§ 50. Особенности жизнедеятельности бактерий

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы без оформленного ядра. Их наследственный материал, то есть информация о признаках клетки, находится непосредственно в цитоплазме — внутреннем содержимом клетки. Поэтому бактериальная клетка устроена проще клетки растений и животных, но всё равно может выполнять основные жизненные процессы. Это помогает понять, как одна небольшая клетка самостоятельно живёт и размножается.

Питание бактерий — получение веществ, необходимых для жизни и роста. Гетеротрофное питание означает, что бактерия использует готовые органические вещества, а автотрофное — что она образует органические вещества из неорганических. Органические вещества служат материалом для клетки и источником энергии. Различие нужно учитывать, когда выясняют, откуда бактерия получает пищу.

Спора — устойчивое состояние, в которое некоторые бактерии переходят при неблагоприятных условиях. Внутри защитной оболочки клетка переносит, например, высыхание или нехватку пищи, а при улучшении условий может снова стать активной. Образование споры называют спорообразованием. Оно помогает сохранить бактерию, но само по себе не увеличивает число клеток.

Деление надвое — способ размножения, при котором из одной бактериальной клетки образуются две дочерние клетки. Перед разделением наследственный материал копируется, чтобы обе новые клетки получили необходимую информацию. Затем клетка разделяется на две части. Это определение помогает отличать размножение от образования споры.

Как это устроено

Снаружи бактериальную клетку покрывают оболочка и мембрана: они отделяют её от окружающей среды и помогают защищать содержимое. Внутри находится цитоплазма, где расположены наследственный материал и происходят процессы обмена веществ — получение и преобразование веществ и энергии. У некоторых бактерий есть жгутики, похожие на тонкие нити; их движение помогает перемещаться к подходящим условиям. Набор частей зависит от бактерии, поэтому жгутики есть не у всех.

Бактерии питаются по-разному, потому что в окружающей среде доступны разные источники веществ, а сами клетки обладают разными возможностями. Гетеротрофы получают готовые органические вещества из остатков организмов или от других живых существ. Автотрофы создают органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических превращений. Поэтому первым нужна готовая органическая пища, а вторые способны создавать её самостоятельно.

Кислород нужен не каждой бактерии. Аэробными называют бактерии, которым кислород необходим для жизненных процессов; анаэробные способны жить без него. Есть бактерии, которые могут существовать при наличии кислорода и без него. Различия связаны с тем, как клетка получает энергию, поэтому условия среды подходят разным группам неодинаково.

При делении надвое наследственный материал сначала копируется, затем клетка растёт и разделяется. Так из одной бактерии появляются две дочерние клетки, каждая из которых может продолжить жизнедеятельность. Если достаточно пищи, воды и подходящая температура, новые клетки тоже делятся. Повторение делений приводит к быстрому увеличению численности, хотя скорость зависит от условий и вида бактерий.

Когда условия становятся неблагоприятными, некоторые бактерии образуют споры. Клетка формирует вокруг своего содержимого защитную оболочку и переходит в состояние, в котором переносит трудный период. Спорообразование не является размножением: из одной клетки не возникает несколько новых бактерий, а число клеток не увеличивается. Когда условия снова подходят для жизни, спора может прорасти и образовать активную клетку.

Особенности жизнедеятельности бактерий

Читайте таблицу по строкам: сначала определите сторону жизнедеятельности, затем найдите её особенность и значение для клетки. Не переносите признак одной группы на все бактерии: способы питания и отношение к кислороду различаются. Спорообразование относится к переживанию неблагоприятных условий, а не к размножению.

Разбор задач

Задача 1. Бактерия разделилась надвое, затем каждая из получившихся клеток разделилась ещё раз. Сколько клеток образовалось? Нужно учитывать, что делится каждая клетка, возникшая на предыдущем этапе, а не только исходная бактерия.

1. После первого деления из одной клетки получаются две. Значит, на этом этапе имеется 2 клетки.
2. Затем делятся обе получившиеся клетки. Каждая даёт две дочерние, поэтому вычисляем 2 × 2 = 4.
3. Итого после двух последовательных этапов образовалось 4 клетки. Число удваивается при каждом этапе деления.

Ответ: 4 клетки.

Задача 2. В питательной среде обнаружены бактерии, использующие готовые органические вещества. Какой тип питания им свойственен и чем он отличается от самостоятельного образования органических веществ? Источник органических веществ прямо указан в условии, поэтому сначала определим его, а затем сравним с автотрофным питанием.

1. Готовые органические вещества бактерии получают из среды, а не создают сами. Такой способ называется гетеротрофным питанием.
2. При автотрофном питании бактерии образуют органические вещества из неорганических. Для этого они используют энергию света или химических превращений.
3. Сравниваем источники: гетеротрофы берут готовые органические вещества, автотрофы создают их самостоятельно. Следовательно, указанные в задаче бактерии — гетеротрофы.

Ответ: им свойственно гетеротрофное питание; оно отличается от автотрофного источником органических веществ.

Задача 3. Бактериальную культуру поместили в условия без кислорода, а затем подвергли высушиванию. Какие группы бактерий могут продолжить жизнедеятельность и какую роль может сыграть спорообразование? Здесь важно не смешивать два признака: возможность жить без кислорода и способность образовывать устойчивые споры.

1. Сначала учитываем отсутствие кислорода. Жить в таких условиях могут анаэробные бактерии и некоторые бактерии, способные приспосабливаться к наличию кислорода и его отсутствию.
2. Затем учитываем высушивание. Некоторые бактерии могут пережить его, образовав устойчивые споры, но это свойство присуще не всем бактериям.
3. Спора помогает перенести неблагоприятный период, однако не создаёт дополнительные клетки. Поэтому для ответа нужно отдельно проверить отношение бактерий к кислороду и наличие спорообразования.

Ответ: без кислорода могут жить анаэробы и приспосабливающиеся к разным условиям бактерии; спорообразование у некоторых бактерий помогает пережить высушивание.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что все бактерии питаются одинаково. Так думают, потому что бактерии часто представляют как одну группу с общими свойствами, но источники веществ у них различаются. Гетеротрофы используют готовую органику, а автотрофы образуют её сами. Проверьте себя: спросите, откуда бактерия получает органические вещества.

Неверно утверждать, что кислород нужен каждой бактерии. Это заблуждение появляется, если свойства знакомых человеку организмов переносят на все живые существа. Есть бактерии, способные жить без кислорода, и бактерии, которым он необходим. Проверка простая: уточните, рассматривается ли аэробная или анаэробная группа.

Спорообразование иногда принимают за размножение, потому что появляется отдельная защищённая структура. Но спора помогает клетке пережить плохие условия, а число бактерий при её образовании не увеличивается. При размножении надвое из одной клетки получаются две. Чтобы проверить себя, посчитайте, стало ли клеток больше.

Нельзя считать, что деление всегда идёт с одинаковой скоростью. Скорость зависит от условий среды и особенностей бактерии, поэтому быстрое увеличение численности возможно при достатке пищи и подходящей температуре. Ошибку допускают, представляя деление как процесс с неизменным темпом. Проверяйте, указаны ли в задаче благоприятные условия и сколько этапов деления произошло.

Связь с другими темами

Для понимания жизнедеятельности бактерий нужны знания о строении клетки, роли цитоплазмы и наследственного материала. Представление об обмене веществ помогает разобраться, зачем клетке нужны пища и энергия. Эти знания объясняют, как бактерии получают вещества, растут и делятся.

Дальше свойства бактерий пригодятся при изучении их роли в природе и значения для человека. Различия в питании и жизненных условиях помогают понять, где бактерии обитают и чем полезны или опасны. Знание особенностей болезнетворных бактерий также важно для изучения способов борьбы с ними.

Что запомнить

• Бактерии — одноклеточные организмы без оформленного ядра.
• Бактерии могут использовать готовые органические вещества или образовывать их самостоятельно.
• Разные бактерии по-разному относятся к кислороду.
• Обычный способ размножения бактерий — деление надвое.
• При благоприятных условиях бактерии могут быстро увеличивать численность.
• Спора помогает пережить неблагоприятные условия и не служит для размножения.