Бактерії — одні з найдавніших організмів на Землі. Незважаючи на простоту своєї будови, вони живуть у всіх можливих середовищах існування. Найбільше їх налічується у ґрунті (до декількох мільярдів бактеріальних клітин на 1 г ґрунту). Багато бактерій у повітрі, воді, харчових продуктах, всередині тіл і на тілах живих організмів. Бактерії були виявлені в тих місцях, де інші організми жити не можуть (на льодовики, вулкани).

Зазвичай, бактерія – це одна клітина (хоча бувають колоніальні форми). Причому ця клітина дуже дрібна (від часток мкм до декількох десятків мкм). Але головною особливістю бактеріальної клітини є відсутність клітинного ядра. Іншими словами, бактерії належать прокариотам.

Бактерії бувають рухомими і нерухомими. У разі нерухомих форм пересування здійснюється за допомогою джгутиків. Їх може бути декілька, а може бути тільки один.

Клітини різних видів бактерій можуть сильно відрізнятися між собою за формою. Бувають кулясті бактерії (коки), паличкоподібні (бацили), схожі на кому (вібріони), покручені (спірохети, спириллы) та ін.

Будова бактеріальної клітини

У багатьох клітин бактерій є слизова капсула. Вона виконує захисну функцію. Зокрема, захищає клітину від висихання.

Як і у клітин рослин, у бактеріальних клітин є клітинна стінка. Однак, на відміну від рослин, її будова і хімічний склад дещо інший. Клітинна стінка складається з шарів складного вуглеводу. Її будова така, що дозволяє проникати різних речовин всередину клітини.

Під клітинною стінкою розташована цитоплазматична мембрана.

Бактерії відносяться до прокариотам, так як в їх клітинах немає оформленого ядра. Вони не мають і хромосом, характерних для клітин еукаріотів. До складу хромосоми входить не тільки ДНК, але і білок. У бактерій ж їх хромосома складається тільки з ДНК і являє собою кільцеву молекулу. Такий генетичний апарат бактерій називається нуклеоид. Нуклеоид знаходиться прямо в цитоплазмі, зазвичай в центрі клітини.

У бактерій немає справжніх мітохондрій і ряду інших клітинних органел (комплексу Гольджи, ендоплазматичної мережі). Їх функції виконують впячивания клітинної цитоплазматичної мембрани. Такі впячивания називаються мезосомами.

У цитоплазмі є рибосоми, а також різні органічні включення: білки, вуглеводи (глікоген), жири. Також клітини бактерій можуть містити різні пігменти. В залежності від наявності тих чи інших пігментів або їх відсутності, бактерії можуть бути безбарвними, зеленими, пурпурними.

Харчування бактерій

Бактерії виникли на зорі формування життя на Землі. Саме вони «відкрили» різні способи харчування. Лише потім, з ускладненням організмів, чітко виділилися два крупних царства: Рослини і Тварини. Вони відрізняються між собою насамперед за способом живлення. Рослини є автотрофами, а тварини — гетеротрофами. У бактерій ж зустрічаються обидва типи живлення.

Харчування — це спосіб отримання кліткою або організмом необхідних органічних речовин. Їх можна отримати з поза або синтезувати самостійно з неорганічних речовин.

Автотрофные бактерії

Автотрофные бактерії синтезують органічні речовини з неорганічних. Процес синтезу вимагає енергії. В залежності від того, звідки автотрофные бактерії отримують цю енергію їх ділять на фотосинтезирующие і хемосинтезіруючи.

Фотосинтезирующие бактерії використовують енергію Сонця, вловлюючи його випромінювання. У цьому вони схожі з рослинами. Однак, якщо у рослин у процесі фотосинтезу виділяється кисень, то у більшості фотосинтезуючих бактерій він не виділяється. Тобто бактеріальний фотосинтез анаэробен. Також зелений пігмент бактерій відрізняється від аналогічного пігменту рослин і називається бактериохлорофиллом. У бактерій немає хлоропластів. В основному фотосинтезирующие бактерії живуть у водоймах (прісних і солоних).

Хемосинтезіруючи бактерії для синтезу органічних речовин з неорганічних використовують енергію різних хімічних реакцій. Енергія виділяється не у всіх реакціях, а тільки в екзотермічних. Деякі такі реакції протікають в бактеріальних клітинах. Так в нітрифікуючих бактерій протікає реакція окислення аміаку в нітрити і нітрати. Залізобактерії окислюють закісное залізо в окисное. Водневі бактерії окислюють молекули водню.

Гетеротрофные бактерії

Гетеротрофные бактерії не здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних. Тому змушені отримувати їх з навколишнього середовища.

Бактерії, що харчуються органічними залишками інших організмів (у тому числі мертвими тілами), називаються бактеріями-сапрофіти. По-іншому їх називають бактеріями гниття. Таких бактерій багато в ґрунті, де вони розкладають перегній до неорганічних речовин, які згодом використовуються рослинами. Молочнокислі бактерії харчуються цукрами, перетворюючи їх у молочну кислоту. Маслянокислі бактерії розкладають органічні кислоти, вуглеводи, спирти до масляної кислоти.

Бульбочкові бактерії живуть у коренях рослин і живляться за рахунок органічних речовин живої рослини. Однак вони зв’язують азот з повітря і забезпечують їм рослина. Тобто в даному випадку має місце симбіоз. Інші гетеротрофные бактерії-симбионты мешкають в травному апараті тварин, допомагаючи перетравлювати їжу.

Існує багато бактерій-паразитів. Такі бактерії живуть в інших живих організмах, живляться за їх рахунок і завдають шкоди організму-господаря.

Дихання бактерій

У процесі дихання відбувається руйнування органічних речовин із вивільненням енергії. Ця енергія потім витрачається на різні процеси життєдіяльності (наприклад, на рух).

Ефективним способом отримання енергії є кисневе дихання. Проте деякі бактерії можуть отримувати енергію без кисню. Таким чином, існують аеробні та анаеробні бактерії.

Аеробних бактерій необхідний кисень, тому вони живуть у місцях, де він є. Кисень бере участь в реакції окиснення органічних речовин до вуглекислого газу і води. У процесі такого дихання бактерії одержують відносно велика кількість енергії. Такий спосіб дихання характерний для переважної числа організмів.

Анаеробні бактерії не потребують кисень для дихання, тому можуть мешкати в безкисневому середовищі. Енергію вони отримують за рахунок реакції бродіння. Даний спосіб окислення малоефективний.

Розмноження бактерій

У більшості випадків для бактерій характерне розмноження шляхом поділу їх клітини надвоє. Перед цим відбувається подвоєння кільцевої молекули ДНК. Кожна дочірня клітина отримує одну з цих молекул і, отже, є генетичною копією материнської клітини (клоном). Таким чином, для бактерій характерне безстатеве розмноження.

У сприятливих умовах (при достатній кількості поживних речовин і сприятливих умовах навколишнього середовища) бактеріальні клітини ростуть дуже швидко. Так від однієї бактерії за добу можуть утворитися сотні мільйонів клітин.

Хоча бактерії розмножуються безстатевим шляхом, у ряді випадків у них спостерігається так званий статевий процес, який протікає у формі кон’югації. При кон’югації дві різні бактеріальні клітини зближуються, між їх цитоплазмами встановлюється зв’язок. Частини ДНК однієї клітини переходять в другу, а частини ДНК другий клітини – в першу. Таким чином, при статевому процесі у бактерій відбувається обмін генетичною інформацією. Іноді при цьому бактерії не обмінюються ділянками ДНК, а цілими молекулами ДНК.

Спори бактерій

Переважна більшість бактерій в несприятливі умови утворюють спори. Спори бактерій — це в основному спосіб переживання несприятливих умов і спосіб розселення, а не спосіб розмноження.

При утворенні спори цитоплазма бактеріальної клітини стискається, а сама клітина покривається щільною товстою захисною оболонкою.

Спори бактерій зберігають життєздатність протягом тривалого часу й здатні переживати дуже несприятливі умови (украй високі і низькі температури, висихання).

Коли спора потрапляє в сприятливі умови, то відбувається її набрякання. Після цього захисна оболонка скидається, і з’являється звичайна бактеріальна клітина. Буває, що при цьому відбувається поділ клітини, й утворюється кілька бактерій. Тобто спороутворення поєднується з розмноженням.

Значення бактерій

Величезна роль бактерій у кругообігу речовин у природі. У першу чергу це відноситься до бактерій гниття (сапрофитам). Їх називають санітарами природи. Розкладаючи залишки рослин і тварин, бактерії перетворюють складні органічні речовини прості неорганічні (вуглекислий газ, воду, аміак, сірководень).

Бактерії підвищують родючість ґрунту, збагачуючи її азотом. У нітрифікуючих бактерій протікають реакції, в процесі яких аміаку утворюються нітрити, а нітритів — нітрати. Бульбочкові бактерії здатні засвоювати атмосферний азот, синтезуючи азотисті сполуки. Вони живуть в коренях рослин, утворюючи бульбочки. Завдяки цим бактеріям, рослини отримують необхідні їм азотисті сполуки. В основному в симбіоз з бульбочковими бактеріями вступають бобові рослини. Після їх відмирання грунт збагачується азотом. Це нерідко використовується в сільському господарстві.

У шлунку жуйних тварин бактерії розкладають целюлозу, що сприяє більш ефективному травленню.

Велика позитивна роль бактерій у харчовій промисловості. Багато видів бактерій використовують для отримання молочнокислих продуктів, вершкового масла і сиру, квашення овочів, а також у виноробстві.

У хімічній промисловості бактерії використовуються при одержанні спиртів, ацетону, оцтової кислоти.

У медицині за допомогою бактерій отримують ряд антибіотиків, ферментів, гормонів і вітамінів.

Однак бактерії можуть приносити і шкоду. Вони не просто псують продукти харчування, але своїми виділеннями роблять їх отруйними.

Існують бактерії-паразити. Бактеріальними хворобами є тиф, чума, ангіна, туберкульоз, правець та багато інших. Люди заражають один одного не тільки при контакті, а й через воду, навколишні предмети. Суперечки бактерій можуть довго зберігати життєздатність, переживати дуже несприятливі умови. Тому проводяться різні заходи, спрямовані на знищення хвороботворних бактерій і їх суперечка: хімічна і ультрафіолетова обробка приміщень, провітрювання, пастеризація, кип’ятіння, стерилізація. Від багатьох бактеріальних хвороб вже винайдені запобіжні щеплення. Однак головним захистом є особиста гігієна.