§ 48. Общая характеристика бактерий

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, то есть каждый из них состоит из одной клетки. Эта клетка выполняет все необходимые для жизни процессы: получает вещества, растёт и размножается. Поэтому бактерии могут существовать как самостоятельные организмы, хотя многие из них настолько малы, что их не видно невооружённым глазом.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра, отделённого от остальной клетки оболочкой. Бактерии относятся именно к прокариотам, потому что их наследственный материал находится в цитоплазме. Этот признак помогает отличить их от организмов с клетками, в которых есть ядро.

Нуклеоид — область бактериальной клетки, где расположена основная молекула ДНК. ДНК хранит наследственную информацию, необходимую клетке для её работы и передачи признаков потомству. Нуклеоид не окружён ядерной оболочкой, поэтому его нельзя считать оформленным ядром.

Бактериальная спора — устойчивое состояние, которое некоторые бактерии образуют, когда условия становятся неблагоприятными. В таком состоянии клетка может переждать, например, высыхание или нехватку питательных веществ. Спора помогает сохранить бактерию, а не увеличить число бактерий.

Как это устроено

Бактерии встречаются почти повсюду: в почве и воде, в воздухе, на поверхностях и внутри организмов. Такое распространение связано с тем, что бактерии используют разные источники веществ и энергии и способны жить в очень разных условиях. Некоторые из них сохраняются там, где многим другим организмам трудно выжить, например при недостатке воды или питательных веществ. Однако это не означает, что любая бактерия выдерживает любые условия: требования к среде у разных видов различаются.

Бактериальную клетку снаружи окружает клеточная оболочка, которая защищает её и помогает сохранять форму, а под ней расположена мембрана. Мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды и участвует в обмене веществ, а внутри находится цитоплазма. В цитоплазме расположены рибосомы — структуры, на которых создаются белки, и нуклеоид с основной ДНК. В отличие от клетки растения, у бактерии нет оформленного ядра: наследственный материал не отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Форма бактерий может быть шаровидной, палочковидной, изогнутой или спиральной. Разная форма связана с особенностями строения и жизни бактерий, а не с тем, что все они устроены одинаково. Клетки могут располагаться поодиночке, парами, цепочками или скоплениями. Поэтому при описании бактерии важно учитывать не только форму отдельной клетки, но и то, как клетки соединены или расположены рядом.

Бактерии получают вещества и энергию разными способами. Одни способны сами образовывать органические вещества, используя энергию света или энергию химических реакций, а другие используют готовые органические вещества из окружающей среды. Это разнообразие позволяет бактериям жить в разных местах и использовать доступные там ресурсы. По отношению к кислороду среди бактерий тоже есть различия: одни используют его, а другие могут жить без него.

Обычно бактерии размножаются делением клетки: сначала клетка растёт и подготавливает наследственный материал, затем разделяется на две дочерние клетки. Так число клеток увеличивается, если условия подходят для жизни и роста. При неблагоприятных условиях некоторые бактерии образуют устойчивые споры, которые помогают переждать трудный период. Это не способ размножения: спора служит для сохранения бактерии, а увеличение числа клеток происходит при делении.

Основные признаки бактерий

Таблица помогает быстро сопоставить основные особенности бактериальных клеток и отличить размножение от образования спор. Чтобы воспользоваться ею, найдите нужный признак в левом столбце и прочитайте его характеристику справа. Если нужно описать конкретную бактерию, учитывайте, что форма, питание и отношение к кислороду могут различаться у разных видов.

Разбор задач

Задача 1. На рисунке клетки наследственный материал не отделён от цитоплазмы оболочкой. Определите, относится ли клетка к прокариотам. Нужно выяснить, есть ли у клетки оформленное ядро: именно этот признак используют для различения прокариот и клеток с ядром.

1. Найдём в условии сведения о наследственном материале: он не отделён оболочкой от цитоплазмы.
2. Вспомним, что оформленное ядро имеет собственную оболочку, которая отделяет наследственный материал от цитоплазмы.
3. Сопоставим признак с определением прокариот: их клетки не имеют оформленного ядра.

Ответ: да, клетка относится к прокариотам, поскольку её наследственный материал не заключён в оформленное ядро. Одного этого признака достаточно для такого вывода.

Задача 2. Сравните бактериальную клетку с клеткой растения: укажите два общих элемента и два различия. Сравнение должно учитывать и общие части клеток, и то, как устроен наследственный материал. Не следует считать, что сходство по отдельным частям делает клетки полностью одинаковыми.

1. Назовём общие элементы: у обеих клеток есть мембрана и цитоплазма.
2. Отметим ещё один общий элемент: в обеих клетках есть рибосомы, на которых создаются белки.
3. Сравним расположение ДНК: у бактерии основная ДНК находится в нуклеоиде, а у растительной клетки — в оформленном ядре.
4. Укажем ещё одно различие: клетка растения имеет ядро и другие внутренние структуры, отсутствующие у бактерии.

Ответ: общие элементы — мембрана и цитоплазма (также есть рибосомы). Различия — у бактерии нет оформленного ядра, а у растительной клетки оно есть; бактериальная клетка устроена проще и не имеет многих внутренних структур растительной клетки.

Задача 3. Бактерии образовали споры при высыхании среды, а после её увлажнения снова стали активно развиваться. Объясните, зачем образовались споры и почему это не размножение. Для решения важно отделить сохранение клетки от увеличения числа клеток.

1. Определим, что изменилось в среде: она высохла, поэтому условия стали неблагоприятными для активной жизни бактерий.
2. Вспомним значение споры: у некоторых бактерий это устойчивое состояние, помогающее переждать трудные условия.
3. Проверим, выросло ли число клеток при образовании спор: само по себе образование споры не создаёт новую клетку.
4. Свяжем возвращение активности с изменением среды: после увлажнения условия стали подходящими, и бактерии снова начали развиваться.

Ответ: споры образовались, чтобы бактерии пережили высыхание. Это не размножение, потому что число клеток увеличивается при делении, а спора помогает сохранить клетку до улучшения условий.

Типичные ошибки

Ошибка: называть бактерию клеткой с ядром. Так могут говорить, принимая область с ДНК за ядро. Но у бактерий наследственный материал не окружён ядерной оболочкой и находится в нуклеоиде. Проверь себя: если в описании не указана оболочка вокруг ДНК, оформленного ядра у клетки нет.

Ошибка: считать, что все бактерии имеют одинаковую форму. Иногда запоминают только один пример и переносят его на все бактерии. На самом деле клетки бывают шаровидными, палочковидными, изогнутыми и спиральными, а также располагаются поодиночке или группами. Проверь себя: при описании укажи и форму, и возможное расположение клеток.

Ошибка: путать образование спор с размножением. Эту ошибку допускают, потому что слово «образование» может навести на мысль о появлении новых особей. Спора помогает пережить неблагоприятное время, а число клеток возрастает при делении. Проверь себя: спроси, увеличилось ли количество клеток непосредственно при появлении спор.

Ошибка: утверждать, что все бактерии питаются одинаково. Такое представление возникает, если запомнить лишь один способ получения веществ. Среди бактерий есть те, кто образует органические вещества, и те, кто использует готовые; источники энергии тоже различаются. Проверь себя: не обобщай свойства одной бактерии на все виды.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение бактерии, нужно знать основные части клетки и помнить, что ДНК связана с наследственной информацией. Эти знания помогают сравнивать бактерий с растениями и другими организмами. Тема пригодится при изучении разнообразия организмов, микроорганизмов и их роли в природе и жизни человека. Знание особенностей бактерий также помогает разбирать темы о бактериях, вызывающих заболевания, и о способах борьбы с ними.

Что запомнить

• Бактерии — одноклеточные организмы.
• Бактериальная клетка не имеет оформленного ядра.
• Основная ДНК бактерии расположена в нуклеоиде.
• Бактерии бывают разных форм и могут жить в разнообразных условиях.
• Способы питания и получения энергии у бактерий различаются.
• Обычный способ размножения бактерий — деление клетки.
• Споры помогают некоторым бактериям пережить неблагоприятные условия.