Mikro-organismien sopeutuminen ympäristöolosuhteisiin. Bakteerien tapa sopeutua erilaisiin lämpötiloihin osoittautui ennustettavaksi. Miltä se näyttää

Bakteerit ovat vanhin maapallolla tällä hetkellä olemassa oleva organismiryhmä. Ensimmäiset bakteerit ilmestyivät luultavasti yli 3,5 miljardia vuotta sitten ja olivat lähes miljardin vuoden ajan ainoat elävät olennot planeetallamme. Koska nämä olivat ensimmäisiä villieläinten edustajia, heidän ruumiillaan oli primitiivinen rakenne.

Ajan myötä niiden rakenne muuttui monimutkaisemmaksi, mutta nykyäänkin bakteereja pidetään primitiivisimpinä yksisoluisina organismeina. Mielenkiintoista on, että jotkut bakteerit säilyttävät edelleen muinaisten esi-isiensä primitiiviset piirteet. Tämä havaitaan bakteereissa, jotka elävät kuumissa rikkilähteissä ja altaiden pohjalla olevissa hapettomissa lieteissä.

Useimmat bakteerit ovat värittömiä. Vain harvat ovat väriltään violetteja tai vihreitä. Mutta monien bakteerien pesäkkeillä on kirkas väri, joka johtuu värillisen aineen vapautumisesta ympäristöön tai solujen pigmentoitumisesta.

Bakteerimaailman löytäjä oli Anthony Leeuwenhoek, 1600-luvun hollantilainen luonnontieteilijä, joka loi ensimmäisenä täydellisen suurennuslasimikroskoopin, joka suurentaa esineitä 160-270 kertaa.

Bakteerit luokitellaan prokaryootiksi ja erotetaan erilliseen valtakuntaan - Bakteerit.

kehonmuoto

Bakteerit ovat lukuisia ja erilaisia ​​organismeja. Ne eroavat muodoltaan.

bakteerin nimi	Bakteerin muoto	Kuva bakteerista
cocci		pallomainen
Basilli		sauvan muotoinen
Vibrio		kaareva pilkku
Spirillum		Kierre
streptokokit		Cocci-ketju
Stafylokokit		Kokkiklusterit
diplokokit		Kaksi pyöreää bakteeria yhden limaisen kapselin sisällä

Kuljetustavat

Bakteerien joukossa on liikkuvia ja liikkumattomia muotoja. Liikkuvat liikkuvat aaltomaisten supistusten avulla tai flagellan (kierrettyjen kierteisten lankojen) avulla, jotka koostuvat erityisestä flagelliiniproteiinista. Niissä voi olla yksi tai useampi siima. Ne sijaitsevat joissakin bakteereissa solun toisessa päässä, toisissa - kahdessa tai koko pinnalla.

Mutta liike on luontaista myös monille muille bakteereille, joilla ei ole siimat. Joten ulkopuolelta liman peittämät bakteerit pystyvät liukumaan.

Joillakin vesi- ja maabakteereilla, joissa ei ole flagellaa, on kaasuvakuoleja sytoplasmassa. Solussa voi olla 40-60 vakuolia. Jokainen niistä on täytetty kaasulla (oletettavasti typellä). Säätelemällä tyhjiöissä olevan kaasun määrää vesibakteerit voivat uppoaa vesipatsaan tai nousta sen pinnalle, kun taas maaperän bakteerit voivat liikkua maaperän kapillaareissa.

Habitat

Organisaation yksinkertaisuuden ja vaatimattomuuden vuoksi bakteerit ovat laajalle levinneitä luonnossa. Bakteereja löytyy kaikkialta: pisarassa jopa puhtainta lähdevettä, maaperän jyväissä, ilmassa, kivillä, napalunissa, aavikon hiekoissa, valtameren pohjassa, suuri syvyysöljyssä ja jopa kuumien lähteiden vedessä, jonka lämpötila on noin 80 ºС. Ne elävät kasveissa, hedelmissä, erilaisissa eläimissä ja ihmisten suolistossa, suuontelon, raajoissa, kehon pinnalla.

Bakteerit ovat pienimpiä ja lukuisimpia eläviä olentoja. Pienen kokonsa ansiosta ne tunkeutuvat helposti halkeamiin, rakoihin, huokosiin. Erittäin kestävä ja mukautuva erilaiset olosuhteet olemassaolo. Ne sietävät kuivumista, äärimmäistä kylmyyttä, kuumenemista 90 ºС:een menettämättä elinkelpoisuutta.

Maapallolla ei käytännössä ole paikkaa, jossa bakteereita ei löytyisi, mutta eri määriä. Bakteerien elinolosuhteet ovat vaihtelevat. Jotkut heistä tarvitsevat ilman happea, toiset eivät sitä ja pystyvät elämään hapettomassa ympäristössä.

Ilmassa: bakteerit nousevat yläilmakehään jopa 30 km:n päähän. ja enemmän.

Varsinkin paljon niitä maaperässä. Yksi gramma maaperää voi sisältää satoja miljoonia bakteereja.

Vedessä: avoimien säiliöiden pintavesikerroksissa. Hyödylliset vesibakteerit mineralisoivat orgaanisia jäämiä.

Elävissä organismeissa: patogeeniset bakteerit pääsevät kehoon ulkoisesta ympäristöstä, mutta vain suotuisissa olosuhteissa aiheuttavat sairauksia. Symbioottiset elävät ruoansulatuselimissä, auttavat hajottamaan ja omaksumaan ruokaa, syntetisoivat vitamiineja.

Ulkoinen rakenne

Bakteerisolu on puettu erityiseen tiheään kuoreen - soluseinämään, joka suorittaa suojaavia ja tukitoimintoja ja antaa bakteerille myös pysyvän, tyypillisen muodon. Bakteerin soluseinä muistuttaa kasvisolun kuorta. Se on läpäisevä: sen kautta ravinteet kulkevat vapaasti soluun ja aineenvaihduntatuotteet lähtevät ympäristöön. Bakteerit kehittävät usein ylimääräisen suojaavan limakerroksen, kapselin, soluseinän päälle. Kapselin paksuus voi olla monta kertaa suurempi kuin itse kennon halkaisija, mutta se voi olla hyvin pieni. Kapseli ei ole pakollinen osa solua, se muodostuu riippuen olosuhteista, joissa bakteerit pääsevät sisään. Se estää bakteereja kuivumasta.

Joidenkin bakteerien pinnalla on pitkiä siimoja (yksi, kaksi tai monta) tai lyhyitä ohuita villoja. Siipien pituus voi olla monta kertaa suurempi kuin bakteerin kehon koko. Bakteerit liikkuvat lippujen ja villien avulla.

Sisäinen rakenne

Bakteerisolun sisällä on tiheä liikkumaton sytoplasma. Siinä on kerrosrakenne, joten siinä ei ole tyhjiä erilaisia ​​proteiineja(entsyymit) ja vararavinteet sijaitsevat sytoplasman aineessa. Bakteerisoluissa ei ole ydintä. Niiden solujen keskiosaan on keskittynyt perinnöllistä tietoa kantava aine. Bakteerit, - nukleiinihappo - DNA. Mutta tämä aine ei ole kehystetty ytimeen.

Bakteerisolun sisäinen organisaatio on monimutkainen ja sillä on omat erityispiirteensä. Sytoplasma on erotettu soluseinästä sytoplasmakalvolla. Sytoplasmassa erotetaan pääaine eli matriisi, ribosomit ja pieni määrä kalvorakenteita, jotka suorittavat erilaisia ​​toimintoja (mitokondrioiden analogit, endoplasminen retikulumi, Golgi-laite). Bakteerisolujen sytoplasmassa on usein erimuotoisia ja -kokoisia rakeita. Rakeet voivat koostua yhdisteistä, jotka toimivat energian ja hiilen lähteenä. Bakteerisoluista löytyy myös rasvapisaroita.

Solun keskiosassa ydinaine, DNA, on paikantunut, eikä sitä ole erotettu sytoplasmasta kalvolla. Tämä on ytimen analogi - nukleoidi. Nukleoidilla ei ole kalvoa, nukleolia eikä joukkoa kromosomeja.

Ravitsemusmenetelmät

Bakteereilla on erilaisia ​​ruokintatapoja. Niiden joukossa ovat autotrofit ja heterotrofit. Autotrofit ovat organismeja, jotka voivat itsenäisesti muodostaa orgaanisia aineita ravintoonsa.

Kasvit tarvitsevat typpeä, mutta ne eivät itse pysty imemään typpeä ilmasta. Jotkut bakteerit yhdistävät ilmassa olevia typpimolekyylejä muihin molekyyleihin, jolloin saadaan kasveille saatavilla olevia aineita.

Nämä bakteerit asettuvat nuorten juurien soluihin, mikä johtaa juurien paksuuntumien muodostumiseen, joita kutsutaan kyhmyiksi. Tällaiset kyhmyt muodostuvat palkokasvien ja joidenkin muiden kasvien juuriin.

Juuret antavat bakteereille hiilihydraatteja, ja bakteerit antavat juurille typpeä sisältäviä aineita, jotka kasvi voi ottaa itseensä. Heidän suhteensa hyödyttää molempia.

Kasvien juuret erittävät monia orgaanisia aineita (sokereita, aminohappoja ja muita), joita bakteerit ruokkivat. Siksi erityisesti monet bakteerit asettuvat juuria ympäröivään maakerrokseen. Nämä bakteerit muuttavat kuolleet kasvitähteet kasvin käytettävissä oleviksi aineiksi. Tätä maakerrosta kutsutaan risosfääriksi.

On olemassa useita hypoteeseja kyhmybakteerien tunkeutumisesta juurikudoksiin:

• epidermaalisen ja kortikaalisen kudoksen vaurioitumisen kautta;
• juurikarvojen läpi;
• vain nuoren solukalvon läpi;
• pektinolyyttisiä entsyymejä tuottavien seurabakteerien vuoksi;
• johtuen B-indolietikkahapon synteesin stimulaatiosta tryptofaanista, jota on aina läsnä kasvien juurieritteissä.

Kyhmybakteerien viemisprosessi juurikudokseen koostuu kahdesta vaiheesta:

• juurikarvojen infektio;
• kyhmyjen muodostumisprosessi.

Useimmissa tapauksissa tunkeutuva solu lisääntyy aktiivisesti, muodostaa niin sanottuja infektiolankoja ja siirtyy jo tällaisten säikeiden muodossa kasvikudoksiin. Infektiolangasta nousseet kyhmybakteerit jatkavat lisääntymistä isäntäkudoksessa.

Kasvisolut, jotka ovat täynnä nopeasti lisääntyviä kyhmybakteerisoluja, alkavat jakautua intensiivisesti. Nuoren kyhmyn yhdistäminen palkokasvin juureen tapahtuu vaskulaaristen kuitukimppujen ansiosta. Toiminta-aikana kyhmyt ovat yleensä tiheitä. Optimaalisen aktiivisuuden ilmenemiseen mennessä kyhmyt saavat vaaleanpunaisen värin (legoglobiinipigmentin vuoksi). Vain legoglobiinia sisältävät bakteerit pystyvät sitomaan typpeä.

Kyhmybakteerit tuottavat kymmeniä ja satoja kiloja typpilannoitteita hehtaaria kohden.

Aineenvaihdunta

Bakteerit eroavat toisistaan ​​​​aineenvaihdunnassa. Joillekin se menee hapen mukana, toisille - ilman sen osallistumista.

Useimmat bakteerit syövät valmiita orgaanisia aineita. Vain harvat niistä (sinivihreät tai syanobakteerit) pystyvät luomaan orgaanisia aineita epäorgaanisista. He pelasivat tärkeä rooli hapen kertymisessä maan ilmakehään.

Bakteerit imevät aineita ulkopuolelta, repivät molekyylinsä erilleen, kokoavat kuorensa näistä osista ja täydentävät niiden sisältöä (näin ne kasvavat) ja heittävät pois tarpeettomia molekyylejä. Bakteerin kuori ja kalvo mahdollistavat sen, että se imee vain oikeat aineet.

Jos bakteerin kuori ja kalvo olisivat täysin läpäisemättömiä, mitään aineita ei pääsisi soluun. Jos ne olisivat läpäiseviä kaikille aineille, solun sisältö sekoittuisi väliaineeseen - liuokseen, jossa bakteeri elää. Bakteerien selviytymistä varten tarvitaan kuori, joka päästää tarvittavat aineet kulkemaan läpi, mutta ei niitä, joita ei tarvita.

Bakteeri imee ravinteita, jotka ovat lähellä sitä. Mitä tapahtuu seuraavaksi? Jos se voi liikkua itsenäisesti (liikkumalla siima tai työntämällä limaa takaisin), se liikkuu, kunnes se löytää tarvittavat aineet.

Jos se ei voi liikkua, se odottaa, kunnes diffuusio (yhden aineen molekyylien kyky tunkeutua toisen aineen molekyylien paksuun osaan) tuo siihen tarvittavat molekyylit.

Bakteerit yhdessä muiden mikro-organismiryhmien kanssa suorittavat valtavan kemiallisen työn. Muuntamalla erilaisia ​​yhdisteitä ne saavat elintärkeää toimintaansa varten tarvittavan energian ja ravintoaineet. Aineenvaihduntaprosessit, energian saantitavat ja materiaalien tarve kehonsa aineiden rakentamiseksi bakteereihin ovat erilaisia.

Muut bakteerit tyydyttävät kaikki kehon orgaanisten aineiden synteesiin tarvittavat hiilen tarpeet epäorgaanisten yhdisteiden kustannuksella. Niitä kutsutaan autotrofeiksi. Autotrofiset bakteerit pystyvät syntetisoimaan orgaanisia aineita epäorgaanisista. Niistä erotetaan:

Kemosynteesi

Säteilyenergian käyttö on tärkein, mutta ei ainoa tapa luoda orgaanista ainetta hiilidioksidista ja vedestä. Tunnetaan bakteereja, jotka eivät käytä auringonvaloa, vaan energiaa energialähteenä tällaiseen synteesiin. kemialliset sidokset esiintyy organismien soluissa tiettyjen epäorgaanisten yhdisteiden hapettumisen aikana - rikkivety, rikki, ammoniakki, vety, typpihappo, raudan ja mangaanin rautayhdisteet. He käyttävät tätä kemiallista energiaa käyttämällä muodostunutta orgaanista ainetta kehonsa solujen rakentamiseen. Siksi tätä prosessia kutsutaan kemosynteesiksi.

Kemosynteettisten mikro-organismien tärkein ryhmä ovat nitrifioivat bakteerit. Nämä bakteerit elävät maaperässä ja suorittavat orgaanisten jäämien hajoamisen aikana muodostuneen ammoniakin hapettumisen typpihapoksi. Jälkimmäinen, reagoi maaperän mineraaliyhdisteiden kanssa, muuttuu typpihapon suoloiksi. Tämä prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa.

Rautabakteerit muuttavat rautaraudan oksidiksi. Muodostunut rautahydroksidi laskeutuu ja muodostaa niin sanotun suon rautamalmin.

Jotkut mikro-organismit ovat olemassa molekyylivedyn hapettumisen vuoksi, mikä tarjoaa autotrofisen ravintotavan.

Vetybakteerien ominainen piirre on kyky siirtyä heterotrofiseen elämäntapaan orgaanisten yhdisteiden kanssa ja vedyn puuttuessa.

Siten kemoautotrofit ovat tyypillisiä autotrofeja, koska ne syntetisoivat itsenäisesti tarvittavat orgaaniset yhdisteet epäorgaanisista aineista eivätkä ota niitä valmiina muista organismeista, kuten heterotrofeista. Kemoautotrofiset bakteerit eroavat fototrofisista kasveista siinä, että ne ovat täysin riippumattomia valosta energialähteenä.

bakteerien fotosynteesi

Jotkut pigmenttipitoiset rikkibakteerit (violetti, vihreä), jotka sisältävät tiettyjä pigmenttejä - bakterioklorofyllejä, pystyvät absorboimaan aurinkoenergiaa, jonka avulla rikkivetyä jaetaan niiden eliöissä ja annetaan vetyatomeja vastaavien yhdisteiden palauttamiseksi. Tällä prosessilla on paljon yhteistä fotosynteesin kanssa ja se eroaa vain siinä, että purppuraisissa ja vihreissä bakteereissa rikkivety (joskus karboksyylihapot) on vedyn luovuttaja ja vihreissä kasveissa se on vettä. Niissä ja muissa vedyn halkeaminen ja siirto tapahtuu absorboituneiden auringonsäteiden energian vuoksi.

Tällaista bakteerien fotosynteesiä, joka tapahtuu ilman hapen vapautumista, kutsutaan valopelkistykseksi. Hiilidioksidin valopelkistys liittyy vedyn siirtoon ei vedestä, vaan rikkivedystä:

6CO 2 + 12H 2 S + hv → C6H 12 O 6 + 12S \u003d 6H 2 O

Kemosynteesin ja bakteerien fotosynteesin biologinen merkitys planeetan mittakaavassa on suhteellisen pieni. Vain kemosynteettisillä bakteereilla on merkittävä rooli luonnon rikkikierrossa. Vihreiden kasvien imeytyminen rikkihapon suolojen muodossa, rikki palautuu ja siitä tulee osa proteiinimolekyylejä. Lisäksi, kun mädäntäbakteerit tuhoavat kuolleita kasvien ja eläinten jäänteitä, rikki vapautuu rikkivedyn muodossa, jonka rikkibakteerit hapettavat vapaaksi rikiksi (tai rikkihapoksi), joka muodostaa kasvien käytettävissä olevia sulfiitteja maaperään. Kemo- ja fotoautotrofiset bakteerit ovat välttämättömiä typen ja rikin kierrossa.

itiöinti

Itiöt muodostuvat bakteerisolun sisällä. Itiöiden muodostumisprosessissa bakteerisolu käy läpi sarjan biokemiallisia prosesseja. Vapaan veden määrä siinä vähenee, entsymaattinen aktiivisuus vähenee. Tämä varmistaa itiöiden kestävyyden epäsuotuisia ympäristöolosuhteita vastaan ​​(korkea lämpötila, korkea suolapitoisuus, kuivuminen jne.). Itiöiden muodostuminen on ominaista vain pienelle bakteeriryhmälle.

Riidat eivät ole pakollinen vaihe elinkaari bakteerit. Itiöityminen alkaa vasta ravinteiden puutteesta tai aineenvaihduntatuotteiden kertymisestä. Itiöiden muodossa olevat bakteerit voivat pysyä lepotilassa pitkään. Bakteeri-itiöt kestävät pitkäaikaista keittämistä ja erittäin pitkäaikaista jäätymistä. Kun suotuisat olosuhteet syntyvät, riita itää ja tulee elinkelpoiseksi. Bakteeri-itiöt ovat mukautuksia selviytyäkseen epäsuotuisissa olosuhteissa.

jäljentäminen

Bakteerit lisääntyvät jakamalla yksi solu kahdeksi. Saavutettuaan tietyn koon bakteeri jakautuu kahdeksi identtiseksi bakteeriksi. Sitten jokainen heistä alkaa ruokkia, kasvaa, jakautua ja niin edelleen.

Solun pidentymisen jälkeen muodostuu vähitellen poikittainen väliseinä, jonka jälkeen tytärsolut eroavat toisistaan; monissa bakteereissa tietyissä olosuhteissa solut pysyvät jakautumisen jälkeen kytkettyinä tunnusomaisiin ryhmiin. Tällöin syntyy erilaisia ​​muotoja, riippuen jakotason suunnasta ja jakojen lukumäärästä. Lisääntymistä silmuttamalla tapahtuu poikkeuksena bakteereissa.

Suotuisissa olosuhteissa solun jakautuminen tapahtuu monissa bakteereissa 20-30 minuutin välein. Tällaisella nopealla lisääntymisellä yhden bakteerin jälkeläiset voivat 5 päivässä muodostaa massan, joka voi täyttää kaikki meret ja valtameret. Yksinkertainen laskelma osoittaa, että 72 sukupolvea (720 000 000 000 000 000 000 solua) voidaan muodostaa päivässä. Painoksi muutettuna - 4720 tonnia. Tätä ei kuitenkaan tapahdu luonnossa, koska useimmat bakteerit kuolevat nopeasti auringonvalon, kuivumisen, ruuan puutteen, 65-100 ºС:n lämpötilan vaikutuksesta, lajien välisen taistelun jne. seurauksena.

Kun bakteeri (1) on imenyt riittävästi ruokaa, se kasvaa kokoonsa (2) ja alkaa valmistautua lisääntymiseen (solun jakautumiseen). Sen DNA (bakteerissa DNA-molekyyli on suljettu renkaaseen) kaksinkertaistuu (bakteeri tuottaa kopion tästä molekyylistä). Molemmat DNA-molekyylit (3.4) näyttävät kiinnittyneen bakteerin seinämään ja pidennettynä bakteerit hajaantuvat sivuille (5.6). Ensin nukleotidi jakautuu, sitten sytoplasma.

Kahden DNA-molekyylin hajoamisen jälkeen bakteereissa ilmaantuu supistelu, joka jakaa vähitellen bakteerin ruumiin kahteen osaan, joista jokainen sisältää DNA-molekyylin (7).

Se tapahtuu (heinäbasillissa), kaksi bakteeria tarttuu yhteen ja niiden välille muodostuu silta (1,2).

DNA kuljetetaan bakteerista toiseen hyppääjän (3) kautta. Yhdessä bakteerissa DNA-molekyylit kietoutuvat toisiinsa, tarttuvat yhteen paikoin (4), minkä jälkeen ne vaihtavat osia (5).

Bakteerien rooli luonnossa

Levikki

Bakteerit ovat tärkein lenkki yleisessä ainekierrossa luonnossa. Kasvit luovat monimutkaisia ​​orgaanisia aineita hiilidioksidista, vedestä ja maaperän mineraalisuoloista. Nämä aineet palaavat maaperään kuolleiden sienten, kasvien ja eläinten ruumiiden mukana. Bakteerit hajottavat monimutkaiset aineet yksinkertaisiksi aineiksi, joita kasvit käyttävät uudelleen.

Bakteerit tuhoavat kuolleiden kasvien ja eläinten ruumiiden monimutkaisen orgaanisen aineen, elävien organismien eritteet ja erilaiset jätteet. Näillä orgaanisilla aineilla ruokkivat saprofyyttiset hajoamisbakteerit muuttavat ne humukseksi. Sellaisia ​​ovat planeettamme järjestykset. Siten bakteerit osallistuvat aktiivisesti luonnon aineiden kiertokulkuun.

maaperän muodostumista

Koska bakteereja on kaikkialla ja niitä löytyy valtava määrä, ne määräävät suurelta osin erilaisia ​​luonnossa tapahtuvia prosesseja. Syksyllä puiden ja pensaiden lehdet putoavat, kuolevat maanpäälliset versot yrtit, vanhat oksat putoavat, aika ajoin vanhojen puiden rungot putoavat. Kaikki tämä muuttuu vähitellen humukseksi. 1 cm 3:ssa. Metsämaan pintakerros sisältää satoja miljoonia saprofyyttisiä maaperän bakteereja useista lajeista. Nämä bakteerit muuttavat humuksen erilaisiksi mineraaleiksi, jotka kasvien juuret voivat imeytyä maaperästä.

Jotkut maaperän bakteerit pystyvät imemään typpeä ilmasta hyödyntäen sitä elämänprosesseissa. Nämä typpeä sitovat bakteerit elävät yksinään tai asettuvat palkokasvien juuriin. Nämä bakteerit tunkeutuessaan palkokasvien juuriin aiheuttavat juurisolujen kasvua ja kyhmyjen muodostumista niihin.

Nämä bakteerit vapauttavat typpiyhdisteitä, joita kasvit käyttävät. Bakteerit saavat kasveista hiilihydraatteja ja kivennäissuoloja. Siten palkokasvien ja kyhmybakteerien välillä on läheinen suhde, joka on hyödyllinen sekä yhdelle että toiselle organismille. Tätä ilmiötä kutsutaan symbioosiksi.

Symbioosinsa kyhmybakteerien kanssa palkokasvit rikastavat maaperää typellä, mikä auttaa lisäämään satoa.

Jakautuminen luonnossa

Mikro-organismeja on kaikkialla. Ainoat poikkeukset ovat aktiivisten tulivuorten kraatterit ja pienet alueet räjähtäneiden tulivuorten keskuksissa. atomipommeja. Etelämantereen alhaiset lämpötilat, geysirien kiehuvat suihkut, suolaaltaiden kyllästetyt suolaliuokset, vuorenhuippujen voimakas insolaatio tai ydinreaktorien ankara säteily eivät häiritse mikroflooran olemassaoloa ja kehitystä. Kaikki elävät olennot ovat jatkuvasti vuorovaikutuksessa mikro-organismien kanssa, koska ne eivät usein ole vain niiden varastoja, vaan myös jakelijoita. Mikro-organismit ovat planeettamme kotoisin, ja ne kehittävät aktiivisesti uskomattomimpia luonnollisia substraatteja.

Maaperän mikrofloora

Bakteerien määrä maaperässä on erittäin suuri - satoja miljoonia ja miljardeja yksilöitä 1 grammassa. Niitä on paljon enemmän maaperässä kuin vedessä ja ilmassa. Bakteerien kokonaismäärä maaperässä vaihtelee. Bakteerien määrä riippuu maaperän tyypistä, niiden kunnosta, kerrosten syvyydestä.

Maaperähiukkasten pinnalla mikro-organismit sijaitsevat pienissä mikropesäkkeissä (kukin 20-100 solua). Usein ne kehittyvät orgaanisen aineksen hyytymien paksuuksissa, elävien ja kuolevien kasvien juurissa, ohuissa kapillaareissa ja kokkareiden sisällä.

Maaperän mikrofloora on hyvin monipuolinen. Täältä löytyy erilaisia ​​fysiologisia bakteeriryhmiä: mätäneviä, nitrifioivia, typpeä sitovia, rikkibakteereja jne. Niiden joukossa on aerobeja ja anaerobeja, itiö- ja ei-itiömuotoja. Mikrofloora on yksi maaperän muodostumisen tekijöistä.

Mikro-organismien kehitysalue maaperässä on elävien kasvien juurien vieressä oleva vyöhyke. Sitä kutsutaan risosfääriksi, ja sen sisältämien mikro-organismien kokonaisuutta kutsutaan risosfäärin mikroflooraksi.

Säiliöiden mikrofloora

Vesi - luonnollinen ympäristö jossa mikro-organismeja kasvaa runsaasti. Suurin osa niistä tulee veteen maaperästä. Tekijä, joka määrää bakteerien määrän vedessä, ravinteiden läsnäolon siinä. Puhtaimmat vedet ovat arteesiset kaivot ja kevät. Avoimet tekoaltaat ja joet ovat erittäin runsaasti bakteereja. Suurin määrä bakteereja löytyy veden pintakerroksista lähempänä rantaa. Kun etäisyys rannikosta kasvaa ja syvyys kasvaa, bakteerien määrä vähenee.

Puhdas vesi sisältää 100-200 bakteeria 1 ml:ssa, kun taas saastunut vesi sisältää 100-300 tuhatta tai enemmän. Pohjalietteessä on paljon bakteereja, erityisesti pintakerroksessa, jossa bakteerit muodostavat kalvon. Tässä kalvossa on paljon rikki- ja rautabakteereja, jotka hapettavat rikkivedyn rikkihapoksi ja estävät siten kalojen kuoleman. Lietessä on enemmän itiöitä kantavia muotoja, kun taas vedessä vallitsee itiöttömät muodot.

Tekijä: lajikoostumus veden mikrofloora on samanlainen kuin maaperän mikrofloora, mutta on myös erityisiä muotoja. Mikro-organismit suorittavat vähitellen niin sanotun biologisen veden puhdistuksen tuhoamalla erilaisia ​​veteen pudonneita jätteitä.

Ilman mikrofloora

Ilman mikroflooraa on vähemmän kuin maaperän ja veden mikroflooraa. Bakteerit nousevat ilmaan pölyn mukana, voivat viipyä siellä jonkin aikaa ja asettua sitten maan pinnalle ja kuolevat ravinnon puutteesta tai ultraviolettisäteiden vaikutuksesta. Mikro-organismien määrä ilmassa riippuu maantieteellisestä alueesta, sijainnista, vuodenajasta, pölysaastuksesta jne. Jokainen pölyhiukkanen on mikro-organismien kantaja. Suurin osa bakteereista ilmassa teollisuusyritysten päällä. ilmaa maaseutu siivooja. Puhtain ilma on metsien, vuorten ja lumisten alueiden yllä. Ilman ylemmät kerrokset sisältävät vähemmän bakteereita. Ilman mikrofloorassa on monia pigmentoituneita ja itiöitä kantavia bakteereita, jotka kestävät muita paremmin ultraviolettisäteitä.

Ihmiskehon mikrofloora

Ihmisen keho, jopa täysin terve, on aina mikroflooran kantaja. Kun ihmiskeho joutuu kosketuksiin ilman ja maaperän kanssa, vaatteille ja iholle asettuu erilaisia ​​mikro-organismeja, mukaan lukien taudinaiheuttajat (jäykkäkouristusbasillit, kaasukuolio jne.). Ihmisen altistuneet osat ovat useimmiten saastuneita. E. coli, stafylokokit löytyvät käsistä. Suuontelossa on yli 100 erilaista mikrobeja. Suun lämpötila, kosteus ja ravintojäämät ovat erinomainen ympäristö mikro-organismien kehittymiselle.

Vatsassa on hapan reaktio, joten suurin osa siinä olevista mikro-organismeista kuolee. Ohutsuolesta alkaen reaktio muuttuu emäksiseksi, ts. suotuisa mikrobeille. Paksusuolen mikrofloora on hyvin monipuolinen. Jokainen aikuinen erittää päivittäin noin 18 miljardia bakteeria ulosteiden mukana, ts. enemmän yksilöitä kuin ihmisiä maapallolla.

Sisäelimet, jotka eivät ole yhteydessä ulkoiseen ympäristöön (aivot, sydän, maksa, virtsarakko jne.), ovat yleensä vapaita mikrobeista. Mikrobit pääsevät näihin elimiin vain sairauden aikana.

Bakteerit pyöräilyssä

Mikro-organismeilla yleensä ja erityisesti bakteereilla on tärkeä rooli maapallon biologisesti tärkeissä aineen kiertokuluissa, ja ne suorittavat kemiallisia muutoksia, jotka eivät ole täysin kasvien tai eläinten ulottumattomissa. Organismit suorittavat elementtien kierron eri vaiheita eri tyyppiä. Jokaisen olemassaolo erillinen ryhmä organismit riippuvat kemiallinen muunnos muiden ryhmien toteuttamia elementtejä.

typen kierto

Typpiyhdisteiden syklinen muunnos on ensisijainen rooli hankinnassa tarvittavat lomakkeet biosfäärin organismien eri ravintotarpeiden typpi. Yli 90 % typen kokonaissitoutumisesta johtuu tiettyjen bakteerien metabolisesta aktiivisuudesta.

Hiilen kiertokulku

Orgaanisen hiilen biologinen muuttuminen hiilidioksidiksi, johon liittyy molekyylihapen pelkistyminen, vaatii erilaisten mikro-organismien yhteistä metabolista toimintaa. Monet aerobiset bakteerit suorittavat orgaanisten aineiden täydellisen hapettumisen. Aerobisissa olosuhteissa orgaaniset yhdisteet hajoavat aluksi käymisen avulla ja orgaanisen käymisen lopputuotteet hapetetaan edelleen anaerobisella hengityksellä, jos läsnä on epäorgaanisia vedyn vastaanottajia (nitraattia, sulfaattia tai CO2).

Rikkikierto

Eläville organismeille rikkiä on saatavana pääasiassa liukoisten sulfaattien tai pelkistettyjen orgaanisten rikkiyhdisteiden muodossa.

Raudan kierto

Joissakin vesistöissä, raikasta vettä sisältävät suuria pitoisuuksia pelkistettyjä rautasuoloja. Tällaisissa paikoissa kehittyy erityinen bakteerimikrofloora - rautabakteerit, jotka hapettavat pelkistynyttä rautaa. He osallistuvat soiden muodostumiseen rautamalmit ja vesilähteet, joissa on runsaasti rautasuoloja.

Bakteerit ovat vanhimpia organismeja, ja ne ilmestyivät noin 3,5 miljardia vuotta sitten arkeaan. Noin 2,5 miljardia vuotta ne hallitsivat maapalloa muodostaen biosfäärin ja osallistuivat happiilmakehän muodostumiseen.

Bakteerit ovat yksi yksinkertaisimmin järjestyneistä elävistä organismeista (viruksia lukuun ottamatta). Niiden uskotaan olevan ensimmäiset maapallolle ilmestyneet organismit.

Testit

666-01. Miten bakteeri-itiö eroaa vapaasta bakteerista?
A) Itiöllä on tiheämpi kuori kuin vapaalla bakteerilla.
B) Itiö on monisoluinen muodostelma, ja vapaa bakteeri on yksisoluinen.
C) Itiö on vähemmän kestävä kuin vapaa bakteeri.
D) Itiö ruokkii autotrofisesti, kun taas vapaa bakteeri ravitsee heterotrofisesti.

Vastaus

Vastaus

666-03. Määritä tapaus, jossa bakteeri on symbioosi toisen organismin kanssa.
A) kolera ja ihmisen vibrio
B) salmonella ja kana
B) pernaruttobasilli ja lampaat
D) E. coli ja ihminen

Vastaus

666-04. Kyhmybakteerit toimittavat koikasveja
A) orgaaninen aines kuolleista kasveista
B) typpisuolat
B) nukleiinihapot
D) hiilihydraatit

Vastaus

666-05. Epäsuotuisat olosuhteet bakteerien elämälle luodaan, kun
A) hapankaali
B) sienten säilytys
B) kefirin valmistus
D) siilon asennus

Vastaus

Vastaus

666-07. Pernaruttobakteerit voivat esiintyä pitkään eläinten hautausmailla muodossa
A) riita
B) kysta
B) elävät solut
D) zoospore

Vastaus

Vastaus

666-09. Mikä on tyypillistä saprotrofisille bakteereille?
A) ovat olemassa ravitsemalla elävien organismien kudoksia

C) käyttää orgaanisia aineita elävien organismien eritteistä

Vastaus

666-10. Bakteerit ovat olleet maapallolla miljoonia vuosia yhdessä hyvin organisoituneiden organismien kanssa siitä lähtien
A) syöttää valmiita orgaanisia aineita
B) epäsuotuisten olosuhteiden sattuessa ne muodostavat riitoja
B) osallistua aineiden kiertokulkuun luonnossa
D) niillä on yksinkertainen rakenne ja mikroskooppiset mitat

Vastaus

666-11. Mikä seuraavista väittämistä pitää paikkansa?
A) Bakteerit lisääntyvät meioosin kautta
B) kaikki bakteerit ovat heterotrofeja
B) bakteerit sopeutuvat hyvin ympäristöolosuhteisiin
D) Jotkut bakteerit ovat eukaryoottisia organismeja

Vastaus

666-12. Syanobakteerien ja kukkivien kasvien elintärkeän toiminnan samankaltaisuus ilmenee kyvyssä
A) heterotrofinen ravitsemus
B) autotrofinen ravitsemus
B) siementen muodostuminen
D) kaksoislannoitus

Vastaus

666-13. Maaperässä elävät lahobakteerit
A) muodostaa orgaanisia yhdisteitä epäorgaanisista yhdisteistä
B) ruokkivat elävien organismien orgaanista ainetta
C) edistää myrkkyjen neutralointia maaperässä
D) hajottaa kasvien ja eläinten kuolleet jäännökset humukseksi

Vastaus

666-14. Mitkä ovat putrefaktiivisten bakteerien ominaisuudet?
A) käyttää elävien organismien valmiita orgaanisia aineita
B) syntetisoi orgaanisia aineita epäorgaanisista käyttämällä auringon energiaa
B) käyttää kuolleiden organismien orgaanista ainetta
D) syntetisoida orgaanisia aineita epäorgaanisista aineista käyttämällä kemiallisten reaktioiden energiaa

Vastaus

666-15. Mitä bakteereja pidetään planeetan "järjestyksinä"?
A) etikkahappo
B) kyhmy
B) hajoaminen
D) maitohappo

Vastaus

666-16. Punatautiameba, ripsetkenkä, vihreä euglena kuuluvat samaan alakuntaan, koska niillä on
MUTTA) yleissuunnitelma rakennukset
B) samanlainen ruoka
C) samat lisääntymismenetelmät
D) yleinen elinympäristö

Vastaus

666-17. Mikä fysiologinen prosessi yksisoluisissa eläimissä liittyy kaasujen imeytymiseen soluun?
Ruoka
B) valinta
B) lisääntyminen
D) hengitys

Biologinen sopeutuminen (latinasta adaptatio - sopeutuminen) - mikro-organismin sopeutuminen ulkoisiin olosuhteisiin evoluutioprosessissa, mukaan lukien morfofysiologiset ja käyttäytymiskomponentit. Sopeutuminen voi varmistaa selviytymisen tietyssä elinympäristössä, vastustuskyvyn abioottisille ja biologisille tekijöille sekä menestymisen kilpailussa muiden lajien, populaatioiden ja yksilöiden kanssa. Jokaisella lajilla on oma sopeutumiskykynsä, jota fysiologia rajoittaa (yksilöllinen sopeutuminen).

Disadapaatio - mikä tahansa sopeutumishäiriö, kehon sopeutuminen jatkuvasti muuttuviin ulkoisen tai sisäisen ympäristön olosuhteisiin. Dynaamisen ristiriidan tila elävän organismin ja ympäristön välillä, mikä johtaa fysiologisen toiminnan rikkomiseen, käyttäytymisen muutokseen, patologisten prosessien kehittymiseen Täydellinen ristiriita organismin ja sen olemassaolon ulkoisten olosuhteiden välillä on ristiriidassa elämän kanssa. Hajaantuneisuuden astetta luonnehtii kehon toiminnallisten järjestelmien epäjärjestyksen taso. Toiminnan luonteesta riippuen on olemassa kaksi sopeutumishäiriön muotoa: - ei-patologinen: homeostaasin ylläpitäminen on mahdollista tehostetulla, mutta "normaalilla" fysiologisella toiminnalla; – patologinen: homeostaasin ylläpitäminen on mahdollista vain siirtyessä patologiseen toimintaan.

Saman biokenoosin lajien mukautukset liittyvät usein läheisesti toisiinsa. Jos jonkin lajin sopeutumisprosessi ei ole tasapainotilassa, koko biokenoosi voi kehittyä (joskus kielteisin seurauksin) jopa vakaissa ympäristöolosuhteissa.

Sopeutuksen pääsisältö T. Pilaten mukaan on järjestelmän sisäiset prosessit, jotka varmistavat sen ulkoisten toimintojen säilymisen suhteessa ympäristöön. Jos järjestelmän rakenne varmistaa sen normaalin toiminnan tietyissä ympäristöolosuhteissa, tulee tällaista järjestelmää katsoa näihin olosuhteisiin mukautetuksi. Tässä vaiheessa syntyy dynaaminen tasapaino.

Esimerkkejä sopeutumisesta: makean veden alkueläimissä protoplasman osmoottinen pitoisuus on korkeampi kuin ympäröivän veden pitoisuus. Kun vesi imeytyy siihen, tapahtuu jatkuvaa suolanpoistoa. Häirtynyttä osmoottista tasapainoa säätelee supistuvan tyhjiön toiminta, joka poistaa ylimääräistä vettä kehosta. Jotkut alkueläimet pystyvät kuitenkin sopeutumaan suolaisempaan ja jopa meriveteen. Samalla niiden supistuvan tyhjiön toiminta hidastuu ja voi jopa pysähtyä kokonaan, koska näissä olosuhteissa veden poistuminen kehosta johtaisi protoplasman ionien suhteellisen pitoisuuden nousuun ja siihen liittyen. tämän osmoottisen tasapainon rikkomiseen. Siten tässä tapauksessa sopeutumismekanismi pelkistyy protoplasman suoraksi fysikaaliseksi ja kemialliseksi reaktioksi. Muissa tapauksissa sopeutumismekanismi näyttää olevan monimutkaisempi, eikä sitä aina voida hajottaa välittömästi perustekijöiksi. Tällaisia ​​ovat esimerkiksi eläinten sopeutuminen lämpötilaolosuhteisiin (nisäkkäiden turkin pidentyminen kylmän vaikutuksesta), säteilyenergian ilmiöihin (kasvien fototropismi); kylmäveristen eläinten ihon värimuutos pigmenttisolujen reaktiosta; kausiluonteinen dimorfismi lintujen ja nisäkkäiden värityksissä; niiden värin muutos ilmasto- ja maantieteellisistä olosuhteista riippuen jne. Kuitenkin myös tässä sopeutumismekanismi voidaan viime kädessä lyhentää protoplasman fysikaalis-kemiallisiin reaktioihin. Sopeutumisilmiöt liittyvät läheisesti mikro-organismien evoluutioon ja edustavat yhtä merkittävimmistä sopeutumisen, olemassaolotaistelun ja mimiikin tekijöistä.

Mikro-organismien sopeutuminen, mikro-organismien sopeutuminen, niiden sopeutuminen ympäristöön. Niiden rakenne, fysiologiset ominaisuudet ja kemiallinen koostumus riippuvat sekä tietyn lajin perinnöllisistä ominaisuuksista että ympäristövaikutuksista. Jälkimmäiset saavat mikro-organismin muuttumaan. Viime aikoihin asti näitä muutoksia pidettiin satunnaisina ja Connin opetusten mukaan vähäisinäisinä mikro-organismin pääominaisuuksien kannalta, jotka tunnustettiin horjumattomiksi. Ajan mittaan kuitenkin aluksi arasti ja sitten yhä päättäväisemmin esitettiin oppi mikro-organismien vaihtelevuudesta biologisena tekijänä, ja tällä hetkellä mikro-organismien muutoksia ei pidetä enää vain satunnaisina, vaan ne tunnustetaan syvemmiksi. . Mikro-organismin vaihtelevuuden luonne riippuu kahdesta tekijästä: tietyn mikro-organismin yksittäisen lajin vastustuskyvystä ja ympäristövaikutusten syvyydestä, laajuudesta ja voimakkuudesta. Tietyt mikro-organismit, kuten haponkestävä ryhmä, kurkkumätä ja sienimuodot, muuttuvat vähemmän ja sopeutuvat huonommin, kun taas enteeris-lavantauti-, kapseli-, kokki- ja anaerobiset ryhmät ovat helpommin alttiina muutoksille. Mikro-organismien sopeutumiskyky vaikuttaa ensisijaisesti niiden suhteeseen happeen ja ympäristön lämpötilaan. Tiedetään, että anaerobit voivat tottua sekä vapaaseen happeen että päinvastoin. Sama on sanottava asenteesta ympäristön lämpötilaan, samoin kuin ympäristön reaktioon, valon toimintaan ja ravinnemateriaalin kemialliseen koostumukseen. Yhden ehdon on täytyttävä, jotta tämä sopeutuminen tapahtuisi: asteittainen altistuminen uusille tekijöille. Mitä hitaammin ja hitaammin uudet olosuhteet vaikuttavat, sitä helpommin ja täydellisemmin mikro-organismi sopeutuu. Tämä teline tulee mukana eri suuntiin. Ympäristöolosuhteet aiheuttavat sen, että mikro-organismin fysiologiset toiminnot vähenevät, rajoitetaan ne minimiin ja siirtyvät anabioosin vaiheeseen ("latentti mikrobiismi"), jota varten se muodostaa itiöitä ja jota ympäröivät läpäisemättömät lima-, kalkki- ja sidekudoskapselit. (kokki, putket jne.) tikkuja jne.); tai mikro-organismeissa tapahtuu morfologisia muutoksia, jolloin ne menettävät kokonaisia ​​elimiä ja osia, jotka ovat erityisen herkkiä normaaleille olosuhteille (esim. trypanosomit, tottuessaan arseeniin, menettävät blefaroblasteja (Verbitsky)), ja näin saadaan uusia mikro-organismeja. Uusien rotujen muodostuminen uusilla ominaisuuksilla on erityisen helppoa, kun mikro-organismi kohtaa uusia kemikaaleja organismissa, jossa se on tottunut lisääntymään vapaasti. Kun tällaisessa ympäristössä näkyvät haitallisia aineita Jotkut mikro-organismeista kuolevat, mutta vastustuskykyisimmät yksilöt selviävät ja synnyttävät niin sanottuja "resistenttejä" tai "itsepäisiä" rotuja (Enrlich). Tällainen vastustuskyky on todistettu erilaisten kemiallisten yhdisteiden ja alkaloidien (arseeni, alkoholi, kiniini) suhteen.Mikro-organismien sopeutumiskyky voi mennä myös päinvastaiseen suuntaan - elinkelpoisuuden lisäämiseen ja aktiivisuuden lisäämiseen. Näin ollen alhainen virulentti mikro-organismi alkaa kehon heikkenemisen vaikutuksesta lisääntyä nopeasti ja tuottaa myrkkyjä, joita sillä ei ollut tai oli vähän ennen. Esimerkkinä tästä ovat lukuisat ns. endogeeniset infektiot, joissa pneumokokki vilustumisen vaikutuksesta aiheuttaa keuhkokuumeen tai Bactin. coli aiheuttaa ruokavaliovirheen vaikutuksesta punatautia muistuttavan taudin. Tämä mikro-organismin "aktivointi" ei ole muuta kuin sen sopeutumista uusiin olosuhteisiin. Sopeutumisilmiöt ovat erityisen hyvin tutkittuja ja lukuisia siellä, missä mikro-organismi kohtaa immuuniorganismin tai immuuniympäristöt. Edellä mainittujen kapseleiden lisäksi, jotka toimivat mikrobia suojaavana kerroksena ulkoiselta ympäristöltä, mikro-organismi alkaa tuottaa aggressiineja, jotka heikentävät fagosyyttien pääsyä siihen. Mikro-organismien sopeutumiskyky menee niin pitkälle, että niistä voi tulla vastustuskykyisiä jopa immuuniseerumille. Bordet osoitti jo vuonna 1895, kuinka Vibrio cholerae voidaan tottua bakteriolyyttiseen seerumiin. Useat kirjoittajat ovat osoittaneet mahdollisuuden totuttaa agglutinoituvat mikro-organismit siihen tosiasiaan, että ne lakkaavat agglutinoitumasta. Päinvastoin, aglutinoitumattomat mikro-organismit voidaan muuttaa agglutinoituviksi esimerkiksi kulkemalla eläinten kehon läpi ja jopa yksinkertaisilla siirroilla alustasta elatusaineeseen. Rakentaessaan uudelleen morfologisia ja fysiologisia piirteitään mikro-organismit, riippuen maaperästä, jolla ne elävät, ja riippuen muista sen vieressä lisääntyvistä mikro-organismeista, voivat hankkia naapurille ominaisia ​​piirteitä ja muuttua niin sanotuksi "paramikrobeiksi". Tällainen mikro-organismi, kuten Rosenow osoitti, voi hankkia uusia ominaisuuksia, jotka on hankittu yhdessä asumisen yhteydessä patogeenisen mikro-organismin kanssa, ja säilyttää ne perinnöllisesti melko pitkään. Joten esimerkiksi streptokokki, joka on eristetty Weichselbaum'a diplococcus -bakteerin aiheuttamasta aivokalvontulehduksesta, saa kyvyn aiheuttaa aivokalvontulehdusta. Se osoittautuu ikään kuin toisen patogeenin jäljitelmä. Tämä jäljitelmä ilmenee joko kyvynä aiheuttaa saman sairauden tai uusien antigeenisten ominaisuuksien hankkimisessa. Siten lavantautipotilaan kehossa asuva proteus alkaa agglutinoitua potilaan seerumin kanssa, vaikka se ei olekaan taudin aiheuttaja. Kaikista esitetyistä tosiseikoista on selvää, mikä hyvin tärkeä on ilmiöitä, joissa mikro-organismit mukautuvat patologiaan ja epidemiologiaan.

Bakteerien evoluutio ja sen lääketieteellinen merkitys. Mikro-organismit syntyivät maapallolla noin kolme miljardia vuotta ennen ihmisen ilmestymistä. Vuonna 1822 E. Darwin ehdotti evoluutioteoriaa ja 100 vuotta myöhemmin venäläinen biokemisti A. Oparin (1920) ehdotti teoriaa biologisen elämän syntymisestä. Bakteereilla on tärkeä rooli tässä järjestelmässä. Ensimmäiset itsestään replikoituvat kalvon ympäröimät biologisen elämän muodot (protobiontit) eivät kyenneet fotosynteesiin ja saivat energiaa suorittamalla yksinkertaisia, yksivaiheisia abiogeenisiä oksidatiivisia reaktioita. Tämä jatkui noin 1,0 miljardia vuotta. Näissä reaktioissa syntyvä energia (sähkökemiallinen, lämpö, ​​fotokemiallinen) varastoitiin tiettyihin molekyyleihin ja käytettiin primitiivisten prosessien suorittamiseen. Primaaristen molekyylien ja reaktioiden muodostuminen merkitsi aineenvaihduntaprosessien - anabolismin ja katabolian - alkua. Siirtyminen protosolusta prokaryoottisoluun tapahtui 2,5-3 miljardia vuotta sitten. Planeetan ilmakehässä ei ollut happea ja ensisijaiset prokaryootit olivat anaerobeja. CO 2:n autotrofinen kiinnittymisreitti oli planeetan primaarisen tuottavuuden perusta. Muutos pelkistävästä ilmakehästä happiilmakehään tapahtui keskimmäisen ja myöhäisen prekambrian välillä (2,8 miljardia vuotta sitten). Vertailun vuoksi planeetan ilmakehän happipitoisuus 800 miljoonaa vuotta sitten oli noin 1 %, 400 miljoonaa vuotta sitten se oli jo 10 % ja nyt 21 %. Ilmakehän koostumuksen muuttuessa fakultatiivisia fototrofisia ja heterotrofisia anaerobeja alkoi muodostua, myöhemmin ilmaantui aerobisia bakteereja.

Bakteerit eivät olleet vain geenien ensisijaisia ​​kerääjiä, vaan niiden evoluution parantamisen kohde. Evoluutionopeus on mutaatioiden määrä tietyn proteiinimolekyylin 100 aminohappoa kohti 100 miljoonan vuoden sisällä. Se vaihtelee suuresti. Tämä on perusta molekyylikellon konseptille, joka julistaa, että mutaatiot kerääntyvät vähitellen genomiin ja muodostavat uuden sekvenssin lajien edelleen eriytymiselle lineaarisella evoluution aikajaksolla. Kuvassa 3 esitetty kaavio. voit näyttää tiettyjen bakteeriryhmien evoluution ja määrittää suunnilleen evoluutioajan, jolloin tietty laji (suku) erosi yhteinen esi-isä.

Evoluutionopeus on vakio ja riippuu monista tekijöistä - aineenvaihduntaprosessien nopeudesta, syntyajasta, tiedonkulusta ja selektiivisestä paineesta. Esimerkiksi Salmonella- ja Escherichia coli -suvun ero yhteisestä esi-isästä tapahtui noin 100-140 miljoonaa vuotta sitten. Bakteerigenomit ovat kehittyneet yli 50 miljardia sukupolvea kerryttäen mutaatioita ja hankkien uutta geneettistä informaatiota horisontaalisen geeninsiirron kautta ilman merkittäviä esi-isien geenien uudelleenjärjestelyjä. Salmonellan genomi hankki vuoden aikana noin 16 kb/miljoonaa vierasta geneettistä tietoa. vuotta ja E. coli - 22 kb/miljoonaa vuotta. Tällä hetkellä niiden genomit eroavat 25 prosenttia. Merkittävä osa genomista hankittiin horisontaalisella siirrolla. Yleensä bakteerigenomi vaihtelee kooltaan 0,6 - 9,4 Mb tietoa (keskimäärin 3 - 5 Mb). Joillakin bakteereilla on kaksi kromosomia (Leptospira interrogans serovar icterohemorrahgiae, Brucellae melitensis). Bakteerien asteittainen evoluutio tapahtui useissa toisiinsa liittyvissä suunnissa - metabolisessa, morfologisessa (rakenne-molekyylisessä) ja ekologisessa. Luonnossa on valtava valikoima mikro-organismeja, joista tällä hetkellä tunnetaan enintään 5-7%, ja keinotekoisissa olosuhteissa viljellyt bakteerit muodostavat noin 1%. Tämä tarkoittaa, että olemme vasta alkamassa tutustua mikrobien maailmaan.

Genomin sekvensointistrategiat. Jokainen genomin emäspari on yksi bitti informaatiota. Esimerkiksi Haemophilus influenzaen genomi sisältää 1 830 137 ja Escherichia colin genomi 4 639 221 bittiä tietoa. Bakteerigenomin sekvensoinnin vertailevat näkökohdat mahdollistavat yhteisten geenien ja säätelymekanismien läsnäolon määrittämisen, evoluution sisäisten ja lajien välisten suhteiden määrittämisen ja ovat rakenteellisen ja evolutionaarisen genomiikan perusta. Mikro-organismien genomien matemaattinen analyysi on mukana uutta tiedettä- bioinformatiikka. Tutkimuskohteena on bakteerien fragmenttien tai kokonaisten genomien sekvensointi kehitetyn avulla tietokoneohjelmat sekä tietokannat nukleiinihappoja ja proteiineja koskevista tiedoista.

Genomien rakenteen analyysin (sekvensoinnin) perusteella muodostui 36-40 suurta taksonia (jakaumaa). Jokaisen jäsenellä on yhteinen esi-isä, joka jossain vaiheessa erosi toisesta edeltäjätaksonista. Jotkut osastot sisältävät lisää tunnettuja bakteerilajeja kuin muut. Tämä tarkoittaa yleensä niitä, joita viljellään hyvin laboratoriossa. Suurin määrä bakteerilajeja (40 - 80 %) kuvattiin proteobakteerien, aktinobakteerien, grampositiivisten bakteerien taksoneissa, joilla on alhainen G+C-pitoisuus. Samaan aikaan joillakin osastoilla viljellyt bakteerien edustajat ovat tuntemattomia. On huomattava, että bakteerikunnan 36-40 jaosta vain 7 suuren taksonin edustajat kykenevät aiheuttamaan sairauksia ihmisille. Näiden bakteerien erikoistuminen ja sopeutuminen eläinorganismeihin johti patogeenisuustekijöitä säätelevien geenilohkojen muodostumiseen (patogeenisuussaaret). Ne voivat lokalisoitua kromosomiin, plasmideihin ja mahdollisesti bakteerifaageihin. Mikro-organismien evoluution suunnan ja järjestyksen määrittäminen niiden genomien vaihtelevuuden perusteella on lupaava suunta molekyyliepidemiologiassa.

Genotyyppisen lisäksi on olemassa modifikaatiovaihtelu , jota pidetään vastauksena ympäristöolosuhteiden muutokseen ja sitä tarkkaillaan niin kauan kuin nämä muutokset aiheuttava tekijä on voimassa. Muutosten vaihtelu(kutsutaan myös fenotyyppinen vaihtelu) ilmenee fenotyyppitasolla eikä vaikuta genotyyppiin.

Fenotyyppinen vaihtelevuus ilmenee suurimmalla osalla populaation yksilöistä, kun taas mutaatiovaihtelulla genotyypin muutos tapahtuu vain yksittäisissä soluissa.

Modifikaatio on seurausta solujen aineenvaihdunnan plastisuudesta, mikä johtaa "hiljaisten" geenien fenotyyppiseen ilmenemiseen tietyissä olosuhteissa. Täten, modifikaatiomuutokset tapahtuvat muuttumattoman solugenotyypin puitteissa.

Muokkausmuutoksilla on useita ilmentymiä. Kuuluisin mukautuvat muutokset , eli . ei-perinnöllisiä muutoksia, jotka ovat hyödyllisiä organismille ja auttavat sitä selviytymään muuttuneessa ympäristössä.

Syyt adaptiivisille modifikaatioille ovat geenien toiminnan säätelymekanismeissa. Esimerkki tästä on bakteerisolujen sopeutuminen E. coli laktoosiksi uudeksi substraatiksi: näissä olosuhteissa alkaa syntetisoitua indusoituvia entsyymejä, eli tapahtuu geenien fenotyyppinen ilmentymä, jotka ovat "hiljaisia", kun ympäristössä ei ole laktoosia.

Löytyy useista bakteereista universaali mukautuva vaste vastauksena erilaisiin stressaaviin vaikutuksiin (korkeat ja alhaiset lämpötilat, jyrkkä pH-muutos jne.). Tässä tapauksessa adaptiivinen reaktio ilmenee pienen ryhmän samankaltaisten proteiinien intensiivisessä synteesissä, joita ns. lämpöshokkiproteiinit ja ilmiö lämpöshokin oireyhtymä . Stressivaikutuksissa bakteerisoluun siinä estyy tavanomaisten proteiinien synteesi, mutta indusoituu pienen ryhmän proteiinien synteesi, jonka tehtävänä on vastustaa stressiä suojaamalla tärkeimpiä solurakenteita, ensisijaisesti nukleoideja ja kalvot. Uskotaan, että mukautuvat modifikaatiot laajentavat organismin kykyä selviytyä ja lisääntyä useammissa ympäristöolosuhteissa. Tuloksena olevat muutokset voivat olla suhteellisen vakaa ne voivat säilyä useiden sukupolvien ajan tai päinvastoin, erittäin labiili.

Kaikkia muutoksia ei kuitenkaan voida pitää mukautuvina. Intensiivisessä altistumisessa monille aineille havaitaan ei-perinnölliset muutokset, satunnaiset suhteessa ne aiheuttamaan vaikutukseen. Tällaisten fenotyyppisesti muuttuneiden solujen ilmaantumisen syyt liittyvät näiden aineiden aiheuttamiin translaatioprosessin virheisiin.

Mukautuvan muunnelman merkitys:

- antaa tietyn panoksen evoluutioprosessiin;

- laajentaa organismin kykyä selviytyä ja lisääntyä useammissa ympäristöolosuhteissa. Näissä olosuhteissa syntyvät perinnölliset muutokset poimitaan luonnollisella valinnalla ja näin kehitetään aktiivisemmin uusia ekologisia markkinarakoja ja saavutetaan tehokkaampi sopeutumiskyky niihin.

5 MIKROORGANISMIEN TOLERANSSIA YMPÄRISTÖTEKIJÖIDEN SUHTEEN

Mikro-organismien kehittyminen ja elintärkeä toiminta liittyy läheisesti ympäristöön. Heidän toiminnan ilmeneminen riippuu tämän ympäristön muutoksista tai ominaisuuksista.

Jokainen mikro-organismityyppi pystyy kasvamaan, kehittymään ja lisääntymään ulkoisissa olosuhteissa, jotka kuvastavat niiden sietokykyä.

Ympäristön ympäristötekijät ovat lukuisia ja erilaisia. Ne jaetaan yleensä fysikaalisiin, kemiallisiin ja biologisiin.

Mikro-organismit sopeutuvat paremmin äärimmäisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin ympäristötekijöihin kuin eläimet ja kasvit. Jotkut bakteerit säilyvät elinkykyisinä jopa +104 °C lämpötiloissa, pH-alueella 1-13, paineessa 0-1400 atm. antiseptiset aineet, antibiootit, desinfiointiaineet. Samanaikaisesti jokaiselle lajille on perinnöllisesti määrätyt optimaaliset tasot ja kriittiset rajat mikrobien sietokyvylle fysikaalisille, kemiallisille ja biologisille tekijöille.

Fyysisten ympäristötekijöiden sietokyky

Mikro-organismien elintärkeään toimintaan positiivisesti tai negatiivisesti vaikuttavia ulkoisen ympäristön fysikaalisia tekijöitä ovat: ympäristön kosteus, siihen liuenneiden aineiden pitoisuus ja sen osmoottinen paine, lämpötila, auringonvalo ja useita muotoja säteilevä energia.

Ympäristön kosteus. Jotkut mikrobityypit ovat erittäin herkkiä kosteuden puutteelle. Esimerkiksi nitrifioivat ja etikkahappobakteerit kuolevat nopeasti kuivumisen jälkeen. Toiset päinvastoin voidaan säilyttää kuivatussa tilassa useita kuukausia ja jopa vuosia (stafylokokki, maitohappobakteerit, hiiva). Bakteerien ja homesienten itiöt kestävät erityisen hyvin kuivumista. Ne voidaan säilyttää kuivattuna vuosikymmeniä. Kuivaus tyhjiössä matalassa lämpötilassa ja sen jälkeen säilytys ilmattomassa ympäristössä säilyttää mikrobien elintärkeän toiminnan pitkään (lyofiilisenä). Tätä menetelmää käytetään laajalti mikrobiviljelmien pitkäaikaiseen varastointiin. Joten jotkut patogeeniset bakteerit (kokit) säilyivät samanlaisissa olosuhteissa 25 vuotta ja mykobakteerit - 17 vuotta.

Erilaiset mikro-organismiryhmät kehittyvät maaperässä voimakkaimmin kosteuspitoisuudella, joka on lähellä 60 % kokonaiskosteuskapasiteetista.

Kosteutta rakastavimpia maaperän bakteereja ovat typpeä sitovat bakteerit (atsotobakteerit ja kyhmybakteerit). Kun maaperä kuivuu, mikrobiologinen aktiivisuus vähenee tai laantuu kokonaan. Mikro-organismien kyvyttömyyttä kehittyä riittämättömän kosteuden olosuhteissa käytetään suojelemaan elintarvikkeita ja rehuja kuivumisen aiheuttamalta pilaantumiselta. Kuivataan lihaa, kalaa, vihanneksia, hedelmiä, maitoa ja muita tuotteita sekä heinää.

Väliaineeseen liuenneiden aineiden pitoisuus. Luonnollisissa olosuhteissa mikro-organismit elävät liuoksissa, joissa on eri pitoisuuksia liuenneita aineita ja siten erilainen osmoottinen paine.

Ympäristön suolojen pitoisuuden nousu optimaalisen yläpuolelle häiritsee normaalia aineenvaihduntaa solun ja ympäristön välillä. Tällöin vesi poistuu solusta, sytoplasma siirtyy pois solukalvosta (plasmolyysi) ja ravinteiden saanti soluun pysähtyy. Tässä tilassa mikro-organismit kuolevat melko nopeasti ja vain harvat pystyvät säilymään pitkään. Joten on bakteereja, jotka ovat sopeutuneet korkeisiin suolapitoisuuksiin (noin 29 %). Näitä bakteereja kutsutaan halofiilinen("rakastava" suola).

Suurten suolojen pitoisuuksien tuhoisa vaikutus mikro-organismeihin on löytänyt käyttöä myös käytännön ihmistoiminnassa. Se on monien elintarvikkeiden (liha, kala) säilöntä vahvoissa suolaliuoksissa. Useimmat mätänevät bakteerit lakkaavat kehittymästä jo 5-10 % NaCl-pitoisuudessa alustassa (Proteus vulgaris, basilli mesentericus). Luotettavampien tulosten saamiseksi käytetään kuitenkin väkevämpiä suolaliuoksia - 20-30%.

Korkean osmoottisen paineen luomiseksi nesteeseen käytetään natriumkloridin lisäksi laajasti sokereita, mutta yli 70 % pitoisuuksina.

Lämpötila. Ympäristön lämpötila on yksi tärkeimmistä mikrobien elämään vaikuttavista ympäristötekijöistä. Jokainen mikro-organismityyppi voi kehittyä vain tietyissä lämpötilarajoissa.

Lämpötilan suhteen mikro-organismit jaetaan yleensä kolmeen ryhmään: psykofiilisiin, mesofiilisiin ja termofiilisiin.

Vastaanottaja psykofiilinen(kreikaksi psichrio - kylmä, phileo - rakkaus) sisältävät mikro-organismeja, jotka ovat sopeutuneet kehittymään alhaisissa lämpötiloissa. Näitä ovat homesienet, valobakteerit, kylmäsäiliöiden bakteerit, jäätiköt jne. Heille vähimmäislämpötila on 0-10 ° C, optimi on noin 10 ° C ja maksimi 20-30 ° C. Jotkut lajit voivat kasvaa jopa alle 0 °C:n lämpötiloissa.

Yleensä mikro-organismit eivät ole herkkiä matalille lämpötiloille. Useat tutkijat ovat osoittaneet, että bakteerit pysyvät elävinä, kun niitä on käsitelty useita tunteja nestemäisellä ilmalla (-182, -100 °C) tai jopa nestemäisellä vedyllä (-252 °C). Alhaiset lämpötilat pysäyttävät mikro-organismien elintärkeän toiminnan, joten ne estävät jäähdytetyn lihan, kalan, voin, maidon ja muiden tuotteiden pilaantumisen. Toistuva pakastaminen sulatuksen jälkeen vaikuttaa haitallisesti mikrobeihin. Psykofiiliset bakteerit eivät muodosta itiöitä.

mesofiiliset bakteerit(kreikaksi inesos - medium) kehittyvät keskilämpötilassa. Näitä ovat useimmat saprofyytit ja kaikki patogeeniset mikrobit.

Heille lämpötilan minimi on 0-10 ° C, optimi on 25-35 ° C ja maksimi 40-50 ° C.

termofiiliset bakteerit(Kreikan termos - lämmin) kehittyvät suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Niiden lämpötilan minimi on noin 30 ° C, optimi on 50-60 ° C, maksimi 70-80 ° C.

Termofiiliset mikro-organismit ovat yleisiä kuumassa kivennäisvedet ja osallistua aktiivisesti lannan, säilörehun ja märän viljan itsekuumenemisprosesseihin.

Korkeat lämpötilat aiheuttavat mikrobisolujen kuoleman sytoplasman proteiinien koaguloitumisen (koaguloitumisen) ja entsyymien inaktivoitumisen seurauksena. Useimmat itiöttömät bakteerit kuolevat kuumennettaessa 60-70 °C:seen 15-30 minuutiksi ja 80-100 °C:seen kuumennettaessa muutamassa sekunnissa 1-3 minuutissa. Kosteassa ympäristössä bakteerit kuolevat korkeissa lämpötiloissa nopeammin kuin kuivassa, koska höyry edistää nopeaa proteiinin hyytymistä. Monien bakteerien itiöt kestävät kuumennuksen 100 °C:seen useiden tuntien ajan. Jopa vastustuskykyisimmät itiöt kosteassa ympäristössä 120 ° C:ssa kuolevat 20-30 minuutin kuluttua ja kuivan lämmön vaikutuksesta (160-170 ° C) - 1-2 tunnin kuluttua.

Kaksi tapaa tuhota bakteereja perustuu korkeiden lämpötilojen tuhoavaan vaikutukseen: pastörointi ja sterilointi.

Pastöroinnin aikana neste kuumennetaan 60-70 °C:seen 20-30 minuutiksi tai 70-80 °C:seen 6-10 minuutiksi, jolloin vain bakteerien vegetatiiviset muodot kuolevat. Pastörointia käytetään pääasiassa maidon, viinin, kaviaarin, hedelmämehujen ja joidenkin muiden tuotteiden säilöntään.

Sterilisaatio tarkoittaa minkä tahansa esineen tai aineen vapauttamista kaikista elävistä olennoista. Tämä saavutetaan kuumentamalla 100–130 °C:seen 20–40 minuutiksi.

Valon vaikutus. Suora auringonvalo tappaa lähes kaiken tyyppisiä bakteereja purppura- ja valobakteereja lukuun ottamatta. Suoran auringonvalon vaikutuksesta bakteerit kuolevat muutamassa minuutissa tai tunnissa.

Auringonvalon biologinen vaikutus mikrobeihin johtuu sen sisältämistä ultraviolettisäteistä. Soluun päästyään ne adsorboivat elintärkeitä osia, proteiineja ja nukleiinihappoja, mikä aiheuttaa fotokemiallisia ja oksidatiivisia prosesseja, joilla on haitallinen vaikutus mikro-organismeihin. Ultraviolettisäteet tappavat muutamassa minuutissa sekä kasvulliset muodot että itiöt.

Biologisesti mielenkiintoisimpia ovat ultraviolettisäteet, joiden aallonpituus on 280-230 nm. Niillä on voimakas bakteriostaattinen ja bakterisidinen vaikutus. Säteilyannoksesta ja mikro-organismin tyypistä riippuen ultraviolettisäteiden vaikutus voi olla tappava tai mutageeninen.

Ultraviolettisäteitä säteileviä lamppuja, joiden aallonpituus on 254 nm, käytetään laajalti astioiden sterilointiin, ilman desinfiointiin sairaaloissa ja leikkaussaleissa, kouluissa taisteltaessa viljaa aiheuttavaa kärsäistä vastaan. Ultraviolettisäteitä käytetään myös veden, maidon ja korkeiden lämpötilojen tuhoamien materiaalien sterilointiin.

Säteilyn vaikutus, röntgensäteilyä ja sähkö. Radium- ja röntgensäteet pieninä annoksina ja lyhyellä vaikutuksella stimuloivat tiettyjen mikrobien lisääntymistä, kun taas suurilla annoksilla ne tappavat ne. Korkeataajuinen sähkövirta johtaa mikro-organismien kuolemaan. Erityisesti vahvaa toimintaa ne altistetaan ultrakorkeataajuisille virroille.

Mekaanisten iskujen ja korkeiden paineiden vaikutus. Mekaaniset vaikutukset (voimakkaat ja toistuvat iskut) tuhoavat useimmat mikrobit. Ravistelu sukkulalaitteistossa hiekan tai lasihelmien kanssa vähentää merkittävästi elävien bakteerien määrää. Vesistöjen itsepuhdistuminen mikro-organismeista johtuu osittain veden liikkumisesta joissa ja puroissa. Korkeat paineet vaikuttavat vain vähän mikro-organismeihin, tietyntyyppiset bakteerit voivat normaalisti elää ja lisääntyä merissä 9 km syvyydessä, missä paine saavuttaa 9 × 10 4 kPa. Jotkut hiivatyypit, homesienet ja bakteerit kestävät painetta ja 3×10 5 kPa.

Kestää kemiallisia ympäristötekijöitä

Mikro-organismien elintärkeään toimintaan vaikuttavia kemiallisia tekijöitä ovat: väliaineen koostumus ja reaktio, väliaineen redox-olosuhteet.

Ympäristön koostumus. Kemialliset yhdisteet voivat olla hyödyllisiä mikro-organismeille ja niitä voidaan käyttää ravintoaineina tai haitallisina - antimikrobisina (bakterisidisinä) lääkkeinä, jotka estävät tai tappavat mikro-organismeja. Heikot ratkaisut lisäävät mikrobien elintärkeää toimintaa. Vahvemmat liuokset tappavat mikro-organismeja vasta kasvuvaiheessa, erittäin tiivistetyt liuokset tuhoavat myös itiöitä. Eri mikrobien herkkyys samalle kemiallinen yhdiste ei ole sama. Jotkut aineet vaikuttavat haitallisesti joihinkin mikro-organismiryhmiin ja ovat vaarattomia muille.

Epäorgaanisista aineista raskasmetallien suolat (elohopea, kupari, hopea) ovat myrkyllisimpiä mikro-organismeille. Konsentraatiollaan 1:1000 useimmat bakteerit kuolevat muutamassa minuutissa. Kloorilla, jodilla, vetyperoksidilla, kaliumpermanganaatilla on bakteereja tappava vaikutus. Mineraalihapoista rikki-, boori- ja eräillä muilla hapoilla on nämä ominaisuudet.

Voimakkaita myrkkyjä mikrobeille ovat fenoli (karbolihappo), kreosoli, formaliini. Alkoholit ja jotkin orgaaniset hapot (salisyyli-, voi-, etikka-, bentsoehappo) ovat eriasteisesti myrkyllisiä.

Lihan ja kalan tupakointi perustuu antiseptisten aineiden bakteereihin kohdistuvaan haitalliseen vaikutukseen, jonka aikana tuote kyllästyy savulla, joka sisältää haihtuvia yhdisteitä, erityisesti formaldehydiä, fenoleja ja hartseja.

Ympäristön reaktio. Ympäristön reaktio on merkittävä kemiallinen tekijä, joka vaikuttaa mikro-organismien elintärkeään toimintaan. Neutraalin väliaineen pH-arvo on 7,0, happaman - 0-6,0 ja emäksisen - 8,0-14,0. Mikrobien suhtautuminen ympäristön reaktioihin on hyvin monimuotoinen. Jos jotkut voivat kehittyä laajalla pH-arvoalueella, niin muiden mikro-organismien kehittymiselle pH-vaihteluiden tulisi olla merkityksettömiä.

Monille homeille ja hiivoille suotuisin ympäristö on pH 3,0-6,0; useimmat bakteerit kehittyvät paremmin neutraalissa tai lievästi emäksisessä väliaineessa (7,0-7,5). Erittäin hapan reaktio bakteereille on haitallista.

Poikkeuksena ovat bakteerit, jotka itse muodostavat happoa (etikkahappo, maitohappo, sitruunahappo ja voihappo).

Maaperässä tai vesistöissä elävät mikro-organismit kohtaavat merkittäviä pH-vaihteluita, joten ne ovat sopeutuneet monenlaisiin pH-arvoihin. Sitä vastoin ihmisen tai eläimen kehossa elävät patogeeniset mikro-organismit voivat menestyä suhteellisen kapealla pH-alueella.

Ympäristön redox-olosuhteet. Mikro-organismien kehittyminen on läheisessä yhteydessä ympäristön redox-olosuhteisiin, joita perinteisesti merkitään symbolilla rH 2 . Se edustaa molekyylivedyn paineen negatiivista logaritmia ja ilmaisee aerobisuuden astetta ympäristössä. Jos väliaine on kyllästetty molekyylivedyllä, niin rH 2 on yhtä kuin nolla. Hapettavien ja pelkistysprosessien tasapainossa ympäristössä rH 2 yhtä suuri kuin 28. Kun ympäristö on kyllästetty hapella rH 2 yhtä suuri kuin 41. Ilmastus vaikuttaa väliaineen redox-potentiaaliin. Eri mikro-organismeilla on redox-olosuhteiden pääpisteet - minimi, optimi ja maksimi, jotka määräävät niiden kehityksen.

Mikro-organismien hapentarve on hyvin erilainen. Anaerobit voivat lisääntyä alhaisilla arvoilla rH 2 - 8 - 10. Aerobit lisääntyvät alueella rH 2 10 - 30. Välimuodot (fakultatiiviset anaerobit) voivat kehittyä laajalla alueella rH 2 - 0-30.

Säätelemällä ympäristön redox-olosuhteita on mahdollista paitsi vaikuttaa mikro-organismien kasvuun ja kehitykseen, myös vaikuttaa mikro-organismien aiheuttamien fysiologisten ja biokemiallisten prosessien luonteeseen.

Sitokyky biologisille ympäristötekijöille

Mikrobien väliset suhteet biokenoosissa.

Mikro-organismit kovia kilpailla keskenään. Tämä johtuu siitä, että tietyssä biokenoosissa elävillä mikrobeilla on pohjimmiltaan samanlaiset energia- ja ravintolähteiden tarpeet. Jokainen mikro-organismi ei sopeudu vain elottomiin substraatteihin, vaan myös muihin sitä ympäröiviin organismeihin. Tällainen sopeutuminen johtaa joskus erityisten aineenvaihdunnan ominaisuuksien hankkimiseen, jotka antavat omistajalle mahdollisuuden miehittää tiettyjä markkinarakoja. Esimerkiksi nitrifioivat bakteerit voivat kasvaa ilman orgaanisia energialähteitä, hapettamalla ammoniakkia tai nitriittiä energialähteenä valon puuttuessa; muut organismit eivät kehity samanlaisissa olosuhteissa. Siksi nitrifioivat bakteerit eivät koe biologista kilpailua. Merkittävä osa bakteereista osallistuu kilpailutaisteluihin, sopeutuen rinnakkaiseloon muiden elämänmuotojen kanssa tai asettuen vastustukseen niiden kanssa.

Symbioosi. Esimerkki symbioosista on joidenkin maitohappobakteerien ja hiivan välinen suhde (maitohappobakteerit, jotka tuottavat maitohappoa, luovat suotuisat olosuhteet hiivan kasvulle ja hiivan jätetuotteet - vitamiinit stimuloivat maitohappobakteerien kehitystä), typpi -kiinnittävät mikrobit ja selluloosaa hajottavat bakteerit, avo-aerobit, jotka imevät happea anaerobien kanssa jne. Tällainen suhde havaitaan usein mikro-organismien ja kasvien välillä (esim. kyhmybakteerien symbioosi palkokasvien kanssa, mykorritsa - yhteisasuminen erilaisia ​​sieniä kasvien juurien kanssa), sekä mikrobien ja eläinten välillä.

Suhde, jossa mikro-organismi asuu isäntäsolujen ulkopuolella (enemmän kuin suuri organismi) tunnetaan nimellä ektosymbioosi; kun lokalisoituu solujen sisään - kuten endosymbioosi.

Tyypillisiä ektosymbioottisia mikrobeja - Escherichia coli, bakteerisuvut Bacteroides ja Bifidobakteeri, Proteus vulgaris, sekä muut suoliston mikroflooran edustajat.

Luonteeltaan symbioottisilla suhteilla on seuraavat muodot.

Metabioosi - tällainen olemassaolo, kun joidenkin mikrobilajien jätetuotteet ovat materiaaleja muiden lajien ravintoon ja kehitykseen. Esimerkiksi saprofyytit hajottavat luonnolliset proteiinit peptoneiksi, aminohapoiksi ja muiksi yksinkertaisemmiksi yhdisteiksi. Ja nämä tuotteet toimivat lähtöaineena nitrifioiville bakteereille, jotka muuttavat ammoniakkisuolat typpihapoksi ja sitten typpihapoksi.

Hiiva muuttaa sokerit etanoli, ja etikkahappobakteerit hapettavat sen etikkahapoksi. Tämä suhde on yleinen maaperän mikrobien keskuudessa ja on luonnossa esiintyvien aineiden kiertokulkujen taustalla.

Kommensalismi(latinasta com + mensa - seuralaiset) - eräänlainen symbioosi, jossa vain yksi kumppani hyötyy (aiheuttamatta näkyvää haittaa toiselle). Commensaaliset mikro-organismit kolonisoivat iho ja ihmiskehon ontelot (esimerkiksi maha-suolikanava) aiheuttamatta "näkyvää" haittaa; niiden kokonaisuus on normaali mikrobifloora (luonnollinen mikrofloora). Tyypillisiä ektosymbioottisia kommensaaliorganismeja ovat Escherichia coli, bifidobakteerit, stafylokokit, laktobasillit. Monet kommensaaliset bakteerit kuuluvat opportunistiseen mikroflooraan ja voivat tietyissä olosuhteissa aiheuttaa makro-organismin sairauksia (esimerkiksi kun niitä joutuu verenkiertoon lääketieteellisten toimenpiteiden aikana).

Mutualismi (latinasta mutuus - molemminpuolinen) - molempia osapuolia hyödyttävä symbioottinen suhde. Joten mikro-organismit tuottavat BAB:ita, jotka ovat välttämättömiä isäntäorganismille (esimerkiksi B-vitamiinit). Samaan aikaan makro-organismeissa elävät endo- ja ektosymbiontit suojataan haitallisilta ympäristöolosuhteilta (kuivuminen ja äärimmäiset lämpötilat) ja niillä on jatkuva pääsy ravinteisiin. Kaikista vastavuoroisuuden tyypeistä yllättävin on tiettyjen sienten viljely hyönteisillä (kuoriaiset ja termiitit). Toisaalta tämä edistää sienten laajempaa leviämistä, toisaalta tarjoaa jatkuvan ravintolähteen toukille.

satelliittiismi. Jotkut mikro-organismit pystyvät erittämään metaboliitteja, jotka stimuloivat muiden mikro-organismien kasvua. Esimerkiksi sarkiinit tai stafylokokit erittävät kasvutekijöitä, jotka stimuloivat suvun bakteerien kasvua Hemophilus. Usein useiden erityyppisten mikrobien yhteinen kasvu aktivoi niiden fysiologisia ominaisuuksia. Tällaisia ​​suhteita kutsutaan satellitismiksi (latinan sanasta safeties - accompanying) (kuva 6).

Riisi. 6. Synergismi mikrobeissa - aktinomykeettiviljelmän agarlohkon ympärillä näkyy homeen kasvua stimuloiva vyöhyke.

Antagonismi (antibioosi) - Tilanteet, joissa yksi mikro-organismi estää toisen kehittymisen, tunnetaan mikrobiantagonismina (kreikan sanasta antagonizmai - kilpailu) ja ne heijastavat mikro-organismien olemassaolosta (eli ravinnon ja energian lähteistä) taistelevan taistelun evoluutiomuotoja.

Antagonistiset suhteet ovat erityisen voimakkaita luonnollisissa elinympäristöissä suuri numero monenlaisia ja mikro-organismien tyypit (esimerkiksi maaperässä tai maha-suolikanavassa), joilla on samat ravinto- ja energiavaatimukset. Tässä tapauksessa vaikutus kilpailijaan voi olla passiivinen tai aktiivinen. Ensimmäisessä tapauksessa mikro-organismit hyödyntävät substraattia nopeasti ja riistävät vastustajalta " raakamateriaalit»; toisessa "he julistavat sodan täydelliseen tuhoon asti". Hävitysmuodot voivat olla vaihtelevia - pienempien lajien banaalista imeytymisestä erittäin spesifisten, kilpailijoille myrkyllisten tuotteiden vapautumiseen (kuva 7).

Riisi. 7. Antagonismi mikrobeissa - aktinomykeettien viljelmän agarlohkon ympärillä on näkyvissä stafylokokin kasvun suppressiivyöhyke.

Antagonistimikro-organismien tuhoava vaikutus liittyy niiden kerääntymiseen jätetuotteiden ympäristöön tai tiettyjen biologisesti aktiivisten aineiden - antibioottien - vapautumiseen.

Tällaisen haitallisen vaikutuksen seurauksena yhden lajin elintärkeä toiminta heikkenee tai se kuolee.

Maitohappobakteerit ovat putrefaktiivisten bakteerien antagonisteja, koska maitohappo estää jälkimmäisten kehittymistä. Tavallinen maaperän mikrofloora estää ihmiselle patogeenisten mikro-organismien syntymistä.

Antagonismia havaitaan myös kasvien ja mikro-organismien välillä. Kasvit tuottavat aineita, jotka ovat myrkyllisiä bakteereille, sienille ja alkueläimille. Näillä aineilla on erilaisia ​​ominaisuuksia eikä sama kemiallinen luonne, toiminnan voima jne. Neuvostoliiton kasvitieteilijä V. P. Tokin tunnisti ne ensimmäisen kerran vuonna 1928 ja nimesi fytonsidit(phyton - kasvi, caedo - tapan).

Siten mikrobimaailman toleranssialue on todella suurenmoinen, sen rajat ovat usein ympäristötekijöiden raja-arvoilla. Tämä mikro-organismien ominaisuus tarjoaa heille lähes rajattoman kehityksen koko planeetalla.