§56. Бактерии, их строение и жизнедеятельность

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. В клетках растений и животных наследственная информация заключена в ядре, отделённом оболочкой, а у бактерий она находится непосредственно в цитоплазме. При этом бактерия остаётся самостоятельной клеткой: в ней происходят процессы, необходимые для жизни. Поэтому отсутствие ядра отличает её строение, но не делает её неклеточной.

Нуклеоид — участок цитоплазмы, где расположена основная наследственная информация бактерии. Он не окружён собственной оболочкой и не является оформленным ядром. Наследственная информация нужна клетке, чтобы сохранять признаки и передавать их дочерним клеткам. Нуклеоид помогает понять, где находится эта информация у бактерии.

Бинарное деление — размножение, при котором одна клетка после удвоения наследственного материала разделяется на две дочерние клетки. Каждая из них получает наследственную информацию. Так число бактерий увеличивается, если условия позволяют клеткам жить и делиться. Слово «бинарное» указывает на образование двух клеток.

Бактериальная спора — устойчивое состояние, которое некоторые бактерии образуют при неблагоприятных условиях. Она помогает пережить недостаток необходимых условий, а не служит способом размножения. Поэтому образование споры само по себе не означает, что бактерий стало больше. Когда условия улучшаются, бактерия может вернуться к активной жизни.

Как это устроено

Бактериальная клетка окружена клеточной оболочкой, а под ней находится мембрана; внутри расположена цитоплазма. Оболочка защищает клетку и помогает сохранять её форму, а мембрана отделяет внутреннее содержимое от окружающей среды и регулирует обмен веществ. В цитоплазме находятся структуры, необходимые для работы клетки, в том числе нуклеоид и рибосомы. Рибосомы участвуют в создании белков, без которых клетка не могла бы нормально расти и выполнять свои функции.

По очертаниям бактерии бывают шаровидными, палочковидными, изогнутыми и спиральными. Эти различия заметны даже без знания названия конкретной бактерии: у одних клетка округлая, у других вытянутая или закрученная. Форма помогает распознавать и сравнивать группы бактерий. Её не следует путать с движением: очертания клетки сами по себе не показывают, передвигается ли она.

Бактериям нужны вещества для построения клеток и получения энергии, но получают они их неодинаково. Одни бактерии создают органические вещества самостоятельно из более простых веществ. Другие используют готовые органические вещества из окружающей среды. Различия в питании позволяют бактериям жить в разных местах и использовать разные источники веществ.

Кислород нужен не всем бактериям одинаково. Одни живут и действуют при его наличии, а другие могут обходиться без него. Поэтому бактерии встречаются не только там, где воздух свободно поступает, но и в местах с малым количеством кислорода или без него. Разное отношение к кислороду расширяет круг условий, в которых эти организмы способны существовать.

При обычном размножении сначала удваивается наследственный материал бактерии, чтобы его можно было передать обеим будущим клеткам. Затем клетка растёт и разделяется на две дочерние. При неблагоприятных условиях некоторые бактерии образуют устойчивые споры, которые помогают пережить трудный период. Спора не увеличивает число клеток; после улучшения условий бактерии вновь могут размножаться делением.

Строение бактериальной клетки и значение её частей

Чтобы разобраться в схеме клетки, сначала найдите наружные слои, а затем внутренние части. Нуклеоид следует искать в цитоплазме, а не считать отдельным ядром. Жгутик и капсулу отмечают только в том случае, если они показаны или указаны.

Разбор задач

Задача 1. На схеме бактериальной клетки нужно подписать оболочку, мембрану, цитоплазму и нуклеоид. Важно определить не только названия, но и порядок частей от внешней стороны к внутренней. При этом нуклеоид нельзя принять за оформленное ядро. Разберём схему по расположению структур.

1. Найдите наружный защитный слой: это клеточная оболочка.
2. Сразу под оболочкой обозначьте мембрану, которая окружает внутреннее содержимое.
3. Пространство внутри мембраны подпишите как цитоплазму.
4. В цитоплазме отметьте участок с наследственной информацией — нуклеоид.

Ответ. От внешней стороны к внутренней расположены оболочка и мембрана, далее находится цитоплазма. Нуклеоид расположен в цитоплазме и не отделён собственной ядерной оболочкой. Так по схеме можно отличить бактериальную клетку от клетки с оформленным ядром.

Задача 2. Среди изображений нужно найти шаровидную, палочковидную и спиральную бактерии. Учитывайте форму самой клетки, а не направление или способ её движения. Сравните очертания изображений и выберите подходящие признаки. Так классификация будет опираться на видимую форму.

1. Найдите клетку с округлыми очертаниями: она шаровидная.
2. Выберите вытянутую клетку с прямыми или почти прямыми очертаниями: она палочковидная.
3. Найдите клетку, закрученную в виде спирали: это спиральная форма.

Ответ. Шаровидную бактерию узнают по округлой форме, палочковидную — по вытянутой, а спиральную — по закрученным очертаниям. Изогнутая бактерия тоже имеет изгиб, но её не следует автоматически называть спиральной. Наличие или отсутствие жгутика не меняет название формы.

Задача 3. Бактерии оказались в условиях, неблагоприятных для жизни, а позднее условия улучшились. Нужно объяснить, что может произойти сначала и как затем увеличится число бактерий. В условии важно различить переживание трудного периода и размножение. Это разные процессы с разными результатами.

1. Определите, есть ли среди бактерий виды, способные образовывать устойчивые споры.
2. При неблагоприятных условиях такие бактерии могут перейти в состояние споры, помогающее пережить этот период.
3. После улучшения условий бактерии возвращаются к жизнедеятельности.
4. Число клеток увеличивается при бинарном делении: наследственный материал удваивается, затем клетка разделяется надвое.

Ответ. Некоторые бактерии переживают неблагоприятное время в виде устойчивых спор. Спора не является новой дочерней клеткой и не увеличивает численность бактерий. После улучшения условий число клеток растёт благодаря делению.

Типичные ошибки

Называть нуклеоид ядром — неверно: у бактерии нет оформленного ядра, а наследственная информация находится в участке цитоплазмы. Ошибка возникает потому, что и ядро, и нуклеоид связаны с наследственной информацией. Проверьте себя: окружён ли этот участок ядерной оболочкой? Если нет, правильное название — нуклеоид.

Нельзя считать, что жгутики или капсулы есть у всех бактерий. На рисунках часто изображают эти заметные структуры, поэтому может показаться, что они обязательны. На деле они имеются не у каждой бактерии и выполняют разные функции. Проверяйте, показана ли структура в конкретном случае, и не переносите признак одной бактерии на все остальные.

Спора — не клетка для размножения, а устойчивое состояние, помогающее пережить неблагоприятные условия. Путаница возникает потому, что слово «спора» встречается при размножении других организмов. Чтобы проверить себя, спросите, увеличилось ли число бактерий непосредственно при образовании споры. Если нет, речь идёт о переживании трудного периода, а не о размножении.

Способы питания и отношение к кислороду у бактерий различаются. Ошибка состоит в том, чтобы приписывать всем один и тот же способ получения веществ или потребность в кислороде. Так можно подумать, если запомнить пример одной бактерии как общее правило. Проверяйте формулировку: речь идёт о некоторых бактериях или обо всех? Обычно правильный ответ учитывает разнообразие.

Связь с другими темами

Для изучения бактерий полезно знать основные части клетки и понимать, что клетка — структурная единица живого организма. Сравнение с растительными и животными клетками помогает увидеть, чем отличается отсутствие оформленного ядра. Эти знания пригодятся при изучении роли бактерий в природе и жизни человека. Они также помогут разобраться в причинах бактериальных заболеваний и способах их профилактики.

Что запомнить

• Бактерии — одноклеточные организмы без оформленного ядра.
• Наследственный материал бактерии расположен в области нуклеоида.
• У бактерий есть клеточная оболочка, мембрана и цитоплазма.
• Бактерии различаются по форме и способам питания.
• Одни бактерии используют кислород, другие могут жить без него.
• Обычный способ размножения бактерий — деление клетки надвое.
• Спора помогает некоторым бактериям пережить неблагоприятные условия.