4. Излучение

Солнечный свет необходим только для фотосинтезирующих микробов, использующих световую энергию в процессе ассимиляции углекислого газа.

Около 50% падающей на землю лучистой энергии приходится на видимую часть света, другие 50% составляют инфракрасные лучи и менее 1% - ультрафиолетовые лучи.

Интенсивность света, проходящего сквозь толщу воды, снижается с глубиной, при этом меняется и его спектральный состав. Наиболее резко (на глубине первых метров) отсекаются инфракрасные и красные лучи, глубже всех проникают лучи с длиной волны 540-560 нм.

Свет часто оказывается лимитирующим фактором. Поэтому фототрофные микроорганизмы обладают многочисленными механизмами, позволяющими использовать энергию света с максимальной эффективностью. Большинство фототрофных микроорганизмов способны к фототаксису и могут занимать местоположение с оптимальной освещённостью. Другим способом адаптации к свету является изменение в зависимости от интенсивности освещения содержания фотосинтетических пигментов, количество тилакоидов, светособирающих ловушек, площади фотосинтезирующих мембран.

Зелёные серобактерии способны к увеличению светособирающей поверхности за счёт образования выростов (простек), содержащих хлоросомы, что даёт им возможность эффективно использовать свет низкой интенсивности.

Одним из универсальных механизмов адаптации к свету высокой интенсивности является синтез каратиноидных пигментов. Характерным примером может служить яркая окраска микроорганизмов, живущих в условиях высокой освещенности (в воздухе, на поверхности скал, обнажения горных пород, в высокогорье). Для грибов, в частности для так называемых чёрных дрожжей, характерно высокое содержание в клеточной стенке меланинов – пигментов, с которыми связывают универсальную функцию защиты от многих стрессовых факторов (света, солёности, температуры).

Микроорганизмы, не способные к фотосинтезу, хорошо растут в темноте. Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Однако развитие многих мицелиальных грибов при постоянном отсутствии света протекает ненормально: хорошо развивается только мицелий, а спорообразование тормозится. Патогенные бактерии (за редким исключением) менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.

Инфракрасные лучи (ИК-лучи) имеют сравнительно большую длину волны. Энергия этих излучений недостаточна, чтобы вызвать фотохимические изменения в поглощающих их веществах. В основном она превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на микроорганизмы при термической обработке продуктов ИК-излучениями.

Ультрафиолетовые лучи - наиболее активная часть солнечного спектра – действуют на нуклеиновые кислоты: микробицидное действие основано на разрыве водородных связей в молекулах ДНК димеров тимина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов.

Эффективность воздействия УФ-лучей на микроорганизмы зависит от дозы облучения, т.е. от количества поглощенной энергии. Кроме того, имеют значение свойства облучаемого субстрата: его рН, степень обсеменения микробами, а также температура.

Очень малые дозы облучения действуют стимулирующе на отдельные функции микроорганизмов. Более высокие, но не приводящие к гибели дозы вызывают торможение отдельных процессов обмена, изменение свойств микроорганизмов, вплоть до наследственных. Это используется на практике для получения вариантов микроорганизмов с высокой способностью продуцирования антибиотиков, ферментов и других биологически активных веществ.

Дальнейшее увеличение дозы облучения приводит к гибели микробной клетки. При дозе ниже смертельной возможно восстановление (реактивация) нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.

Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФ-лучей, чем вегетативные клетки.

Мицелиальные грибы более устойчивы, чем вегетативные клетки бактерий, а споры грибов более выносливы, чем мицелий. Дрожжи имеют такую же или незначительно более высокую резистентность, чем бактерии.

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового спектров, фокусированное в виде пучка. Оно обладает очень большой энергией и способно вызывать сильное биологическое воздействие. Этот вид излучения получают при помощи технических устройств лазеров - оптических квантовых генераторов.

Под влиянием лазерного излучения повышается температура биологических тканей, происходят коагуляция белков и разрушение клеток. Повреждающее действие зависит от длины волны, длительности импульсов, мощности излучения, а также свойств и структуры облучаемых объектов.

Реакция на воздействие лазерного излучения у различных видов микроорганизмов может различаться значительно; при этом споры более устойчивы, чем вегетативные клетки. Выявлено, что ультрафиолетовый спектр лазерного излучения обладает более высоким антимикробным действием, чем синий и красный.

РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ (λ-лучи, β-лучи (высокоскоростные электроны) и g-лучи (коротковолновые рентгеновские лучи) обладают высокой энергией, в связи с чем химически и биологически чрезвычайно активны.

Особенность радиоактивных излучений - способность вызывать ионизацию атомов и молекул, которая сопровождается разрушением молекулярных структур.

Микроорганизмы радиоактивно значительно более устойчивы, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений. Например, обнаружен вид бактерий из рода Pseudomonas, обитающий в ядерных реакторах.

Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы. Они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели. При дозе ниже смертельной может восстановиться нормальная жизнедеятельность облученных клеток.

Наиболее радиоустойчивы микроорганизмы с повышенной карбогидразной и протеолитической активностью, содержащие в клетках большее количество магния и кальция, а также обладающие высоким уровнем защитных метаболических реакций. Радиоустойчивы споры бактерий, грибов. Вирусы и риккетсии также устойчивы к облучению. Радиорезистентность микроорганизмов связана со способностью микробов к репарации – устранению повреждений, например, репарирование двухнитевых разрывов ДНК. Уменьшение воды в микробной клетке или среде ведёт к увеличению резистентности к излучениям.

Чувствительны к облучению кишечная палочка, протей, многие бактерии рода Pseudomonas - распространенные возбудители порчи мясных и рыбных продуктов. Микрококки отличаются повышенной устойчивостью.