§ 4. Роль бактерий в природе и жизни человека

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, играющие важную роль в круговороте веществ, жизни человека и хозяйственной деятельности. Они встречаются почти повсюду: в почве, воде, на других организмах и внутри них. Бактерии отличаются по способу питания и влиянию на окружающую среду. Поэтому нельзя считать, что все они одинаково полезны или вредны.

Бактерии-сапротрофы — бактерии, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до более простых веществ. Органические остатки — это, например, опавшие листья, отмершие части организмов и останки животных. Сапротрофы помогают перерабатывать эти материалы, а не просто «убирают» их из природы. В результате вещества снова становятся доступными другим организмам.

Азотфиксирующие бактерии — бактерии, переводящие атмосферный азот в соединения, доступные растениям. Сам по себе азот в воздухе растениям напрямую не подходит, хотя он необходим им для роста. Бактерии изменяют его химическую форму, и тогда растения могут использовать азотные соединения. Знание об этом объясняет, почему некоторые бактерии важны для плодородия почвы.

Болезнетворные бактерии — бактерии, вызывающие инфекционные заболевания человека, животных или растений. Они могут размножаться в организме и нарушать его работу, а некоторые выделяют вредные вещества — токсины. Понимание того, что именно такие бактерии способны вызывать болезнь, помогает соблюдать меры профилактики. При этом болезнетворными являются не все бактерии.

Как это устроено

Остатки организмов состоят из сложных органических веществ, которые растения и животные не могут сразу использовать повторно. Бактерии-сапротрофы питаются этими остатками и в ходе жизнедеятельности разлагают их на более простые вещества. Часть продуктов разложения становится минеральными веществами в почве и воде. Растения поглощают их корнями, а затем вещества могут переходить к животным по цепям питания, поэтому работа сапротрофов возвращает материалы в круговорот.

Азот необходим растениям для роста, но его большое количество в атмосфере не означает, что растения могут усваивать его прямо из воздуха. Азотфиксирующие бактерии преобразуют атмосферный азот в соединения, которые доступны растениям. Некоторые из них живут в клубеньках на корнях бобовых растений и получают от растения питательные вещества. Взамен бактерии обеспечивают его соединениями азота, а часть азотных соединений может оставаться в почве и поддерживать её плодородие.

В организме человека живут бактерии, в том числе в кишечнике. Такая совместная жизнь называется симбиозом: организмы живут рядом и влияют друг на друга, а в некоторых случаях оба получают пользу. Бактерии кишечника участвуют в пищеварении и помогают образованию некоторых полезных веществ. Человек, в свою очередь, предоставляет им место для жизни и пищу, поэтому эти бактерии могут быть частью нормальной работы организма.

Человек использует бактерии, потому что их жизнедеятельность вызывает нужные изменения в сырье. Молочнокислые бактерии перерабатывают сахар, содержащийся в молоке, и образуют молочную кислоту. Из-за этого молоко приобретает характерный вкус и становится гуще — так получают йогурт и некоторые другие кисломолочные продукты. Бактериальное брожение применяют также при изготовлении сыров и квашеных овощей, а разные бактериальные процессы помогают перерабатывать сырьё.

Болезнетворные бактерии могут попасть в организм, размножаться там и нарушать работу его органов. Некоторые из них выделяют токсины — вещества, вредные для организма; так развивается бактериальная инфекция. Бактерии способны распространяться, например, через загрязнённые руки, воду или пищу, поэтому полезны мытьё рук и соблюдение чистоты. Термическая обработка помогает уничтожить многие бактерии в пище, а правильное хранение снижает вероятность их размножения; охлаждение обычно замедляет рост бактерий, но не всегда убивает их.

Роль бактерий в природе и жизни человека

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите направление деятельности бактерий, а затем проследите связь между процессом и его результатом. Сравнивайте строки: одна и та же группа организмов может играть разные роли. Это помогает увидеть, что последствия деятельности бактерий зависят от того, какие это бактерии и что именно они делают.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какую роль выполняют бактерии, разлагающие опавшие листья и остатки животных в лесной почве.

Нужно определить не только, чем питаются бактерии, но и к чему приводит такое питание. Остатки листьев и животных — органический материал, который ещё содержит вещества, нужные живым организмам. Рассмотрим, как он меняется под действием бактерий и куда попадают продукты разложения.

1. Опавшие листья и остатки животных служат пищей бактериям-сапротрофам.
2. Бактерии разлагают органические вещества на более простые соединения.
3. Минеральные вещества поступают в почву и могут быть поглощены растениями, поэтому разложение связано с круговоротом веществ.

Ответ: это бактерии-сапротрофы. Они разлагают органические остатки и возвращают минеральные вещества в почву, откуда те вновь могут попасть в живые организмы.

Задача 2. Объясните, почему бобовые растения часто улучшают почву и какие бактерии участвуют в этом процессе.

В условии нужно связать свойства бобовых с составом почвы. Само растение не может усвоить атмосферный азот напрямую, поэтому важно выяснить, кто преобразует его в доступную форму. После этого можно объяснить, почему результат полезен не только растению, но и почве.

1. На корнях бобовых растений могут жить клубеньковые бактерии — это азотфиксирующие бактерии.
2. Они переводят атмосферный азот в соединения, доступные растению, и получают от него вещества для жизни.
3. Азотные соединения, связанные с жизнедеятельностью бактерий, могут обогащать почву и поддерживать её плодородие.

Ответ: бобовые растения связаны с клубеньковыми азотфиксирующими бактериями. Бактерии преобразуют атмосферный азот в доступные соединения, поэтому растение получает азот, а почва может становиться более плодородной.

Задача 3. Составьте правила профилактики бактериальных инфекций и порчи продуктов, объяснив значение каждого правила.

Чтобы предложить правила, нужно вспомнить, как бактерии распространяются и что помогает им размножаться. Они могут попасть в организм с грязных рук, загрязнённой воды или пищи. Для защиты важно уменьшать вероятность попадания бактерий и создавать условия, при которых они хуже размножаются.

1. Мойте руки перед едой и после посещения туалета: так меньше бактерий может попасть с рук в рот.
2. Тщательно мойте продукты, а для питья используйте безопасную воду: это помогает убрать загрязнения и снизить риск заражения.
3. Хорошо прогревайте пищу, если для неё требуется термическая обработка: высокая температура уничтожает многие бактерии.
4. Храните продукты в подходящих условиях, соблюдайте сроки годности и не оставляйте скоропортящуюся пищу надолго в тепле: это сдерживает размножение бактерий, хотя охлаждение не всегда убивает их.

Ответ: профилактика включает личную гигиену, чистую воду и продукты, достаточную термическую обработку и правильное хранение пищи. Эти меры уменьшают вероятность заражения и замедляют порчу продуктов, но не дают основания считать, что охлаждение полностью уничтожило бактерии.

Типичные ошибки

Ошибка 1 — считать всех бактерий вредными. Такое впечатление возникает потому, что о бактериях часто говорят в связи с инфекциями и испорченной пищей. Но сапротрофы участвуют в разложении остатков, кишечные бактерии помогают организму, а другие используются в производстве продуктов. Проверьте себя: можете ли вы привести пример полезной роли бактерий, не связанный с болезнями?

Ошибка 2 — думать, что после разложения органика просто исчезает. Остатки действительно становятся незаметными, поэтому кажется, будто их вещества пропали. На самом деле бактерии превращают сложные органические вещества в более простые, в том числе минеральные соединения, которые могут попасть в почву и воду. Проверка проста: если вещества возвращаются в круговорот, они не исчезают бесследно.

Ошибка 3 — утверждать, что растения получают атмосферный азот прямо от бактерий, без преобразования. Путаница возникает из-за краткого выражения «бактерии снабжают растения азотом». Азотфиксирующие бактерии сначала переводят атмосферный азот в доступные растениям соединения, и только затем растение может их использовать. Спросите себя, изменили ли бактерии форму азота: если нет, объяснение неполное.

Ошибка 4 — считать, что охлаждение всегда убивает бактерии. Холодная пища кажется безопасной, но низкая температура чаще замедляет размножение бактерий, а не уничтожает все клетки. Некоторые бактерии могут сохраниться и снова размножаться при подходящих условиях. Проверяйте себя так: отличайте замедление роста от гибели и продолжайте соблюдать сроки и условия хранения.

Связь с другими темами

Чтобы понять роль бактерий, пригодятся знания об их строении, размножении и способах питания: они помогают объяснить, как бактерии живут и получают вещества. С экологией тема связана через цепи питания, круговорот веществ и плодородие почвы. Позже эти знания помогут разбираться в инфекциях и иммунитете, в использовании микроорганизмов в биотехнологии и в вопросах охраны окружающей среды.

Что запомнить

• Бактерии участвуют в круговороте веществ в природе.
• Бактерии-сапротрофы разлагают органические остатки.
• Азотфиксирующие бактерии повышают доступность азота для растений.
• Некоторые бактерии живут с человеком во взаимовыгодном сотрудничестве.
• Бактерии используют при производстве кисломолочных и других продуктов.
• Болезнетворные бактерии вызывают инфекционные заболевания.
• Гигиена, термическая обработка и правильное хранение пищи снижают риск заражения.