange bakterier vil gis av slimlaget som ligger på utsiden av skallet. Overflaten av bakteriecellen er dekket med mange villi, som er hule utvekster av den cytoplasmatiske membranen. Noen bakterier har en eller flere filamentøse flageller.

Hovedforskjellen mellom bakterier er fraværet av en kjerne, det vil si at de er prokaryoter.

Det er på dette grunnlaget de skilles ut i et eget rike. Det kjernefysiske materialet til bakterier er det bakterielle kromosomet: det bærer arvelig informasjon.

De fleste bakterier er heterotrofer. De bruker ferdige organiske stoffer. Maten deres er levende og døde organismer, menneskelige matprodukter, avløpsvann, etc.

Saprotrofer

Noen heterotrofe bakterier bruker organiske stoffer fra døde kropper eller sekresjoner fra levende organismer. Dette er saprotrofer (fra gresk sapros - råtten og trophos - ernæring).

Det finnes også autotrofe bakterier. De er i stand til å danne organiske stoffer fra uorganiske (karbondioksid, vann, hydrogensulfid, etc.). Autotrofe fotosyntetiske bakterier har bakteriell klorofyll i cellene, som de danner organiske stoffer med under påvirkning av solenergi.

Cyanobakterier

Et eksempel på autotrofe bakterier er cyanobakterier. De lager sin egen mat av karbondioksid og vann når de utsettes for sollys. Samtidig frigjør de oksygen, og beriker deres habitat.

Bakterier formerer seg ved deling. I dette tilfellet dannes to fra en morcelle datterceller, lik morens. På gunstige forhold(tilstrekkelig næring, fuktighet og temperatur fra 10 til 30 ° C) bakterier kan dele seg hvert 20.-30. minutt, så antallet øker veldig raskt. Materiale fra siden

Hvis bakterier dyrkes (dyrkes) på et næringsmedium under gunstige forhold, formerer de seg veldig raskt og danner kolonier på opptil 4 milliarder celler. Kolonier av bakterier av visse arter har karakteristiske konturer og farger (fig. 8). Av typen kolonier kan du bestemme tilstedeværelsen av visse bakterier i et bestemt materiale.

Noen bakterier beveger seg ved hjelp av flagella. Bunnen av flagellen roterer, og den ser ut til å være skrudd inn i mediet, noe som sikrer bevegelsen til bakterien. De fleste bakterier beveger seg passivt: noen ved hjelp av luftstrømmer, andre med vannstrømmen. Slik er de fordelt.

Under ugunstige forhold (mangel på mat, fuktighet, plutselige temperatursvingninger) kan bakterier bli til sporer. Cytoplasmaet nær det bakterielle kromosomet blir tettere. Et veldig sterkt skall er dannet rundt den. Sporer dannet på denne måten kan eksistere i hundrevis av år (fig. 11).

Alle vet at bakterier er mest eldgammelt utseende levende skapninger som bor på planeten vår. De første bakteriene var de mest primitive, men etter hvert som jorden endret seg, endret bakteriene seg også. De er tilstede overalt, i vann, på land, i luften vi puster inn, i mat, i planter. Akkurat som mennesker kan bakterier være gode og dårlige.

Nyttige bakterier er:

Melkesyre eller laktobaciller. En av disse gode bakteriene er melkesyrebakterier. Dette er en stavformet type bakterier som lever i meieriprodukter og fermenterte melkeprodukter. Disse bakteriene bor også i menneskets munnhule, tarm og vagina. Hovedfordelen med disse bakteriene er at de produserer melkesyre som en gjæring, takket være at vi får yoghurt, kefir, fermentert bakt melk fra melk, i tillegg er disse produktene veldig nyttige for mennesker. I tarmene spiller de rollen som å rense tarmmiljøet fra dårlige bakterier.
Bifidobakterier. Bifidobakterier finnes hovedsakelig i mage-tarmkanalen, akkurat som melkesyrebakterier er i stand til å produsere melkesyre og eddiksyre, på grunn av disse kontrollerer disse bakteriene veksten av patogene bakterier, og regulerer dermed pH-nivået i tarmene våre. Ulike varianter av bifidobakterier hjelper til med å bli kvitt forstoppelse, diaré og soppinfeksjoner.
Escherichia coli. Den menneskelige tarmmikrofloraen består av de fleste mikrober fra Escherichia coli-gruppen. De fremmer god fordøyelse og er også involvert i visse cellulære prosesser. Men noen varianter av denne pinnen kan forårsake forgiftning, diaré og nyresvikt.
Streptomycetes. Habitatet til streptomycetes er vann, nedbrytende forbindelser, jord. Derfor er de spesielt nyttige for miljøet, fordi... Mange nedbrytningsprosesser og kombinasjoner utføres med dem. I tillegg brukes noen av disse bakteriene i produksjonen av antibiotika og soppdrepende legemidler.

Skadelige bakterier er:

Streptokokker. Kjedeformede bakterier, som, når de kommer inn i kroppen, er årsakene til mange sykdommer, som betennelse i mandlene, bronkitt, mellomørebetennelse og andre.
Peststokk. En stavformet bakterie som lever i smågnagere forårsaker forferdelige sykdommer som pest eller lungebetennelse. Pest er en forferdelig sykdom som kan ødelegge hele land, og den har blitt sammenlignet med biologiske våpen.
Helicobacter pylori. Habitatet til Helicobacter pylori er menneskets mage, men hos noen mennesker forårsaker tilstedeværelsen av disse bakteriene gastritt og sår.
Staphylococcus. Navnet stafylokokker kommer av at cellene ligner en drueklase i formen. For mennesker forårsaker disse bakteriene alvorlige sykdommer med rus og purulente formasjoner. Uansett hvor forferdelige bakterier er, har menneskeheten lært å overleve blant dem takket være vaksinasjon.

Riktignok bakterier), mikroorganismer med en prokaryot type cellestruktur: deres genetiske apparat er ikke innelukket i en cellekjerne isolert av en membran.

Størrelser og former på celler. De fleste bakterier er encellede organismer med en størrelse på 0,2-10,0 mikron. Blant bakteriene er det også "dverger", de såkalte nanobakterier (ca. 0,05 mikron), og "kjemper", for eksempel bakterier av slektene Achromatium og Macromonas (lengde opptil 100 mikron), en innbygger i tarmene. av kirurgfisken Epulopiscium fishelsoni (lengde opptil 600 mikron) og Thiomargarita namibiensis isolert fra kystnære havvann i Namibia og Chile (opptil 800 µm). Oftest har bakteriecellen en stavformet, sfærisk (kokker) eller kronglete (vibrios, spirilla og spirochetes) form. Det er funnet arter med trekantede, firkantede, stjerneformede og flate (plateformede) celler. Noen bakterier inneholder cytoplasmatiske projeksjoner kalt prosteker. Bakterier kan være enkeltstående, danne par, korte og lange kjeder, klynger, danne pakker med 4, 8 eller flere celler (sarcinae), rosetter, nettverk og mycelium (actinomycetes). Flercellede former er også kjent, og danner rette og forgrenede trikomer (mikrokolonier). Både bevegelige og ikke-bevegelige bakterier finnes. De førstnevnte beveger seg oftest ved hjelp av flageller, noen ganger ved å glide celler (myxobakterier, cyanobakterier, spiroketter, etc.). En "hoppende" bevegelse er også kjent, hvis art ikke er klar. For mobile former beskrives fenomenene aktiv bevegelse som svar på virkningen av fysiske eller kjemiske faktorer.

Kjemisk sammensetning og struktur av celler. En bakteriecelle er vanligvis 70-80% vann. I den tørre resten utgjør protein 50 %, celleveggkomponenter 10-20 %, RNA 10-20 %, DNA 3-4 % og lipider 10 %. I gjennomsnitt er mengden karbon 50 %, oksygen 20 %, nitrogen 14 %, hydrogen 8 %, fosfor 3 %, svovel og kalium 1 % hver, kalsium og magnesium 0,5 % hver og jern 0,2 %.

Med få unntak (mykoplasma) er bakterieceller omgitt av en cellevegg, som bestemmer formen på bakterien og utfører mekaniske og viktige funksjoner. fysiologiske funksjoner. Hovedkomponenten er den komplekse biopolymeren murein (peptidoglykan). Avhengig av egenskapene til sammensetningen og strukturen til celleveggen, oppfører bakterier seg annerledes når de farges i henhold til metoden til H. C. Gram (den danske forskeren som foreslo fargemetoden), som fungerte som grunnlag for å dele bakterier i gram-positive, gram-negative og de som mangler en cellevegg (for eksempel mykoplasma). De førstnevnte utmerker seg ved et høyt (opptil 40 ganger) mureininnhold og en tykk vegg; i gramnegative er den betydelig tynnere og dekket på utsiden med en ytre membran bestående av proteiner, fosfolipider og lipopolysakkarider og tilsynelatende involvert i transport av stoffer. Mange bakterier har villi (fimbriae, pili) og flageller på overflaten som muliggjør bevegelse. Ofte er celleveggene til bakterier omgitt av slimete kapsler av varierende tykkelse, hovedsakelig dannet av polysakkarider (noen ganger glykoproteiner eller polypeptider). I en rekke bakterier ble det også funnet såkalte S-lag (fra engelsk overflate), som kledde den ytre overflaten av cellemembranen med jevnt pakkede proteinstrukturer av regelmessig form.

Den cytoplasmatiske membranen, som skiller cytoplasmaet fra celleveggen, fungerer som cellens osmotiske barriere og regulerer transporten av stoffer; prosessene med respirasjon, nitrogenfiksering, kjemosyntese, etc. utføres i den. Det danner ofte invaginasjoner - mesosomer. Biosyntesen av celleveggen, sporulering osv. er også assosiert med den cytoplasmatiske membranen og dens derivater. Flagella og genomisk DNA er festet til den.

Bakteriecellen er ganske enkelt organisert. I cytoplasmaet til mange bakterier er det inneslutninger representert ved forskjellige typer bobler (vesikler) dannet som følge av invaginasjon av cytoplasmatisk membran. Fototrofiske, nitrifiserende og metanoksiderende bakterier er preget av et utviklet nettverk av cytoplasmatiske membraner i form av udelte vesikler, som minner om grana av eukaryote kloroplaster. Cellene til noen vannlevende bakterier inneholder gassvakuoler (aerosomer) som fungerer som tetthetsregulatorer; I mange bakterier finnes inneslutninger av reservestoffer - polysakkarider, poly-β-hydroksybutyrat, polyfosfater, svovel, etc. Ribosomer er også tilstede i cytoplasma (fra 5 til 50 tusen). Noen bakterier (for eksempel mange cyanobakterier) har karboksysomer - kropper som inneholder et enzym involvert i CO 2 -fiksering. De såkalte parasporale kroppene til noen sporedannende bakterier inneholder et giftstoff som dreper insektlarver.

Det bakterielle genomet (nukleoidet) er representert av et sirkulært DNA-molekyl, som ofte kalles bakteriekromosomet. Bakterienomet kjennetegnes ved kombinasjonen av mange funksjonelt beslektede gener til såkalte operoner. I tillegg kan cellen inneholde ekstrakromosomale genetiske elementer - plasmid-DNA, som bærer flere gener som er nyttige for bakterier (inkludert antibiotikaresistensgener). Det kan eksistere autonomt eller være midlertidig inkludert i kromosomet. Men noen ganger, som et resultat av mutasjoner, mister dette DNA sin evne til å forlate kromosomet og blir en permanent komponent av genomet. Fremkomsten av nye gener kan også være forårsaket av genetisk overføring som et resultat av ensrettet overføring av DNA fra en donorcelle til en mottakercelle (en analog av den seksuelle prosessen). Slik overføring kan skje gjennom direkte kontakt av to celler (konjugering), med deltakelse av bakteriofager (transduksjon), eller ved at gener kommer inn i cellen fra det ytre miljø uten intercellulær kontakt. Alt dette er av stor betydning for mikroevolusjonen av bakterier og deres tilegnelse av nye egenskaper.

Reproduksjon. De fleste bakterier formerer seg ved fisjon i to, sjeldnere ved spirende, og noen (for eksempel actinomycetes) - ved hjelp av eksosporer eller fragmenter av mycel. Det er en kjent metode for multippeldeling (med dannelse av små reproduktive celler-baeocytter i en rekke cyanobakterier). Flercellede prokaryoter kan formere seg ved å løsne en eller flere celler fra trikomene. Noen bakterier er preget av en kompleks utviklingssyklus, der cellenes morfologi kan endres og hvileformer kan dannes: cyster, endosporer, akineter. Myxobakterier er i stand til å danne fruktlegemer, ofte av bisarre konfigurasjoner og farger.

Et særtrekk ved bakterier er deres evne til å reprodusere seg raskt. For eksempel er doblingstiden for Escherichia coli-celler 20 minutter. Det anslås at avkom til én celle, i tilfelle av ubegrenset vekst, innen 48 timer vil overstige jordens masse med 150 ganger.

Levekår. Bakterier har tilpasset seg ulike levekår. De kan utvikle seg i et temperaturområde fra -5 (og under) til 113 °C. Blant dem er: psykrofiler, vokser ved temperaturer under 20 °C (for Bacillus psichrophilus, for eksempel, er maksimal veksttemperatur -10 °C), mesofiler (optimal vekst ved 20-40 °C), termofile (50-60 °C) C), ekstreme termofile (70 °C) og hypertermofiler (80 °C og over). Sporer av visse typer bakterier tåler kortvarig oppvarming til 160-180 ° C og langvarig avkjøling til -196 ° C og lavere. Noen bakterier er ekstremt motstandsdyktige mot ioniserende stråling og lever til og med i kjølevannet til atomreaktorer (Deinococcus radiodurans). En rekke bakterier (barofiler eller piezofiler) tåler hydrostatisk trykk opp til 101 tusen kPa, og visse arter vokser ikke ved trykk under 50 tusen kPa. Samtidig er det bakterier som ikke tåler selv en liten økning atmosfærisk trykk. De fleste bakterietyper utvikler seg ikke dersom konsentrasjonen av salter (NaCl) i mediet overstiger 0,5 mol/l. Optimale forhold for utvikling av moderate og ekstreme halofiler observeres i miljøer med NaCl-konsentrasjoner på henholdsvis 10 og 30 %; de kan vokse selv i mettede saltløsninger.

Som regel foretrekker bakterier nøytrale miljøforhold (pH ca. 7,0), selv om det er både ekstreme acidifiler som kan vokse ved pH 0,1-0,5, og alkalifiler som utvikler seg ved pH opp til 13,0.

De aller fleste bakteriene som er studert er aerobe. Noen av dem kan vokse bare ved lave konsentrasjoner av O 2 - opptil 1,0-5,0 % (mikroaerofile). Fakultative anaerober vokser både i nærvær av O 2 og i fravær; de er i stand til å bytte metabolisme fra aerob respirasjon til fermentering eller anaerob respirasjon (enterobakterier). Veksten av aerotolerante anaerober hemmes ikke i nærvær liten mengde O 2, fordi de bruker det ikke i livets prosess (for eksempel melkesyrebakterier). For strenge anaerober er til og med spor av O 2 i habitatet ødeleggende.

Mange bakterier overlever ugunstige miljøforhold, og danner sovende former.

De fleste bakterier som bruker nitrogenforbindelser, bruker som regel sine reduserte former (oftest ammoniumsalter), noen krever ferdige aminosyrer, mens andre også assimilerer dens oksiderte former (hovedsakelig nitrater). Et betydelig antall frittlevende og symbiotiske bakterier er i stand til å fiksere molekylært nitrogen (se artikkelen Nitrogenfiksering). Fosfor, som er en del av nukleinsyrer og andre celleforbindelser, oppnås av bakterier hovedsakelig fra fosfater. Kilden til svovel som er nødvendig for biosyntesen av aminosyrer og noen enzymkofaktorer er oftest sulfater; Noen typer bakterier krever reduserte svovelforbindelser.

Taksonomi. Det er ingen offisielt akseptert klassifisering av bakterier. Opprinnelig brukt til disse formålene kunstig klassifisering, basert på likheten mellom deres morfologiske og fysiologiske egenskaper. En mer avansert fylogenetisk (naturlig) klassifisering forener beslektede former basert på deres felles opprinnelse. Denne tilnærmingen ble mulig etter valget av 16S rRNA-genet som en universell markør og bruken av metoder for å bestemme og sammenligne nukleotidsekvenser. Genet som koder for 16S rRNA (del av den lille underenheten til det prokaryote ribosomet) er tilstede i alle prokaryoter og er preget av høy grad av konservering av nukleotidsekvensen og funksjonell stabilitet.

Den mest brukte er klassifiseringen publisert i tidsskriftet av determinanten Bergi (Bergi); se også nettsiden på Internett - http://141. 150.157.117:8080/prokPUB/index.htm. I følge en av eksisterende systemer organismer, bakterier sammen med archaea utgjør prokaryotenes rike. Mange forskere anser dem som et domene (eller superrike), sammen med domenene (eller superrikene) til arkea og eukaryoter. Innenfor domenet er de største bakteriene phylaene: Proteobakterier, inkludert 5 klasser og 28 ordener; Actinobacteria (5 klasser og 14 bestillinger) og Firmicutes (3 klasser og 9 bestillinger). I tillegg skilles taksonomiske kategorier av lavere rangering: familier, slekter, arter og underarter.

I følge moderne konsepter inkluderer en art stammer av bakterier der nukleotidsekvensene i genene som koder for 16S rRNA sammenfaller med mer enn 97 %, og nivået av homologi til nukleotidsekvenser i genomet overstiger 70 %. Det er ikke beskrevet mer enn 5000 bakteriearter, som bare representerer en liten del av de som bor på planeten vår.

Bakterier deltar aktivt i biogeokjemiske sykluser på planeten vår (inkludert syklusen til de fleste kjemiske elementer). Den moderne geokjemiske aktiviteten til bakterier er også global. For eksempel, av 4,3 10 10 tonn (gigatonn) organisk karbon festet under fotosyntesen i verdenshavet, er omtrent 4,0 10 10 tonn mineralisert i vannsøylen, og 70-75% av dem er bakterier og noen andre mikroorganismer, og den totale produksjonen av redusert svovel i havsedimenter når 4,92·10 8 tonn per år, som er nesten tre ganger den totale årlige produksjonen av alle typer svovelholdige råvarer som brukes av menneskeheten. Hoveddelen av drivhusgassen metan som kommer inn i atmosfæren produseres av bakterier (metanogener). Bakterier er en nøkkelfaktor i jorddannelse, oksidasjonssoner av sulfid- og svovelavsetninger, dannelse av sedimentære bergarter av jern og mangan, etc.

Noen bakterier forårsaker alvorlige sykdommer hos mennesker, dyr og planter. De forårsaker ofte skade på landbruksprodukter, ødeleggelse av underjordiske deler av bygninger, rørledninger, metallstrukturer i gruver, undervannsstrukturer, etc. Å studere egenskapene til livsaktiviteten til disse bakteriene gjør det mulig å utvikle effektive måter å beskytte mot skaden de årsaken. Samtidig kan bakteriers positive rolle for mennesker ikke overvurderes. Ved hjelp av bakterier, vin, meieriprodukter, startkulturer og andre produkter, aceton og butanol, eddik og sitronsyre, noen vitaminer, en rekke enzymer, antibiotika og karotenoider; bakterier er involvert i transformasjonen av steroidhormoner og andre forbindelser. De brukes til å produsere protein (inkludert enzymer) og en rekke aminosyrer. Bruk av bakterier til å behandle landbruksavfall til biogass eller etanol gjør det mulig å skape grunnleggende nye fornybare energiressurser. Bakterier brukes til å utvinne metaller (inkludert gull), øke oljeutvinningen (se artikler Bakteriell utvasking, Biogeoteknologi). Takket være bakterier og plasmider, utvikling av genteknologi. Studiet av bakterier spilte en enorm rolle i utviklingen av mange områder innen biologi, medisin, agronomi osv. Deres betydning i utviklingen av genetikk er stor, fordi de har blitt et klassisk objekt for å studere geners natur og mekanismene for deres virkning. Etablering av metabolske veier for ulike forbindelser osv. er assosiert med bakterier.

Potensialet til bakterier er praktisk talt uuttømmelig. Utdyping av kunnskap om deres livsaktiviteter åpner for nye retninger for effektiv bruk av bakterier i bioteknologi og andre industrier.

Lit.: Schlegel G. Generell mikrobiologi. M., 1987; The Prokaryotes: Elektronisk utgivelse 3.0-3.17-. N. Y., 1999-2004-; Zavarzin G. A., Kolotilova N. N. Introduksjon til naturhistorisk mikrobiologi. M., 2001; Madigan M. T., Martinko J., Parker J. Brock biologi av mikroorganismer. 10. utg. Upper Saddle River, 2003; Økologi av mikroorganismer. M., 2004.

Akkurat i dette øyeblikket, mann, når du leser disse linjene, drar du nytte av bakteriearbeidet. Fra oksygenet vi puster inn til næringsstoffene magen vår trekker fra maten vår, har vi bakterier å takke for at de trives på denne planeten. I kroppen vår er det omtrent ti ganger flere mikroorganismer, inkludert bakterier, enn våre egne celler. I hovedsak er vi flere mikrober enn mennesker.

Det er først nylig at vi har begynt å forstå litt om mikroskopiske organismer og deres innvirkning på planeten og helsen vår, men historien viser at våre forfedre allerede for århundrer siden utnyttet kraften til bakterier til å fermentere mat og drikke (den som har hørt om brød og øl?).

På 1600-tallet begynte vi å studere bakterier direkte i kroppen vår i nær tilknytning til oss – i munnen. Antoni van Leeuwenhoeks nysgjerrighet førte til oppdagelsen av bakterier da han undersøkte en plakett mellom sine egne tenner. Van Leeuwenhoek ble poetisk om bakteriene, og beskrev bakteriekolonien på tennene hans som "en liten hvit substans, som herdet deig." Ved å plassere prøven under et mikroskop, så van Leeuwenhoek at mikroorganismene beveget seg. Så de er i live!

Du bør vite at bakterier har spilt en avgjørende rolle på jorden, og er nøkkelen til å skape pustende luft og den biologiske rikdommen til planeten vi kaller hjem.

I denne artikkelen vil vi gi deg en oversikt over disse små, men svært innflytelsesrike mikroorganismene. Vi skal se på de gode, de dårlige og de rett og slett bisarre måtene som bakterier former menneske- og miljøhistorien på. La oss først se på hvordan bakterier skiller seg fra andre typer liv.

Grunnleggende om bakterier

Vel, hvis bakterier er usynlige for det blotte øye, hvordan kan vi vite så mye om dem?

Forskere har utviklet kraftige mikroskoper for å se på bakterier – som varierer i størrelse fra én til noen få mikron (milliondeler av en meter) – og finne ut hvordan de forholder seg til andre livsformer, planter, dyr, virus og sopp.

Som du kanskje vet, er celler livets byggesteiner, fra vevet i kroppen vår til treet som vokser utenfor vinduet vårt. Mennesker, dyr og planter har celler med genetisk informasjon inneholdt i en membran kalt kjernen. Disse typer celler, kalt eukaryote celler, har spesielle organeller, som hver utfører unikt arbeid, hjelper cellen til å fungere.

Bakterier har imidlertid ikke en kjerne, og deres genetiske materiale (DNA) flyter fritt inne i cellen. Disse mikroskopiske cellene har ikke organeller og har andre metoder for reproduksjon og overføring av genetisk materiale. Bakterier regnes som prokaryote celler.

Overlever bakterier i et miljø med eller uten oksygen?

Deres form: stenger (basill), sirkler (kokker) eller spiraler (spirillum)

Er bakteriene gram-negative eller gram-positive, det vil si at de har en ytre beskyttende membran som hindrer flekker av cellens indre?

Hvordan bakterier beveger seg og utforsker miljøet (mange bakterier har flageller, bittesmå pisklignende strukturer som lar dem bevege seg rundt i miljøet)

Mikrobiologi - studiet av alle typer mikrober, inkludert bakterier, arkea, sopp, virus og protozoer - skiller bakterier fra deres mikrobielle fettere.

Bakterielignende prokaryoter, nå klassifisert som archaea, var en gang sammen med bakterier, men etter hvert som forskerne lærte mer om dem, ga de bakterier og archaea sine egne kategorier.

Mikrobiell ernæring (og miasma)

I likhet med mennesker, dyr og planter trenger bakterier mat for å overleve.

Noen bakterier - autotrofer - bruker grunnleggende ressurser som sollys, vann og kjemiske substanser fra miljøet for å lage mat (tenk på cyanobakterier, som har konvertert sollys til oksygen i 2,5 millioner år). Andre bakterier kalles heterotrofer av forskere fordi de får energi fra eksisterende organisk materiale som mat (for eksempel døde blader på skogbunnen).

Sannheten er at det som kan være smakfullt for bakterier vil være ekkelt for oss. De har utviklet seg til å absorbere alle typer produkter, fra oljesøl og kjernefysiske biprodukter til menneskelig avfall og nedbrytningsprodukter.

Men en bakteries tilhørighet til en bestemt matkilde kan være til nytte for samfunnet. For eksempel vendte kunsteksperter fra Italia seg til bakterier som kan spise overflødige lag med salt og lim, noe som reduserer holdbarheten til uvurderlige kunstverk. Bakteriens evne til å behandle organisk materiale er også svært gunstig for jorden, både i jord og vann.

Fra daglig erfaring er du godt klar over lukten forårsaket av bakterier som spiser innholdet i din søppelbøtte, behandler matrester og slipper ut sine egne gassformige biprodukter. Dette er imidlertid ikke alt. Du kan også klandre bakterier for å forårsake de vanskelige øyeblikkene når du passerer gass selv.

Én stor familie

Bakterier vokser og danner kolonier når de får sjansen. Hvis mat- og miljøforholdene er gunstige, formerer de seg og danner klebrige klumper som kalles biofilmer for å overleve på forskjellige overflater- fra steiner til tennene i munnen.

Biofilm har sine fordeler og ulemper. På den ene siden er de gjensidig fordelaktige for naturlige objekter (mutualisme). På den annen side kan de være en alvorlig trussel. For eksempel har leger som behandler pasienter med medisinske implantater og utstyr alvorlige bekymringer for biofilmer fordi de gir eiendom for bakterier. Når de er kolonisert, kan biofilmer produsere biprodukter som er giftige – og noen ganger dødelige – for mennesker.

Som mennesker i byer, kommuniserer celler i en biofilm med hverandre, utveksler informasjon om mat og potensiell fare. Men i stedet for å ringe naboer på telefonen, sender bakterier notater ved hjelp av kjemikalier.

Bakterier er heller ikke redde for å leve alene. Noen arter har utviklet seg interessante måterå overleve i harde forhold. Når det ikke er mer mat og forholdene blir uutholdelige, bevarer bakterier seg selv ved å lage et hardt skall, en endospore, som setter cellen i en dvaletilstand og bevarer arvestoffet til bakterien.

Forskere finner bakterier i slike tidskapsler som ble lagret i 100 og til og med 250 millioner år. Dette tyder på at bakteriene kan lagre seg selv i lang tid.

Nå som vi vet hvilke muligheter kolonier gir bakterier, la oss finne ut hvordan de kommer dit – gjennom deling og reproduksjon.

Reproduksjon av bakterier

Hvordan skaper bakterier kolonier? Som andre livsformer på jorden, trenger bakterier å replikere seg selv for å overleve. Andre organismer gjør dette gjennom seksuell reproduksjon, men ikke bakterier. Men først, la oss diskutere hvorfor mangfold er bra.

Livet gjennomgår naturlig utvalg, eller de selektive kreftene i et bestemt miljø lar en type blomstre og reprodusere mer enn en annen. Du husker kanskje at gener er maskineriet som instruerer en celle hva den skal gjøre og bestemmer hvilken farge håret og øynene dine skal ha. Du får gener fra foreldrene dine. Seksuell reproduksjon fører til mutasjoner, eller tilfeldige endringer i DNA, som skaper mangfold. Jo mer genetisk mangfold det er, jo større er sjansen for at en organisme vil være i stand til å tilpasse seg miljømessige begrensninger.

For bakterier er ikke reproduksjon avhengig av å møte den rette mikroben; de kopierer ganske enkelt sitt eget DNA og deler seg i to identiske celler. Denne prosessen, kalt binær fisjon, skjer når en bakterie deler seg i to, kopierer DNA og sender det videre til begge deler av den delte cellen.

Siden den resulterende cellen til slutt vil være identisk med den den ble født fra, er ikke denne formeringsmetoden den beste for å skape en mangfoldig genpool. Hvordan får bakterier nye gener?

Det viser seg at bakterier bruker et smart triks: horisontal genoverføring, eller utveksling av genetisk materiale uten å reprodusere seg. Det er flere måter bakterier bruker for å gjøre dette. En metode går ut på å samle genetisk materiale fra miljøet utenfor cellen – fra andre mikrober og bakterier (gjennom molekyler kalt plasmider). En annen måte er virus, som bruker bakterier som et hjem. Når virus infiserer en ny bakterie, etterlater de arvestoffet til den forrige bakterien i den nye.

Utveksling av genetisk materiale gir bakterier fleksibilitet til å tilpasse seg, og de tilpasser seg hvis de merker stressende endringer i miljøet, som matmangel eller kjemiske endringer.

Å forstå hvordan bakterier tilpasser seg er ekstremt viktig for å bekjempe dem og lage antibiotika for medisin. Bakterier kan utveksle genetisk materiale så ofte at noen ganger virker behandlinger som fungerte før ikke lenger.

Ingen høye fjell, ingen store dybder

Hvis du stiller spørsmålet "hvor er bakteriene?", er det lettere å spørre "hvor er det ingen bakterier?"

Bakterier finnes nesten overalt på jorden. Det er umulig å forestille seg antall bakterier på planeten til enhver tid, men noen estimater setter antallet (bakterier og arkea sammen) til 5 oktillioner - et tall med 27 nuller.

Klassifisering av bakteriearter er ekstremt vanskelig av åpenbare grunner. Det er nå cirka 30 000 offisielt identifiserte arter, men kunnskapsgrunnlaget vokser stadig, og det er oppfatninger om at vi bare er toppen av isfjellet av alle typer bakterier.

Sannheten er at bakterier har eksistert veldig lenge. De produserte noen av de eldste fossilene, som dateres tilbake 3,5 milliarder år. Vitenskapelig forskning tyder på at cyanobakterier begynte å lage oksygen for omtrent 2,3-2,5 milliarder år siden i verdenshavene, og mettet jordens atmosfære med oksygenet vi puster inn til i dag.

Bakterier kan overleve i luft, vann, jord, is, varme, på planter, i tarmen, på huden – overalt.

Noen bakterier er ekstremofile, noe som betyr at de tåler ekstreme forhold der det enten er veldig varmt eller kaldt, eller det ikke er næringsstoffer og kjemikaliene vi vanligvis forbinder med livet. Forskere har oppdaget slike bakterier i Mariana Trench, det dypeste punktet på jorden på bunnen av Stillehavet, nær hydrotermiske ventiler i vann og is. Det er også bakterier som elsker høy temperatur- slik, for eksempel, male det opaliserende bassenget i Yellowstone nasjonalpark.

Dårlig (for oss)

Mens bakterier gir viktige bidrag til menneskers og planetens helse, har de også en mørk side. Noen bakterier kan være patogene, noe som betyr at de forårsaker sykdom og sykdom.

Gjennom menneskets historie har visse bakterier (forståelig nok) fått en dårlig rap, forårsaket panikk og hysteri. Ta pesten, for eksempel. Bakterien som forårsaker pesten, Yersinia pestis, drepte ikke bare mer enn 100 millioner mennesker, men kan ha bidratt til at Romerriket kollapset. Før bruken av antibiotika, medisiner som hjelper til med å bekjempe bakterielle infeksjoner, var de svært vanskelige å stoppe.

Selv i dag skremmer disse patogene bakteriene oss alvorlig. Takket være utviklingen av resistens mot antibiotika utgjør bakterier som forårsaker miltbrann, lungebetennelse, hjernehinnebetennelse, kolera, salmonellose, betennelse i mandlene og andre sykdommer som fortsatt forblir nær oss alltid en fare for oss.

Dette gjelder spesielt for Staphylococcus aureus, bakterien som er ansvarlig for stafylokokkinfeksjoner. Denne "superfeilen" forårsaker mange problemer i klinikker, siden pasienter ofte får denne infeksjonen når de implanterer medisinske implantater og katetre.

Vi har allerede snakket om naturlig utvalg og hvordan noen bakterier produserer en rekke gener som hjelper dem med å takle miljøforhold. Hvis du har en infeksjon og noen av bakteriene i kroppen din er forskjellige fra andre, kan antibiotika påvirke det meste av bakteriepopulasjonen. Men de bakteriene som overlever vil utvikle resistens mot stoffet og forbli i vente på neste sjanse. Derfor anbefaler leger å fullføre antibiotikakuren til slutten, og generelt bruke dem så sjelden som mulig, bare som en siste utvei.

Biologiske våpen er et annet skremmende aspekt ved denne samtalen. Bakterier kan brukes som et våpen i noen tilfeller, spesielt miltbrann ble brukt på en gang. I tillegg er det ikke bare mennesker som lider av bakterier. En egen art, Halomonas titanicae, har vist appetitt på den sunkne havforingen Titanic, og spiser av metallet til det historiske skipet.

Selvfølgelig kan bakterier forårsake mer enn bare skade.

Heroiske bakterier

La oss utforske den gode siden av bakterier. Tross alt ga disse mikrobene oss deilig mat som ost, øl, surdeig og andre fermenterte elementer. De forbedrer også menneskers helse og brukes i medisin.

Individuelle bakterier kan takkes for å forme menneskets evolusjon. Vitenskapen samler mer og mer data om mikroflora - mikroorganismer som lever i kroppene våre, spesielt i Fordøyelsessystemet og tarmer. Forskning viser at bakterier, nye genetiske materialer og mangfoldet de bringer inn i kroppene våre gjør at mennesker kan tilpasse seg nye matkilder som ikke har blitt utnyttet før.

La oss se på det på denne måten: ved å dekke overflaten av magen og tarmen din, "fungerer" bakterier for deg. Når du spiser, hjelper bakterier og andre mikrober deg med å bryte ned og trekke ut næringsstoffer fra maten, spesielt karbohydrater. Jo mer mangfoldig bakteriene vi konsumerer, jo mer mangfold får kroppen vår.

Selv om vår kunnskap om våre egne mikrober er svært begrenset, er det grunn til å tro at fravær av visse mikrober og bakterier i kroppen kan ha sammenheng med menneskers helse, metabolisme og mottakelighet for allergener. Foreløpige studier på mus tyder på at metabolske sykdommer som fedme er assosiert med en mangfoldig og sunn mikrobiota, snarere enn vår rådende "kalorier inn, kalorier ut" mentalitet.

Mulighetene for å introdusere visse mikrober og bakterier i menneskekroppen, som kan gi visse fordeler, studeres nå aktivt, men i skrivende stund generelle anbefalinger om deres bruk er ennå ikke fastslått.

I tillegg spilte bakterier en viktig rolle i utviklingen av vitenskapelig tankegang og humanmedisin. Bakterier spilte en ledende rolle i utviklingen av Kochs postulater fra 1884, noe som førte til den generelle forståelsen av at sykdom er forårsaket av en bestemt type mikrobe.

Forskere som studerte bakterier oppdaget ved et uhell penicillin, et antibiotikum som reddet mange liv. Også ganske nylig, i forbindelse med dette, ble det oppdaget en enkel måte å redigere genomet til organismer, som kan revolusjonere medisinen.

Faktisk begynner vi akkurat å forstå hvordan vi kan dra nytte av samlivet vårt med disse små vennene. I tillegg er det ikke klart hvem som er den sanne eieren av jorden: mennesker eller mikrober.