В процессе эволюции жизни на Земле бактерии занимают очень важное место и являются одними из самых древних живых организмов на планете. Их возраст, по мнению учёных, составляет более 3.5 миллиардов лет, и нет единого мнения о происхождении бактерий.
Для чего они нужны и какие они бывают? Какую форму имеют бактерии и от чего это зависит?
Такого рода вопросы интересуют не только микробиологов, но и многих других людей, ведь упоминание об этих организмах всегда связано с какой-то болезнью. Но не все из них обладают вредными свойствами и, чтобы внести ясность в эти вопросы, нужно узнать о классификации бактерий.
Содержание
Многообразие видов микроорганизмов
В настоящее время описано больше десяти тысяч видов бактерий, хотя считается, что их значительно больше миллиона. Даже в человеческом теле их насчитывают более тысячи различных типов. Их многообразие, а также древний возраст повлияли не только на эволюцию живых существ, но и на состав атмосферы на планете.
Есть прямые научные доказательства существования цианобактерий более 2,2 миллиарда лет тому назад, а ведь именно с ними связывают накопление кислорода в атмосфере. Бактерии участвуют в формировании плодородного слоя почвы, в накоплении запасов полезных ископаемых, концентрируют атмосферный азот и фосфор и их роль в существовании всего живого на Земле очень велика.
Они могут обитать как в кислородной среде (аэробы), так и в отсутствии свободного кислорода (анаэробы). Их свойство фиксировать азот и фосфор создаёт среду, улучшающую и стимулирующую рост растений.
Микроорганизмы насыщают желудочно-кишечный тракт человека и животных, и именно они способствуют пищеварению. Бактериальный состав здорового организма, в частности наличие лактобактерий, позволяет сопротивляться болезнетворному воздействию различных патогенных форм.
Молочнокислые бактерии позволяют производить ряд продуктов питания, а научные исследования различных форм бактерий имеют огромное значение в синтезе витаминов, гормонов, ферментов и антибиотиков.
К сожалению, кроме полезных свойств бактерий существуют и отрицательные для человека качества. Патогенный микроорганизм может вызвать смертельную болезнь, существуют возбудители таких заболеваний как грипп, сибирская язва, чума, туберкулёз или холера.
Постоянно возникают различные новые формы бактерий, вызывающие неизвестные ранее заболевания.
К ним относится ВИЧ, лихорадка Эбола, свиной или птичий грипп и многие другие. Изучить бактерии возможно только под микроскопом, поскольку они имеют очень малые размеры, которые колеблются от 0,5 до 100 мкм. В некоторых случаях, спирохеты при толщине 0,7 мкм, вырастают до 250 мкм.
В преобладающем большинстве, бактерии представляют собой одноклеточные организмы и имеют безъядерную клеточную структуру, состоящую из следующих частей:
- цитоплазматической мембраны;
- рибосом;
- нуклеоида.
С внешней стороны от мембраны находится трёхслойная клеточная оболочка, а также жгутики или ворсинки. В бактериальной хромосоме содержится генетическая информация необходимая для жизненного цикла микроорганизма и называется она нуклеоидом.
У бактерии, попадающей в неблагоприятную среду, мембрана может быть разрушена, тогда некоторые виды выделяют эндоспоры, которые могут существовать долгие годы. Рибосомы клеток отвечают за синтез белка.
Размножаются микроорганизмы делением или с помощью генетической рекомбинации.
Бактерии реагируют на внешние раздражители и способны к передвижению клеток с помощью жгутиков и ворсинок. Для получения энергии у микроорганизмов присутствуют брожение, дыхание и фотосинтез, как бескислородный, так и кислородный. Очень разный мир бактерий и разнообразные функции определяют форму каждой клетки.
Особенности строения и форм микроорганизмов
Существуют бактерии, которые не имеют клеточной стенки, они называются микоплазмами и окружены только мембраной, но это скорее исключение, чем правило. Форму всех видов бактериальных клеток определяет их геном, который, кроме того, отвечает за структуру всего микроорганизма в изменяющихся внешних условиях.
В агрессивной среде, для защиты генетической информации и самосохранения, большинство клеток выделяют споры, которые проявляют устойчивость к весьма неблагоприятным условиям существования.
Эндоспоры имеют овальную форму, и при их формировании клеточная стенка бактерии разрушается, а сами они приобретают прочную защитную оболочку. Эта защита позволяет им сохранять геном даже в условиях повышенного радиационного фона, недостатка влаги и перепада температур.
Спорообразование у бактерий не является способом размножения, а существует, как своеобразная консервация, и при попадании эндоспоры в пригодные условия существования, позволяет восстановить деятельность микроорганизма.
Не все виды бактерий могут образовывать споры, но их повышенная жизнеспособность и приспособляемость позволяет и им выжить в агрессивной среде.
Форма и размер бактерий могут изменяться при неблагоприятных внешних параметрах, что доказывает высокую приспособляемость и жизнестойкость этих древних организмов.
Для того чтобы эти преобразования произошли необходимы следующие факторы:
- изменения уровня рН среды;
- перепады температуры;
- изменение концентрации в составе питательной среды;
- смена экологических условий;
- изменение состава питательных веществ.
Бактерии одного вида могут принимать нитевидную, спиралеобразную или сферическую форму с изменением условий среды обитания.
Для того чтобы исследовать всё многообразие микроорганизмов и легче различить их по виду клеток, были созданы индикаторы, или способы окраски по Граму. Этот метод позволяет различать бактерии по толщине клеточной стенки и по химическому составу внутриклеточного пространства.
Необходимость окраски заключается не только в классификации микроорганизмов, но и в выборе способа борьбы с патогенными формами.
Грамположительные бактерии имеют толщину клеточной стенки от 20 до 80 нм и при окраске по Граму приобретают фиолетовый цвет. Обработка спиртом способна зафиксировать это изменение и позволяет легче идентифицировать и исследовать организм.
У грамотрицательных бактерий толщина клеточной стенки равна 2-3 нм, что делает их проницаемыми для препарата, но не даёт им возможность удерживать краситель, а при применении фуксина приобретает красный цвет.
Для облегчения классификации существуют и другие способы выявления патогенов, к которым относятся окрашивания в тканях по методу Макиавелло, Здродовского и Романовского-Гимзе. В лабораторной диагностике существует метод бактериологического посева на благоприятную среду, который позволяет не только выявить бактерии, но и определить степень их концентрации во взятой пробе.
Классификация форм микробов
Учитывая разнообразие микроорганизмов, очень важным является их изучение и классификация. Чтобы понять к полезной или же вредоносной микрофлоре относятся бактерии и как они воздействуют на человека, необходимо установить их видовую принадлежность.
Рассмотрим в начале, какие формы имеют грамположительные толстостенные бактерии и как они называются:
- пневмококки, образуют пары клеток вытянутой формы;
- палочки, имеют правильную, вытянутую форму;
- коринебактерии;
- микобактерии;
- актиномицеты, имеют ветвящуюся форму;
- бациллы и клостридии, имеют разное местоположение спор в клетке;
- бифидобактерии;
- стафиллококки, шарообразные клетки в форме грозди винограда;
- стрептококки, сферические клетки, составляющие цепочки.
Необходимо отметить, что в этой группе находится множество патогенных форм, вызывающих гнойно-воспалительные процессы, которые трудно поддаются выявлению и лечению.
Далее рассмотрим тонкостенные грамотрицательные микроорганизмы, которые в зависимости от формы имеют следующие виды:
- менингококки, образующие пары клеток;
- гонококки;
- вейлонеллы, сферической формы;
- вибрионы, имеющие форму запятой;
- хеликобактерии и кампилобактерии, в форме латинской буквы S;
- спирилы, вытянутые, имеют два или три завитка;
- спирохеты, длинные и имеют форму спирали;
- хламидии в форме сферы;
- риккетсии, овальные, продолговатые;
- палочки.
В этой группе имеются как нейтральные, так и болезнетворные микробы. Но их тонкостенная структура, позволяет лекарственным препаратам сравнительно легко проникать в клетку и уничтожать бактерии или, как минимум, снижать их активность.
Способность микроорганизмов к перемещению определяется их формой, а именно наличием жгутиков или ворсинок. Передвижение длинных, извитых форм обеспечивается изгибом клеток или проскальзыванием.
Микоплазмы, не имеющие клеточных стенок, могут приобретать различные формы от сферических до колбовидных и нитевидных. Многообразие форм подтверждается наличием шестиугольных, звездообразных и тороидальных клеток.
Диплококки имеют по две клетки в одной капсуле, а возбудитель холеры обладает жгутиком, существенно превышающим собственную длину. Форма зависит во многом от способа питания клетки и от среды существования, а также от внешних условий.
Мы познакомили вас с огромным миром бактерий, благодаря которым возникла и поддерживается жизнь на планете.
По некоторым данным их на Земле около 450 миллиардов тонн. Микробы перерабатывают отжившую органику, усваивают и накапливают минеральные вещества в виде полезных ископаемых и плодородного слоя почвы.
Процессы брожения и производство некоторых продуктов питания невозможно без их участия. Мы выяснили, какую форму имеют бактерии и разобрались в строении одноклеточных организмов. С их помощью поддерживаются защитные функции организма человека, хотя существуют и патогены.
Но бактериология, изучающая микробы, делает всё, чтобы бороться с болезнями.
