Чем питаются бактерии примеры
Питание бактерий
Что такое питание бактерий?
Бактерии – простейшие существа, которые появились на Земле более трех миллиардов лет назад. Они очень неприхотливы. Выдерживают влагу и высокую температуру, поэтому могут жить везде: и в воде, и в воздухе, и в земле, и в растениях, в организме животных и человека. Конечно, как и любым существам, обитающим на планете, необходимо питание. Оно зависит от среды, в которой растут и развиваются микроорганизмы.
Любые существа для своей жизнедеятельности должны питаться. В результате этого процесса бактерии получают вещества, которые служат источником энергии.
Микроорганизмам жизненно необходимы азот, углерод, водород, так как они есть в любом живом организме. Именно от того, как и в каком количестве микроорганизмы получают полезные для них вещества, зависят типы их питания. Одни бактерии получают питание в уже растворенном или молекулярном виде, так как не могут сами выделять ферменты в окружающую среду. Другие бактерии сами выделяют ферменты и могут расщеплять поступающие вещества до молекул. Таким образом, питание бактерий – это получение ими питательных веществ для полноценного развития микроорганизмов, их роста и размножения.
Особенности питания бактерий
И все-таки питание бактерий существенно отличается от получения пищи всеми другими организмами. У микроорганизмов нет собственной пищеварительной системы, они берут питательные вещества из окружающей среды или из других организмов, в которых находятся. Усваиваются эти вещества всей клеткой, хотя их расщепление происходит вне самой клетки.
Эти факторы влияют на то, что проникновение энергии в бактерии не встречает никаких препятствий, процесс происходит достаточно быстро. Проживая в любых условиях и имея очень хорошую приспособляемость, микроорганизмы, перемещаясь из одной среды обитания в другую, очень быстро к ней привыкают и даже могут поменять способ питания. Именно разные способы питания бактерий являются их еще одной особенностью.
Способы питания бактерий
Способы питания бактерий – это процессы поступления в клетку бактерии питательных веществ. Существует несколько способов питания микроорганизмов:
• При поступлении веществ в клетку бактерии она не затрачивает энергию. Такой процесс называется облегченной диффузией, когда концентрация молекул вне клетки больше, чем внутри нее Молекулы, несущие питательные вещества, начинают проникать в клетку и распределяться по ней.
• При процессе простой или пассивной диффузии молекулы находятся внутри клетки в разной концентрации по сторонам мембраны, они постепенно распределяются по клетке, так как имеют разные размеры.
• Активный перенос питательных веществ требует затраты энергии, так как количество веществ в клетке может в несколько раз превышать их количества во внешней среде. Такой способ питания характерен окислительно-восстановительным процессам, происходящим в период питания бактерий.
• При четвертом способе переноса питательных веществ химически измененные молекулы походят через мембрану, так как в обычном виде они восприниматься бактерией не могут.
В процессе питания участвует и выделительная система, так как поступающие вещества в любом случае должны удаляться. Выходят они тремя способами: с помощью фосфотрансферазной реакции, контранселяционных секций (образование специального канала, через который молекулы белка выходят в окружающую среду), почковании мембраны (молекулы выходят в мембранном пузырьке).
Но способы поступления питательных веществ в бактерии неразрывно связаны с типами их питания.
Типы питания бактерий
Изучая типы питания бактерии, нельзя говорить об их единообразии. Они зависят от поступления внутрь бактерии веществ, позволяющих ей полноценно развиваться. К ним относятся углерод, водород, электроны и поступление энергии.
В зависимости от транспортировки в клетки бактерий углерода они делятся на два типа питания: автотрофное и гетеротрофное. Гетеротрофы не могут самостоятельно выделять органические вещества из неорганических и получают первые в готовом виде.
Автотрофные выполняют эту работу самостоятельно внутри клетки разными способами: с помощью выработки фотосинтеза и благодаря химическим реакциям. Гетеротрофы в свою очередь подразделяются на паразиты, симбионты и сапрофиты. А автотрофы могут быть фототрофами и хемотрофами. Именно разновидности автотрофных бактерий влияют на получение бактериями энергии.
В зависимости от поступления в бактерии электронов и водорода питание происходит с помощью литотрофов, переносящих неорганические вещества средствами сероводорода, аммиака, углекислого газа и других соединений, и органотрофов, которые доставляют электроны с помощью органических соединений. Разновидности питания бактерий позволяют им принимать активное участие в пищеварительных цепях.
Цепи питания бактерий
Цепь питания – это взаимодействие между организмами с целью получения питательных веществ. Простейшие организмы, к которым и относятся бактерии, играют в цепи питания очень важную роль. Они участвуют и в начальной ее стадии, и в завершающей, так как участвуют в разложении растений и живых организмов. Такие бактерии относятся к разряду деструкторов, то есть разрушающих микроорганизмов.
Участвуя в разложении органических веществ, они обогащают почву, так как возвращают ей то, что было взято у нее растениями или животными. Также деструкторы поглощают энергию погибших организмов. Происходит этот процесс двумя способами: при распаде углеводов и при образовании гумуса в почве. Бактерии, возвращая в почву питательные вещества, замыкают пищеварительную цепь.
В самой цепи питания выделяются пять уровней. На первом, втором, третьем и четвертом уровнях находятся автотрофы, живущие в растениях, воде и другой среде, они разносят питательные вещества. Пятый уровень принадлежит бактериям, участвующим в разлагающемся процессе умерших организмов. Тем самым бактерии с автотрофным типом питания проходят через всю цепь, а бактерии с гетеротрофным типом питания завершают ее.
Автотрофный тип питания бактерий
Автотрофный тип питания существенно отличается от гетеротрофного, так как бактерии не получают органические вещества в готовом виде, а перерабатывают их самостоятельно. Такой процесс может происходить с помощью фотосинтеза или хемосинтеза. В зависимости от процесса получения питательных веществ и получения из них энергии бактерии с автотрофным питанием делятся на два вида.
Фототрофные бактерии получают энергию за счет солнечного света путем участия в процессе фотосинтеза. Длина волн светового поглощения колеблется от 850 до 1100 нм.
Фотосинтез, в котором участвуют бактерии, выделяющие кислород в окружающую среду, называют аноксигенным. В нем принимают участие бактерии, живущие в зеленых и пурпурны водорослях, которые растут в пресной и соленой воде. Оксигенный фотосинтез происходит под воздействием кислорода, в нем участвуют цианобактерии. Он состоит из нескольких этапов. Сначала бактерии поглощают свет (фотофизический этап), затем образуется АТФ (фотохимический этап), и происходит выделение органических веществ (химический этап).
Бактерии-хемотрофы используют в качестве получения энергии хемосинтез. Это процесс химических реакций окисления неорганических веществ.
В зависимости от того, какие вещества окисляются, можно выделить разные виды бактерий:
• Железобактерии могут окислять железо, участвовать в процессе появления ржавчины
• Серобактерии способны перерабатывать серу
• Нитрифицирующие бактерии живут за счет переработки аммиака
• Водородные бактерии при очень высокой температуре могут окислять водород
Организмы, в которых живут бактерии-хемитрофы, не могут обладать фотосинтезом, так как не способны воспринимать солнечный свет.
Гетеротрофный тип питания бактерий
Гетеротрофный тип питания бактерий основан на паразитическом существовании, то есть он происходит за счет тех организмов, в которых бактерии находятся. Бактерии могут быть полезными, а могут нанести организму вред. Все гетеротрофы подразделяют на три группы: паразиты, симбионты и сапрофиты. Бактерии, вызывающие заболевания организмов, называют патогенными. Если паразиты находятся внутри клетки и поражают только ее, они являются облигатными, к ним могут относиться вирусы. Факультативные паразиты уничтожают не только клетки, но и ткани организма, но существовать они могут только в искусственной среде и в особенных условиях.
Болезнетворные бактерии приносят вред человеку и животным, заражая вирусными инфекциями. Но не все микроорганизмы с гетеротрофным типом питания вредны. Гетеротрофы играют важную роль в переработке органических веществ, они добывают из них углерод и поглощают его. Благодаря гетеротрофам почва становится плодородной, природа очищается от погибших организмов как на земле, так и в водоемах. Процесс питания гетеротрофных организмов не одинаков.
Его можно рассмотреть с разных сторон. Любые организмы имеют определенные стадии питания, во время которых пища попадает внутрь и после некоторых процессов выводится наружу. Такие же действия происходят и во время питания бактерий. Так, процесс питания некоторых гетеротрофов можно разделить на пять стадий: сначала они поглощают пищу, затем идет процесс переваривания, потом органические вещества транспортируются в клетку, и на последней стадии происходит процесс ассимиляции и выделения.
При этом гетеротрофные бактерии имеют несколько типов питания:
• Голозойный позволяет расщеплять твердые органические соединения, так как проходят все стадии пищеварения
• Сапрофитный тип питания – это участие в разложении мертвых организмов
• Паразитический тип питания предполагает использование другого организма в качестве добывания питательных веществ.
• Симбиотический тип питания подразумевает взаимовыгодное взаимодействие двух микроорганизмов или бактерии и организма
В связи с таким распределением на типы питания все гетеротрофные бактерии можно называть либо свободноживущими, не зависящими от другого микроорганизма, либо симбиотическими, то есть взаимодействующими с другими организмами.
Таким образом, можно заметить, что гетеротрофный тип питания не может быть одинаков для всех бактерий.
Он имеет три основных вида:
1) Бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами
2) Бактерии, питающиеся мертвыми организмами
3) Бактерии, питающиеся живыми организмами
Эти виды составляют основу питания гетеротрофных бактерий.
Питание бактерий-сапрофитов
Сапрофиты – одна из разновидностей гетеротрофных бактерий. Они получают питание, перерабатывая мертвые организмы. Сапрофиты помогают разлагаться органическим веществам, выделяя ферменты. Поглощение мертвых организмов происходит путем их разложения, поэтому сапрофиты можно назвать «санитарами» окружающей среды. Участвуя в разложении, они уничтожают мертвых животных, погибшие растения.
Даже в гниении листьев участвуют сапрофиты. Для питания бактериям-сапрофитам необходимы азот, белки, витамины, пептиды, нуклеотиды, которые они получают, используя ту среду, в которой обитают. Сапрофиты могут быть анаэробными, не нуждающимися в кислороде. Их можно обнаружить в любых видах брожения: кисломолочные продукты, вина. Другой вид сапрофитов – аэробные, нуждающиеся в кислороде. Это гнилистые бактерии, которые участвуют в процессе гниения. Некоторые сапрофитные бактерии могут быть опасными для человека. Такие сапрофиты иногда путают с паразитами.
Питание бактерий-паразитов
К бактериям-паразитам можно отнести болезнетворные микроорганизмы, которые обитают внутри клеток живых организмов. Там они получают питание и размножаются, принося вред, так как организмы получают повреждения. Вредные вещества, выделяемые паразитами, распространяются по всему организму, неся такие вирусные болезни, как чума, холера, ботулизм, туберкулез и так далее. Бактерии-паразиты очень хорошо привыкают к той среде, в которую они попадают с водой, пищей, через контакт с заболевшим.
При этом они могут полностью уничтожить организм, в который попали, и тогда вынуждены искать новую среду обитания. Борьба с бактериями-паразитами идет постоянно. Ученые разрабатывают лекарства, пытаясь уничтожить болезнетворные бактерии. Но паразиты могут обитать в воздухе, поднимаясь на тридцать километров от земли, в почве, в воде. При этом одни паразиты все время живут в одном организме, питаясь им. Другие паразиты факультативные.
Они заражают организм, заставляют его погибнуть, а потом питаются его остатками, участвуя в разложении, как сапрофиты. Следовательно, живые организмы для бактерий-паразитов – это прекрасная среда для питания и дальнейшего размножения.
Питание бактерий-симбионтов
Бактерии-симбионты – это различные вещества, которые живут в одном организме и взаимодействуют между собой. У этих бактерий две функции: они оказывают положительное действие на организм, в котором живут, и защищают его от проникновения болезнетворных микроорганизмов. Например, бактерии-симбионты живут в кишечнике человека.
Они помогают переваривать остатки пищи, выделяя полезные для организма вещества. Симбионты находятся и в растениях, оказывая помощь в усвоении азота, в котором растения нуждаются. Бактерии соединяют молекулы азота с другими молекулами, создавая полезные вещества для растений. Находясь в корнях молодых растений симбионты взаимодействуют с ними, помогая им усваивать азот и забирая углеводы. Такое взаимодействие взаимовыгодно обоим организмам, помогает им развиваться.
Бактерии могут быть полезными и вредными, но без них жизнь на планете приостановилась бы. Бактерии участвуют во всех процессах жизнедеятельности живых организмов. Являясь простейшими, они составляют основу всей жизни на планете
Бактерии
Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.
Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.
Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.
Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.
Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.
Форма тела
Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.
| Название бактерии | Форма бактерии | Изображение бактерии |
| Кокки |  | Шарообразная |
| Бацилла |  | Палочковидная |
| Вибрион |  | Изогнутая в виде запятой |
| Спирилла |  | Спиралевидная |
| Стрептококки |  | Цепочка из кокков |
| Стафилококки |  | Грозди кокков |
| Диплококки |  | Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле |
Способы передвижения
Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.
Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.
У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.
Место обитания
В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.
Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.
Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.
В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.
Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.
В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.
В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.
Внешнее строение
Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.
На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.
Внутреннее строение
Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.
Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.
Способы питания
У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.
Гетеротрофы — организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов, симбионтов и паразитов.
| Бактерии-сапрофиты | Бактерии-симбионты | Бактерии-паразиты |
| Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты. | Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений. | Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания – бактериозы. |
Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.
Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.
Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.
Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.
Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:
Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:
В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.
Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.
Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.
Обмен веществ
Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.
Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.
Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.
Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.
Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.
Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.
Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые должны присутствовать в среде, так как сами они не смогут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают необходимую им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, различают:
Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:
