Строение и классификация простейших одноклеточных организмов

Бактерии (греческий bakterion палочка) — разнообразная по биол, свойствам группа широко распространенных на Земле микроскопических, в основном одноклеточных, организмов, принадлежащих к низшим формам жизни.

Основы микробиологии

Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.

Похожее по теме… Антони ван Левенгук — учёный, натурфилософ и наблюдательАнтони ван Левенгук вошел в историю в качестве основателя множества научных дисциплин и направлений, самая важная из которых – микробиология.

«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», — сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.

Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах.

Основы микробиологии

Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных.

Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.

Открытие одноклеточных

Микроскоп Левенгука

Еще 3 тысячи лет назад великий древнегреческий целитель Гиппократ выдвинул гипотезу, что инфекционные заболевания вызываются живыми микроорганизмами. Но изучение простейших началось значительно позже, чем изучение большинства других групп животного мира. Оно стало возможным лишь после изобретения микроскопа, что произошло в начале XVII века. Голландец Антони Левенгук, владелец магазина оптики, увлёкся изучением образцов через микроскоп при ярком дневном свете, и в 1675 г., рассматривая каплю воды, впервые открыл в ней множество микроскопических, ранее неведомых организмов, среди которых были и простейшие. Это было первое документальное свидетельство наблюдения микромира, недоступного для обнаружения невооружённым глазом.

Открытие одноклеточных

24 апреля 1676 года Антони ван Левенгук впервые рассмотрел свою слюну под микроскопом и обнаружил, что «там живых существ больше, чем людей в Соединенном Королевстве». Когда он отослал в Лондонское королевское общество копию своих наблюдений одноклеточных организмов, о существовании которых до этого времени ничего не было известно, достоверность его исследований была поставлена под сомнение. Для того, чтобы проверить достоверность наблюдений Левенгука, в Делфт отправилась группа учёных во главе с Неемией Грю, который подтвердил подлинность всех исследований. 8 февраля 1680 года Левенгук был избран действительным членом Лондонского Королевского общества.

Читайте также:  Болит рука после химиотерапии что делать

Наблюдения Левенгука вызвали большой интерес к изучению этого нового мира живых существ. В конце XVII и первой половине XVIII в. появляется большое число работ, посвященных изучению микроскопических организмов. Однако исследований, соответствующих современному представлению о простейших как одноклеточных организмах тогда не существовало, так как само определение клетки было сформулировано позднее.

Открытие живой клетки связано еще с одним исследователем — Робертом Гуком, автором знаменитого закона, известным изобретателем и эрудитом. С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук изучал структуру растений и сделал точные зарисовки, впервые показавшие клеточное строение обычной пробки. Ученый обнаружил, что пробка состоит из множества очень маленьких ячеек, напоминавших ему монашеские кельи в монастырях. Эти ячейки он в своей работе «Микрография» назвал клетками. Гук подробно зарисовал и описал клетки моркови, бузины, укропа, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха.

Открытие одноклеточных

Микрооранизмы в природе

Микроорганизмы живут везде – в атмосфере, в воде, на растениях, животных и в почве. Поскольку они разлагают органический материал, они играют важную роль в природном цикле. Наиболее обильно микроорганизмы представлены в местах, где они могут найти много питательных веществ, влажность и температуру, подходящие для их роста. Учитывая, что условия, способствующие выживанию и росту многих микроорганизмов, –это как разте условия, в которых обычно живут люди, неизбежно то, что мы живем среди множества микробов. Ниже перечислены ключевые особенности различных групп микроорганизмов, см. таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Микроорганизмы

Группы Разброс размеров
Простейшие 5 – 200 µm
Водоросли 5 µm – несколько метров
Грибы
Дрожжи 5 – 10 µm
Плесень от 5–10 µm до нескольких метров
Бактерии 0.5 – 5 µm
Вирусы – 0.2 µm

Простейшие

  • Одноклеточные, мелкие водные организмы
  • Могут перерабатывать твердые фрагменты пищи
  • В конце концов сами становятся пищей для рыбы и более крупных животных
  • Обычно не являются причиной испорченной пищи
  • Некоторые простейшие являются пищевыми патогенами, переносятся через воду
  • Некоторые простейшие являются патогенами, переносимыми насекомыми

Водоросли

  • Одно- или многоклеточные организмы, часто обнаруживаемые в воде
  • Содержат хлорофилл и способны к фотосинтезу
  • Используются в качестве пищевой добавки и в фармацевтических препаратах
  • Некоторые являются источником агар-агара для микробиологических сред
  • Некоторые вырабатывают токсичные вещества
  • Обычно не являются причиной испорченной пищи

Дрожжи

  • Одноклеточные овальной или круглой формы
  • Часто обнаруживаются в разных условиях: почва, растения и фрукты
  • Используются в пищевой промышленности и в производстве алкогольных напитков
  • Приводят к порче пищевых продуктов, особенно пищи с высокой кислотностью

Плесени

  • Многоклеточные с множеством особенностей
  • Всегда есть в почве, но также их можно обнаружить в воде и воздухе
  • Играют роль в разложении многих материалов
  • Полезны в промышленном производстве многих продуктов, включая пенициллин
  • Могут вызывать заболевания людей, животных и растений
  • Приводят к порче пищевых продуктов, особенно пищи с высокой кислотностью

Бактерии

  • Высоко вариабельная группа микроорганизмов
  • Их можно обнаружить почти во всех средах обитания
  • Многие вызывают заболевания, остальные играют важную роль в естественном круговороте элементов, таким образом способствуя плодородию почвы
  • Используются в промышленности для производства ценных соединений
  • Многие могут быть причиной порчи продуктов, другие, наоборот, используютсявпроизводстве пищи

Вирусы

  • Могут размножаться только внутри живых клеток, т. е. являются паразитами

Сапрофиты = микроорганизмы, живущие в мертвом органическом материалеПаразиты = микроорганизмы, обитающие в живых животных и растениях

Размножение бактерий

Определение 1

Размножение – процесс воспроизведения себе подобных организмов, ведущий к увеличению бактериальных клеток в популяции.

Для бактерий характерны следующие виды размножения:

  • бинарное деление на две части– деление происходит симметрично относительно поперечной и продольной оси, образуются одинаковые дочерние клетки
  • почкование– вариант бинарного деления, образующаяся на одном из полюсов почка растет до размеров материнской клетки и отделяется; симметрия присутствует только относительно продольной оси
  • множественное деление – клетка претерпевает ряд последовательных быстрых бинарных делений внутри фибриллярного слоя материнской клетки, что приводит к образованию баеоцитов – мелких клеток, количество которых колеблется от 4 до 1000, в результате разрыва клеточной стенки материнского организма баеоциты выходят наружу;
  • размножение спорами;
  • путем фрагментации клеток, имеющих нитевидную форму;
  • конъюгация (половой процесс, обмен клетками генетическим материалом);
  • трансформация (перенос «голой» ДНК);
  • трансдукция (перенос генетической информации при помощи бактериофагов).

Репликация бактериальной хромосомной ДНК

Репликация хромосомы в бактериальной клетке происходит по полуконсервативному типу, что приводит к удвоению ДНК нуклеоида – бактериального ядра. При этом типе репликации двухспиральная молекула ДНК раскрывается, а каждая отдельная нить ДНК достраивается комплементарной нитью.

Процесс репликации ДНК происходит от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. В области ori хромосома клетки бактерии связана с цитоплазматической мембраной.

В первую очередь происходит деспирализация (раскручивание) двойной цепи ДНК. Образуется репликативная вилка, представленная двумя разветвленными цепями.

Одна цепь, достраиваясь связывает нуклеотиды от 5- к 3-концу, а у второй достраивание происходит посегментно.

Репликация ДНК включает следующие этапы:

  • инициация;
  • элонгация (рост цепи);
  • терминация.

В результате репликации образуются две хромосомы, которые прикрепляются к цитоплазматической мембране или ее производным, и удаляются друг от друга мере увеличения клетки. После образования перегородки ил перетяжки деления происходит окончательное разъединение деления разрушают аутолитические ферменты.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде

Размножение бактерий

Замечание 1

Если бактерии засеяны в определенный объем питательной среды, то размножаясь и потребляя питательные вещества, они ведут к истощению этой среды, что, в свою очередь, приводит к прекращению роста микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов в такой системе является периодическим культивированием, а культуру бактерий называют непрерывной культурой.

Рост культуры на жидкой питательной среде может быть:

  • придонным:
  • диффузным;
  • поверхностным.

Рост периодической культуры можно разделить на несколько фаз. Эти фазы можно показать в виде отрезков кривой размножения микроорганизмов (рисунок 1).

  • Лаг-фаза. Период между посевом бактерий и началом процесса размножения. Длится $4-5$ увеличиваются в объеме и готовятся к делению. Увеличивается количество белка, нуклеиновых кислот и других соединений.
  • Фаза логарифмического роста. Период интенсивного деления клеток. Продолжительность $5-6$ часов. Клетки бактерий наиболее чувствительны.
  • Фаза стационарного роста (максимальной концентрации бактерий). Количество жизнеспособный клеток постоянно, наблюдается М-концентрация (максимальная концентрация). Продолжительность фазы зависит от вида и особенностей бактерий, культивирования.
  • Фаза гибели бактерий. В условиях истощения питательной среды, а также накопления продуктов метаболизма происходит отмирание бактерий.

Продолжительность от $10$ часов до нескольких недель.

Размножение бактерий на плотной питательной среде

При росте на плотных питательных средах бактерии формируют изолированные колонии с ровными или неровными краями округлой формы, разного цвета и консистенции. Цвет питательной среды зависит от пигмента микроорганизмов наиболее распространенными пигментами являются каротины, меланины, ксантофиллы. Многие пигменты обладают антибиотикоподобным, антимикробным действием.

Замечание 2

Форма, цвет, вид колоний на плотных питательных средах учитываются при идентификации микроорганизмов, отборе колоний для создания чистых культур.