§ 1. Приспособились ли потомки древних обитателей Земли —бактерии — к жизни на современной планете?

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, у которых нет оформленного ядра. Их клетка отличается от клетки растения или животного тем, что наследственный материал не заключён в отдельное ядро. Это важно для сравнения разных живых организмов: отсутствие ядра не означает, что у бактерии нет наследственной информации.

Бактериальная клетка — клетка с оболочкой, цитоплазмой и наследственным материалом, расположенным не в ядре. Оболочка отделяет клетку от окружающей среды, а цитоплазма заполняет её внутреннее пространство. Такое описание помогает представить, как устроена бактерия, даже если её нельзя увидеть без увеличения.

Спора — покоящаяся форма некоторых бактерий, которая помогает пережить неблагоприятные условия. В таком состоянии бактерия становится менее активной и может сохраняться, пока условия не улучшатся. Споры образуют не все бактерии, поэтому этот признак нельзя считать общим для каждой бактерии.

Колония бактерий — скопление клеток, возникшее при размножении бактерии на подходящей поверхности или в питательной среде. Клетки в колонии появились в результате деления, когда бактериям хватало подходящих условий и веществ. Понятие колонии помогает описывать не отдельную клетку, а заметную группу бактерий.

Как это устроено

Бактерии появились на Земле очень давно, но их потомки до сих пор широко расселены. Малый размер помогает им занимать узкие пространства и переноситься с водой, воздухом и частицами почвы. Простое строение тоже не мешает жизни: одной клетке достаточно получать вещества из окружающей среды, расти и делиться. А разнообразие бактерий позволяет им жить в местах с разными условиями.

В бактериальной клетке оболочка отделяет внутреннее содержимое от среды и помогает клетке сохранять свою форму. Внутри находится цитоплазма, где происходят процессы, необходимые для жизни. Там же расположен наследственный материал, который содержит информацию о признаках клетки и передаётся при делении. Он не заключён в оформленное ядро, поэтому бактериальная клетка устроена иначе, чем клетки растений и животных.

Бактерии получают вещества и энергию разными способами, поэтому могут использовать разные источники питания. Многие питаются готовыми органическими веществами, например веществами из остатков организмов. Другие способны создавать органические вещества самостоятельно: одни используют энергию света, другие — энергию химических реакций. Это разнообразие помогает бактериям находить пищу в разных местах, хотя конкретный способ зависит от вида.

Обычно бактерия размножается делением клетки: одна клетка разделяется на две. Если обе новые клетки продолжают делиться, число бактерий быстро увеличивается, и подходящее место может быть заселено колонией. Однако скорость деления зависит от условий, например наличия воды и питательных веществ. Поэтому быстрое увеличение численности возможно не всегда.

Некоторые бактерии способны переносить неблагоприятные условия, а отдельные виды образуют устойчивые споры. Спора помогает переждать, например, высыхание или недостаток пищи; после улучшения условий бактерия может снова стать активной. Устойчивость к холоду и другим воздействиям различается у разных видов. При этом сохранение бактерий в покое — не то же самое, что активный рост и размножение.

Как особенности бактерий помогают им жить на современной Земле

Читайте таблицу по строкам: сначала найдите особенность, затем посмотрите, как она проявляется и чем полезна. Она помогает увидеть, что успех бактерий связан не с одним свойством, а с сочетанием особенностей. При этом возможности каждого вида зависят от его строения и условий обитания.

Разбор задач

Задача 1. Бактерия разделилась надвое. Сколько клеток получится после двух последовательных делений, если каждая клетка каждый раз делится? Нужно учитывать не только первое деление исходной бактерии, но и деление всех получившихся клеток. Удобно проследить изменение числа клеток по этапам.

1. Сначала есть одна клетка. После первого деления из неё получаются две клетки.
2. При втором делении каждая из двух клеток делится ещё на две. Значит, получится 2 × 2 = 4 клетки.
3. Проверим: число клеток удвоилось дважды — сначала 1 → 2, затем 2 → 4. Это справедливо при условии задачи, что делятся все клетки.

Ответ: после двух делений получится 4 клетки. Здесь подсчитываются клетки в конце второго этапа, а не количество делений по отдельности. В реальной среде скорость размножения может быть другой, потому что она зависит от условий.

Задача 2. В образце обнаружены бактерии без оформленного ядра. Назовите признак, по которому их клетка отличается от клетки растения. Чтобы ответить, нужно сравнить не наличие наследственного материала вообще, а его расположение. У растительной клетки наследственный материал находится в оформленном ядре, а у бактерии ядра нет.

1. Вспомним общий признак бактериальной клетки: наследственный материал у неё есть, но он не заключён в ядро.
2. Сравним с растительной клеткой: у неё есть оформленное ядро, внутри которого находится наследственный материал.
3. Сформулируем различие точно: у бактерии нет оформленного ядра, а не наследственной информации.

Ответ: наследственный материал бактерии не заключён в оформленное ядро, в отличие от клетки растения. Такая формулировка показывает именно клеточное различие. Говорить, что у бактерии нет наследственного материала, было бы ошибкой.

Задача 3. После высыхания среды часть бактерий сохранилась, а при появлении влаги снова стала активно жить. Объясните возможную причину и укажите, почему этот вывод нельзя переносить на все бактерии. В условии описано переживание неблагоприятного периода и возобновление активности. Нужно связать его с особенностью некоторых бактерий, но не приписывать её всем видам.

1. Высыхание означает, что условия стали неблагоприятными для активной жизни бактерий.
2. Возможная причина сохранения части клеток — образование ими устойчивых спор, способных переждать такие условия.
3. Когда появилась влага, условия могли улучшиться, и бактерии снова стали активными. Однако спорообразование свойственно только некоторым видам.

Ответ: возможно, часть бактерий пережила высыхание в виде устойчивых спор и стала активной после появления влаги. Нельзя утверждать, что так могут все бактерии: спору образуют лишь некоторые виды. По условию можно предложить возможное объяснение, но не определить вид бактерии.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что у бактерий совсем нет наследственного материала. Её допускают, потому что путают отсутствие ядра с отсутствием наследственной информации. Проверь себя: у бактерии наследственный материал есть, но он не заключён в оформленное ядро.

• Ошибка — утверждать, что споры образуют все бактерии. Так могут подумать, если принять особенность некоторых видов за общее свойство. Проверь себя: в определении споры указано, что это форма лишь некоторых бактерий.

• Ошибка — считать, что все бактерии питаются одинаково. Это заблуждение возникает, если запомнить только один пример бактерии. Проверь себя: одни бактерии используют готовые органические вещества, а другие могут создавать их самостоятельно.

• Ошибка — путать выживание с активным размножением. Сохранение бактерии при плохих условиях не означает, что она продолжает быстро делиться. Проверь себя: при недостатке воды или пищи рост и деление могут замедлиться либо прекратиться.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что живые организмы состоят из клеток и что клетка имеет оболочку, цитоплазму и наследственный материал. Сравнение бактериальных клеток с клетками растений и животных помогает увидеть, что клетки могут быть устроены по-разному. Позже знания о бактериях пригодятся при изучении микроорганизмов, круговорота веществ и разложения органических остатков. Они также помогают объяснить роль бактерий в природе и жизни человека.

Что запомнить

• Бактерии — древние одноклеточные организмы, широко распространённые на Земле.
• У бактериальной клетки нет оформленного ядра.
• Бактерии различаются способами питания.
• Обычно бактерии размножаются делением клетки.
• Некоторые бактерии способны образовывать устойчивые споры.
• Особенности строения и жизнедеятельности помогают бактериям обитать в разных условиях.