И вредных бактерий внутри нас. Бактерии. Бактерии на коже, во рту и в носоглотке

Бактерии появились примерно 3,5-3,9 млрд лет назад, они были первыми живыми организмами на нашей планете. Со временем жизнь развивалась и усложнялась - появлялись новые, каждый раз более сложные формы организмов. Бактерии все это время не стояли в стороне, напротив, они были важнейшей составляющей эволюционного процесса. Именно они первыми выработали новые формы жизнеобеспечения, такие как дыхание, брожение, фотосинтез, катализ... а также нашли эффективные способы сосуществования практически с каждым живым существом. Исключением не стал и человек.

Внутри человека, как и внутри прочих млекопитающих, живет невообразимо большое количество бактерий. В наших телах их в 10 раз больше, чем всех клеток организма вместе взятых. Среди них абсолютное большинство - полезные, но парадокс в том, что их жизнедеятельность, их присутствие внутри нас - это нормальное положение дел, они зависят от нас, мы в свою очередь от них и при этом признаков этого сотрудничества мы никак не ощущаем. Другое дело - вредные, например патогенные бактерии, оказавшись внутри нас их присутствие тут же становится заметным, а последствия их активности могут стать очень серьезными

Люди в большинстве своём привыкли относиться к бактериям негативно. И не мудрено! Ведь чаще всего мы о них вспоминаем в спайке с такими словами, как инфекция, ангина, дизентерия… Продолжать этот нездоровый список можно долго, а между тем, бактерии нашему организму больше помогают, чем вредят. И пытаться «выжечь» их всех антибиотиками совершенно не стоит.

Познакомьтесь с бактериями, составляющими 90% живых клеток вашего организма. Человеческое тело «приютило» триллионы живых организмов – от палочкообразной кишечной палочки, использующей свой хвост, чтобы плавать вверх-вниз по нашим внутренностям, до сальмонеллы, которая может отравить еду, или спокойно жить на нашей коже без вреда для нас.

1.Компьютерное изображение бактерии (голубые и зеленые) на человеческой коже. На человеческой коже живет множество видов бактерий, особенно в потовых железах и волосяных луковицах. Обычно они не вызывают проблем, хотя некоторые могут вызывать боль. Обычно бактерии становятся проблемой, если проникают под кожу, например, при порезах или ссадинах. (SPL / BARCROFT MEDIA)

2. В одном человеческом теле от 500 до 1000 разных видов бактерий. Они размножаются, образуя около 100 триллионов отдельных клеток в 10 раз больше человеческих, которые и составляют наше тело. На фото: бактерия хеликобактер пилори, вызывающая язвенную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки. (SPL / BARCROFT MEDIA)

3. «Только в кишечнике человека содержится почти 1,81 кг бактерий, - говорит доктор Рой Слэйтор. – На самом деле, мы люди лишь на 10%, все остальное – микробы». На фото: цепочки стрептококков. Грамположительные бактерии овальной формы – одна из причин пневмонии. Хотя в нашем организме они живут довольно гармонично, иногда они могут вызывать опасные инфекции в легких. (SPL / BARCROFT MEDIA)

4. Тот факт, что в нашем теле так много бактерий, может показаться волнующим, однако доктор Слэйтор говорит, что бактерии идут нам на пользу, и без них мы долго не выжили бы. «Эти отношения бактерий и человека чисто символические. В обмен на еду бактерии помогают нашему пищеварению, выработке витаминов и укреплению иммунной системы. Они также защищают нас от инфекций». На фото: кишечная палочка во внутренностях. Кишечная палочка может вызвать диарею. (SPL / BARCROFT MEDIA)

5. Концептуальная визуализация многочисленных кокков на поверхности клеток. (SPL / BARCROFT MEDIA)

6. Компьютерное изображение типичной палочкообразной бактерии. (SPL / BARCROFT MEDIA)

7. Плавающие бактерии. (SPL / BARCROFT MEDIA)

8. Компьютерное изображение хеликобактер пилори. (SPL / BARCROFT MEDIA)

9. Типичная реснитчатая палочкообразная бактерия. (SPL / BARCROFT MEDIA)

10. Хеликобактер пилори. (SPL / BARCROFT MEDIA)

11. Типичные палочкообразные бактерии включают в себя кишечную палочку и сальмонеллу, но есть и другие. Эти бактерии имеют жгутики на одном конце, с помощью которых они передвигаются. (SPL / BARCROFT MEDIA)

12. Фекальный стрептококк. Эта бактерия – одна из так называемых супербактерий, устойчивых к антибиотикам на некоторых этапах своего развития в системе пациента. (SPL / BARCROFT MEDIA)

13. Хеликобактер пилори в человеческом желудке. Эти бактерии вызывают гастрит и являются причиной рака желудка. Пилори также могут стать причиной или кофактором рака, так как присутствие этих бактерий повышает риск развития опухоли желудка. (SPL / BARCROFT MEDIA)

А теперь подробно и по порядку:

Бактерии – самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук – голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство – Бактерии.

Форма тела

Бактерии – многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Название бактерии	Форма бактерии	Изображение бактерии
Кокки		Шарообразная
Бацилла		Палочковидная
Вибрион		Изогнутая в виде запятой
Спирилла		Спиралевидная
Стрептококки		Цепочка из кокков
Стафилококки		Грозди кокков
Диплококки		Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других – на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно – азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии – передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии – самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой – клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи – капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула – не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, - нуклеиновая кислота – ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество – ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра – нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты.

Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений.

Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания – бактериозы.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням – такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
через корневые волоски;
только через молодую клеточную оболочку;
благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

инфицирование корневых волосков;
процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.

Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Обмен веществ

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других – без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой – раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные – нет.

Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.

Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

Фотосинтезирующие бактерии

Хемосинтетики

Метилотрофы

Cинтезируют органические вещества за счёт солнечной энергии.

Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии

Синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы – серобактерии; аммония и нитрита – нитрифицирующие; железа – железобактерии; водорода – водородные бактерии.

Синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых является метан.

Хемосинтез

Использование лучистой энергии – важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений – сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.

Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты – бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка – карбоновые кислоты), а у зелёных растений – вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

Спорообразование

Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

Споры – не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий – это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес – 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии – важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Распространение в природе

Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы – аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

Микрофлора почвы

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико – сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора – один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, - ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода – природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая – 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

Микрофлора организма человека

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками – прекрасная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Бактерии в круговороте веществ

Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

Круговорот азота

Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.

Круговорот углерода

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО 2).

Круговорот серы

Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Круговорот железа

В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора – железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.

Каждое животное, будь то человек, кальмар или оса, служит домом для миллионов бактерий и других микробов. Научный журналист Эд Йонг, автор книги «Как микробы управляют нами», побуждает нас посмотреть на себя и наших внутренних спутников в новом свете - не как на индивидуумов, а как на большой взаимосвязанный и взаимозависимый мир. Книга в русском переводе подготовлена в издательстве «АСТ». О том, почему её стоит прочесть, рассказывает научный редактор издания Виктор Ковылин , выпускник кафедры антропологии биологического факультета МГУ, главный редактор научно-популярного проекта The Batrachospermum Magazine . Беседу ведёт Анна Тимофеева .

- Виктор Андреевич, как вы думаете, почему сейчас так часто говорят о мире внутри нас? Связано ли это с развитием науки или, скорее, имеет общественные корни?

Я думаю, это связано с тем, что микробиология как таковая долгое время оставалась предметом узких научных интересов, в общественном же сознании укоренилось негативное восприятие микробов как инфекционных агентов, которые приходят извне и от которых нужно избавляться. Даже в XX веке микробы в основном изучались в рамках такой парадигмы, и только во второй его половине внимание переключилось на позитивные аспекты мира микробов, в том числе живущих внутри нас. До общественного сознания, разумеется, всё это доходит с задержкой, и я полагаю, что понимать всю важность нашего внутреннего микробного мира, мириться с его существованием и принимать как часть себя обычные люди стали совсем недавно. Это достаточно новая концепция, она во многом непонятна, поэтому пугает: уж слишком силён старый стереотип восприятия микробов как исключительно патогенов.

Кроме того, сам бум исследований микробиома человека происходит буквально прямо сейчас, благо в арсенале учёных появились усовершенствованные методы и технологии для его изучения. Наш «внутренний мир» только начал открываться по-настоящему. И у общества, как мне кажется, в последнее время повысился интерес к научным открытиям, так что оно готово впитывать эти новые знания и обсуждать их.

- Название у книги в оригинале звучит несколько иначе: «I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life» («Я вмещаю множества: микробы внутри нас и грандиозный взгляд на жизнь»). С чем связано решение изменить его?

Думаю, издательство решило изменить название, чтобы сделать его более понятным и интригующим для обывателя. Я предпочёл бы сохранить оригинальное название и активно за это выступал. Оно, как мне кажется, адекватнее содержанию книги, которая призвана познакомить читателей с микробным миром внутри и вокруг нас, его многоликостью, грандиозностью и неоднозначностью. А управление - лишь один из аспектов этого мира, причём недостаточно ещё изученный, чтобы категорично утверждать, кто кем управляет. Мы тоже можем микробами управлять и использовать их, можем влиять на наш микробиом, так что тут взаимный процесс, и об этом следует помнить, читая книгу, чтобы не складывалось ложных представлений исходя из одного лишь названия. Книга вмещает намного больше, чем отражено в её названии. Другой вопрос, что большинству людей, признаемся честно, мало интересен микробный мир как таковой и его взаимодействие с миром животных. Интереснее, насколько безопасно жить с микробами и что они делают непосредственно с нами, людьми.

- Слово «микробы» действительно обладает негативным оттенком: мы чаще всего видим за ним некие вредные микроскопические организмы, которые угрожают нашему здоровью. Вот и в названии есть этот посыл: нами управляет кто-то нехороший! Слово «микроб» очень часто используется как простой синоним слова «бактерия», в том числе и в этой книге, не так ли? Как вы относитесь к проблеме «злых» микробов?

Ну разве не интригует, когда узнаёшь, что нами управляет некая тёмная сущность! Это же входит в противоречие с нашими стремлениями к добру и вообще меняет наш взгляд на самих себя. Возможно, на это и расчёт у нового названия. И если оно привлечёт широкую публику и просветит её хоть немного на тему микробов вообще - и плохих и хороших, - будет не так уж и плохо, не правда ли?

Микробы - это не только бактерии. В книге рассказывается и о других микробах, например об археях, но о них мы пока знаем недостаточно много, их открыли только в конце 1970-х. В основном в книге речь действительно о бактериях - и о том, как они сожительствуют и взаимодействуют с животными, включая людей. И да, вы правы - слово «микробы» часто употребляется для замены слова «бактерии», но это не синонимы, микробы - более широкое понятие.

«Злые» микробы - это, как я уже сказал, стереотип и пережиток научных представлений первой половины XX века. На самом деле внутри нас обитает менее сотни видов бактерий, которые вредят нам или могут стать опасными при определённых условиях. Но нейтральных, мирных и полезных микробов, помогающих нам выживать, - тысячи видов! И они в том числе помогают нашему организму бороться с вредными микробами. Врага, безусловно, надо знать в лицо, но огульно переносить негативное отношение на тех, кто просто выглядит похоже, неправильно. И книга должна помочь изменить это отношение.

- В ней больше про «злых» микробов или про обыкновенных и скромных?

У микробов нет морали, их нельзя разделить на хороших и плохих. Они, как и все живые организмы, пытаются выживать и в первую очередь думают о себе. Приносят микробы кому-то пользу или причиняют вред - не сильно их волнует. Это мы можем оценивать их - по отношению к нам. С нашей точки зрения, есть злодеи, с которыми ни при каких условиях лучше не встречаться, кроме как в костюме биологической защиты: например, чумная палочка или бацилла сибирской язвы. Но с такими, как правило, и не встречаешься. А вот другие могут жить внутри нас и творить нам и добро и зло одновременно. Например, знаменитая Helicobacter pylori , которую связывают с язвой и раком желудка, вроде как препятствует раку пищевода. Всё относительно. Если организм держит ту или иную бактерию в узде, она ведёт себя смирно, а если иммунитет вдруг ослабнет - может этим воспользоваться. Бактерия будет мирно жить в кишечнике, а случайно попав в кровь, спровоцирует жёсткую иммунную реакцию с тяжёлыми последствиями. Кишечная палочка полезна в кишечнике, но в других органах вызовет неприятности. Изгнать бактерий из себя, чтобы не давать им повода нас предать, тоже нельзя: они ведь помогают нам в пищеварении, регуляции иммунной системы и так далее. Нужно и привечать такие бактерии, и учиться их контролировать.

- Человеческий организм - многоквартирный дом, блок коммуналок или, скорее, офисное здание?

Это город, в разных районах которого живут разные слои населения. Какие-то микробы просто живут, пользуясь подходящей инфраструктурой, другие ещё и работают на организм, дающий им дом, ну и правонарушители тоже попадаются - если микроб сунется туда, куда не следует, полицейские клетки иммунной системы сразу возьмут его в оборот.

- Что такое по сути союз человека и бактерий? Насколько он равноправный - и кто извлекает из него большую выгоду?

В силу разных размеров наши представления о выгоде попросту несопоставимы! Если же рассматривать микробиом в целом (мы с ним примерно равны в клеточном отношении, хотя клеток микробов в нашем теле на треть больше, чем наших собственных), то тут можно сказать, что человеку туго придётся без него. А вот микробы, пожалуй, найдут себе других хозяев. Микробы жили на Земле до человека и после гибели человечества тоже не пропадут. Нам союз с ними однозначно выгоден, и мы учимся извлекать из него всё больше и больше выгоды, использовать микробов для улучшения нашего существования, даже тех из них, которые не связаны союзом конкретно с людьми: в пищевой промышленности, например.

- Какие дела, творимые бактериями внутри нас, вызывают наибольшее удивление?

Особенно много полезной для нас работы микробы проводят на ранних этапах жизни. Они, например, помогают формировать ворсинки кишечника, обновлять слои его стенок. Помогают созревать иммунной системе, стимулируют развитие разных групп иммунных клеток, тренируют их и вместе с ними обеспечивают иммунитет, настраивая его против других бактерий, но не против себя. Появляются научные работы, где говорится о влиянии бактерий на развитие нервных клеток, на мозг, на поведение.

Одним из самых больших откровений для меня стало то, как определённые бактерии формируют здоровую экосистему младенца при содействии материнского молока. Оно, оказывается, необходимо не для самого младенца, а для бактерий внутри него, чтобы они выполнили свою работу. И там всё связано: молоко, бактерии, здоровый кишечник, иммунная система, а возможно, и развитие мозга. Это поразительно. И сложно.

- Как вы считаете, для кого написана эта книга? Кому она будет полезна?

Она будет интересна и полезна тем, кто увлекается биологией, а также интересуется проблемами здоровья. Это, конечно же, не только биологи и врачи, но и многие любознательные люди, которые хотят разобраться в устройстве природы и человека как её части. Тех, кто не имеет специального образования, книга не должна отпугнуть кажущейся узкой тематикой, она написана достаточно живо, я бы даже сказал местами игриво и не особенно сложным языком. Хотя тут у меня может быть когнитивное искажение из-за биологического образования. Но всё же она во многих местах потребует вдумчивого чтения, это не текст для «чайников», написанный детским языком, это научно-популярный текст, где оба компонента - «популярно» и «научно» - одинаково значимы. Скажу про себя: я ведь далеко не микробиолог, и микробы со всеми их секретами и суперспособностями меня обычно мало интересовали. Но теперь смотрю на окружающий мир по-новому - пришло осознание, что привычные, видимые глазом объекты и существа находятся в постоянном взаимодействии с миром микробов. Как Йонг написал в конце первой главы, «хоть невооружённым глазом его не разглядеть, я его наконец-то вижу».

- Какова, на ваш взгляд, разница между российскими читателями этой книги и её изначальной англоговорящей аудиторией? Возникнет ли разница в восприятии? А сама книга - сильно ли она изменилась, получив русское лицо?

Аудитория, потребляющая научно-популярную литературу, на Западе огромна, и научпоп там «лезет» изо всех щелей, включая обычные общественно-политические издания. Сейчас в России наметился явный рост аудитории, интересующейся наукой, но всё равно, как мне кажется, в этом плане мы отстаём от США и Великобритании. Например, в англоязычных СМИ и блогосфере микробиология весьма популярна, по крайней мере если судить по доступной на сайтах статистике просмотров. У нас эта тема не вызывает столь массового интереса. Если речь идёт о микробах как о возможной угрозе или полезной в хозяйстве субстанции, то ухо читателя более или менее навостряется, а вот микробы как часть природы уже мало кого трогают. Не сформировалось понимание того, что жизнь микробов и наука о них могут быть увлекательными. Поэтому если говорить о массовом читателе, то тут разница в восприятии может быть в силу разной изначальной подготовленности к этому самому восприятию.

Что же касается каких-то культурных моментов и контекстов, понятных жителям США и Великобритании, но непонятных нам, то в книге их мало, и там, где возникала необходимость пояснений, они даны. В целом мы стремились сделать перевод, максимально близкий по смыслу к оригиналу. Перевод сверялся с оригиналом построчно. Старались адаптировать даже авторскую игру, аллюзии. Даже каламбуры умудрились перевести, и, как мне кажется, удачно. Русскоязычный читатель останется доволен. Ну и поскольку я биолог, то взял на себя смелость заняться научной редактурой: смотрел, чтобы термины употреблялись правильно, добавлял примечания с некоторыми разъяснениями. Кроме того, поскольку за год с момента выпуска книги за рубежом по затронутым в ней темам вышли новые научные статьи, то я по мере возможности добавил эти крупицы новых знаний в сносках, обновил список литературы.

- Что вы думаете о современном состоянии популяризации науки в нашей стране? Каких научно-популярных книг должно быть больше на полках книжных магазинов?

Сейчас с популяризацией науки в России всё очень хорошо по сравнению с тем, что было десять лет назад. Много мероприятий, фестивалей, лекций с участием видных и известных фигур. Регулярно появляются новые талантливые активисты, которым удаётся влиться в популяризаторские ряды. Меня скорее напрягает, что многие люди, заметив тренд, пытаются участвовать в нём ради популяризации не столько науки, сколько самих себя, ещё и чтобы заработать на этом. Зачастую такая «популяризация» бесталанна, неоригинальна, я бы даже сказал, пошла. Это неприятное явление. Качественная популяризация не может быть ширпотребом по определению. Но качественной популяризации очень мало на телевидении. В этом я вижу проблему. И во многом это происходит из нежелания популяризаторов участвовать в том «цирке», который транслируется по ТВ. Что бы там ни говорили о смерти телевидения, это по-прежнему очень эффективный канал донесения информации. Пока популяризаторы не желают ходить на рейтинговые обсуждения актуальных проблем, так или иначе апеллирующих к науке, из боязни быть заплёванными, туда ходят всякие клоуны и мракобесы. Коих и в интернете тоже полно и с огромными аудиториями. Только в интернете пространства больше, из него мракобесов не выдавишь, а на ТВ всё «канализировано» - так нужно этими каналами пользоваться, засылать туда «наукоботов» массово. Но это тема для отдельного большого обсуждения.

Что же о том, каких книг должно быть больше, - ну так это не решается «по заказу». Хорошая научно-популярная книга рождается, если автор действительно увлечён конкретной темой и её популяризацией. Такая книга не останется без внимания. Лично мне не нравится, когда текст написан по потребностям толпы: это попытки донести до неё науку житейским, порой даже откровенно идиотским, зато «модным» языком. Я люблю книги, которые удерживают баланс научного и популярного, и тут уже не так важно, о каких науках эта книга, - она получается достойной и найдёт своего читателя, пусть даже не столь массового.

- Вы ведёте научно-популярный проект «Батрахоспермум». Откуда такое название?

От научного имени одной водоросли. Мы назвали так стенгазету на биофаке в 2000 году, будучи смешливыми первокурсниками, просто потому что звучит дерзко и смешно, ну и материалы наши были такими же. Сейчас это онлайн-журнал о науке, всё по-серьёзному, но местами провокативно и весело - в традициях бренда.

Текст: Дарья Буркова

Мы давно знаем, что внутри и снаружи нашего тела живут бактерии, но именно сейчас все обратили на них пристальное внимание. Американский специалист по здоровому питанию, основатель сайта NutritionFacts.org и автор бестселлера «Как не умереть: откройте для себя питание, предупреждающее и излечивающее болезни» Майкл Грегор большое внимание уделяет тому, как на бактерии влияет пища, которую мы едим; в издательстве «Эксмо» в этом году вышла книга немецкой студентки Джулии Эндерс «Очаровательный кишечник. Как самый могущественный орган управляет нами» - сейчас автор пишет докторскую по кишечным микроорганизмам; косметические бренды уровня Dior стали выпускать косметику , действие которое направлено на поддержание правильной микрофлоры кожи, а компания DuPont использует бактерии при изобретении новых материалов. Разбираемся, чем вызван ажиотаж вокруг бактерий и что нам стоит знать об их влиянии на нашу жизнь.

Почему бактериями заинтересовались именно сейчас?

«Кроме того, привычка в маленьком возрасте всё тащить себе в рот существует не только у людей, но и у большинства млекопитающих - так мы коллекционируем бактерии из окружающей среды и тренируем свой иммунитет, - рассказывает Алексеев. - В организм матери то, что попало в рот ребёнка, тоже проникает, в том числе через кожу сосков, и уже к следующему кормлению мама предоставляет ребенку правильный иммунный ответ в молоке и обучает его, как реагировать на разные бактерии».

Что делают бактерии внутри нас?

Кишечник - рай для бактерий: там мокро, темно и всё время есть еда. Главная цель бактерий - это занять лакомое место и не пускать никого другого. «Через рот в нас попадает множество микробов. Конечно, они немного перевариваются в соляной кислоте желудка, но всё равно доходят до кишечника, - рассказывает Алексеев. - Если бы в кишечнике уже не жили определённые бактерии, то там мог бы обосноваться любой «враг», то есть полезные бактерии защищают нас от вредных. Второе, что они делают - переваривают те остатки пищи, которые мы не успели или не смогли переварить сами».

Интересно, что полезные бактерии питаются в основном растительной пищей, и когда мы отказываемся от овощей и фруктов, то лишаем полезных веществ не только самих себя, но и наших бактерий. В результате, если в нижних отделах кишечника нет растительных волокон, вся среда нарушается - возникает воспалительный процесс. Даже если он лёгкий и никак себя не проявляет, в защитных механизмах нашего тела возникает перекос - вместо более важных дел иммунитет отвлекается на вялотекущее воспаление в кишечнике, и мы можем чаще простужаться или болеть другими инфекциями.

Как бактерии влияют на психическое здоровье

Удивительно, но нормальная кишечная микрофлора влияет и на синтез серотонина и дофамина - главных нейромедиаторов радости и удовольствия. Это значит, что состояние радости зависит в том числе от здоровья кишечника, а оно, в свою очередь, - от нашего питания. Лечение депрессии должно включать не только приём лекарств и психотерапию, но и нормализацию пищевых привычек. «Недавно была обнаружена связь между бактериями и анорексией. Оказывается, один из гормонов, регулирующих чувство насыщения, очень похож на белок, вырабатываемый бактериями кишечника. И, по-видимому, неверная интерпретация поведения этой бактерии иммунной системой может приводить к нарушению гормональной регуляции чувства насыщения, - рассказывает Алексеев. - В случае с депрессией мы тоже понимаем, что «депо» нейромедиаторов, отвечающих за чувства радости и удовольствия, расположено скорее в районе кишечника, чем мозга, и можем пробовать подобрать питание для улучшения настроения».

«Дружеские встречи или свидания за едой - это не просто культурная традиция. Из-за еды наши бактерии начинают усиливать выработку гормонов радости и удовольствия, и человек оказывается в хорошем смысле под кайфом, - говорит Дмитрий. При всем вреде фастфуда учёные не настаивают на переходе на полный ЗОЖ. Алкоголь, например, не оказывает негативного влияния на хорошие бактерии. У здоровых людей он всасывается раньше, чем доходит до кишечника, и при этом обеспечивает дезинфекцию от патогенных микроорганизмов. «Если вы едете, скажем, в Индию, можно взять с собой алкоголь и пить его в разумных количествах всю поездку», - советует Дмитрий.

Антибиотики и вес

Все слышали, что антибиотики вредят микрофлоре кишечника - но при их приёме по показаниям ничего страшного не произойдёт. Небольшой сбой микрофлоры может проявиться в виде диареи, но обычно всё самостоятельно нормализуется в течение пары недель. Гораздо опаснее не допивать назначенный курс антибиотика или прерывать терапию - может выработаться , и в следующий раз при подобной инфекции препарат уже не подействует. А вот хроническое поступление в организм антибиотиков в низких дозах, например, если они содержатся в мясе, может серьёзно навредить.

«Если на фабриках животным в корм добавляют микродозы антибиотиков, они быстрее набирают вес и дают больше мяса. Этот антибиотик остается в мясе, попадает к человеку, и человек точно также набирает вес, - рассказывает Александр Тяхт, руководитель отдела микробиоты «Атласа». - Конечно, это произойдёт не сразу, а после многих лет регулярного питания дешёвыми мясными продуктами». На бактериальный состав кишечника влияют не только антибиотики, но и сильно солёная пища - такая еда несъедобна для бактерий. Это наглядно показывает известный проект Happy Meal , в рамках которого группа энтузиастов в течение года наблюдала за чизбургером и картошкой фри из McDonald’s. Через 365 дней с едой из фастфуда ничего не произошло - она лишь немного уменьшилась в размерах, но бактерии не съели её ни внутри, ни снаружи. McDonald’s прокомментировал этот факт очень просто, рассказав, что они добавляют в пищу много соли.

Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.

Форма тела

Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Название бактерии	Форма бактерии	Изображение бактерии
Кокки		Шарообразная
Бацилла		Палочковидная
Вибрион		Изогнутая в виде запятой
Спирилла		Спиралевидная
Стрептококки		Цепочка из кокков
Стафилококки		Грозди кокков
Диплококки		Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
через корневые волоски;
только через молодую клеточную оболочку;
благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

инфицирование корневых волосков;
процесс образования клубеньков.

Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Обмен веществ

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.

Хемосинтез

Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Спорообразование

Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

Размножение

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Почвообразование

Распространение в природе

Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

Микрофлора почвы

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

Микрофлора воздуха

Микрофлора организма человека

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.

Бактерии в круговороте веществ

Круговорот азота

Круговорот углерода

Круговорот серы

Круговорот железа

В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они - первые организмы, появившиеся на Земле.