Узнайте как размножаются бактерии, как они сформировали историю человечества и что отличает их от других видов жизни.
От кислорода, который мы вдыхаем, до питательных веществ, которые наш желудок извлекает из пищи, мы должны благодарить бактерии за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмы, включая бактерии, превосходят наши собственные человеческие клетки в 10 раз, что делает нас больше микробами, чем людьми.
Мы только недавно начали полностью понимать эти микроскопические организмы и их влияние на нашу планету и здоровье, но история свидетельствует, что наши предки много веков назад использовали силу бактериальных клеток для ферментации пищи и напитков (пиво и хлеб).
Лишь в 17 веке мы начали рассматривать бактерии вблизи в таком же близком и личном месте – человеческом рту. Вечно любознательный Антон ван Левенгук открыл бактерии, исследуя образец налета между собственными зубами. Поместив образец под сложный микроскоп, ван Левенгук увидел, что микробы двигаются. Они живые!
Действительно, бактериальные виды изменили жизнь на Земле, играя ключевую роль в создании воздуха, пригодного для дыхания, и биологически богатой планеты, которую мы называем домом.
Кое-что о бактериях
Бактерии не имеют ядра, которое есть в клетках человека, животных и растений, то есть они являются прокариотическими клетками.
Ученые разработали мощные микроскопы для увеличения бактерий – обычно от одного до нескольких микрон (одна миллионная метра) в длину, что позволяет нам заглянуть в их внутреннее строение и сравнить их с другими формами жизни, такими как растения, животные, вирусы и грибы.
Как вы уже знаете, клетки действуют как строительные блоки жизни, независимо от того, состоят ли они из наших собственных тканей или из ветки дерева за вашим окном. Люди, животные и растения имеют клетки с генетической информацией, содержащейся в мембране, называемой ядром. Эти типы клеток, называемые эукариотическими, имеют специализированные органеллы, каждая из которых выполняет уникальную функцию, чтобы поддерживать клетку в рабочем и здоровом состоянии.
Однако у бактерий нет ядра, и их ДНК свободно плавает внутри клетки. Эти микроскопические клетки не имеют органелл и обладают различными методами размножения и обмена генетическим материалом. Бактерии классифицируются как прокариотические клетки.
Помимо основных категорий, ученые также разделяют бактерии на разные лагеря на основе определенных признаков:
- Выживают и процветают ли бактерии в среде с кислородом или без него
- их формы, включая палочки (бациллы), круги (коки) или спирали (спириллы)
- Являются ли бактерии грамотрицательными или грамположительными, что позволяет определить состав внешней защитной стенки клетки с помощью тестов на окраску.
- Как бактерии передвигаются и ориентируются в окружающей среде (многие бактерии имеют жгутики – крошечные плети, которые помогают им двигаться в окружающей среде).
Микробиология – наука, изучающая различные типы микробов, включая бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие – использует все больше знаний, чтобы еще больше отличить бактерии от их микробных собратьев.
Подобные прокариотические организмы, которые сейчас классифицируются в домене археи, ранее объединяли с бактериями, но после того, как исследователи узнали о них больше, они выделили микробы в археи в отдельную категорию из-за их сходства с эукариотическими клетками.
Микробная пища (и миазмы)
Как и людям, растениям и животным, бактериям для выживания нужна пища
Некоторые бактерии являются автотрофами, то есть они используют основные ресурсы, такие как солнечный свет, вода и химические вещества из окружающей среды для создания пищи (вспомним цианобактерии, которые превращают солнечный свет в кислород в течение примерно 2,5 миллионов лет). Другие бактерии исследователи называют гетеротрофами, поскольку они черпают энергию из существующего органического вещества для питания (представьте себе мертвые листья на лесной подстилке).
Правда заключается в том, что то, что может быть аппетитным для бактерий, может быть отталкивающим для нас. Они эволюционировали, чтобы процветать на различных вещах, от разливов нефти и ядерных побочных продуктов до человеческих отходов и гниющей материи.
Что такое цианобактерии (сине-зеленые водоросли)?
Но склонность бактерий к определенному источнику пищи может принести пользу обществу. Например, итальянские искусствоведы обратились к бактериям, чтобы те съели лишние слои соли и клея, которые угрожали долговечности бесценных произведений искусства. Способность бактерий перерабатывать органические вещества также пригодится, особенно учитывая их огромную роль в восстановлении земной поверхности – как в почве, так и в воде.
Ежедневно вы, вероятно, хорошо знакомы с неприятным запахом, который вызывают голодные бактерии в вашем мусорном баке, когда они поглощают остатки пищи, расщепляя их и высвобождая собственные газообразные побочные продукты. Но на этом они не останавливаются. Бактерии также виноваты в том, что во время пищеварения бактерии в вашем кишечнике выделяют метан, который воняет.
Как размножаются бактерии?
Бактериям, как и другим формам жизни на Земле, для выживания необходимо создавать свои копии. В то время как люди и другие организмы делают это посредством полового размножения, у бактерий это происходит несколько по-другому.
Но сначала мы обсудим, почему разнообразие – это хорошо.
Жизнь подвергается естественному отбору, или селективным силам в определенной среде, которые позволяют одному виду процветать и размножаться больше. Как вы помните из уроков биологии, гены – это единицы, которые дают клетке указания, что ей делать – сделать ли ваши волосы каштановыми или светлыми, а глаза зелеными или голубыми.
Вы получаете гены от обоих родителей, которые обеспечивают хорошее сочетание. Кроме того, половое размножение приводит к мутациям, или случайным изменениям в ДНК, что создает разнообразие. Чем больше генетического разнообразия, тем больше вероятность того, что организм сможет приспособиться к ограничениям в окружающей среде.
А как же размножаются бактерии? Для них это не просто встреча с нужным микробом и образование собственного поселения; это процесс бесполого размножения, который включает репликацию ДНК и деление клетки для создания двух идентичных клеток. Этот процесс, называемый бинарным делением, происходит, когда одна бактерия делится на две после того, как она реплицирует свою ДНК и перемещает генетический материал в противоположные концы клетки.
Поскольку две дочерние клетки, образующиеся в результате, генетически идентичны “материнской клетке”, от которой они происходят, этот способ размножения не является лучшим для создания разнообразного генофонда.
Так как бактерии получают новые гены?
Мы узнали как размножаются бактерии делением. Однако оказывается, бактерии прибегают к хитростям, чтобы выполнить работу, конечным результатом которых является горизонтальный перенос генов, или обмен генетическим материалом без размножения. Существует несколько способов, которыми бактерии могут это делать.
- Один из них предполагает получение генетического материала из окружающей среды вне клетки, полагаясь на другие микробы и бактерии (с помощью молекул, называемых плазмидами).
- Другой – с помощью вирусов, которые используют бактерии в качестве хозяев. Инфицируя новые бактерии, вирусы случайно оставляют генетический материал предыдущих бактерий в новых.
Обмен генетическим материалом дает бактериям гибкость для адаптации – и некоторые из них адаптируются, как только испытывают стрессовые изменения в окружающей среде, такие как нехватка пищи или химические изменения.
Лучшее понимание того, как бактерии адаптируются, чрезвычайно важно для понимания и борьбы с устойчивостью бактерий к антибиотикам в медицине. Бактерии могут обмениваться генетическим материалом так часто, что лечение, которое ранее работало, скорее всего, не сработает в следующий раз.
Теперь, когда мы подробно рассмотрели, как бактерии работают на микроскопическом уровне, давайте сделаем шаг назад и посмотрим, где вы найдете их в общей картине.
Где есть бактерии?
Они встречаются практически везде на Земле. Невозможно иметь полное представление о количестве бактерий на планете одновременно, но некоторые оценки указывают на 5 миллиардов микробов, таких как бактерии и археи – это 10 в 28-й степени!
Подсчитать, сколько существует видов или классифицированных типов бактерий, также остается сложной задачей. Одна из оценок указывает на примерно 30 000 официально определенных видов, но ученые постоянно учатся и пополняют свою базу знаний, и считают, что мы еще не знаем истинного количества видов бактерий.
Правда заключается в том, что большинство бактерий существуют уже очень, очень давно. На самом деле, они дали начало некоторым из древнейших известных окаменелостей, возраст которых достигает 3,5 миллиардов лет. Научные данные свидетельствуют, что цианобактерии начали создавать кислород между 2,5 и 2,3 миллиардами лет назад в мировом океане, что привело к возникновению атмосферы Земли и большого количества кислорода, которым мы дышим.
Бактерии могут выживать в воздухе, воде, почве, льду и экстремальной жаре; на растениях; и даже в нашем кишечнике, на нашей коже и на коже других животных.
Некоторые бактерии являются экстремофилами, что означает, что они могут выдерживать экстремальные условия, которые являются очень горячими или холодными, или в которых не хватает питательных веществ и химических элементов, которые мы обычно ассоциируем с жизнью. Исследователи обнаружили бактерии в Марианской впадине, самом глубоком месте на Земле под Тихим океаном, а также в подводных нагретых источниках и во льдах.
Источник: https://science.howstuffworks.com/
