Бактерии — одни из простейших и древнейших обитателей Земли. Значение бактерий в природе вообще и в жизни человека в частности поистине огромно. Остановимся поподробнее на самых важных функциях бактерий:
Бактерии — великие преобразователи биомассы. Мёртвые организмы как растительного, так и животного происхождения подвергаются усердной обработке бактериями, которые превращают мёртвые клетки организмов в почву и удобрения, таким образом поддерживая «круговорот биомассы» в природе. Например, листва, которая опадает с деревьев осенью, подвергается воздействию бактерий и к следующей весне превращается в плодородный перегной. На этой плодородной почве и растёт то самое дерево, которое осенью сбросило листву.
Бактерии — поглотители азота. Только бактериям под силу ассимилировать азот, который затем поступает в качестве удобрения в почву. Специальные ферменты, содержащиеся в бактериях, помогают им «усваивать» атмосферный азот и смешивать его с другими минералами. Так происходит жизненно важный процесс для всех растений на Земле — фиксация азота.
Бактерии — поставщики кислорода и углекислого газа. Количество кислорода в атмосфере планеты — важнейший показатель, необходимый для существования всех живых существ. Бактерии постоянно пополняют атмосферу Земли кислородом, поэтому без бактерий мы с вами, скорее всего, давно бы задохнулись.
Бактерии — создатели полезных ископаемых. Многие полезные ископаемые создаются веками и тысячелетиями из биомассы при участии воздуха, воды, почв и бактерий. Поэтому роль бактерий как творцов полезных ископаемых также очень велика.
Бактерии — шеф-повара молочных продуктов. Молочнокислые бактерии необходимы для свёртывания молока, из которого люди делают кефир, сыр и йогурт. Без молочнокислых бактерий мы бы никогда не смогли получить все эти замечательные продукты.
Бактерии — помощники фермера. Специальные бактерии помогают в сельском хозяйстве бороться с насекомыми-вредителями и сорняками. Для повышения урожайности человек использует также специальные бактериальные удобрения.
Бактерии — не только друзья и помощники. Многие бактерии переносят опасные заболевания, такие как холера, туберкулёз или сифилис. В мире существует даже специальное бактериологическое оружие массового поражения, способное вызвать эпидемию.
Как видим, роль бактерий в природе многогранна и не всегда положительна. Однако без этих невидимых и простых организмов жизнь на нашей планете просто невозможна.
Окружающий нас мир поражает разнообразием видов его обитателей. По последней переписи этого «населения» Земли, на суше их обитает 6,6 млн. видов и еще 2,2 млн. - бороздят океанские глубины. Каждый из видов - звено в единой цепочке биосистемы нашей планеты. Из них самыми мельчайшими живыми организмами являются бактерии. Что же человечеству удалось узнать об этих крохотных существах?
Что такое бактерии и где они обитают
Бактерии - это одноклеточные организмы микроскопических размеров, одна из разновидностей микробов.
Их распространенность на Земле поистине удивительна. Они обитают во льдах Арктики и на океанском дне, в открытом космосе, в горячих источниках - гейзерах и в самых солёных водоемах.
Общий вес этих «очаровательных крох», оккупировавших организм человека достигает 2 кг! Это при том, что их размеры редко превышают 0,5 мкм. Огромное количество бактерий населяют организм животных, выполняя там разнообразные функции.
Живое существо и бактерии в его организме влияют на здоровье и благополучие друг друга. При вымирании какого-то вида животных, погибают и присущие только им бактерии.
Глядя на их внешний вид, только остается удивляться изобретательности природы. Эти «очаровашки» могут иметь палочковидную, сферическую, спиралевидную и другие формы. При этом большинство из них бесцветно, лишь редкие виды окрашены в зелёный и пурпурный вид. Причём на протяжении миллиардов лет они изменяются только внутренне, а их внешний вид остается неизменным.
Первооткрыватель бактерий
Первым исследователем микромира явился голландский натуралист Антони Ван Левенгук. Его имя прославилось благодаря занятию, которому он отдавал всё свободное время. Он увлекался изготовлением и добился в этом деле удивительных успехов. Именно ему принадлежит честь изобретения первого микроскопа. По сути это была крохотная линза диаметром с горошину, дававшая увеличение в 200-300 раз. Пользоваться ею было можно, только прижимая к глазу.
В 1683 году он обнаружил, а позднее и описал «живых зверьков», увиденных с помощью линзы в капле дождевой воды. На протяжении последующих 50 лет он занимался исследованием различных микроорганизмов, описав более 200 их видов. Свои наблюдения он отсылал в Англию, где седовласые научные мужи в напудренных париках только качали головами, изумляясь открытиям этого безвестного самоучки. Именно, благодаря таланту и упорству Левенгука, зародилась новая наука - микробиологиия.
Общие сведения о бактериях
За прошедшие столетия микробиологи узнали о мире этих крохотных существ чрезвычайно много. Оказалось, что именно бактериям наша планета обязана зарождению многоклеточных форм жизни. Именно они играют главную роль в поддержании кругооборота веществ на Земле. Поколения людей сменяют друг друга, отмирают растения, накапливаются бытовые отходы и отжившие оболочки различных существ - все это утилизируется и с помощью бактерий разлагается в процессе гниения. А образующиеся при этом химические соединения возвращаются в окружающую среду.
А как сосуществует человечество и мир бактерий? Оговоримся, что существуют бактерии «плохие и хорошие». «Плохие» бактерии повинны в распространении огромного количества болезней, начиная от чумы и холеры до обычного коклюша и дизентерии. Попадают они в наш организм воздушно-капельным путём, вместе с едой, водой и через кожные покровы. Эти коварные попутчики могут обитать в различных органах, и пока наш иммунитет с ними справляется, они никак себя не проявляют. Поражает скорость их размножения. Каждые 20 минут их количество удваивается. Это значит, что один единственный патогенный микроб, за 12 часов порождает многомиллионную армию таких же бактерий, которые атакуют организм.
Существует ещё одна опасность, которую несут бактерии. Они вызывают отравление людей, потребляющих испорченные продукты - консервы, колбасные изделия и т. д.
Поражение в победоносной войне
Великим прорывом в борьбе с болезнетворными бактериями было открытие в 1928 году пенициллина - первого в мире антибиотика. Этот класс веществ способен подавлять рост и размножение бактерий. Первые успехи применения антибиотиков были огромными. Удавалось излечивать заболевания, которые ранее заканчивались летальным исходом. Однако бактерии обнаружили невероятную приспособляемость и умение видоизменяться таким образом, что имеющиеся антибиотики оказывались беспомощными в борьбе даже с простейшими инфекциями. Эта способность бактерий к мутации, стала настоящей угрозой для здоровья людей и привела к появлению неизлечимых инфекций (вызываемых супербактериями).
Бактерии, как союзники и друзья человечества
Теперь поговорим о «хороших» бактериях. Эволюция животных и бактерий происходила параллельно. Строение и функции живых организмов постепенно усложнялись. «Не дремали» и бактерии. Животные, включая человека, становятся их домом. Они поселяются во рту, на коже, в желудке и других органах.
Большая часть из них чрезвычайно полезна, поскольку помогает перевариванию пищи, участвует в синтезе некоторых витаминов и даже оберегает нас от своих болезнетворных собратьев. Неправильное питание, стрессы и беспорядочный приём антибиотиков могут стать причиной нарушения микрофлоры , что обязательно сказывается на самочувствии человека.
Интересно, что бактерии чутко реагируют на вкусовые пристрастия людей.
У американцев, традиционно потребляющих высококалорийную пищу (фастфуды, гамбургеры), бактерии способны переваривать пищу с высоким содержанием жиров. А у некоторых японцев кишечные бактерии адаптированы на переваривание водорослей.
Роль бактерий в хозяйственной деятельности человека
Использование бактерий началось еще до того как человечество узнало об их существовании. С древности люди изготавливали вино, заквашивали овощи, знали рецепты приготовления кефира, простокваши и кумыса, производили творог и сыры.
Значительно позднее, было выяснено, что во всех этих процессах участвуют крохотные помощники природы - бактерии.
По мере углубления знания о них, их применение расширялось. Их «обучили» бороться с вредителями растений и обогащать почву азотом, силосовать зелёные корма и очищать сточные воды, в которых они буквально пожирают различные органические остатки.
Вместо эпилога
Итак, человек и микроорганизмы являются взаимосвязанными частями единой природной экосистемы. Между ними, наряду с конкуренцией в борьбе за жизненное пространство, существует взаимовыгодное сотрудничество (симбиоз).
Чтобы отстоять себя как вид, мы должны оберегать свой организм от вторжения болезнетворных бактерий, а также чрезвычайно осторожно относиться к применению антибиотиков.
Одновременно с этим микробиологи работают над расширением сферы применения бактерий. Примером служит проект по созданию светочувствительных бактерий и их применения для производства биологической целлюлозы. Под воздействием света производство начинается, а при его выключении - производство останавливается.
Организаторы проекта уверены, что органы, созданные из этого натурального биологического материала, не будут испытывать отторжения в организме. Предлагаемая методика открывает перед миром удивительные возможности в создании медицинских имплантов.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
При слове «бактерии» первым делом вспоминаются страшные микробы, виновные практически во всем – от банального гриппа до рака как последствия болезни. Так каково же истинное значение бактерий в природе и жизни человека? Начнем с того, что именно бактерии, по пока еще не опровергнутому мнению ученых, были первыми организмами, появившимися на нашей планете. И если бы эти «первооткрыватели» не стали выделять кислород, то бедное человечество не имело бы никаких шансов на выживание. Даже больше, если бы бактерии не озаботились созданием белка как такового, то о наличии белковой жизни (и нас с вами в том числе) можно было смело забыть!
Если верить официальной версии истории, бактерии появились на Земле несколько миллиардов лет назад, а потом еще около миллиарда лет никто не мешал им наслаждаться жизнью в гордом одиночестве. В сравнении с историей человечества, насчитывающей какие-то сотни тысяч лет, это громадный срок. За это время микроорганизмы научились приспосабливаться к окружающей среде, меняя свое строение, и менять окружающую среду, приспосабливая ее для своих нужд.
Живучесть бактерий несопоставима, пожалуй, ни с одним живым организмом на Земле. Они обитают:
- в океанских глубинах под чудовищным давлением;
- в условиях арктического холода, причем сохраняют способность существовать после размораживания;
- в горячих источниках при температурах в сотню градусов (и даже больше!);
- в желудке человека, сопротивляясь действию соляной кислоты;
- в жерлах подводных вулканов, где сходятся одновременно три (минимум) агрессивных фактора – температура, давление, ядовитые газы;
- в верхних разреженных слоях атмосферы, где уже ближе к космическому холоду, чем к теплой земле;
- глубоко под землей они выживают, закусывая соединениями серы и запивая свой обед нефтью и т. д.
Словом, нет такого уголка на нашей планете и в нашем теле, где не водились бы бактерии. Существует теория, что жизнь появилась на Земле вместе с бактериями, прибывшими к нам внутри какого-то судьбоносного метеорита. Это означает, что микроорганизмы умудрились выжить в абсолютном вакууме и космическом холоде! И не просто выжили, а сохранили способность к размножению, населили всю планету, подготовили почву для появления грибов и водорослей, что привело к увеличению разнообразия жизни в природе и, как результат, к возникновению человечества! И это только начало ответа на вопрос о том, каково значение бактерий в природе и в жизни человека. Если совсем коротко – без них не было бы и нас.
Так кто же они такие, бактерии?
Во второй половине XIX века сформировалось новое направление в науке – микробиология. Эта наука появилась как раздел медицины и изучала роль бактерий как возбудителей болезней. Основоположниками микробиологии были Паскаль, Мечников, Кох, Эрлих и другие врачи, сумевшие рассмотреть связь между крохотными существами и болезнями людей. Нынешняя микробиология занимается не только медицинскими задачами, она играет большую роль в промышленности (биотехнологии) и в относительно новой отрасли науки – генной инженерии.
Микроорганизмами (или микробами) принято считать все живые организмы, которые невозможно рассмотреть невооруженным взглядом (без микроскопа). В природе выделяют три домена (области):
- вирусы;
- простейшие и грибы;
- истинные бактерии.
Бактерии отличаются от остальных доменов своим строением – они не имеют ядра, ограниченного мембраной. Вместо этого у них есть молекула ДНК, замкнутая в петлю, которая и берет на себя роль передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней.
Бактерии – одноклеточные организмы с простейшим строением:
- наружный слой – клеточная стенка;
- тонкая внутренняя прослойка – цитоплазматическая мембрана;
- внутреннее гелеподобное вещество – цитоплазма;
- прообраз ядра (молекула ДНК) – нуклеоид;
- «запасные» хранилища информации (молекулы РНК) – рибосомы.
Это только основные структуры бактериальной клетки. К дополнительным, появляющимся в зависимости от функций клетки или условий ее существования, относятся капсулы, пили, споры, плазмиды, зерна волютина и другие приспособления, выработанные за миллиарды лет эволюции для выживания бактерий как вида.
Что будем есть…
Чем дальше продвигалось изучение бактерий, тем интереснее вырисовывалась картина. Оказалось, что почва, которая нас всех кормит, тоже образовалась благодаря микроорганизмам. Не последнюю роль, правда, сыграли вода и воздух. Но начало было положено именно бактериями.
Дальше – больше. Органические вещества, используемые растениями, создают тоже микроорганизмы (бактерии – продуценты). Причем используют они для этого неорганические соединения, а энергию берут из реакций фото- и хемосинтеза, т. е. от солнечных лучей и химических преобразований. Но недостаточно создать органику, нужно еще что-то сделать с отмершими остатками. Иначе планета уже давным-давно превратилась бы в кладбище отработанной пищи (это еще мягко сказано). Природа назначила на роль мусорщиков тех же вездесущих бактерий.
Часть бактерий (редуценты или сапрофиты) использует в пищу отработанные органические остатки и отмершие клетки, разлагая их на простые и неорганические вещества, которые затем снова поступают в использование.
Таким образом круг замыкается и ничего не пропадает даром. Совокупность превращений химических элементов, из которых состоят все живые существа, называется круговоротом веществ. Это основополагающее правило природы, и оно было бы невыполнимо без помощи такой крохотной и, на первый взгляд, беззащитной клетки.
… и чем дышать
Первые запасы кислорода на нашей планете появились тоже благодаря бактериям. Это звучит достаточно странно, но кислород – всего лишь побочный продукт питания фотосинтезирующих микроорганизмов (фототрофов), так сказать, отходы жизнедеятельности.
Животные и человек тоже играют свою роль в поддержании баланса атмосферы. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, а он как раз и выделяется при дыхании и в процессе горения (вспомним наши заводы, фабрики и автомобили). Снова замыкается круг и налицо явные плюсы существования уравновешенной системы.
Еще один, не менее необходимый элемент – азот. Он в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, то есть составляет основу белковой жизни. Животные и человек получают этот элемент из пищи, богатой белком. Она может быть растительного или животного происхождения. Животные берут белок из растений, а как он образуется в самих растениях?
Здесь есть небольшая проблема. Азота в атмосфере нашей планеты достаточно много (78% от общего объема), но усваивать его из воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но совсем немного и зачастую в таких соединениях, которые не годятся в пищу растениям. На помощь, как обычно, приходят наши маленькие друзья. Есть особая порода бактерий (азотфиксирующие), превращающих соединения азота в нитраты, доступные для растений.
Итак, почва готова, атмосфера создана, база для белковой жизни есть. После подготовительной работы, проведенной бактериями, появляются грибы, водоросли и простейшие, увеличивая разнообразие жизни и приближая наше появление на Земле.
Основа жизни
В структуре бактериальной клетки есть рибосомы (рибонуклепротеиновые частицы). Именно они отвечают за синтез белка. Таких мелких кусочков в клетке может быть до 90 тысяч! Это показывает, насколько важны природе рибосомы. В чем же их важность?
Роль рибосом – синтез белка из аминокислот. Последовательность процесса записана в генетической информации РНК (не ДНК!). А подвох вот в чем – ДНК не может сама себя размножить, ей нужен катализатор (спусковой механизм), которым выступает белок. А белок, в свою очередь, не может образоваться без ДНК. Возникает парадокс курицы и яйца.
Оказалось, со всем этим преспокойно справляется РНК (рибонуклеиновая кислота), составляющая основу рибосом. Она передает информацию, работает катализатором и транспортирует аминокислоты, выдавая на выходе тот самый ценный белок, основу нашей жизни.
Эти выводы легли в основу теории о жизни «до ДНК». Кто знает, может через какое-то время ученым придется пересмотреть теорию возникновения жизни на Земле?
Человек + бактерия = симбиотическая система
Человек не сможет выжить без своих бактерий, как и бактерии без человека. Эта симбиотическая система формировалась на протяжении огромного количества времени, и до наших дней дошел усовершенствованный и основательно протестированный вариант.
Общий вес бактерий в организме человека – около четырех килограммов. Примерно два из них приходятся на желудочно-кишечный тракт. Бактерии покрывают наше тело этаким невидимым плащом, составляя нормальную микрофлору человека. У каждого она своя, ее главная роль – уберечь человека от посторонних «залетных» бактерий (если иммунная система в порядке), убивая их или лишая пищи.
Кстати, огромную роль в формировании и поддержании иммунной системы играют бактерии, обитающие в желудочно-кишечном тракте. Если относиться к ним с должным уважением и не травить вредной едой и токсинами, то результат не замедлит сказаться.
Пищеварение в организме человека невозможно без бактерий, живущих в кишечнике (не путать с желудком). Эти микроорганизмы вырабатывают витамины и ферменты, без которых наш организм не сможет усвоить даже самую свежую и полезную еду. Как ни странно, но одной из таких бактерий является кишечная палочка, та самая, которая отвечает за многие опасные заболевания. Все дело в пропорциях. Пока количество кишечной палочки в норме, человек отлично себя чувствует, но стоит создать ей подходящие условия, как она захватит власть и громко заявит о себе.
Не только кишечная палочка, но и многие другие бактерии, называемые условно-патогенными, существуют в организме человека, не причиняя вреда до определенного времени. Спусковым механизмом может стать снижение иммунитета (травмы, болезни), неправильный образ жизни, вредные привычки, стрессы.
Не все так радужно
Теперь немного о минусах. Бактерии далеко не всегда бывают розовыми и пушистыми. Именно им мы обязаны многими болезнями, а до тех пор, пока не научились их обнаруживать и хоть как-то с ними бороться, то и страшнейшими эпидемиями, типа оспы, чумы или холеры.
В желудке у большей половины человечества живет не так давно открытая бактерия хеликобактер пилори. Ученым, доказавшим вину этой «преступницы» в заболеваниях кишечника (язва, гастрит), даже вручили Нобелевскую премию, настолько важным было это исследование.
И вот буквально на днях появилась информация о том, что в желудке (вернее, его остатках) знаменитого тирольского ледяного человека Эци (мумия, найденная в Альпах в 1991 г.), жившего 5300 лет назад, нашли следы ДНК хеликобактера. В наши дни различают несколько штаммов этой бактерии, привязанных каждый к своему региону: африканский, азиатский и гибрид этих двух – европейский. Оказалось, штамм бактерии в теле Эци имеет азиатское происхождение, хотя должен был быть европейским. Открытие ставит под вопрос историю заселения Европы и временные рамки расселения народов.
Чем вирусы отличаются от бактерий
Получается, бактерии не только позаботились о создании жизни на нашей планете, они продолжают активно опекать человечество, заставляя заботиться о своем здоровье и поддерживать баланс в природе. Стремясь выжить сами, они помогают выживанию человечества. И даже когда люди надумают уйти в космос, бактерии последуют за ними.
>>Роль бактерий в природе и жизни человека
§ 93. Роль бактерий в природе и жизни человека
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки