Bakterie Budowa. Bakterie są najmniejszymi znanymi organizmami

Bakterie
Budowa. Bakterie są najmniejszymi znanymi organizmami. Wielkość ich komórek waha się od 0,2 do 80
µm, przeciętnie wynosi l µm. Komórka bakterii zbudowana jest inaczej niż u pozostałych
organizmów. Przede wszystkim brak u niej właściwego jądra, które zastępuje nukleoid złożony ze
splątanej nici nukleinowej, zwanej genoforem, funkcjonalnie odpowiadającej chromosomowi, choć
różniącej się od niego chemicznie. Poza nukleoidem w cytoplazmie znajduje się dużo rybosomów
oraz mezosomy - drobne twory, którym przypisuje się rolę centrów energetycznych. W cytoplazmie
znajdują się również różne substancje zapasowe, jak: węglowodany (glikogen, amyloza), tłuszcze,
białka i wolutyna. U bakterii fotosyntetyzujących występują twory (ciałka barwnikowe) zawierające
chlorofil i spełniające rolę chloroplastów, lecz znacznie prościej od nich zbudowane.
Protoplast otoczony jest błoną cytoplazmatyczną (plazmalemmą), którą od zewnątrz
okrywa ściana komórkowa. Ma ona swoisty, skomplikowany skład chemiczny (węglowodanowotłuszczowo-białkowy), inny niż u reszty organizmów. Poza nielicznymi wyjątkami brak w niej celulozy.
Całą komórkę osłania ponadto różnej grubości otoczka śluzowa, która ma dla organizmu znaczenie
ochronne. Niektóre bakterie opatrzone są kurczliwymi rzęskami, dzięki którym organizm może
poruszać się w środowisku płynnym. Na ścianie komórkowej wielu bakterii znajdują się cieniutkie
wyrostki, zwane fimbriami.
Postać komórki bakterii bywa różna. Najpospolitsze bakterie właściwe mają komórki
kuliste (ziarenkowiec), cylindryczne (pałeczka nie wytwarza przetrwalników, czyli organów,
służących do przetrwania warunków niekorzystnych dla organizmu; laseczka - tworząca
przetrwalniki), spiralnie skręcone (przecinkowiec, śrubowiec). Bakterie w ogromnej
większości są organizmami jednokomórkowymi. U niektórych gatunków komórki po podziale nie
rozłączają się, lecz tworzą mniej lub bardziej trwałe układy. I tak komórki kuliste tworzą
nieregularne skupienia (gronkowiec), łączą się po dwie (dwoinka), formują łańcuszki
(paciorkowiec) lub różnej postaci pakiety (pakietowiec). Komórki cylindryczne mogą układać się w
nici proste. Rozgałęzione nici spotykamy u promieniowców.
Rys. Schemat budowy komórki bakterii
Rys. Kształty komórek bakteryjnych
Sposób życia. Ogromna większość bakterii odżywia się materią organiczną. Taki sposób
odżywiania się nazywamy cudzożywnością lub heterotrofią. Organizmy cudzożywne, które
pobierają pokarm z martwych organizmów lub ich szczątków, nazywamy saprofitami. Te, które
atakują żywe organizmy i odżywiają się substancjami pobieranymi z ich ciała, określamy mianem
pasożytów. Samożywność, czyli autotrofia, polega natomiast na wytwarzaniu materii organicznej
z pobieranych z zewnątrz związków nieorganicznych (dwutlenek węgla, woda, sole mineralne) i
jest właściwością prawie wyłącznie roślin zielonych. Wśród bakterii tylko nieliczne gatunki są
autotrofami. Jedne z nich (bakterie purpurowe i zielone) zawierają chlorofil i, podobnie jak rośliny
zielone, przeprowadzają proces fotosyntezy, wykorzystując do tego energię świetlną. Inne nie mają
chlorofilu, lecz mogą asymilować dwutlenek węgla, uzyskując potrzebną do tego procesu energię z
utleniania różnych związków nieorganicznych (np. siarkowodoru, soli amonowych, azotynów,
związków żelazawych) lub pierwiastków (np. siarki, wodoru). I tak np. rozpowszechnione w
glebie bakterie nitryfikacyjne ulteniają amoniak i sole amonowe na azotyny (tu działają gatunki z
rodzaju Nitrosomonas) i z kolei te związki na azotany (dokonują tego gatunki z rodzaju Nitrobacter).
Proces asymilacji dwutlenku węgla, oparty na wykorzystaniu energii wiązań chemicznych bez
udziału chlorofilu i energii świetlnej, nosi nazwę chemosyntezy i zachodzi tylko u pewnych
bakterii.
Podobnie jak wszystkie inne organizmy, bakterie oddychają tj. utleniają związki
organiczne, uzyskując stąd energię potrzebną do różnych procesów życiowych. W tym celu jedne z
nich pobierają tlen z otoczenia i w związku z tym mogą żyć tylko w środowisku tlenowym.
Nazywamy je tlenowcami lub aerobami. Inne natomiast potrafią żyć w środowisku beztlenowym, gdyż
potrzebną im do życia energię uzyskują z utleniania związków organicznych bez pobierania tlenu z
zewnątrz. Nazywamy je beztlenowcami lub anaerobami. Taki sposób beztlenowego oddychania,
podczas którego powstają różne produkty uboczne, nosi nazwę fermentacji. W zależności od
powstających w czasie tego procesu związków wyróżniamy fermentację mlekową (powstaje kwas
mlekowy), masłową (kwas masłowy), alkoholową (alkohol) itp.
Nieliczne gatunki bakterii mają zdolność asymilacji azotu atmosferycznego (między innymi:
beztlenowiec Clostridium pasteurianum i tlenowiec Azotobacter chroococcum). Azot jest
pierwiastkiem niezbędnym do budowy ciała roślin i zwierząt (wchodzi w skład białek), jednak, mimo że
występuje bardzo obficie w powietrzu (ok. 78%), w stanie wolnym jest dla nich niedostępny. Dlatego
możliwość asymilacji wolnego azotu przez niektóre bakterie jest dla nich bardzo cenną właściwością, gdyż
uniezależnia je od obecności związków azotowych w podłożu.
Tylko część bakterii ma zdolność ruchu. Poruszają się one za pomocą rzęsek, a tylko
nieliczne pełzają po podłożu. Bakterie nie mają organelli zmysłowych, ale reagują na bodźce
chemiczne i fizyczne.
Rozmnażają się wegetatywnie przez podział komórki ale nie w drodze mitozy, jak komórki innych
organizmów, lecz w sposób uproszczony. W warunkach korzystnych dla rozwoju podziały komórek mogą
następować co 20-30 minut, co w krótkim czasie mogłoby doprowadzić do powstania milionów
potomstwa jednej komórki. Zwykle jednak nie dochodzi do tak gwałtownego rozwoju, gdyż
przeciwdziała temu wyczerpanie się substancji pokarmowych w podłożu i nagromadzenie szkodliwych
dla życia bakterii produktów przemiany materii. W ostatnich czasach odkryto u niektórych bakterii
proces płciowy. Polega on na stykaniu się komórek różnych pod względem płciowym (tzw. koniugacja) i
przekazywaniu materiału genetycznego w postaci części nukleoidu.
W warunkach niekorzystnych dla życia wiele gatunków wykształca przetrwalniki, zwane
również endosporami, okryte bardzo grubą ścianą komórkową i powstające pojedynczo lub po dwa
we wnętrzu komórki. Są one bardzo odporne na szkodliwe działanie różnych czynników, jak niska lub
bardzo wysoka temperatura, promienie ultrafioletowe, chemiczne środki dezynfekcyjne itp.
Występowanie i rola w przyrodzie. Bez wielkiej przesady można powiedzieć, że bakterie
występują wszędzie. Spotykamy je bowiem w całej biosferze - od gorących źródeł po lody
podbiegunowe, od szczytów górskich po głębiny oceanów, w glebie i w wodzie, w martwych i żywych
organizmach. Żywe bakterie, będące w aktywnym stanie, występują jednak tylko w środowisku
płynnym lub półpłynnym, ale przy ich mikroskopijnych wymiarach wystarcza im bardzo mała ilość
płynu. W powietrzu mogą występować przejściowo, przenoszone w grudkach pyłu, gdzie dość
dobrze znoszą krótkotrwałą suszę. W środowisku powietrznym najczęściej spotykamy
przetrwalniki, które za pomocą prądów powietrza mogą być przenoszone na znaczne odległości. To
niezwykle szerokie rozprzestrzenienie bakterii możliwe jest dzięki bardzo drobnym wymiarom tych
organizmów, ich ogromnej sile rozrodczej, odporności na niekorzystne dla życia warunki otoczenia i wielkiej różnorodności wymagań życiowych.
W dogodnych warunkach bakterie rozwijają się masowo, a szczególnie obficie w miejscach,
gdzie występuje dużo różnych substancji organicznych (ścieki, różne nieczystości, obornik,
kompost, muły denne, dobrze nawożona gleba).
Bakterie odgrywają ogromną rolę w przyrodzie, rozkładając szczątki roślinne i zwierzęce,
przeciwdziałając gromadzeniu się ich w coraz większej ilości. Na skutek działalności tych
mikroorganizmów ulegają one rozkładowi na związki proste, jak amoniak, dwutlenek węgla i woda, które
zostają włączone w ogólny obieg materii. Bakterie oddziałują nie tylko na materię organiczną, ale
dokonują również szeregu przemian wśród związków nieorganicznych. Stanowią więc ważne ogniwo w
procesie krążenia pierwiastków w przyrodzie (głównie węgla, azotu, fosforu i siarki). Odgrywają istotną
rolę w procesach glebotwórczych, co ma podstawowe znaczenie dla kształtowania się pokrywy
roślinnej. Stanowią integralną część biosfery i bez nich nie do pomyślenia byłoby kształtowanie się życia
na naszej planecie w takiej formie, w jakiej ono dzisiaj występuje.
Wiele bakterii jako środowisko swego życia obrało ciało żywych organizmów. Obecność ich
wcale nie jest obojętna dla organizmu gospodarza, zarówno w sensie negatywnym, jak i
pozytywnym. Wyraźną szkodę przynoszą mu pasożyty, odżywiające się jego kosztem i
wydzielające przy tym różne toksyny (trucizny). Wskutek tego zaatakowany organizm choruje, a
nawet ginie. Powszechnie znane są różne bakterie pasożytnicze powodujące choroby człowieka,
zwierząt i roślin.
Istnieją pewne bakterie, które żyjąc w ciele gospodarza, odżywiają się wprawdzie jego
kosztem, jednak przynoszą mu pewne korzyści, które w bilansie ogólnym równoważą wyrządzane
mu szkody, a nawet je przewyższają. Są to bakterie symbiotyczne. Przykładem tych stosunków
może być symbioza roślin motylkowych z bakteriami brodawkowymi (Rhizobiu) występującymi w
korzeniach tych roślin (np. łubinu, koniczyny, grochu, seradeli itp.). Bakterie te mają zdolność
asymilowania azotu atmosferycznego. Z gleby wnikają przez włośniki do korzeni, gdzie początkowo
pędzą pasożytniczy tryb życia, odżywiając się kosztem gospodarza. Powodują one lokalny rozrost
tkanki korzenia i powstawanie charakterystycznych brodawek. Po pewnym czasie bakterie
wypełniające brodawkę zmieniają swą postać z pałeczkowatej na rozgałęzioną i ulegają strawieniu
przez gospodarza, a zawarte w nich substancje bogate w związki azotowe zostają przyswojone przez
roślinę. Symbioza ta uniezależnia rośliny motylkowe od zasobów związków azotowych w podłożu,
wskutek czego rośliny te mogą żyć na glebach ubogich w ten pierwiastek. Podobny charakter mają
niektóre inne symbiozy roślinne.
Bakterie symbiotyczne występują również w ciele zwierząt. Zasiedlają one ich przewód
pokarmowy, ułatwiając, a niekiedy w ogóle umożliwiając trawienie pokarmu. Spotykamy je w
przewodzie pokarmowym niektórych owadów, jak np. termitów, gdzie umożliwiają trawienie pokarmu
roślinnego zawierającego celulozę. Żyją również w przewodzie pokarmowym ptaków i ssaków,
odżywiających się pokarmem roślinnym. Bardzo bogatą florę bakteryjną zawiera żwacz zwierząt
przeżuwających, dzięki której w ogóle możliwe jest trawienie pokarmu roślinnego. Nawet u
zwierząt wszystkożernych i mięsożernych występuje w przewodzie pokarmowym swoista flora
bakteryjna, w dużej mierze ułatwiająca proces trawienia. Poza włączeniem się mikroorganizmów
w procesy trawienne, bakterie zamieszkujące przewód pokarmowy spełniają jeszcze inną doniosłą
rolę: są dla gospodarza źródłem różnych witamin (np. witaminy B, K). Dlatego stosowanie
antybiotyków powoduje wyjałowienie przewodu pokarmowego, a w konsekwencji upośledzenie
trawienia i niedobór witamin w organizmie.
Znaczenie w życiu człowieka. Znaczenie bakterii dla człowieka związane jest z ich
działalnością, tak pozytywną, jak i negatywną.
Bardzo niebezpiecznym wrogiem człowieka, a także zwierząt i roślin, są bakterie
chorobotwórcze. Wprawdzie walka z nimi przez szczepienia ochronne, odpowiednie
leczenie (antybiotyki), stosowanie środków dezynfekcyjnych i odpowiednią higienę przynosi
coraz lepsze rezultaty, to jednak istnieje z ich strony stałe niebezpieczeństwo; stąd ciągłe
pogotowie służby sanitarno-epidemiologicznej. Innym negatywnym dla człowieka przejawem
działalności bakterii są powodowane przez nie procesy rozkładu, które przysparzają wiele strat
gospodarce ludzkiej. Dotyczy to zarówno produktów żywnościowych, jak i wielu surowców i
artykułów przemysłowych, jak drewno, włókno, papier itp. Specjalne zabiegi zapobiegające tym
procesom (np. mrożenie, suszenie, wędzenie, pasteryzacja żywności, impregnacja drewna, papieru,
włókien) umożliwiają długie przechowywanie produktów w stanie zdatnym do użytku.
Z drugiej strony wiele procesów wywoływanych przez bakterie wykorzystuje się w
gospodarce człowieka. I tak np. niektóre fermentacje wykorzystuje się w celu otrzymania
różnych kiszonek poprawiających smak i trwałość produktów spożywczych (kapusta, ogórki) i
pasz; do produkcji octu, acetonu, alkoholu, kwasu mlekowego i cytrynowego, w przemyśle
serowarskim i mleczarskim; w procesie roszenia lnu i konopi; do produkcji niektórych witamin
(np. witaminy B12 , C), antybiotyków (np. streptomycyny). Ogromnie pożyteczny z gospodarczego
punktu widzenia jest udział bakterii w proc e s a c h gl e b o t w ór c zyc h i f e r me n t a cj i ob o r ni ka .
D u że zn a czenie dla rolnictwa mają bakterie symbiotyczne występujące w korzeniach roślin
motylkowych. Rośliny te otrzymują za pośrednictwem bakterii wiele związków bogatych w azot.
Worane w glebę, jako tzw. nawóz zielony, rozkładają się, a zawarte w nich związki azotowe
przechodzą do gleby, wzbogacając ją w ten cenny pierwiastek. Również bardzo ważnym
procesem wzbogacającym glebę w azot jest przeprowadzana przez niektóre bakterie glebowe
nitryfikacja. Polega ona na utlenianiu amoniaku i powstawaniu łatwo przez rośliny
przyswajalnych azotanów.
Ogromną rolę odgrywają bakterie w oczyszczaniu wód i ścieków, co przy dzisiejszym
stanie zanieczyszczania rzek ma coraz większe znaczenie. Dla nauki wreszcie stanowią niezwykle
interesujący obiekt różnych badań.