12

ЛЕКЦИЯ № 7 ( О\О )

ТЕМА: « Низшие организмы. Бактерии, водоросли»

Общая характеристика.

Бактерии и вирусы. Общая характеристика. Распространение бактерий. Роль бактерий в круговороте веществ в природе. Использование бактерий человеком. Болезнетворные бактерии и вирусы.

Водоросли. Общая характеристика. Отделы: сине-зелёные, зелёные, диатомовые, бурые, красные водоросли. Экология водорослей. Значение в природе. Использование человеком.

ПЛАН:

1. Многообразие растений. Развитие растительного мира, таксономические единицы

2. Бактерии, общая характеристика, распространение, значение в природе и жизни человека;

3. Водоросли, общая характеристика, классификация, экология, значение;

В настоящее время на нашей планете сосуществуют не менее 5 млн. видов живых организмов и. по-видимому, не менее 500 млн. видов вымерло в предыдущие геологические эпохи. Познанием этого бескрайнего разнообразия проявлений жизни и занимается систематика. (История самостоятельно стр. 111-119. Обратить внимание на классификации Чезальпино, работы Каспара Баугина и Джона Рея, классификацию К. Линнея – 24 вкласса явнобрачных и тайнобрачных)

В задачи современной систематики входят выявление, описание, классификация, идентификация и группировка организмов в системы. Конечная цель систематических исследований — создание такой системы организмов, в которой было бы однозначно определено постоянное местоположение каждого вида.

Задача эта трудновыполнима, поскольку построение системы организмов требует единой методологии и надежных критериев их расположения, что позволило бы свободно ориентироваться во всем разнообразии живых объектов. Кроме того, как ни удивительно, большое число живых существ (особенно в тропических странах) еще не описано и до сих пор вовсе неизвестно науке.

Современная систематика — синтетическая наука, опирающаяся на данные всех разделов биологии и, особенно на эволюционное учение, служащее ее теоретической основой. В свою очередь систематика служит базой большинства теоретических и прикладных биологических исследований, позволяя ориентироваться во множестве организмов, что необходимо и в хозяйственной деятельности человека.

Близкие виды, имеющие общего предка, объединяются в роды. По принципу общности происхождения роды объединяются в семейства – порядки – классы – отделы. Для некоторых систематических категорий принято выделять в пределах семейства – подсемейства, подпорядки, подклассы и т.д.

Макросистемы живых организмов

Согласно наиболее широко распространенным взглядам живые существа, населяющие нашу планету, в самом общем виде разделяются на 2 надцарства - доядерные и ядерные организмы. Помимо этих двух больших групп живых существ, известны еще и вирусы, открытые в середине прошлого века. ( древний Рим – любое болезнетворное начало, 1892 – Ивановский мозаичная болезнь табака – оспа, корь, краснуха, свинка и т.д.)

Надцарство доядерные ( прокариоты)				Н адцарство ядерные ( эукариоты))
Ц арство дробянки			царство вирусов	Царство р астений			Царство животных		Царство грибов
Подцарство архебактерий	Подцарство Настоящих бактерий	Подцарство оксифотобактерий		багрянок	наст. водоросли	высшие растения	одноклеточные	многоклеточные

Вирусы - это мельчайшие структуры, размеры которых варьируют от 20 до 300 нанометров. Они состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК сердцевины вируса и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочки, называемой капсидом. Вирус может воспроизводиться только в клетке - хозяине, используя для этой цели ее ферментные системы. Вирусы бактерий называют бактериофагами. Происхождение вирусов неясно. Наиболее популярна гипотеза, согласно которой вирусы произошли из «беглой» нуклеиновой кислоты, получившей способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла. Не вполне ясно, следует ли относить вирусы к живому или неживому, ибо, хотя они и способны самовоспроизводиться, строение их крайне примитивно и своеобразно.

1. Царство Дробянки

Для доядерных организмов характерно отсутствие морфологически оформленного ядра и типичных хромосом. ДНК образует одну-единственную нить, замкнутую в кольцо, называемую генофором. Типичный половой процесс неизвестен. Центриоли, митотическое веретено, пластиды и митохондрии отсутствуют. Рибосомы прокариот меньше рибосом эукариот и отличаются особенностями белков. У большинства прокариот клеточная стенка содержит особый гликопептид муреин в отличие от растений и грибов, для которых характерны собственно целлюлоза и хитин. Нет, у них фагоцитоза (т. е. захвата твердых частиц) и пиноцитоза (захвата и поглощения жидкости), свойственных клеткам грибов и животных Сами прокариотические клетки на порядок меньше эукариотических, обычно их размеры не превышают 10 мкм Жгутики, если они имеются, очень простого строения. Многие представители способны к фиксации атмосферного азота.

Доядерные организмы, объединяющиеся в 1 царство, включают подцарства Архебактерии, Настоящие бактерии, Оксифотобактерии

К Архебактериям и Настоящим бактериям относятся преимущественно гетеротрофные формы. Хлорофилл, если имеется, представлен бактериохлорофиллом, а при фотосинтезе не происходит выделения кислорода. Часто имеются жгутики. Оксифотобактерии (к ним относят прежде всего организмы, ранее называвшиеся сине-зелеными водорослями) всегда автотрофные организмы с хлорофиллами различного строения, наряду с которыми встречаются и другие фотосинтезирующие пигменты. При фотосинтезе выделяется кислород. Жгутики всегда отсутствуют.

Изменение состава атмосферы и появление в ней значительных количеств свободного кислорода определяются фотосинтетической активностью цианобактерий. Сам процесс фотосинтеза возник, очевидно, около 3,3 млрд, лет назад. С жизнедеятельностью бактерий нередко связывают процессы накопления горючих ископаемых угля и нефти.

Подцарство архебактерии

Возможно, это древнейшие из ныне живущих организмов. Всего известно свыше 40 видов архебактерий, различающихся по типу обмена веществ, физиологическим и экологическим особенностям.

Среди архебактерий известны метанобразующие бактерии. Им свойствен энергетический процесс, в результате которого образуется метан.

Метанобразующие архебактерий существуют в строго анаэробных условиях: в затопляемых почвах, болотах, иле водоемов, очистных сооружениях, рубце жвачных. Их можно использовать для получения биогаза из различных органических отходов, что уже широко практикуется в Китае.

К архебактериям относятся некоторые сероокисляющие и серовосстанавливающие бактерии. Образование месторождений серы часто связано с их деятельностью.

Подцарство настоящие бактери

Настоящие бактерии очень древние организмы, появившиеся, по-видимому, свыше 3 млрд. лет назад. Они микроскопически малы, но их скопления (колонии) нередко видимы невооруженным глазом.

По форме и особенностям объединения клеток различают несколько морфологических групп настоящих бактерий: шарообразные кокки; диплококки, состоящие из попарно сближенных кокков; стрептококки, образованные кокками, сближенными в виде цепочки; сарцины кокки, имеющие вид плотных пачек; стафилококки скопления кокков в виде виноградной грозди; бациллы, или палочки,—бактерии вытянутой формы; дугообразно изогнутые вибрионы; спириллы бактерии вытянутой, штопорообразной извитой формы и т. д. Бактерии имеют разного рода жгутики и ворсинки, с помощью которых они передвигаются. Некоторые бактерии перемещаются, выделяя слизь. Передвигаются бактерии быстро, за одну секунду они могут преодолеть расстояние, примерно равное 20 диаметрам своей клетки.

Жгутики бактерий совершают вращательные движения. Направление движения бактерий определяется в значительной мере увеличением концентрации пищи или кислорода (для аэробов). С другой стороны, существует ряд «отпугивающих» веществ, (репеллентов), «отпугивающих» бактерии. С помощью способа окраски анилиновыми красителями, впервые предложенного в 1884 г. К. Граммом, все настоящие бактерии могут быть разделены на два класса (или отдела) грамположительных и грамотрицательных бактерий (т. е. способных или неспособных окрашиваться) с различными особенностями структуры и химизма клеточной стенки. Окраску, по Грамму, помимо целей классификации, используют для идентификации бактерий, что особенно важно при определении патогенных микроорганизмов.

Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем полисахаридной слизи, образующей капсулу. В цитоплазме бактерий иногда заметны включения запасных питательных веществ. Это могут быть крахмал или гликоген, но чаще волютин вещество, включающее остатки фосфорной кислоты. Бактерии способны образовывать толстостенные эндоспоры. Генетическая рекомбинация у бактерий происходит в результате переноса участка молекулы ДНК от одной бактериальной клетки к другой. Почти все бактерии наряду с большими кольцевыми молекулами ДНК имеют небольшие кольцевые ДНК—плазмиды. Обмен плазмидами легко осуществляется в ходе конъюгации бактериальных клеток, что также способствует передаче от одного штамма к другому некоторых наследственных признаков. Мутации еще более важный источник изменчивости бактерий, чем генетическая рекомбинация.

Основной способ размножения бактерий бесполый. Клетка при этом увеличивается в размерах и делится надвое.

Для получения энергии бактерии используют как различные органические и неорганические соединения, так и солнечный свет.

Большинство бактерий гетеротрофны: питаются как сапрофиты (это обитатели гниющего органического материала), паразиты или иногда симбионты. Автотрофных бактерий немного. Это хлоробактерии и пурпурные бактерии Часть из них способна к хемосинтезу, т. е. усваивает СО₂ за счет окисления неорганических соединений. Этот процесс был открыт в 1887 г. С. Н. Виноградским. Хемосинтезирующим бактериям принадлежит исключительно важная роль в круговороте (биогеохимических циклах) химических элементов в биосфере.

Бактерии играют главную роль в процессах деструкции (разрушения), т. е. являются деструкторами. Некоторые бактерии содержат в клетках особый пигмент, родственный, хлорофиллу, называемый бактериохлорофиллом. Они способны к фотосинтезу без выделения кислорода (анаэробный тип фотосинтеза), поскольку у них отсутствует фотосистема II, чем они резко отличаются от оксифотобактерий.

По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробы (существующие только в кислородной среде) и анаэробы (существующие в бескислородной среде), известны также бактерии, живущие как в кислородной, так и в бескислородной среде (факультативные анаэробы).

Бактерии приспособились к самым разным условиям обитания и относятся к организмам-космополитам: одни и те же виды можно встретить почти повсеместно. В 1 г почвы сельскохозяйственных земель может содержаться до 2,5 млрд. бактериальных клеток.

Роль бактерий в жизни человека огромна. Так, получение многих пищевых и технических продуктов невозможно без участия различных бродильных бактерий. Продуктами жизнедеятельности бактерий являются разнообразные молочные продукты: масло, кефир, сыр, кумыс, а также ферменты, спирт, лимонная кислота. Процессы квашения пищевых продуктов тоже связаны с бактериальной активностью. С помощью биотехнологии получают антибиотики, образуемые бактериями в процессе их жизнедеятельности. Используют бактерии и в генетической инженерии. Обогащение почв соединениями азота и создание бактериальных удобрений невозможны без участия азотфиксирующих бактерий, преимущественно из сборного рода ризобиум, образующих клубеньки на корнях бобовых растений. Разнообразное применение находят полисахариды, образующие слизистую капсулу бактерий.

Велика и отрицательная роль бактерий. Различные виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов. Наиболее опасны патогенные бактерии источник различных инфекционных заболеваний человека и животных. Поражают бактерии и растения (рис.), хотя относительно реже, очевидно, в силу кислой реакции среды растительных тканей.

Среди грамположительных бактерий упомянем бактерии молочнокислого брожения, бациллы столбняка и туберкулезную палочку. К грамположительным организмам относят и актиномицеты— прокариоты, образующие многоклеточный разветвленный мицелий. В этот же класс иногда помещают микоплазмы — прокариоты, лишенные клеточной стенки. К классу грамотрицательных бактерий относят азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии.

Помимо грамположительных и грамотрицательных бактерий, существуют еще микоплазмы - мельчайшие организмы (около 0,1 мкм в поперечнике), лишенные оболочки. Их считают бактериями, упростившими свою структуру в процессе эволюции. Среди фотосинтезирующих бактерий необходимо отметить зеленые и пурпурные серобактерии. Хемоавтотрофные микроорганизмы относятся отчасти к настоящим бактериям, отчасти к архебактериям.