Что образуют бактерии при наступлении неблагоприятных условий

Форма и размер бактериальных клеток, как и свойства их клеточной стенки (что отразилось на широко известном делении бактерий на грамположительных и грамотрицательных) – одни из самых первых признаков, использованных для классификации этих организмов. Разнообразие форм клеток и в то же время постоянство формы клеток на видовом уровне (за некоторым обсуждаемом ниже исключением) позволили довольно подробно и точно определять таксономическую принадлежность бактерий. Однако причины возникновения разнообразия формы и ее стабильность внутри разного уровня таксонов прокариот долго оставались загадкой. Новые методы исследований – электронная микроскопия, методы молекулярной биологии и биохимии, а также исследования физических закономерностей и математическое моделирование помогли установить ряд факторов, определяющих внешнее строение бактерий. В обсуждаемой статье авторы представили анализ исследований связи формы клеток бактерий с их экологией и эволюцией.

Несмотря на то, что основными являются три типа клеток бактерий (заглавная иллюстрация) – сферическая, палочковидная и спиральная – специалисты выделяют довольно большое разнообразие других форм (рис. 1). Известно, что бактерии по строению клеточной стенки можно разделить на два типа (рис. 1, 2). Строение оболочки (клеточной стенки бактерий) в значительной степени связано с ее формой. Среди определяющих форму бактерий факторов на данным момент выделяют несколько основных:
— наличие/отсутствие внешней мембраны (у грамотрицательных бактерий);
— относительная толщина пептидогликанового слоя;
— особенности строения продольных пептидных сшивок между гликановыми нитями, ориентированными перпендикулярно длинной оси клетки: у грамотрицательных образуются напрямую, а у грамположительных через дополнительный мостик.

Ряд авторов отмечают, что морфологическое разнообразие грамотрицательных бактерий выше, чем таковое грамположительных (см. рис. 1). Среди грамположительных бактерий преобладают палочки, часто встречаются кокки и нитевидные формы, а вот изогнутые и спиральные формы очень редки. Палочки также преобладают и среди грамотрицательных бактерий, но второе и третье места по распространенности делят изогнутые и спиральные формы. А вот кокки и одноклеточные нитчатые формы среди грамотрицательных бактерий редки, хотя некоторые палочки и спиральные бактерии в определенных условиях могут приобретать округлую форму, например, в стационарной фазе культивирования и при неблагоприятных условиях.

На настоящий момент превалирует представление, что белки цитоскелета, такие как MreB (Murein cluster B) и FtsZ (Filamenting temperature-sensitive mutant Z) гомологи актина и тубулина эукариот, не являются собственно архитектурными элементами формы клеток, а представляют собой нечто похожее на разметку для активации процессов синтеза/разборки клеточной стенки, являясь сайтами прикрепления соответствующих ферментов и регуляторных белков. Экспериментально было показано, что присутствие белка MreB отвечает за палочкообразную форму клетки, а белок FtsZ отвечает за формирование перегородки и других структур во время деления клетки (так называемое Z-кольцо). Представляется, что белок MreB это основной фактор формирования палочковидной формы: он организует в определенных местах клеточной стенки (там, где будут «стенки палочки») синтез пептидогликана (клеточной стенки) после разделения клетки на дочерние и, таким образом, обеспечивает удлинение клеток. У кокков (сферическая форма) этого белка нет, а наращивание клеточной стенки происходит в кольцевой зоне при делении клетки за счет белка FtsZ и других белков, участвующих в делении клетки. Для объяснения формы клеток прокариот еще одним важным белком считается кресцетин CreS. Его наличие в определенной области затормаживает образование клеточной стенки, что приводит к искривлению клетки в результате неравномерного роста. Так могут получаться изогнутые формы. Есть и другие белки-кандидаты (например, бактофилины), претендующие на роль в процессе формообразования у прокариот, однако их функции пока изучены недостаточно.

Кокки. Можно выделить два типа прокариот, имеющих сферическую форму. Одни кокки («собственно» кокки) в течение всего жизненного цикла остаются сферическими. Другие («производные» кокки) – палочки, вибрионы, и др.- приобретают сферическую форму только в неблагоприятных условиях. Как уже говорилось, у подавляющего большинства «собственно» кокков не обнаружен белок MreB (ответственный за палочковидную форму) и сферическая форма приобретается в ходе процессов роста дочерних клеток в зоне деления материнской клетки. «Производные» кокки получают свою сферическую форму другим путем: за счет, так называемого, «редуктивного» деления, когда многократные деления клеток не перемежаются синтезом клеточной стенки в районе стенок (т.е. удлинением). Очевидно, напрашивается вывод, что кокки произошли от палочковидных бактерий в результате потери основного белка MreB, обеспечивающего удлинение стенок.

Чем же выгодно быть сферическим? У сферической формы наименьшее соотношение площади поверхности к объему, это объясняет их малые размеры, потому кокки являются доминирующей группой в микропорах различных типов почв. Это же свойство выгодно при переживании неблагоприятных условий в случае с «производными» кокками. Поскольку шарообразная форма наименее удобна для управляемого движения, кокки, как правило, лишены «органов движения», например, жгутиков. Показано, что сферическая форма позволяет бактериям быстрее распространяться пассивно с током воды, чем бактериям других форм. Эта закономерность объясняет «любовь» кокков образовывать скопления (диплококки – две клетки, стрептококки – нити клеток, стафилококки – гроздья клеток), которые затормаживают пассивное передвижение, а при необходимости агрегация распадается под действием специальных ферментов, разделяющих склеенные между собой клетки (рис. 3).

Палочки. По-видимому, самая удобная (универсальная) для бактерий форма клеток. Большинство исследователей считает палочки исходной в эволюционном плане формой. Подсчитано, что клетки с соотношением длины к диаметру (l/d) около 3.7 испытывают наименьшее сопротивление среды при активном передвижении в жидких средах, более того выгоднее быть длиннее, чем короче, данного соотношения: чтобы испытывать такое же сопротивление среды, как кокки, палочки должны стать в 130 раз длиннее своего диаметра. При соотношении l/d от 3 до 6 наблюдается наибольшая эффективность поглощения питательных веществ из окружающей среды и их внутриклеточного транспорта. Именно таким формам удобно закрепляться на субстрате. Замечено, что очень успешно палочки «собираются» в (печально известные) биопленки.

Многочисленные нитевидные формы это производные палочек, длина стенок которых во много раз превышает диаметр клетки. Нитевидная форма одна из стратегий избегания хищничества со стороны простейших. Длинные, разветвленные формы получают возможность функционально дифференцировать клетку, что способствует более эффективному питанию в случае дефицита определенных элементов питания.

Извитые (спиральные) формы. Бактерии могут становится извитыми разными способами в разных эволюционных линиях прокариот. Например, Helicobacter pylori, вызывающий язву желудка, особыми ферментами (группы Csd) контролируемо разрезает сшивки между нитями в пептидогликановом слое, благодаря чему правильно организованный цилиндр клеточной стенки скручивается в спираль (рис. 4). Интересно, что грамположительные бактерии не имеют ферментов этой группы, к тому же их сшивки между нитями содержат дополнительные (пентаглициновые) мостики, а не сшиты напрямую, как у грамотрицательных бактерий. Эти обстоятельства в некоторой степени объясняют редкость спиральных форм среди грамположительных бактерий.

По-видимому, другой способ скручиваться изобрели Spirochaetae. Сначала было подозрение, что имеющиеся у спирохет жгутики, расположенные в внутреннем пространстве между мембранами (см. рис. 2, межмембранное пространство), ответственны за скручивание клеток. Действительно, было показано, что извитые формы спирохет в виде плоской волны «используют гены» внутренних жгутиков для образования стяжек в нужных местах для придания волнообразной формы клетке. Однако полученные правильно скрученные спиральные мутантные формы без внутренних жгутиков показали, что спиральные спирохеты используют еще какой-то механизм для скручивания. Представляется, что спиральные формы более эффективны при движении в вязкой среде, чем другие формы бактерий.

Изогнутые формы– вибрионы – можно рассматривать как короткие спиральные формы. Но у вибрионов есть покрайней мере еще один способ изогнуться: при помощи «тормозящего» белка кресцетина CreS (см. выше). Ряд исследований показал, что изогнутая форма вибриона способствует активному движению в жидкости и активному поиску лучшего места (хемотаксису).

Помимо общей формы клетки бактерии также могут иметь дополнительные внешние морфологические элементы – жгутики, мембраны, выросты, ножки – отражающие способности прокариот специфически приспосабливаться к определенным условиям жизни, моделируя для себя субнишевые (в экологическом смысле) пространства (рис. 5). Понятно, что целый ряд факторов, таких как свойства среды, способ питания, хищничество со стороны простейших, взаимодействие с субстратом и др. определяют эволюцию формы клеток бактерий. Интересно, что один и тот же тип клеток, как и дополнительных внешних морфологических приспособлений, может обеспечиваться разными структурными элементами оболочки и молекулярными механизмами в ходе эволюции разных таксонов.

Источник

§ 11. Строение и жизнедеятельность бактерий — Пасечник. 5 класс. Учебник

Вопросы в начале параграфа

1. На какие царства принято разделять живые организмы?

Живые организмы принято разделять на четыре царства:

2. Какое строение имеет растительная клетка?

Растительная клетка состоит из ядра с ядрышком, цитоплазмы пластидами или другими органеллами, одной или нескольких вакуолей с клеточным соком и оболочки с порами.

Вопросы в конце параграфа

1. Какое строение имеет бактериальная клетка?

Бактериальные клетки состоят из:

По форме бактериальные клетки различаются на:

2. Чем отличается бактериальная клетка от растительной?

Между бактериальной и растительной клеткой имеются существенные отличия:

3. Какие бактерии называют сапрофитами, а какие — паразитами?

Сапрофитами называются бактерии, которые получают органические вещества из отмерших организмов или выделений живых организмов.

Паразитами называются бактерии, питающиеся органическими веществами живых организмов.

4. Как бактерии размножаются?

Бактерии размножаются методом деления одной клетки на две. В благоприятных условиях скорость деления может происходить через 20 — 30 минут. Кроме того некоторые виды бактерий образуют споры, с помощью которых они могут размножаться.

5. Что происходит с бактериями при наступлении неблагоприятных условий?

При наступлении неблагоприятных условий большинство бактерии быстро погибают. К таким неблагоприятным условиям можно отнести солнечный свет, недостаток пищи, нагревание до 65 — 100 ºС, низкое количество влаги, воздействие некоторых химических (дезинфицирующих) веществ и т.д.

Подумайте

Чем можно объяснить широкое распространение бактерий на нашей планете?

Широкое распространение бактерий на нашей планете объясняется тем, что этот вид живых организмов способен невероятно быстро размножаться и приспосабливаться к жизни в самых разных условиях. Бактерии живут:

Задания

1. Вымойте клубень картофеля, не очищая его от кожуры, нарежьте ломтиками. Натрите ломтики мелом и поместите в чашку Петри. Чашку поставьте в тёплое место с температурой 25—30 °С. Через 2—3 суток на поверхности ломтиков образуется плотная морщинистая плёнка. Маленький кусочек плёнки разотрите в капле воды и рассмотрите под микроскопом бактерии картофельной палочки. Они подвижны, обладают жгутиками и могут образовывать споры.

Бактерии картофельной палочки по латински называются «Bacillus mesentericus». Жгутиками они соединяются друг с другом в длинные нити, словно вагоны поезда. При неблагоприятных условиях такие бактерии быстро преобразуются в споры овальной формы и могут сохранять свою жизнеспособность долгое время.

По цвету картофельные бактерии жёлто-бурые. На картофеле они образуют складчатый налёт. Кроме того такие бактерии могут находиться в почве и на различных пищевых продуктах, например, на хлебе или молоке. При попадании в организм человека картофельные бактерии могут вызвать расстройство желудка или отравление.

2. Для получения культуры сенной палочки положите в колбу с водой немного сена, горлышко колбы закройте ватой и кипятите содержимое в течение 15 мин, чтобы уничтожить другие бактерии, которые могут оказаться в колбе. Сенная палочка при кипячении не погибает. Полученный настой сена отфильтруйте и на несколько дней поставьте в помещение с температурой 20—25 °С. Сенная палочка будет размножаться, и вскоре поверхность настоя покроется плёнкой из бактерий.

Стеклянной палочкой перенесите частичку плёнки на предметное стекло, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом. Добавьте под покровное стекло каплю метиленовой синьки или чернил, разбавленных водой. На голубом фоне бактерии видны гораздо лучше. Некоторые из них подвижны, а у неподвижных внутри видны блестящие овальные образования. Это споры.

Нагрейте отфильтрованный настой. Выясните, при какой температуре бактерии сенной палочки погибают.

Бактерии сенной палочки погибают при кипячении, то есть при доведении температуры настоя до 100 °С. При этом споры бактерии сенной палочки выживают и после кипячения раствора.

Словарик

Бактерии — это живые одноклеточные микроорганизмы.

Синезелёные или цианобактерии — это бактерии, способные создавать из неорганических веществ органические. Синезелёные или цианобактерии сыграли большую роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Сапротрофы — это бактерии, получающие органические вещества из отмерших организмов или выделений живых организмов.

Паразиты — это бактерии, которые питаются органическими веществами живых организмов.

Источник

Что образуют бактерии при наступлении неблагоприятных условий

При неблагоприятных условиях бактерии образуют толстостенные споры. В виде споры бактерия может пережить очень суровые температурные и химические нагрузки – например, кипячение. (Также в виде спор бактерии расселяются ветром). Бактерии живут на Земле миллиарды лет и приспосабливаются к любым условиям за счет

Молочнокислые бактерии используются человеком

Тесты

666-01. Чем бактериальная спора отличается от свободной бактерии?
А) Спора имеет более плотную оболочку, чем свободная бактерия.
Б) Спора – многоклеточное образование, а свободная бактерия – одноклеточное.
В) Спора менее долговечна, чем свободная бактерия.
Г) Спора питается автотрофно, а свободная бактерия – гетеротрофно.

666-02. Важнейшим приспособлением к перенесению неблагоприятных условий у бактерий является
А) быстрое размножение
Б) спорообразование
В) быстрое перемещение в безопасную среду
Г) переход к паразитизму

666-03. Укажите случай симбиоза бактерии с другим организмом.
А) вибрион холеры и человека
Б) сальмонелла и курица
В) бацилла сибирской язвы и овца
Г) кишечная палочка и человек

666-04. Клубеньковые бактерии снабжают мотыльковые растения
А) органическими веществами отмерших растений
Б) азотными солями
В) нуклеиновыми кислотами
Г) углеводами

666-05. Неблагоприятные условия для жизнедеятельности бактерий создаются при
А) квашении капусты
Б) консервировании грибов
В) приготовлении кефира
Г) закладке силоса

666-06. Бактерии, вызывающие ангину, относят к группе
А) автотрофных бактерий
Б) бактерий гниения
В) бактерий-паразитов
Г) бактерий-сапротрофов

666-07. Бактерии сибирской язвы могут находиться длительное время в скотомогильниках в виде
А) спор
Б) цист
В) живых клеток
Г) зооспор

666-08. Гнилостные бактерии по типу питания относят к
А) паразитам
Б) фотосинтетикам
В) сапротрофам
Г) автотрофам

666-09. Что характерно для бактерий-сапротрофов?
А) существуют за счёт питания тканями живых организмов
Б) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца
В) используют органические вещества выделений живых организмов
Г) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию химических реакций

666-10. Бактерии существуют на Земле миллионы лет наряду с высокоорганизоваными организмами, так как
А) питаются готовыми органическими веществами
Б) при наступлении неблагоприятных условий образуют споры
В) участвуют в круговороте веществ в природе
Г) имеют простое строение и микроскопические размеры

666-11. Какое из приведенных утверждений правильно?
А) бактерии размножаются мейозом
Б) все бактерии – гетеротрофы
В) бактерии хорошо адаптируются к условиям среды
Г) некоторые бактерии – эукариотические организмы

666-12. Сходство жизнедеятельности цианобактерий и цветковых растений проявляется в способности к
А) гетеротрофному питанию
Б) автотрофному питанию
В) образованию семян
Г) двойному оплодотворению

666-13. Бактерии гниения, живущие в почве,
А) образуют органические вещества из неорганических
Б) питаются органическими веществами живых организмов
В) способствуют нейтрализации ядов в почве
Г) разлагают мёртвые остатки растений и животных до перегноя

666-14. Чем характеризуются бактерии гниения?
А) используют готовые органические вещества живых организмов
Б) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца
В) используют органические вещества отмерших организмов
Г) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию химических реакций

666-15. Какие бактерии считают «санитарами» планеты?
А) уксуснокислые
Б) клубеньковые
В) гниения
Г) молочнокислые

666-16. Дизентерийную амебу, инфузорию-туфельку, эвглену зеленую относят к одному подцарству потому, что у них
А) общий план строения
Б) сходный тип питания
В) одинаковые способы размножения
Г) общая среда обитания

666-17. Какой физиологический процесс у одноклеточных животных связан с поглощением клеткой газов?
А) питание
Б) выделение
В) размножение
Г) дыхание

666-18. По способу питания цианобактерии (синезелёные) относят к
А) автотрофным бактериям
Б) бактериям-паразитам
В) бактериям-сапротрофам
Г) гетеротрофным бактериям

666-19. Некоторые бактерии выживают в условиях вечной мерзлоты в виде
А) симбиоза с грибами
Б) спор
В) вегетативных клеток
Г) множественных колоний

666-20. По способу питания молочнокислые бактерии относят к
А) автотрофным бактериям
Б) бактериям-паразитам
В) бактериям-сапротрофам
Г) фотосинтезирующим бактериям

666-21. Возбудители дифтерии являются
А) сапротрофами
Б) паразитами
В) симбионтами
Г) автотрофами

Источник