Дізнайтеся як розмножуються бактерії, як вони сформували історію людства та наше довкілля й що відрізняє їх від інших видів життя.
Від кисню, який ми вдихаємо, до поживних речовин, які наш шлунок витягує з їжі, ми маємо дякувати бактеріям за процвітання на цій планеті. У нашому організмі мікроорганізми, включаючи бактерії, переважають наші власні людські клітини в 10 разів, що робить нас більше мікробами, ніж людьми.
Ми лише нещодавно почали повністю розуміти ці мікроскопічні організми та їхній вплив на нашу планету і здоров’я, але історія свідчить, що наші предки багато століть тому використовували силу бактеріальних клітин для ферментації їжі та напоїв (пиво і хліб).
Шкідливі бактерії та їх назви: топ 10 на Землі
Лише в 17 столітті ми почали розглядати бактерії зблизька в такому ж близькому та особистому місці – людському роті. Вічно допитливий Антон ван Левенгук відкрив бактерії, досліджуючи зразок нальоту між власними зубами. Помістивши зразок під складний мікроскоп, ван Левенгук побачив, що мікроби рухаються. Вони живі!
Дійсно, бактеріальні види змінили життя на Землі, відіграючи ключову роль у створенні повітря, придатного для дихання, і біологічно багатої планети, яку ми називаємо домом.
Дещо про бактерії
Бактерії не мають ядра, яке є в клітинах людини, тварин і рослин, тобто вони є прокаріотичними клітинами.
Вчені розробили потужні мікроскопи для збільшення бактерій – зазвичай від одного до кількох мікрон (одна мільйонна метра) в довжину, що дозволяє нам зазирнути в їхню внутрішню будову і порівняти їх з іншими формами життя, такими як рослини, тварини, віруси і гриби.
Як ви вже знаєте, клітини діють як будівельні блоки життя, незалежно від того, чи складаються вони з наших власних тканин, чи з гілки дерева за вашим вікном. Люди, тварини і рослини мають клітини з генетичною інформацією, що міститься в мембрані, яка називається ядром. Ці типи клітин, які називаються еукаріотичними, мають спеціалізовані органели, кожна з яких виконує унікальну функцію, щоб підтримувати клітину в робочому та здоровому стані.
У бактерій, однак, немає ядра, і їхня ДНК вільно плаває всередині клітини. Ці мікроскопічні клітини не мають органел і володіють різними методами розмноження та обміну генетичним матеріалом. Бактерії класифікуються як прокаріотичні клітини.
Що таке ціанобактерії (синьо-зелені водорості)?
Окрім основних категорій, вчені також поділяють бактерії на різні табори на основі певних ознак:
Чи виживають і процвітають бактерії в середовищі з киснем або без нього
їхньої форми, включаючи палички (бацили), кола (коки) або спіралі (спірили)
Чи є бактерії грамнегативними або грампозитивними, що дозволяє визначити склад зовнішньої захисної стінки клітини за допомогою тестів на забарвлення.
Як бактерії пересуваються і орієнтуються в навколишньому середовищі (багато бактерій мають джгутики – крихітні батоги, які допомагають їм рухатися в навколишньому середовищі).
Мікробіологія – наука, що вивчає різні типи мікробів, включаючи бактерії, археї, гриби, віруси та найпростіші – використовує все більше знань, щоб ще більше відрізнити бактерії від їхніх мікробних побратимів.
Подібні прокаріотичні організми, які зараз класифікуються в домені археї, раніше об’єднували з бактеріями, але після того, як дослідники дізналися про них більше, вони виділили мікроби в археї в окрему категорію через їхню схожість з еукаріотичними клітинами.
Мікробна їжа (і міазми)
Як і людям, рослинам і тваринам, бактеріям для виживання потрібна їжа
Деякі бактерії є автотрофами, тобто вони використовують основні ресурси, такі як сонячне світло, вода та хімічні речовини з навколишнього середовища для створення їжі (згадаймо ціанобактерії, які перетворюють сонячне світло на кисень протягом приблизно 2,5 мільйонів років). Інші бактерії дослідники називають гетеротрофами, оскільки вони черпають енергію з існуючої органічної речовини для харчування (уявіть собі мертве листя на лісовій підстилці).
Правда полягає в тому, що те, що може бути апетитним для бактерій, може бути відразливим для нас. Вони еволюціонували, щоб процвітати на різноманітних речах, від розливів нафти та ядерних побічних продуктів до людських відходів та гниючої матерії.
Але схильність бактерій до певного джерела їжі може принести користь суспільству. Наприклад, італійські мистецтвознавці звернулися до бактерій, щоб ті з’їли зайві шари солі та клею, які загрожували довговічності безцінних творів мистецтва. Здатність бактерій переробляти органічні речовини також стає в нагоді, особливо з огляду на їхню величезну роль у відновленні земної поверхні – як у ґрунті, так і у воді.
Щодня ви, мабуть, добре знайомі з неприємним запахом, який спричиняють голодні бактерії у вашому сміттєвому баку, коли вони поглинають залишки їжі, розщеплюючи їх і вивільняючи власні газоподібні побічні продукти. Але на цьому вони не зупиняються. Бактерії також винні в тому, що під час травлення бактерії у вашому кишечнику виділяють метан, який смердить.
Як розмножуються бактерії?
Бактеріям, як і іншим формам життя на Землі, для виживання необхідно створювати свої копії. У той час як люди та інші організми роблять це за допомогою статевого розмноження, у бактерій це відбувається дещо по-іншому.
Але спочатку ми обговоримо, чому різноманітність – це добре.
Життя піддається природному відбору, або селективним силам у певному середовищі, які дозволяють одному виду процвітати і розмножуватися більше. Як ви пам’ятаєте з уроків біології, гени – це одиниці, які дають клітині вказівки, що їй робити – чи зробити ваше волосся каштановим або світлим, а очі зеленими або блакитними.
Ви отримуєте гени від обох батьків, які забезпечують гарне поєднання. Крім того, статеве розмноження призводить до мутацій, або випадкових змін у ДНК, що створює різноманітність. Чим більше генетичного різноманіття, тим більша ймовірність того, що організм зможе пристосуватися до обмежень у навколишньому середовищі.
А як же розмножуються бактерії? Для них це не просто зустріч з потрібним мікробом і утворення власного поселення; це процес безстатевого розмноження, який включає реплікацію ДНК і поділ клітини для створення двох ідентичних клітин. Цей процес, який називається бінарним поділом, відбувається, коли одна бактерія ділиться на дві після того, як вона реплікує свою ДНК і переміщує генетичний матеріал у протилежні кінці клітини.
Оскільки дві дочірні клітини, що утворюються в результаті, генетично ідентичні “материнській клітині”, від якої вони походять, цей спосіб розмноження не є найкращим для створення різноманітного генофонду.
Тож як бактерії отримують нові гени?
Ми дізналися як розмножуються бактерії поділом. Проте виявляється, бактерії вдаються до хитрощів, щоб виконати роботу, кінцевим результатом яких є горизонтальне перенесення генів, або обмін генетичним матеріалом без розмноження. Існує кілька способів, якими бактерії можуть це робити.
- Один з них передбачає отримання генетичного матеріалу з навколишнього середовища поза клітиною, покладаючись на інші мікроби та бактерії (за допомогою молекул, які називаються плазмідами).
- Інший – за допомогою вірусів, які використовують бактерії як господарів. Інфікуючи нові бактерії, віруси випадково залишають генетичний матеріал попередніх бактерій у нових.
Обмін генетичним матеріалом дає бактеріям гнучкість для адаптації – і деякі з них адаптуються, як тільки відчувають стресові зміни в навколишньому середовищі, такі як нестача їжі або хімічні зміни.
Краще розуміння того, як бактерії адаптуються, надзвичайно важливе для розуміння та боротьби зі стійкістю бактерій до антибіотиків у медицині. Бактерії можуть обмінюватися генетичним матеріалом так часто, що лікування, яке раніше працювало, швидше за все, не спрацює наступного разу.
Тепер, коли ми детально розглянули, як бактерії працюють на мікроскопічному рівні, давайте зробимо крок назад і подивимось, де ви знайдете їх у загальній картині.
Де є бактерії?
Вони зустрічаються практично скрізь на Землі. Неможливо мати повне уявлення про кількість бактерій на планеті одночасно, але деякі оцінки вказують на 5 мільярдів мікробів, таких як бактерії та археї – це 10 в 28-му степені!
Підрахувати, скільки існує видів або класифікованих типів бактерій, також залишається складним завданням. Одна з оцінок вказує на приблизно 30 000 офіційно визначених видів, але вчені постійно навчаються і поповнюють свою базу знань, і вважають, що ми ще не знаємо справжньої кількості видів бактерій.
Правда полягає в тому, що більшість бактерій існують вже дуже, дуже давно. Насправді, вони дали початок деяким з найдавніших відомих скам’янілостей, вік яких сягає 3,5 мільярдів років. Наукові дані свідчать, що ціанобактерії почали створювати кисень між 2,5 і 2,3 мільярдами років тому у світовому океані, що призвело до виникнення атмосфери Землі та великої кількості кисню, яким ми дихаємо.
Бактерії можуть виживати в повітрі, воді, ґрунті, льоду та екстремальній спеці; на рослинах; і навіть у нашому кишечнику, на нашій шкірі та на шкірі інших тварин.
Деякі бактерії є екстремофілами, що означає, що вони можуть витримувати екстремальні умови, які є дуже гарячими або холодними, або в яких бракує поживних речовин і хімічних елементів, які ми зазвичай асоціюємо з життям. Дослідники виявили бактерії в Маріанській западині, найглибшому місці на Землі під Тихим океаном, а також у підводних нагрітих джерелах і в льодах.
Джерело: https://science.howstuffworks.com/
