Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 1 (страница 7)

В заключение следует сказать, что половое размножение (в любой форме) — довольно редкое событие у бактерий. Но поскольку число бактерий в каждой колонии огромно, половое размножение наблюдается сравнительно часто. Такое размножение более примитивно, чем у эукариот; полный обмен геномами (суммарной ДНК) происходит только при конъюгации, что действительно встречается лишь изредка. Половое размножение бактерий имеет особое значение потому, что именно таким путем передается устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам.

2.2.5. Питание

В табл. 9.1 приведена классификация организмов в соответствии с типом питания. Среди бактерий можно встретить представителей всех четырех типов (табл. 2.4). Самой важной является группа хемогетеротрофных бактерий. По способу добывания пищи эти бактерии очень похожи на грибы. Как и у грибов, у них можно выделить три группы: сапрофиты, симбионты и паразиты.

Таблица 2.4. Четыре типа питания бактерий и некоторые их характеристики

Сапрофиты — это организмы, которые извлекают питательные вещества из мертвого и разлагающегося органического материала. Сапрофиты секретируют ферменты в органическое вещество, так что переваривание происходит вне организма. Образующиеся при этом растворимые продукты всасываются и усваиваются (ассимилируются) уже внутри тела сапрофита.

Сапрофитные бактерии и грибы составляют группу редуцентов. Они необходимы для разложения веществ и круговорота элементов в природе. Редуценты образуют гумус из останков животных и растений, но они могут разрушать и другие вещества, в том числе нужные человеку, например портить пищевые продукты. Значение сапрофитов в биосфере мы рассмотрим отдельно в разд. 2.3.1 и, кроме того, в гл. 12.

Симбиозом называют любую форму тесной взаимосвязи между двумя живыми организмами. Такие два организма являются симбионтами. Примерами могут служить Rhizobium — бактерия-симбионт, способная фиксировать азот и живущая в корневых клубеньках таких бобовых растений, как горох и клевер, или Escherichia coli, обитающая в кишечнике и, по-видимому, поставляющая человеку витамины группы В и К.

Паразит — это организм, живущий внутри другого организма (хозяина) или на нем. Организм-хозяин обеспечивает паразита пищей и убежищем. Хозяином может быть любой организм, причем паразит, как правило, наносит вред своему хозяину. Паразитов, вызывающих различные заболевания, называют патогенами. Некоторые из них описаны в разд. 2.4. Одни паразиты могут жить и расти только в живых клетках и поэтому называются облигатными паразитами. Другие заражают хозяина, вызывают его гибель и затем питаются сапрофитно его остатками; такие паразиты называются факультативными. Один из признаков паразита — чрезвычайная взыскательность к составу пищи. Все паразиты нуждаются в "дополнительных ростовых веществах", которые они не могут сами синтезировать и находят их только в других живых клетках.

2.3. Бактерии, полезные для человека

Микроорганизмы имеют большое значение для человека: во-первых, потому, что они играют важную роль в биосфере, и, во-вторых, потому, что их можно преднамеренно использовать в нужных целях и при этом самыми разными способами. Человек все больше и больше использует бактерии. Это создает все предпосылки для происходящей сейчас перестройки промышленности и создания так называемой биотехнологии. При этом мы рассчитываем на коренное изменение способов получения многих товаров повседневного спроса, и в том числе пищевых продуктов и источников энергии. Своими успехами биотехнология во многом обязана генетикам. Накопление генетических знаний позволило свободно обращаться с генами любых организмов, в том числе и с нашими собственными. Так возникла генетическая инженерия. Какую пользу приносят нам бактерии, мы рассмотрим ниже (разд. 2.3.1-2.3.7).

2.3.1. Бактерии и плодородие почвы

Бактерии играют важную роль в плодородии почвы. Ниже мы вкратце перечислим самые основные моменты, а более подробно эти вопросы будут рассмотрены в других разделах.

Распад и образование гумуса. Образование гумуса из лесной подстилки и лежащих на ней гниющих растительных и животных остатках мы рассмотрим в гл. 12. Гумус — это слой разложившегося органического вещества, который не только содержит питательные вещества, но и обладает важными физическими и химическими свойствами, такими, например, как способность удерживать воду. Роль сапрофитных бактерий в разложении органических веществ мы рассмотрим в разд. 9.11.1. При разложении образуются двуокись углерода, аммиак, минеральные соли (например, фосфаты и сульфаты) и вода, которые снова вступают в круговорот веществ.

Биогеохимические циклы (круговороты биогенных элементов). Круговороты азота, серы и фосфора мы рассмотрим в разд. 9.11. В круговороте азота участвуют:

а) азотфиксирующие бактерии, такие, как свободно живущие сапрофиты, например Azotobacter, или симбионты, например Rhizobium;

б) нитрифицирующие бактерии, которые превращают азот, связанный в органических соединениях (например, в белках), в нитраты, например Nitrosomonas и Nitrobacter;

в) денитрифицирующие бактерии, например TJiiobacillus, которые превращают нитрат в свободный азот.

Более подробные данные, касающиеся различных бактерий, участвующих в круговороте азота, будут приведены в разд. 9.11.1.

2.3.2. Очистка сточных вод

В очистных сооружениях бактерии играют почти такую же роль, как в почве. И в том и в другом случае они расщепляют органические вещества, превращая их в безвредные растворимые неорганические соединения. Бытовые сточные воды предварительно разделяют в специальных отстойниках на жидкую часть и илистый осадок, которые затем перерабатывают в несколько этапов, используя аэробные и анаэробные бактерии. Метан, образуемый анаэробными бактериями, иногда используют как топливо для рабочих механизмов очистных сооружений. После очистки получают очищенную жидкость, которую обычно спускают в реки, и ил, состоящий из безвредных органических и неорганических веществ и микроорганизмов (в основном бактерий и простейших), который можно затем высушить и, если он не загрязнен тяжелыми металлами, использовать вместо удобрения.

2.3.3. Симбиотические бактерии

Млекопитающие и другие животные не могут переваривать целлюлозу, так как у них нет фермента целлюлазы. Основную же массу пищи, поедаемой травоядными животными, составляет клетчатка. Однако у них в кишечнике живут симбиотические бактерии и простейшие, переваривающие клетчатку. У кроликов такие бактерии живут в слепой кишке и червеобразном отростке, а у коров и овец — в рубце. Косвенным образом эти бактерии служат и человеку, поскольку он использует мясо домашних животных в пищу.

Более непосредственное отношение к человеку имеет "микрофлора" его собственного кишечника. В кишечнике живут многие бактерии, при этом некоторые из них, например Е. coli, синтезируют витамины группы В и витамин К.

Некоторые бактерии, живущие на коже человека, предохраняют его от заражения патогенными организмами.

2.3.4. Промышленные процессы брожения

Многие полезные органические продукты получаются в результате брожения (см. также разд. 3.1.6), и человек использует их уже несколько тысяч лет. Продукты брожения становятся все более важными как новый источник пищи и топлива. Этими вопросами занимаются многие ученые и технологи. В табл. 2.5 приведены некоторые характеристики наиболее известных процессов.

Таблица 2.5. Некоторые полезные процессы брожения

При производстве сыра молочный сахар лактоза сбраживается до молочной кислоты, а кислота заставляет свертываться белок молока казеин. Твердые сгустки, состоящие из белка и жиров, отделяют от жидкой сыворотки и затем инокулируют бактерии и (или) грибы. Для получения разных сортов сыра используют разные микроорганизмы, так, например, чеддер получают с помощью различных видов Lactobacillus. Молочнокислые стрептококки сквашивают сливки и придают сливочному маслу характерный вкус и аромат. Молочнокислые бактерии из рода hictobacillus применяют также для квашения капусты, приготовления различных солений и маринадов, для получения силоса.

2.3.5. Антибиотики

С 30-х годов нашего столетия многие исследователи начали заниматься выделением из бактерий и грибов природных веществ, обладающих антибиотическими свойствами, т. е. способных либо подавлять рост, либо совсем убивать других микробов. Эти исследования продолжаются по сей день. Антибиотики находят применение в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, промышленности и чисто научных исследованиях. Самый богатый источник антибиотиков — организмы, живущие в почве. В почвенных микроэкосистемах чрезвычайно развита конкуренция между отдельными обитателями, а антибиотики входят в тот природный "арсенал", который нужен для захвата экологической ниши. Образцы почв из всех районов мира постоянно анализируют в поисках новых сильнодействующих антибиотиков.

Одним из самых продуктивных источников антибиотиков служит род Streptomyces. К этому роду принадлежат многие виды актиномицетов, у которых обнаружено и идентифицировано свыше 500 антибиотиков. Свыше 50 таких антибиотиков широко применяется в практике; к их числу относятся стрептомицин, хлорамфеникол и различные антибиотики тетрациклинового ряда. Стрептомицин был открыт вскоре после пенициллина (который образуется одним из видов грибов, см. разд. 3.1.6). Этот антибиотик оказался чрезвычайно эффективным, что позволило расширить круг заболеваний, которые можно лечить этими препаратами. Например, в отличие от пенициллина стрептомицин действует на туберкулезную палочку. Некоторые виды рода Bacillus также образуют антибиотики, например Bacillus brevis образует грамицидин.