Особенности жизнедеятельности серобактерий, окисляющих неорганические соединения. Бактерии Цианобактерии по способу питания относятся к

В группу серобактерий включаются самые разнообразные типы прокариотов. Прокариоты - одноклеточные организмы, не обладающие четко оформленного ядра, не имеющие его оболочки. Серобактерии для своей жизнедеятельности окисляют соединения сероводорода до элементарной серы, а также сульфиды, тиосульфаты, молекулярную серу.

Эти микроорганизмы относятся к автотрофам (продуцентам), синтезирующим из неорганических веществ органические:

• Purple bacteria (пурпурные),
• Chlorobiaceae (зеленые серобактерии),
• синезеленые водоросли (Cyanobacteria),
• бесцветные серобактерии.

Существуют симбиозы микробов с моллюсками, трубчатыми червями, морскими ежами, живущих в воздушной зоне ила (минеральной и органической смеси на дне водоемов).

Но не все автотрофы являются продуцентами. Некоторые из них сами производят органические вещества и сами же их поглощают. Такие организмы считаются редуцентами (превращают отмершие останки на дне водоемов в неорганические вещества) и продуцентами одновременно. Автотрофы разделяются на фотосинтезирующие и образующие энергию способом хемосинтеза.

Микроорганизмы, питающиеся при помощи фотосинтеза

Серобактерий относят к фотосинтезирующим организмам, которые используют солнечный свет в качестве источника энергии. Этот способ называется фотосинтезом. Фотосинтезирующими являются некоторые многоклеточные водоросли, археи, обитающие в водоемах.

Пурпурные серобактерии относятся к фотосинтезирующему типу. Их насчитывается более чем 50 видов. Они грамположительные, существуют способные к движению при помощи жгутиков типы и недвижимые. Размножаются путем деления. Обитают в бескислородной среде у поверхности пресной и соленой воды. Используют в качестве источника углерода молекулярную серу, которая имеет свойство накапливаться в периплазматическом пространстве (полость, состоящая из дополнительной мембраны в клеточной стенке микроорганизма).

Синезеленые водоросли, или цианобактерии, также фотосинтезирующие, грамотрицательные, способны выделять кислород. Они являются потомками наиболее древних микробов на земле. Зарождение стоматолитов – продуктов их жизнедеятельности, найденных в наши дни, – датируется 2,5-3,5 млрд. лет назад.

Зеленые серобактерии не окрашиваются по Граму, имеют палочковидные или в форме яйца клетки, могут накапливать гликоген (запасы углеводов), в основном неподвижны. Зеленые серобактерии имеют полость, наполненную газом, позволяющую им погружаться на разную глубину (газовые вакуоли).

Источником углерода является углекислота. Зеленые серобактерии практически не образуют колоний, растут под пурпурными колониями. Они были обнаружены в водах гидротермальных источников на глубине более 2000 метров в Мексике. Существует две группы: способные существовать на большой глубине без света и требующие освещения зеленые серобактерии.

Хемосинтез

Микроорганизмы, получающие энергию в результате переработки неорганических соединений (хемосинтез), называются хемотрофами. К данному типу относятся окисляющие аммиак нитрификаторы (Nitrobacteraceae), перерабатывающие сероводород серо- и окисляющие железо железобактерии (Geobacter).

Хемосинтез впервые был открыт С.Н. Виноградским в процессе изучения нитчатых серобактерий. Ученым также были открыты железобактерии, отличные от серобактерий тем, что используют способ окисления двухвалентного железа до трехвалентного. Вследствие этого на дне рек, морей, болот образовались марганцевые и железные руды.

Среди существующих ныне организмов встречаются такие, о принадлежности которых к какому-либо идут постоянные споры. Так происходит и существами под названием цианобактерии. Хотя даже названия точного у них нет. Слишком много синонимов:

• синезеленые водоросли;
• цианобионты;
• фикохромовые дробянки;
• цианеи;
• слизиевые водоросли и прочие.

Вот и получается, что цианобактерия - это совершенно мелкий, но в то же время такой сложный и противоречивый организм, который требует внимательного изучения и рассмотрения своей структуры с целью определения точной таксономической принадлежности.

История существования и открытия

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько миллионов лет назад. Такие выводы позволили сделать исследования ученых-палеонтологов, проанализировавших горные породы (их участки) тех далеких времен.

На поверхности образцов были обнаружены цианобактерии, строение которых ничем не отличалось от такового у современных форм. Это свидетельствует о высокой степени приспособленности данных существ к различным условиям обитания, к их крайней выносливости и выживаемости. Очевидно, что за миллионы лет происходило множество изменений в температурном и газовом составе планеты. Однако ничто не повлияло на жизнеспособность цианей.

В современности цианобактерия - это одноклеточный организм, который был открыт одновременно с остальными формами бактериальных клеток. То есть Антонио Ван Левенгуком, Луи Пастером и другими исследователями в XVIII-XIX веках.

Более тщательному изучению они подверглись позже, с развитием электронной микроскопии и модернизированных способов и методов исследования. Были выявлены особенности, которыми обладают цианобактерии. Строение клетки включает ряд новых, не встречающихся у других существ, структур.

Классификация

Вопрос определения их таксономической принадлежности остается открытым. Пока известно только одно: цианобактерии - прокариоты. Подтверждением этому являются такие особенности, как:

• отсутствие ядра, митохондрий, хлоропластов;
• наличие в клеточной стенке муреина;
• молекулы S-рибосом в составе клетки.

Тем не менее цианобактерии - прокариоты, насчитывающие около 1500 тысяч разновидностей. Все их классифицировали и объединили в 5 больших морфологических группировок.

1. Хроококковые. Достаточно многочисленная группа, объединяющая одиночные или колониальные формы. Высокие концентрации организмов удерживаются вместе за счет общей слизи, выделяемой клеточной стенкой каждой особи. По форме к этой группе относятся палочковидные и шаровидные структуры.
2. Плеврокапсовые. Очень схожи с предыдущими формами, однако появляется особенность в виде формирования беоцитов (подробнее об этом явлении позже). Входящие сюда цианобактерии относятся к трем основным классам: Плеврокапсы, Дермокапсы, Миксосарцины.
3. Оксиллатории. Главная особенность этой группы в том, что все клетки объединяются в общую слизевую структуру под названием трихома. Деление происходит, не выходя за пределы этой нити, внутри. Осциллатории включают в свой состав исключительно вегетативные клетки, делящиеся бесполым способом пополам.
4. Ностоковые. Интересны за свою криофильность. Способны обитать на открытых ледяных пустынях, образуя на них цветные налеты. Так называемое явление "цветения ледяных пустынь". Формы данных организмов также нитчатые в виде трихом, однако размножение половое, при помощи специализированных клеток - гетероцист. Отнести сюда можно следующих представителей: Анабены, Ностоки, Калотриксы.
5. Стигонемовые. Очень схожи с предыдущей группой. Главное отличие в способе размножения - они способны делиться множественно в пределах одной клетки. Самый популярный представитель данного объединения - Фишереллы.

Таким образом, и классифицируют цианей по морфологическому критерию, так как по остальным возникает много вопросов и получается путаница. Ботаники и микробиологи к общему знаменателю в систематике цианобактерий пока прийти не могут.

Места обитания

Благодаря наличию особых приспособлений (гетероцист, беоцитов, необычных тиллакоидов, газовых вакуолей, способности фиксировать молекулярный азот и прочих) данные организмы расселились повсеместно. Они способны выживать даже в самых экстремальных условиях, в которых вообще ни один живой организм существовать не может. Например, горячие термофильные источники, анаэробные условия с атмосферой сероводорода, с рН меньше 4.

Цианобактерия - это организм, спокойно выживающий на морском песке и скалистых выступах, ледяных глыбах и жарких пустынях. Узнать и определить присутствие цианей можно по характерному цветному налету, который образуют их колонии. Цвет может быть различным, от иссиня-черного до розового и фиолетового.

Синезелеными их называют за то, что часто на поверхности обычных пресных или соленых вод они формируют сине-зеленую слизевую пленку. Такое явление получило название "цветение воды". Его можно видеть практически на любом озере, которое начинает зарастать и заболачиваться.

Особенности строения клетки

Цианобактерии строение имеют обычное для прокариотических организмов, однако имеются и кое-какие особенности.

Общий план строения клетки следующий:

• клеточная стенка из полисахаридов и муреина;
• билипидного строения;
• цитоплазма со свободно распределенным генетическим материалом в виде молекулы ДНК;
• тиллакоиды, выполняющие функцию фотосинтеза и содержащие пигменты (хлорофиллы, ксантофиллы, каротиноиды).

Виды специализированных структур

В первую очередь это гетероцисты. Данные структуры - не части, а сами клетки в составе трихомы (общей колониальной нити, объединенной слизью). Они отличаются при рассмотрении в микроскоп своим составом, так как основная функция их - выработка фермента, позволяющего фиксировать молекулярный азот из воздуха. Поэтому пигментов в гетероцистах практически нет, а вот азота достаточно много.

Во-вторых, это гормогонии - участки, вырванные из трихомы. Служат местами размножения.

Беоциты - это своеобразные дочерние клетки, в массе наделившиеся из одной материнской. Иногда их число достигает тысячи за один период деления. К такой особенности способны Дермокапсы и другие Плеврокапсодиевые.

Акинеты - особые клетки, находящиеся в состоянии покоя и включенные в состав трихомы. Отличаются более массивной, богатой полисахаридами клеточной стенкой. Роль их схожа с гетероцистами.

Газовые вакуоли - их имеют все цианобактерии. Строение клетки изначально подразумевает их наличие. Роль их - принимают участие в процессах цветения воды. Другое название подобных структур - карбоксисомы.

Они, безусловно, есть и в растительных, и в животных, и в бактериальных клетках. Однако у синезеленых водорослей эти включения несколько иные. К ним относятся:

• гликоген;
• гранулы полифосфата;
• цианофицин - особое вещество, состоящее из аспартата, аргинина. Служит для накопления азота, так как эти включения находятся в гетероцистах.

Это то, чем обладает цианобактерия. Основные части и специализированные клетки и органоиды - вот то, что позволяет цианеям осуществлять фотосинтез, но при этом относиться к бактериям.

Размножение

Данный процесс не представляет особой сложности, так как такой же, какой имеют обычные бактерии. Цианобактерии могут делиться вегетативно, частями трихом, обычной клеткой надвое, либо осуществлять половой процесс.

Часто в этих процессах участвуют специализированные клетки гетероцисты, акинеты, беоциты.

Способы передвижения

Клетка цианобактерии снаружи покрыта а иногда еще и слоем специального полисахарида, способного формировать слизевую капсулу вокруг нее. Именно благодаря этой особенности и осуществляется движение цианей.

Жгутиков или специальных выростов нет. Движение может осуществляться только по твердой поверхности при помощи слизи, короткими сокращениями. Некоторые Осциллатории имеют очень необычный способ перемещения - они крутятся вокруг своей оси и одновременно вызывают вращение всей трихомы. Так происходит движение по поверхности.

Способность к фиксации азота

Данной особенностью обладает практически каждая цианобактерия. Это возможно, благодаря наличию фермента нитрогеназы, способной фиксировать молекулярный азот и переводить его в удобоваримую форму соединений. Происходит это в структурах гетероцистах. Следовательно, те виды, что их не имеют, из воздуха не способны.

Вообще, этот процесс делает цианобактерии очень важными существами для жизни растений. Поселяясь в почве, цианеи помогают представителям флоры усваивать связанный азот и вести нормальный образ жизни.

Анаэробные виды

Некоторые формы синезеленых водорослей (например, Осциллатории) способны жить в совершенно анаэробных условиях и атмосфере сероводорода. В этом случае происходит переработка соединения внутри организма и в результате образуется молекулярная сера, выходящая в окружающую среду.

Тесты

666-01. Чем бактериальная спора отличается от свободной бактерии?
А) Спора имеет более плотную оболочку, чем свободная бактерия.
Б) Спора – многоклеточное образование, а свободная бактерия – одноклеточное.
В) Спора менее долговечна, чем свободная бактерия.
Г) Спора питается автотрофно, а свободная бактерия – гетеротрофно.

Ответ

Ответ

666-03. Укажите случай симбиоза бактерии с другим организмом.
А) вибрион холеры и человека
Б) сальмонелла и курица
В) бацилла сибирской язвы и овца
Г) кишечная палочка и человек

Ответ

666-04. Клубеньковые бактерии снабжают мотыльковые растения
А) органическими веществами отмерших растений
Б) азотными солями
В) нуклеиновыми кислотами
Г) углеводами

Ответ

666-05. Неблагоприятные условия для жизнедеятельности бактерий создаются при
А) квашении капусты
Б) консервировании грибов
В) приготовлении кефира
Г) закладке силоса

Ответ

Ответ

666-07. Бактерии сибирской язвы могут находиться длительное время в скотомогильниках в виде
А) спор
Б) цист
В) живых клеток
Г) зооспор

Ответ

Ответ

666-09. Что характерно для бактерий-сапротрофов?
А) существуют за счёт питания тканями живых организмов

В) используют органические вещества выделений живых организмов

Ответ

666-10. Бактерии существуют на Земле миллионы лет наряду с высокоорганизоваными организмами, так как
А) питаются готовыми органическими веществами
Б) при наступлении неблагоприятных условий образуют споры
В) участвуют в круговороте веществ в природе
Г) имеют простое строение и микроскопические размеры

Ответ

666-11. Какое из приведенных утверждений правильно?
А) бактерии размножаются мейозом
Б) все бактерии – гетеротрофы
В) бактерии хорошо адаптируются к условиям среды
Г) некоторые бактерии – эукариотические организмы

Ответ

666-12. Сходство жизнедеятельности цианобактерий и цветковых растений проявляется в способности к
А) гетеротрофному питанию
Б) автотрофному питанию
В) образованию семян
Г) двойному оплодотворению

Ответ

666-13. Бактерии гниения, живущие в почве,
А) образуют органические вещества из неорганических
Б) питаются органическими веществами живых организмов
В) способствуют нейтрализации ядов в почве
Г) разлагают мёртвые остатки растений и животных до перегноя

Ответ

666-14. Чем характеризуются бактерии гниения?
А) используют готовые органические вещества живых организмов
Б) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца
В) используют органические вещества отмерших организмов
Г) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию химических реакций

Ответ

666-15. Какие бактерии считают «санитарами» планеты?
А) уксуснокислые
Б) клубеньковые
В) гниения
Г) молочнокислые

Ответ

666-16. Дизентерийную амебу, инфузорию-туфельку, эвглену зеленую относят к одному подцарству потому, что у них
А) общий план строения
Б) сходный тип питания
В) одинаковые способы размножения
Г) общая среда обитания

Ответ

666-17. Какой физиологический процесс у одноклеточных животных связан с поглощением клеткой газов?
А) питание
Б) выделение
В) размножение
Г) дыхание