§ 5. Строение и жизнедеятельность бактерий

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. Их наследственный материал, содержащий сведения о строении и работе клетки, расположен в цитоплазме. Благодаря этому бактерия может существовать как самостоятельный организм, хотя её устройство проще, чем устройство клеток растений и животных.

Клеточная стенка — прочная наружная оболочка бактериальной клетки. Она защищает клетку и помогает ей сохранять форму. Под стенкой находится клеточная мембрана: это не то же самое, а отдельная оболочка, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды.

Жгутик — тонкая подвижная структура, с помощью которой некоторые бактерии перемещаются. Он помогает клетке двигаться в подходящую сторону, например к источнику питательных веществ. Жгутик есть не у всех бактерий, поэтому его нельзя считать обязательной частью каждой бактериальной клетки.

Спора — особое состояние бактериальной клетки, которое помогает пережить неблагоприятные условия. В таком состоянии бактерия становится устойчивее к воздействию среды и может сохраняться до улучшения условий. Спора не служит для размножения: из одной клетки не образуется несколько новых бактерий.

Как это устроено

Бактериальная клетка окружена клеточной стенкой, а под ней расположена клеточная мембрана. Внутри находится цитоплазма — полужидкая среда, в которой размещены наследственный материал и другие части клетки. Стенка защищает клетку и сохраняет её форму, а мембрана отделяет внутреннее содержимое от среды и помогает регулировать обмен веществ. У некоторых бактерий снаружи есть жгутик, но для жизни и строения всех бактерий он не обязателен.

У бактерий нет оформленного ядра, потому что их наследственный материал не заключён в отдельную оболочку. Он находится непосредственно в цитоплазме, в отличие от клеток растений и животных, где наследственный материал помещён в ядро. Поэтому неверно называть участок цитоплазмы с наследственным материалом бактериальным ядром. Отсутствие ядра не означает, что у бактерии нет наследственной информации: она нужна клетке для жизнедеятельности и передачи признаков новым клеткам.

Для жизни бактериям нужны питательные вещества, но получают они их неодинаково. Одни используют готовые органические вещества из окружающей среды или других организмов. Другие способны создавать органические вещества самостоятельно из более простых веществ, используя энергию света или химических реакций. Различие важно потому, что способ питания определяет, какие вещества и условия нужны бактерии для существования.

Обычно бактерии размножаются делением клетки: одна клетка разделяется на две дочерние. Каждая из них получает наследственный материал и затем при подходящих условиях может делиться снова. Поэтому после каждого деления число клеток удваивается, а не увеличивается только на одну. Если хватает пищи и условия среды благоприятны, деления повторяются часто и численность бактерий быстро растёт.

Когда условия ухудшаются, некоторые бактерии образуют споры. Это помогает им пережить период, когда не хватает пищи или влаги либо среда стала слишком неблагоприятной для обычной жизнедеятельности. Спора сохраняет возможность продолжения жизни бактерии до улучшения условий. При этом образование споры не создаёт новых бактерий и потому отличается от размножения делением.

Части бактериальной клетки и их функции

Сначала определите, какая структура обозначена, а затем свяжите её расположение с функцией. Стенка находится снаружи мембраны, поэтому эти оболочки нельзя путать. Для жгутика и споры важно помнить: они есть не у всех бактерий и выполняют разные задачи.

Разбор задач

Задача 1. На рисунке бактериальной клетки обозначены оболочка, цитоплазма, наследственный материал и жгутик. Укажите каждую структуру и назовите её функцию. Чтобы не перепутать обозначения, сначала различим части по их расположению: наружная оболочка окружает клетку, а жгутик выступает наружу. Цитоплазма и наследственный материал находятся внутри.

1. Оболочка — клеточная стенка: она защищает клетку и помогает ей сохранять форму.
2. Цитоплазма — внутренняя среда клетки, в которой происходят процессы жизнедеятельности.
3. Наследственный материал находится в цитоплазме и содержит наследственную информацию.
4. Жгутик выступает за пределы клетки и помогает ей двигаться; он есть не у всех бактерий.

Ответ: оболочка — клеточная стенка, цитоплазма — внутренняя среда, наследственный материал — носитель наследственной информации, жгутик — орган движения у некоторых бактерий.

Задача 2. Бактерия разделилась на две клетки, и затем каждая из них разделилась ещё раз. Сколько клеток образовалось из одной исходной? Нужно учитывать исходную клетку и удвоение при каждом делении. После первого деления две клетки получаются вместо одной, а после второго деления делятся уже обе.

1. Начинаем с одной исходной бактерии.
2. После первого деления имеем 2 клетки.
3. Каждая из двух клеток делится, поэтому получаем 2 × 2 = 4 клетки.

Ответ: из одной исходной бактерии образовались 4 клетки. Число удваивается при каждом последовательном делении, если делятся все получившиеся клетки.

Задача 3. В засушливых условиях часть бактерий образовала споры. Объясните, почему это помогает им сохраниться и почему нельзя считать образование спор размножением. Сначала определим, что меняется при образовании споры: бактерия переходит в состояние, позволяющее пережить неблагоприятный период. Затем проверим, увеличивается ли число организмов.

1. Засуха — неблагоприятное условие, при котором обычная жизнедеятельность бактерии затруднена.
2. Спора помогает некоторым бактериям сохраниться до улучшения условий.
3. Образование споры не разделяет одну бактерию на несколько новых клеток и не увеличивает их число.

Ответ: спора помогает пережить засуху, но её образование не является размножением. Размножение бактерий происходит делением клетки.

Типичные ошибки

Ошибка: называть область с наследственным материалом бактериальным ядром. Так могут говорить, потому что наследственная информация у растений и животных находится в ядре. У бактерий она расположена в цитоплазме и не отделена оболочкой; проверьте себя вопросом: есть ли у этой клетки оформленное ядро? Ответ — нет.

Ошибка: считать, что жгутик есть у каждой бактерии. Его часто изображают на схемах, поэтому можно принять рисунок одной клетки за общий план строения. Но жгутик имеется лишь у некоторых бактерий; проверяйте, не назван ли он специальным органом движения, а не обязательной частью.

Ошибка: путать клеточную стенку с мембраной. Обе структуры окружают клетку, поэтому их легко принять за одну оболочку, хотя они расположены одна за другой и выполняют разные функции. Стенка находится снаружи и защищает, мембрана лежит под ней и отделяет содержимое клетки от среды. Чтобы проверить ответ, назовите расположение и функцию каждой структуры.

Ошибка: считать спору способом размножения. Споры связывают с появлением отдельной формы бактерии, поэтому кажется, что их образование увеличивает число организмов. На деле оно помогает пережить неблагоприятное время, а не создаёт новые клетки. Спросите себя, стало ли бактерий больше: если нет, это не размножение.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в строении бактерии, полезно вспомнить основные части клетки и сравнить её с клетками растений и животных. Такое сравнение помогает увидеть, что наследственный материал может находиться не только в оформленном ядре. Позже знания о бактериях пригодятся при изучении разнообразия микроорганизмов и их роли в природе. Они также помогают понять, как бактерии могут вызывать болезни и почему разные способы сохранения продуктов мешают их жизнедеятельности.

Что запомнить

• Бактерии — одноклеточные организмы.
• У бактериальной клетки нет оформленного ядра.
• Наследственный материал бактерии находится в цитоплазме.
• Клеточная стенка защищает клетку; жгутик помогает двигаться некоторым бактериям.
• Бактерии размножаются делением клетки.
• Спора помогает пережить неблагоприятные условия, но не является способом размножения.