§ 34. Бактерии — мельчайшие живые организмы

Определения и обозначения

Бактерии — самостоятельная группа клеточных живых организмов, клетки которых не имеют оформленного ядра. В отличие от клеток растений, животных и грибов, бактериальная ДНК не заключена в ядерную оболочку. Это различие помогает определить, к какой крупной группе относится клетка.

Прокариоты — организмы, у которых нет ядра, отделённого от цитоплазмы мембраной. К этой группе относят бактерий. Термин нужен, чтобы отличать их клетки от эукариотических клеток с оформленным ядром.

Нуклеоид — область бактериальной клетки, где расположена её основная молекула ДНК. В отличие от ядра, нуклеоид не окружён оболочкой, поэтому его содержимое не отделено от цитоплазмы мембраной. Название помогает говорить о расположении наследственной информации, не называя эту область ядром.

Клеточная стенка бактерий — слой снаружи клеточной мембраны. Она помогает клетке сохранять форму и защищает её от внешних воздействий. Это отдельная от мембраны структура, поэтому важно не смешивать их названия и функции.

Как это устроено

Бактериальная клетка окружена мембраной, внутри которой находится цитоплазма с рибосомами и нуклеоидом; снаружи мембраны обычно расположена клеточная стенка. Мембрана отделяет содержимое клетки от среды и участвует в обмене веществ. В цитоплазме происходят реакции, необходимые для жизни, а рибосомы собирают белки. ДНК находится в нуклеоиде, поэтому для её хранения бактерии не требуется отдельное ядро.

Малые размеры бактериальных клеток и отсутствие сложных внутренних мембранных структур не означают, что бактерия неживая или обязательно зависит от организма-хозяина. У клетки есть необходимые для самостоятельного обмена веществ части: мембрана, цитоплазма, рибосомы и наследственный материал. Обмен веществ обеспечивает получение и использование веществ и энергии, а работа клетки поддерживает её жизнедеятельность. При этом конкретные возможности зависят от вида и условий окружающей среды.

Форму клетки используют как один из внешних признаков при описании бактерий. Шаровидные клетки называют кокками, палочковидные — бациллами, а изогнутые клетки могут иметь форму запятой или спирали. Различия заметны при наблюдении и помогают первоначально классифицировать бактерии. Однако форма сама по себе не объясняет, чем клетка питается и в каких условиях живёт.

Обычный способ размножения бактерий — деление клетки: одна клетка разделяется, образуя две дочерние. Если дочерние клетки продолжают делиться и условия благоприятны, число бактерий растёт быстро, поскольку новые клетки также становятся источником потомства. Темп зависит от доступности питательных веществ, температуры и других условий среды. Нехватка ресурсов или неподходящая среда способны замедлить деление.

Бактерии получают вещества и энергию разными способами. Одни используют готовые органические вещества, а другие способны синтезировать органические вещества из неорганических; такой способ получения вещества называют автотрофным. Для жизнедеятельности разных бактерий могут подходить разные условия, в том числе разное отношение к кислороду. Поэтому нельзя по одной только форме клетки заключить, чем она питается или где обитает.

Строение бактериальной клетки и значение её частей

Сначала различайте части по их расположению: мембрана окружает цитоплазму, а стенка находится снаружи мембраны. Затем соотнесите структуру с функцией: ДНК связана с наследственной информацией, рибосомы — с синтезом белка. Таблица помогает не смешивать признаки строения и их значение.

Разбор задач

Задача 1

В образце обнаружена клетка без оформленного ядра, но с мембраной, цитоплазмой и рибосомами. Нужно определить, может ли она быть бактериальной. Оцениваем признаки вместе, а не делаем вывод только по отсутствию ядра.

1. Отсутствие оформленного ядра — признак прокариот.
2. У бактериальной клетки есть мембрана, цитоплазма и рибосомы, поэтому названные структуры ей подходят.
3. Для окончательного вывода учитываем, что по перечисленным признакам клетка может быть бактериальной, но одного краткого описания не всегда достаточно, чтобы установить вид организма.

Ответ: да, такая клетка может быть бактериальной: указанные признаки соответствуют прокариотической клетке.

Задача 2

Сравните шаровидные и палочковидные бактерии и объясните, почему одной формы недостаточно, чтобы судить об образе жизни. Сначала выделяем морфологический признак, то есть внешний вид клетки. Затем отделяем его от признаков, связанных с питанием и условиями обитания.

1. Шаровидные бактерии имеют округлую форму, а палочковидные вытянуты и напоминают палочку.
2. Это описание показывает различия во внешнем строении клеток.
3. Форма не сообщает напрямую, использует ли бактерия готовые органические вещества или синтезирует их, и не указывает на её отношение к кислороду.

Ответ: шаровидные и палочковидные бактерии различаются формой, но по этому признаку нельзя определить их питание и образ жизни.

Задача 3

В благоприятных условиях бактерия делится каждые 30 минут. Объясните, почему через несколько часов численность может резко вырасти, и назовите факторы, способные замедлить рост. Рассуждаем не как при простом прибавлении одной клетки за раз: делиться могут и дочерние клетки.

1. После первого деления одна клетка даёт две дочерние.
2. Если обе продолжают делиться, число клеток снова увеличивается; последующие поколения тоже могут размножаться.
3. Поэтому при повторных делениях численность растёт всё быстрее.
4. Рост могут замедлять нехватка питательных веществ, неподходящая температура и другие неблагоприятные условия, включая отсутствие подходящих условий дыхания для конкретного вида.

Ответ: деление каждой клетки и её потомков приводит к быстрому увеличению численности, а недостаток ресурсов и неподходящая среда замедляют этот процесс.

Типичные ошибки

Ошибка: называть нуклеоид ядром. Так говорят, потому что в нём находится ДНК и он связан с наследственной информацией; однако ядро отделено оболочкой, а нуклеоид — нет. Проверьте себя вопросом: окружена ли область с ДНК ядерной мембраной?

Ошибка: считать, что у бактерий вообще нет наследственного материала. Отсутствие ядра иногда ошибочно принимают за отсутствие ДНК, хотя основная молекула ДНК находится в нуклеоиде. Чтобы проверить вывод, различайте место хранения наследственной информации и оболочку, которая могла бы её окружать.

Ошибка: путать клеточную стенку с мембраной. Их легко смешать, потому что обе структуры окружают клетку, но они расположены по-разному и выполняют разные функции. Помните порядок: мембрана окружает цитоплазму, стенка находится снаружи неё.

Ошибка: считать, что все бактерии одинаковы по форме, питанию и отношению к кислороду. Такое обобщение возникает, если судить обо всей группе по одному знакомому примеру. Проверяйте каждый признак отдельно: форма не определяет способ питания, а условия жизни могут различаться у разных бактерий.

Связь с другими темами

Для изучения бактерий нужны общие признаки живых организмов и знания о клетке: мембране, цитоплазме, рибосомах и наследственном материале. Понятие прокариот помогает сравнить бактерии с растительными, животными и грибными клетками, у которых есть оформленное ядро. Сведения о размножении и обмене веществ бактерий пригодятся при изучении микробиологии и экологических связей. Они также помогают понять роль микроорганизмов в природе и жизни человека.

Что запомнить

• Бактерии — клеточные организмы без оформленного ядра.
• Основная ДНК бактериальной клетки расположена в нуклеоиде.
• Рибосомы участвуют в синтезе белка.
• Клеточная мембрана и клеточная стенка — разные структуры.
• Бактерии различаются по форме и способу получения веществ и энергии.
• Обычный способ размножения бактерий — деление клетки.