§ 4. Бактерии — древнейшие организмы на Земле

Определения и обозначения

Бактерии — одноклеточные организмы, состоящие из одной клетки. Они встречаются в почве, воде, воздухе и внутри других организмов, поэтому способны жить в самых разных условиях. Бактерии считают древнейшими формами жизни: об этом говорят их следы, найденные в горных породах. Это определение помогает понять, что бактерии — не отдельные части организмов, а самостоятельные живые существа.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. У бактерий наследственный материал, то есть информация о признаках организма, находится непосредственно в цитоплазме. Он не отделён от неё оболочкой ядра. Понятие «прокариоты» позволяет отличать бактерии от организмов, клетки которых имеют ядро.

Бактериальная клетка — клетка без ядра, в которой есть оболочка, цитоплазма и наследственный материал. Оболочка отделяет клетку от окружающей среды, а цитоплазма — внутреннее содержимое, где идут процессы жизнедеятельности. Наследственный материал хранит информацию, необходимую клетке. Названия основных частей помогают описывать строение бактерии и сравнивать её с другими клетками.

Цианобактерии — бактерии, способные к фотосинтезу. При этом процессе они используют свет, чтобы образовывать органические вещества из неорганических. Многие другие бактерии получают готовые органические вещества из окружающей среды. Это различие показывает, что бактерии могут по-разному обеспечивать себя питанием.

Как это устроено

О древности бактерий учёные судят по находкам в горных породах. В породах сохраняются следы организмов, живших в далёком прошлом, даже когда сами организмы давно исчезли. Если такие следы похожи на бактериальные, это указывает, что жизнь существовала уже в ранней истории Земли. Поэтому находки помогают восстановить последовательность появления жизни, хотя древнейшие события нельзя наблюдать напрямую.

У бактериальной клетки нет оформленного ядра, и потому её наследственный материал лежит прямо в цитоплазме. У клеток растений и животных этот материал отделён от остального содержимого оболочкой ядра. Такое устройство — главный признак, по которому бактерий относят к прокариотам. При изучении клетки достаточно сначала выяснить, есть ли у неё оформленное ядро: это помогает не спутать бактерию с клетками других организмов.

Бактерии имеют разную форму: шаровидную, палочковидную, изогнутую как запятая или спиральную. Форма связана с устройством клетки и остаётся заметным признаком при её описании. Она не говорит сама по себе обо всех свойствах бактерии, но помогает сравнивать клетки и относить их к группам по внешнему виду. Поэтому при рассмотрении бактерии сначала обращают внимание на её очертания.

Обычный способ размножения бактерий — деление клетки. Перед разделением наследственный материал копируется, чтобы обе новые клетки получили необходимую информацию. Затем одна клетка разделяется на две дочерние клетки. Это не образование половых клеток: для размножения бактерии достаточно разделения одной клетки на две.

Бактерии различаются по способу получения питательных веществ, поэтому могут использовать разные ресурсы среды. Одни получают готовые органические вещества, которые уже образованы другими организмами. Цианобактерии при подходящем освещении образуют органические вещества сами, используя фотосинтез. Способность получать питание разными путями помогает бактериям осваивать неодинаковые условия жизни.

Основные формы бактерий

Таблица помогает соотнести название формы с тем, как выглядит клетка, и запомнить примеры групп. Сначала сравните очертания бактерии с описанием во втором столбце, затем проверьте название группы в третьем. Формы могут немного отличаться, поэтому таблица даёт основные ориентиры для распознавания.

Разбор задач

Задача 1. Ученик рассматривает изображение клетки без оформленного ядра и должен определить группу организмов. Сначала нужно выделить признак, о котором говорится в условии, а не пытаться угадать организм по другим деталям. Затем этот признак следует сравнить с определением прокариот. Так решение опирается на строение клетки.

1. Найдите на изображении клетку, у которой отсутствует оформленное ядро.
2. Вспомните, что прокариотами называют организмы с клетками без оформленного ядра.
3. Соотнесите найденный признак с этой группой организмов.

Ответ: это клетка прокариот; если изображён организм, состоящий из такой клетки, он относится к бактериям. Вывод сделан по отсутствию оформленного ядра, а не по размеру или форме клетки. Такой способ рассуждения подходит, когда в условии специально указан признак строения.

Задача 2. Нужно распределить изображения бактерий на шаровидные, палочковидные и изогнутые формы. Не начинайте с названий групп: сначала рассмотрите контур каждой клетки. Затем сопоставьте увиденное с описанием формы из таблицы. Так меньше шансов перепутать похожие названия.

1. Отметьте клетки округлых очертаний и отнесите их к шаровидным.
2. Найдите вытянутые клетки, похожие на палочки, и выделите палочковидные.
3. Оставшиеся клетки с изгибом отнесите к изогнутым; при необходимости различите форму запятой и спирали.

Ответ: изображения распределяют по внешнему виду на шаровидные, палочковидные и изогнутые. Спиральную клетку следует отметить как особый вариант изогнутой формы. Проверьте каждое изображение отдельно, чтобы не решить, что все клетки на одной картинке обязательно имеют одинаковый контур.

Задача 3. В образце обнаружены бактерии, которые при подходящем освещении образуют органические вещества. Нужно определить их способ питания и возможную группу. В условии важны слова об образовании веществ и освещении: они указывают на использование света. По этому признаку можно связать питание с фотосинтезом.

1. Установите, что бактерии не только получают готовые вещества, а образуют органические вещества сами.
2. Свяжите образование органических веществ при освещении с фотосинтезом и автотрофным питанием.
3. Сравните этот признак с определением цианобактерий.

Ответ: бактерии используют автотрофное питание и могут относиться к цианобактериям. Основание для вывода — способность к фотосинтезу, а не просто наличие бактерий в образце. Если в условии не сообщается о фотосинтезе, одного только внешнего вида для такого вывода недостаточно.

Типичные ошибки

Неверно называть бактерии клетками с ядром: наследственный материал у них не заключён в оформленное ядро. Такую ошибку допускают, представляя клетку как обязательное ядро с оболочкой и содержимое вокруг него. Проверьте себя вопросом: отделён ли наследственный материал оболочкой ядра? Если нет, перед вами признак прокариотической клетки.

Нельзя считать, что все бактерии имеют одинаковую форму: встречаются шаровидные, палочковидные и изогнутые клетки. Ошибка появляется, когда запоминают один знакомый образ и принимают его за общий для всех бактерий. Для проверки сравните контуры нескольких клеток и назовите каждую форму отдельно. Если очертания различаются, значит, бактерии неодинаковы по форме.

Деление бактерии не следует путать с образованием половых клеток: одна клетка разделяется на две. Путаница возникает из-за общего представления, что размножение всегда связано с половыми клетками. Проверьте, сколько исходных клеток описано в условии и что с ними происходит. При обычном размножении бактерий исходная клетка копирует наследственный материал и делится.

Ошибочно полагать, что все бактерии получают питание одинаково: цианобактерии способны к фотосинтезу, а другие бактерии могут использовать готовые органические вещества. Это заблуждение возникает, если одну особенность группы переносят на все бактерии. Чтобы проверить вывод, ищите в условии признаки образования веществ при свете или получения готовых веществ. Не определяйте способ питания только по тому, что организм является бактерией.

Связь с другими темами

Для изучения бактерий пригодятся знания об основных частях клетки и наследственной информации. Если понятно, что клетка хранит наследственный материал, легче разобраться, где он расположен у бактерии и чем её строение отличается от других клеток. Новая тема продолжает знакомство с разнообразием организмов и микроорганизмов. Она также помогает понять, почему бактерии имеют разное значение в природе и в жизни человека.

Что запомнить

• Бактерии — одноклеточные организмы.
• Бактерии относятся к прокариотам.
• У бактериальной клетки нет оформленного ядра.
• Бактерии различаются по форме.
• Обычный способ размножения бактерий — деление клетки.
• Цианобактерии способны к фотосинтезу.