Настоящим исключением среди бактерий являются зеленые фотосинтезирующие цианобактерии. Цепочки клеток некоторых цианобактерий могут достигать длины 1 м! Ничего себе микроорганизмы! Внешне эти бактерии настолько напоминают водоросли, что до недавнего времени их и называли синезелёными водорослями («циану с» по–латыни и означает «сине–зеленый»). Ошибка обнаружилась только после того, как на клетки «водорослей» навели окуляр электронного микроскопа: отсутствие ядра, единственная кольцевая молекула ДНК, практически полное отсутствие органелл, за исключением рибосом, не оставляет сомнений – перед нами представители царства бактерий!
Нитчатая колония цианобактерий
Вездесущие микробы
Бактерии – самые первые живые существа, появившиеся на нашей планете. Их ископаемые остатки)были обнаружены в осадочных породах Западной Австралии и Южной Африки возрастом 3,5 млрд. лет. Напомним, что вид человек разумный, к которому мы относимся, появился на планете только около 40 тыс. лет назад. Бактерии были единственной формой жизни на Земле по крайней мере в течение 2 млрд. лет и до сих пор остаются самой многочисленной группой живых организмов на Земле: например, в 1 грамме плодородной почвы может содержаться 2,5 млрд. бактерий; 90% всей биомассы (т.е. массы всех живых существ) океана составляют бактерии.
Бактерии вездесущи. Они могут выжить там, где не может существовать ни один живой организм. Есть бактерии, способные жить только в отсутствии кислорода: в кишечнике жвачных животных, в болотах, в глубинах морей и океанов – таковы, например, метанообразующие бактерии.
Другие бактерии одинаково хорошо чувствуют себя и в присутствии кислорода, и без него. Известны бактерии, обитающие при высоком давлении около глубоководных вулканических кратеров при температуре свыше +360°С (столь высокая температура воды может поддерживаться только при высоком давлении, на дне океана или искусственно в лаборатории).
Пределы выносливости некоторых бактерий просто «космические»! Ученые полагали, что жизнь в щелочной атмосфере Юпитера невозможна, но некоторые бактерии из долины Ливермор в Калифорнии оказались способными жить и даже размножаться в таких условиях. Другие бактерии могут выдерживать условия, напоминающие атмосферу Венеры. Эти эксперименты, конечно, не доказывают существование бактериальной жизни на других планетах, но дают некоторые основания надеяться, что жизнь в виде бактерий возможна и за пределами Земли. '
Бактерии могут длительное время оставаться в состоянии анабиоза, на грани жизни и смерти, когда все процессы жизнедеятельности приостанавливаются. Бактерии возрастом не менее 10.000 (а возможно, и около миллиона) лет обнаружены в Антарктиде в образцах пород и льда, взятых с глубины более 430 м. При температуре ниже –7°С они находились в анабиозе, но при повышении температуры ожили. Ожили после нескольких тысячелетий спячки!
По нашим скромным человеческим меркам все бактерии проявляют фантастическую живучесть, но и среди них есть своеобразные чемпионы по выживанию. Самой большой устойчивостью к вредным воздействиям окружающей среды обладают бактерии, способные к образованию спор. Для них даже придумали особое название – бациллы.
Спора – это особая стадия развития бациллы, исключительно устойчивая к губительным для клетки воздействиям. Такая устойчивость достигается образованием плотной толстой оболочки (объем оболочки составляет 50% от общего объема споры), одевающей ядро вместе с тонким слоем цитоплазмы. Толстый «панцирь» надежно предохраняет бактерию от высокой или низкой температуры, действия химических веществ и жесткого космического излучения. В отличие от обычной клетки, на 90% состоящей из воды, спора практически полностью обезвожена, из–за этого в ней прекращаются все процессы обмена веществ, и клетка впадает в состояние анабиоза, что и делает ее такой неуязвимой.
В лабораторных условиях бациллы превращаются в споры, если их долго выращивать на одной и той же питательной среде, не меняя ее и не удаляя из нее вредные продукты обмена веществ – отходы жизнедеятельности. В природе бациллы образуют споры при любых неблагоприятных условиях.
Споры бактерий обладают поразительной жизнеспособностью: их годами можно держать в высушенном состоянии, кипятить (правда, лишь при обычном атмосферном давлении), помещать в вакуум, замораживать до температуры жидкого гелия (–270°С) – они остаются жизнеспособными и, попав в благоприятные для развития условия, вновь прорастают в обычные клетки.
Прорастающие споры бактерий
К бактериям, способным к образованию спор, относятся возбудители таких опасных заболеваний, как столбняк,^ботулизм, сибирская язва, газовая гангрена. Как же можно убить сверхустойчивые споры этих смертоносных микробов? Ведь они могут попасть на хирургические инструменты и в продукты питания. Самый простой способ избавиться от спор бактерий – покипятить все инструменты под давлением в две атмосферы. Это делается в особых приборах – автоклавах.
Можно идти и другим путем – «перехитрить» спору, дать ей превратиться в обычную, уязвимую клетку, а затем убить сравнительно небольшим нагреванием. Для этого раствор, в котором нужно убить споры бактерий, выдерживают около суток при температуре +37‘С: при этой температуре большинство бактерий чувствует себя лучше всего. Затем раствор подогревают до температуры +80°С, и бактерии погибают. Проблема только в том, что некоторые « хитрые » споры не спешат прорастать сразу и остаются живыми. Чтобы убить и их, описанную процедуру проделывают еще один–два раза. В конце концов живых спор уже не остается. Именно так предохраняют от порчи многие пищевые продукты, например молоко и пиво.
Способ обеззараживания продуктов путем «провокации» спор к прорастанию получил название пастеризации, по имени французского микробиолога Луи Пастера, разработавшего этот метод.
Пастеризация хороша тем, что позволяет сохранить все ценные вещества, содержащиеся в пище (прежде всего, витамины), не разрушая их кипячением.
Созидатели или разрушители?
Бактерии устроены гораздо проще, чем другие обитатели Земли, однако простота строения не мешает им играть самые разнообразные роли в экосистеме планеты.
Уже известные нам цианобактерии являются счастливыми обладателями зеленого пигмента хлорофилла и способны к фотосинтезу.: используя энергию солнечного света, они превращают углекислый газ и воду в органические молекулы сахаров, белков, витаминов и жиров, одновременно выделяя кислород.
По всей видимости, цианобактерии были первыми фотосинтезирующими организмами на Земле. С их появлением в атмосфере нашей планеты начал накапливаться кислород (до этого, в первичной атмосфере Земли, его не было). Когда кислорода накопилось достаточно, он начал частично превращаться в озон – газ, не пропускающий в атмосферу губительное для всего живого жесткое космическое излучение. Только после образования озонового слоя жизнь смогла проникнуть в верхний слой воды и выйти на сушу. А поскольку кислород и озон образовались в результате деятельности первых фотосинтезирующих бактерий, можно Смело сказать, что своим возникновением все остальные организмы обязаны именно им.
Многие виды бактерий питаются готовыми органическими веществами, подобно животным. Некоторые употребляют в пищу мертвые растительные и животные останки – их, вместе с грибами, по справедливости можно назвать санитарами планеты, очищающими ее поверхность от мертвой массы растений и животных.
Удивительна способность бактерий использовать в пищу, казалось бы, самые несъедобные вещества. Бактерии переваривают красители, пестициды, нефть, синтетические ткани, быстро осваивают совершенно новые материалы. Например, нейлон, впервые полученный в 1939 году, уже через несколько десятилетий стал источником пищи для бактерий из рода флавобактериум (Flavobacterium).
Если растения и цианобактерии являются строителями органического вещества, то другие бактерии, а также грибы – профессиональные разрушители. И эта профессия ничуть не менее важна. С помощью гнилостных бактерий и грибов органические вещества снова превращаются в неорганические и могут быть повторно использованы фотосинтезирующими организмами. Если бы на земном шаре жили только животные и растения, неизбежно наступил бы момент, когда весь углекислый газ воздуха, серные и азотные соединения почвы были бы усвоены растениями и перешли в органические соединения. Растения погибли бы из–за недостатка питательных веществ, а с ними погибли бы и животные. Этого не происходит благодаря бактериям и грибам, которые превращают органические соединения отмерших растений и животных в неорганические и вновь вовлекают их в природный круговорот веществ..
Роль бактерий в круговороте веществРастения и цианобактерии (1) синтезируют органические вещества, используя энергию солнечного света и простые неорганические соединения. Органические соединения потребляются животными (2). Органические соединения отмерших рас■ тений и животных разрушаются бактериями и грибами (3) до простых неорганических соединений.
У бактерий и грибов, таких непохожих по другим признакам, помимо профессии мусорщиков есть еще одна общая черта: способ поглощения питательных веществ. В отличие от животных, которые активно заглатывают частицы пищи, грибы и бактерии всасывают растворенные питательные вещества всей поверхностью клеток. Для того чтобы сделать пищу доступной для всасывания, бактерии и грибы выделяют пищеварительные соки наружу и пищеварение у них происходит не внутри организма, как у животных, а снаружи (из животных такой тип питания используют пауки).
Среди бактерий встречаются и такие, что используют в пищу только органические вещества живых организмов – это многочисленные паразиты растений, животных и человека, вызывающие различные заболевания. В их числе и обычные простуды, и такие опасные заболевания, как коклюш, чума, дифтерит, туберкулез, сибирская язва, бруцеллез, и многие другие. Возбудители этих болезней разрушают клетки и ткани организма, отравляют его ядовитыми продуктами своей жизнедеятельности и часто вызывают гибель человека или животного.