Bakterie
Któż z nas nie słyszał o bakteriach, te mikroskopijne organizmy są nieodzowną częścią naszego życia, choć nie mają dla nas na co dzień większego znaczenia, pomyślałem, że i bakterią przyda się 5 minut sławy. Tak więc zamierzam wyjaśnić czym są, jak są zbudowane, jak żyją, gdzie zdolne są żyć, jaką rolę odgrywają w symbiozie z innymi organizmami, kilka ciekawostek związanych z bakteriami, oraz przedstawić kilka mniej znanych
. Do dzieła! Czym są?
Bakterie to wyselekcjonowana grupa jednokomórkowców lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej. Cechą charakterystyczną dla wszystkich bakterii jest brak otoczenia błoną wokół organelli, takich jak jądro komórkowe czy też mitochondrium, które występują w innych "Królestwach Życia". Przeciętna wielkość bakterii waha się w granicach od 0,2 do kilkudziesięciu mikrometrów a same bakterie mogą mieć najróżniejsze kształty. Bywa iż niektóre bakterię potrafią łączyć się ze sobą, tworząc luźne układy przestrzenne, jak np. paciorkowiec.
Nie ma biotopu w którym nie odnaleźli byśmy bakterii, ich występowanie możemy zaobserwować od gleby w naszym ogródku, przez dna oceanów po lodowce Antarktydy. Ciekawostką może być fakt, iż występować mogą nawet w środowisku radioaktywnym co udowodnił eksperyment, podczas którego bakterie poddano działaniu promieniowania jonizującego. W jednym gramie gleby można znaleźć aż 40 milionów komórek bakterii, w porównaniu do mililitra wody słodkiej różnica jest diametralna, gdyż tutaj znajduję się niewiele bo niecały milion. Po dzień dzisiejszy nikomu nie udało się spisać dokładnej liczby rodzajów bakterii, ze względu na ich różnorodność, małe rozmiary oraz fakt, iż prawie połowa z dotychczas odkrytych gatunków nie była by w stanie przeżyć w laboratorium, gdyż nie nadaję się do hodowli.
Pod względem sposobu odżywiania się, można je podzielić na heterotrofy i autotrofy, a także symbionty, komensale i pasożyty. Niejednokrotnie stawały się endosymbiontami.
Choć na co dzień ich nie dostrzegamy odgrywają bardzo ważną rolę w obiegu biogennych pierwiastków. Biorą udział w podtrzymywaniu prawie wszystkich cykli biogeochemicznych a do tego odpowiedzialne są za proces gnicia oraz fermentacji.
Morfologia
Tabela wielkości bakterii, względem innych organizmów, cząsteczek oraz atomów.
Jak już wspomnieliśmy bakterie charakteryzuję bardzo duża różnorodność form, na domiar tego komórki bakteryjne są ok. 10 razy mniejsze niż komórki eukariotyczne. Bywają gatunki , jak na przykład Thiomargarita namibiensis i Epulopiscium fishelsoni mogą dorastać nawet do połowy milimetra i są widoczne gołym okiem.
Thiomargarita namibiensis
Epulopiscium fishelsoni
Najmniejszymi bakteriami jest rodzaj Mycoplasma, są one równe wielkości największych wirusów czyli ok. 0,3 mikrometra.
Mycoplasma
Różnorodność kształtów bakterii zależy od ich występowania i ściany komórkowej, oraz cytoszkieletu. Wpływają one na zdolności bakterii do poruszania się, zdobywania związków organicznych oraz wytworzenia czepnych powierzchni komórek. Wiele bakterii występuję jako jednokomórkowe organizmy inne z kolei łączą się w grupy lub pary, tworząc tym samym "łańcuszki" lub "kiście". Mogą przyjmować też kształty podobne do strzępków grzybni, włókien oraz nitkowate i groniaste. Możliwość rozwoju ich kształtu najlepiej da się zauważyć podczas ich hodowli na pożywkach.
Niektóre spośród bakterii są w stanie produkować endospory, zwane potocznie przetrwalnikami, charakteryzują je stopień odwodnienia cytoplazmy oraz grube i wielowarstwowe osłony komórkowe. Umożliwia to bakterią proces hibernacji w niekorzystnych warunkach, oraz szybki powrót funkcji życiowym w momencie poprawy warunków. Bakterie wytwarzające przetrwalniki należą do rodzajów Bacillus i Clostridium.
Formy morfologiczne
* ziarniaki, Coccus
* dwoinki, Diplococcus
* paciorkowce, Streptococcus
* gronkowce, Staphylococcus
* pakietowce, Sarcina
* pałeczki, Bacterium
* laseczki, Bacillus
* maczugowce, Cornybacterium
* przecinkowce, Vibrio
* śrubowce, Spirillum
* krętki, Spirochaeta
* promieniowce, Actinomyces
* prątki, Mycobacterium
Budowa komórki
Wszystkie bez wyjątku bakterie mają bardzo prostą budowę, ponieważ nie posiadają jądra komórkowego, chloroplastów, mitochondriów oraz aparatu Golgiego, które to z kolei są charakterystyczne dla komórek eukariotycznych. Zamiast jądra wyposażone są w jedną dużą, kulisty no i nieopakowaną cząsteczkę DNA, oraz wiele pomniejszych również kulistych cząsteczek DNA zwanymi plazmidy.
Z czego składa się bakteria?
cytoplazma – substancja koloidalna, wypełniająca wnętrze komórki
nukleoid – obszar cytoplazmy, w którym znajduje się nić DNA
otoczka – ściana o funkcji szkieletowej, na niej są zawieszone rzęski
ściana komórkowa, która pełni funkcję ochronną, w jej skład wchodzi mureina
błona komórkowa – struktura oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego
rybosomy – organelle służące do produkcji białek
rzęski i wici, które są wypustkami pełniącymi funkcję ruchową, nie we wszystkich typach bakterii są obecne
1.) - Pile
2.) - Plazmid
3.) - Rybosomy
4.) - Cytoplazma
5.) - Błona zewnętrzna
6.) - Ściana komórkowa
7.) - Otoczka
8.) - Nukleoid
9.) - Wić
Endospory
Niektóre bakterię są zdolne produkować endospory. Endospory to z kolei kolejne formy przetrwalnikowe, które służą bakterii przy niekorzystnych warunkach. Przy czym nie wykazują metabolizmu i są odporne na ekstremalne warunki fizyczne oraz działania substancji chemicznych. Są wstanie wytrzymać między innymi promieniowanie gamma oraz środki dezynfekujące. W tym stanie mikroorganizmu mogą przetrwać w stanie nienaruszonym i być zdolne do rozwoju przez miliony lat, nie przeszkadza im w też próżnia(przestrzeń kosmiczna). Endospory mogą się rozwinąć w komórki bakteryjne, w momencie gdzie dostaną się do środowiska do tego przystosowanego, jak np. krew.
Typy
Niezależnie od przyjętego systemu klasyfikacji domen i królestw wśród bakterii wyróżnia się następujące typy:
-Acidobacteria Cavalier-Smith 2002 – kwasolubne bakterie glebowe
-Actinobacteria (Stackebrandt i inni, 1997) Cavalier-Smith 2002 – Gram-dodatnie bakterie glebowe
- Aquificae Reysenbach 2002 – termofilne chemolitotrofy
-Bacteroidetes – różnorodna grupa bakterii pasożytniczych, symbiotycznych i wolnożyjących
-Chlamydiae Jones 1945 – chlamydie, bezwzględne pasożyty komórek eukariotycznych
-Chlorobi Cavalier-Smith 2002 – zielone bakterie siarkowe
-Chloroflexi Garrity and Holt 2001 – zielone bakterie bezsiarkowe
-Chrysiogenetes Garrity and Holt 2001 – chemolitotrofy
-Cyanobacteria (Stanier 1974) Cavalier-Smith 2002 – sinice, bakterie fotosyntetyzujące
-Deferribacteres Garrity and Holt 2001 – beztlenowe bakterie wodne
-Deinococcus-Thermus Schwartz, 1998 – ekstremofile
-Dictyoglomi Saiki et al. 1985 – termofilne chemoorganotrofy
-Fibrobacteres Montgomery et al. 1988 – celulolityczne, beztlenowe bakterie żołądkowe
-Firmicutes Gibbons & Murray, 1978 – różnorodna grupa pospolitych bakterii
-Fusobacteria – beztlenowe heterotrofy, często pasożytnicze
-Gemmatimonadetes Zhang i inni, 2003 – Gram-ujemne, tlenowe, pałeczki
-Lentisphaerae Cho i inni, 2004
-Nitrospira syn. Nitrospirae – Gram-ujemne bakterie utleniające związki azotu
-Planctomycetes Schlesner i Stackebrandt 1987, syn. Planctobacteria Cavalier-Smith 2002 – planktobakterie, pozbawione ściany komórkowej, pączkujące
-Proteobacteria (Stackebrandt i inni., 1986) Garrity i inni, 2005 – proteobakterie, duża grupa Gram-ujemnych mikroorganizmów
-Spirochaetes Cavalier-Smith, 2002 – krętki, syn. Spirochaetae, chemoheterotrofy o spiralnej formie
-Thermodesulfobacteria Garrity i Holt, 2001 – termofilne bakterie redukujące siarczany
-Thermomicrobia Garrity i Holt, 2001 – termofilne chemoheterotrofy
-Thermotogae Reysenbach, 2001 – termofilne, względnie beztlenowe
-Verrucomicrobia Hedlund et al. 1998 – bakterie zamieszkujące środowisko wodne, glebowe i układu pokarmowego
Życie w Symbiozie
Wzrost i rozwój bakterii tak jak u innych organizmów tego typu uosobiony jest poprzez powiększanie swojej objętości, bywa iż bakterie potrafią żyć z innymi organizmami. Mówimy wtedy o symbiozie. W zasadzie nie ma żadnych przeszkód by w symbiozie z innymi bakteriami dany gatunek mógł stworzyć pełniejsze i bardziej skomplikowane struktury, jednakże o wiele bardziej korzystniejsza jest tutaj symbioza innymi organizmami. Te różnorakie sposoby połączenia mogą być antagonistyczne i nieantagonistyczne. Wśród najczęściej spotykanych przejawów współżycia jest symbioza, pasożytnictwo oraz komensalizm. Ich małe rozmiary umożliwiają im odnalezienie swojej roli w prawie każdym biotopie.
Szczególnie rzecz ta ma się do komensali, które żyją na powierzchni wszystkich gatunkach roślin jak i zwierząt, również na człowieku, mając za rolę rozkład niektórych składników jak np. potu, co powoduję jego nieprzyjemny i charakterystyczny zapach.
Rola bakterii w przemyśle
Bakterie, takie jak Lactobacillus znajdujące się np. w mleku po dodaniu do drożdży są stosowane od tysięcy lat przy wytwarzaniu produktów spożywczych takich jak kiszona kapusta, ser, sos sojowy, wino, ocet i jogurt.
Wszyscy chyba pamiętamy, kiszone ogórki naszych babć
Ekstremalne warunki w których odnaleziono bakterie
A)
Antarktyda: Bakteria sprzed 2800 lat
Jakby świat nie miał dość współczesnych problemów, naukowcy właśnie odmrozili i przywrócili do życia bakterie sprzed... 2800 lat. Znaleziono je w grubej warstwie lodu, przykrywającego słone jezioro na Antarktydzie.
Co ciekawe, doświadczenie zdobyte podczas poszukiwań bakterii może zostać wykorzystane na Marsie, bo czerwona planeta ma na swojej powierzchni podobne jeziora. Być może i tam uda się kiedyś odnaleźć ślady życia.
Jezioro Vida na Antarktydzie odnaleziono już w latach 50. Wtedy wydawało się, że jest zamarznięte do dna. Późniejsze badania wykazały jednak, że warstwa lodu ma około 200 metrów, pod nią jest zbiornik wody 7-krotnie bardziej zasolony niż woda morska.
Dokonano odwiertu na głębokość nieco ponad 100 metrów, znaleziono tam bakterie i glony, które po wydobyciu na powierzchnię i odmrożeniu ożyły. Można się spodziewać, że w samej wodzie uda się znaleźć coś jeszcze. Aby jednak nie zanieczyścić zbiornika mikroorganizmami z naszego świata, trzeba prowadzić odwiert wysterylizowanym sprzętem. Takie prace uda się przeprowadzić dopiero za dwa lata. Jeśli coś tam rzeczywiście jest, z pewnością doczeka.
B)
Bakterie na Marsie
Niezwykle odporne na promieniowanie jonizujące bakterie Deinococcus radiourans mogły przybyć na Ziemię z Marsa. O hipotezie rosyjskich uczonych informuje "New Scientist".
Według Anatolija Pawłowa i jego kolegów z Instytutu Joffego w St. Petersburgu nabycie takiej odporności w ziemskich warunkach trwałoby dłużej niż istnieje życie. Natomiast w o wiele trudniejszych warunkach marsjańskich bakterie mogłyby wyewoluować w stosunkowo krótkim okresie.
Uderzenie meteorytu mogło wyrzucić w przestrzeń fragmenty marsjańskich skał z przyczepionymi do nich bakteriami. Niektóre z nich mogły spaść na Ziemię.
Deinococcus radiourans może przetrwać dawkę promieniowania tysiące razy wyższą niż dawka śmiertelna dla człowieka. Rosjanie postanowili sprawdzić, czy także inne bakterie mogą rozwinąć taką odporność. Wystawili hodowlę bakterii Escherichia coli na działanie promieniowania gamma na tyle silnego, że zabiło 99,9 procent z nich. Tym, które przeżyły, pozwolili odpocząć, a następnie powtórzyli cykl.
Na początku większość bakterii ginęła przy jednej setnej dawki śmiertelnej dla człowieka, jednak już po 44 cyklach odporność bakterii wzrosła 50-krotnie. Jednak aby dorównać Deinococcus, trzeba by poddać Escherichię tysiącom cykli. Na Ziemi zaś pochłonięcie podobnych dawek zawartych w jednym cyklu zajęłoby uśpionym bakteriom od jednego do stu milionów lat.
Jako że życie na naszej planecie rozpoczęło się około 3,5 miliarda lat temu, zdaniem Pawłowa nie było dość czasu, by zdobyć tak wielką odporność. Natomiast na Marsie, gdzie poziom promieniowania jest wyższy, wystarczyłoby kilka tysięcy lat na jeden cykl.
Inni naukowcy, na przykład David Morrison z NASA, są sceptyczni, wskazując że genom Deinococcus bardzo przypomina ziemskie bakterie. Przyznaje jednak, że pochodzenie niezwykłej odporności nie daje się jak dotąd wyjaśnić.
C)
Nieziemskie bakterie
Naukowcy z Indii odkryli trzy nieznane dotychczas gatunki bakterii żyjących w wyższych warstwach stratosfery. Bakterie te są odporne na działanie promieniowania ultrafioletowego i w niczym nie przypominają gatunków bakterii żyjących na naszej planecie.
Naukowcy odkryli ich obecność w próbkach pobranych przez balon wysłany w wyższe warstwy stratosfery, poinformowała indyjska Organizacja Badań Przestrzeni Kosmicznej (Indian Space Research Organization - ISRO) w wydanym komunikacie.
Stratosfera jest poddawana tak wysokim dawkom promieniowania ultrafioletowego, że praktycznie zabija ono zdecydowaną większość wszystkich żyjących organizmów. Podczas analizy próbek mikrobiolodzy odkryli jednak obecność dwunastu kolonii bakterii i sześciu kolonii grzybów. Trzy z kolonii bakterii stanowiły zupełnie nieznany dotychczas gatunek. Jeden z nich indyjscy naukowcy nazwali Janibacter hoylei, od nazwiska słynnego astrofizyka Freda Hoyle'a.
- Choć dotychczasowe badania nie pozwalają jednoznacznie stwierdzić pozaziemskiego pochodzenia organizmów, to zdecydowanie ich wyniki zachęcają do prowadzenia dalszych prac nad pochodzeniem życia na naszej planecie - napisała w swym komunikacie indyjska Organizacja Badań Przestrzeni Kosmicznej.
Mam nadzieję, że udało mi się wam przybliżyć wiedzę o tych małych organizmach.
Autor: Makbet
Źródła pomocnicze:
/wikipedia.pl ( w głównej mierze)
/Zdjęcia - google.pl
/Podręcznik do biologii do gim. klasa 2(Wydawnictwo $$$)
/Bakterie na Antarktydzie - rmf.fm
/Bakterie na Marsie - news.astronet.pl
/ Nieziemskie bakterie - onet.pl
