Charakterystyka bakterii

Bakterie odkąd pojawiły się na Ziemi niewiele się zmieniły, choć obok nich pojawiały się, zmieniały i ginęły inne, bardziej od nich skomplikowane organizmy.

RDDYEc33glG1O

Fotografia przedstawia dwa okrągłe, płaskie, szklane naczynia, zwane szalkami Petriego, wykorzystywane w laboratoriach. Lewa ma kolor brązowy, prawa czerwony. Na obu szalkach znajdują się białe smugi i kropki. Są to kolonie bakterii.

Bakterie występują we wszystkich środowiskach

BakteriebakterieBakterie występują w wodzie, glebie i powietrzu. Wiele z nich żyje także na powierzchni ciała organizmów lub w ich wnętrzu, gdyż mają tam odpowiednią temperaturę, wilgoć oraz dostateczną ilość pokarmu.

RNV9jyvqcTMCs

Ilustracja przedstawia z lewej strony szary termometr z podziałka od zera do stu stopni Celsjusza. Z boku na czerwono opisano zjawiska zachodzące w danej temperaturze. Czerwony kolor w termometrze wskazuje temperaturę około trzydziestu sześciu stopni, czyli temperaturę ludzkiej krwi. Po prawej znajdują się trzy prostokąty. Dwa górne obejmują zakres temperatury od 60 do 100 stopni. Niebieski prostokąt z rysunkiem jednej bakterii oznacza, że niektóre bakterie w tej temperaturze wytwarzają przetrwalniki. Obok w szarym prostokącie ukazano trzy jaśniejsze nagrobki. Temperatura powyżej 80 stopni jest zabójcza dla wielu bakterii. Przy temperaturze powyżej 60 stopni (na przykład gorące jedzenie) jest rysunek padającej bakterii, co oznacza, że część bakterii ginie. Duży pomarańczowy prostokąt obejmuje temperaturę od 5 do 60 stopni. Temperatura około 55 stopni (ciepłe jedzenie) sprawia, że bakteriom na rysunku jest za gorąco, ale mimo to żyją i rosną. W temperaturze około 36 stopni bakterie dobrze rosną i rozmnażają się. W niższej temperaturze bakterie nadal mogą żyć i dobrze funkcjonować. W temperaturze pięciu stopni bakterie przechodzą w stan uśpienia; na rysunku bakteria chrapie na kanapie.

Pewne gatunki bakterii spotykane są w bardzo nieprzyjaznych środowiskach. Mogą żyć na zimnych lodowcach i w gorących źródłach, w których temperatura wody przekracza 100°C. Spotykane są w głębinach oceanów, występują na terenach bardzo zanieczyszczonych i we wnętrzu wulkanów. Znaleziono je nawet w pokładach ropy naftowej.

Zasiedlanie tak różnorodnych środowisk jest możliwe dzięki ich zdolności do szybkiego rozmnażania i przystosowywania się do zmiennych warunków. W efekcie każde środowisko zamieszkują właściwe dla niego rodzaje bakterii, różniące się wymaganiami, sposobem odżywiania i oddychania.

R1UVdUCfZbk5k

Na czarnym tle widoczny jest niebieski okrąg, zamknięty, w przeźroczystym pojemniku. Na jego powierzchni znajdują się podłużne, pomarańczowe pręgi.

Bakterie mają bardzo różnorodne kształty

Bakterie to najmniejsze jednokomórkowe organizmy na Ziemi. Przeciętnie osiągają wielkość jednej tysięcznej części milimetra. Gdyby ułożyć komórki bakterii jedna za drugą, to na odcinku 1 mm zmieściłoby się ich około 1000.

Niektóre gatunki bakterii tworzą koloniekoloniakolonie, w których pojedyncze komórki po podziale pozostają połączone ze sobą ścianami komórkowymi lub śluzem. Jeśli bakteria oddzieli się od kolonii, może żyć jak odrębny organizm jednokomórkowy i dawać początek kolejnej kolonii.

Komórki bakterii przybierają różne kształty, od których pochodzą ich nazwy. Są wśród nich kuliste ziarniaki, wydłużone pałeczki i laseczki oraz formy spiralne, np. krętki.

Ziarniaki mogą łączyć się po dwie komórki w tzw. dwoinki. Pakietowce tworzą skupiska przypominające kości do gry,  gronkowce – nieregularne bryłki podobne do kiści winogron, zaś paciorkowce – długie łańcuszki na wzór koralików. Kształty komórek i wygląd kolonii są charakterystyczne dla gatunku bakterii.

RjuAm3D0yEtXP

Ilustracja przedstawia trzy prostokątne, żółte plansze z błękitnymi rysunkami bakterii. U góry znajdują się formy kuliste. Występują pojedynczo - ziarniak, jedna niebieska kula, lub grupowo: dwoinka, dwie połączone niebieskie kule, gronkowiec, połączone niebieskie kule tworzące trójkąt i paciorkowiec, połączone ze sobą niebieskie kule, tworzące literę L. Poniżej ukazano formy podłużne: pałeczkę, w kształcie niebieskiego owalu, i laseczkę, w kształcie walca. Po prawej znajduje się krętek - przedstawiciel form spiralnych bakterii.

Bakterie nie mają jądra komórkowego

• Komórka bakterii nie zawiera jądra komórkowego. Jego funkcję pełni nić DNA zanurzona w cytoplazmie.

• Bakterie, podobnie jak wszystkie komórki, mają błonę komórkową i cytoplazmę.

• Na powierzchni błony komórkowej znajduje się bakteryjna ściana komórkowa. Jest ona inaczej zbudowana niż ściana komórek roślinnych i grzybowych, a na jej powierzchni może dodatkowo występować warstwa śluzu chroniąca bakterię przed wyschnięciem.

• W komórkach bakterii nie występują struktury otoczone błoną, jak mitochondria, chloroplasty. Występują natomiast rybosomy, a u niektórych również kurczliwe rzęski, dzięki którym mogą się poruszać.

RqYJgRR6tzd07

Ilustracja przedstawia komórkę bakterii, która ma owalny kształt i brązowy „ogonek”, czyli rzęskę. Części komórki bakterii oznaczono różnymi kolorami. Od zewnątrz błękitna otoczka śluzowa, pod nią liliowa ściana komórkowa i pomarańczowa błona komórkowa. Cytoplazmę we wnętrzu komórki ukazano w kolorze beżowym z ciemniejszymi grudkami, które symbolizują rybosomy. W środku komórki przedstawiono cząsteczkę kwasu nukleinowego w postaci splątanej nici w kolorze szafirowym.

Bakterie mogą być cudzożywne lub samożywne

Bakterie, mimo niewielkich rozmiarów i ciała zbudowanego z jednej komórki, wykonują wszystkie czynności życiowe. Odżywiają się, oddychają, wydalają, rozmnażają się i rosną oraz reagują na czynniki środowiska.

Ogromna większość bakterii odżywia się cudzożywnie. Są wśród nich saprobiontysaprobiontysaprobionty, które uzyskują substancje pokarmowe rozkładając materię organiczną oraz pasożytypasożytpasożyty, które odżywiają się kosztem innych organizmów. Bakterie pasożytnicze wywołują groźne choroby zakaźne.

Część bakterii cudzożywnych żyje z innymi organizmami w symbioziesymbiozasymbiozie, czyli w związku, który przynosi korzyści obu stronom, zwanym symbiontami. Symbiont jest dla bakterii źródłem pokarmu i stanowi sprzyjające środowisko życia. Bakterie z kolei dostarczają mu niezbędnych substancji i ułatwiają prowadzenie procesów życiowych.

Galeria zdjęć gatunków bakterii:

RJxBxmSl2tBP1

Fotografia przedstawia liczne podłużne, niebieskie bakterie na czarnym tle. Są to pałeczki okrężnicy, symbionty człowieka.

R1Gx5aExw2rza

Fotografia przedstawia na czarnym tle liczne kuliste, fioletowe, połączone po dwie bakterie. Są to dwoinki zapalenia płuc.

Nieliczne bakterie są samożywne. Należą do nich między innymi sinicesinicesinice, które produkują składniki odżywcze w procesie fotosyntezyfotosyntezafotosyntezy. Sinice żyją w wodach słodkich i słonych. Ich przodkowie byli pierwszymi na Ziemi organizmami zdolnymi do fotosyntezy. Dzięki nim około 3 miliardów lat temu w atmosferze pojawił się tlen.

Bakterie oddychają tlenowo i beztlenowo

Bakterie, podobnie jak wszystkie organizmy, energię potrzebną do życia uzyskują w procesie oddychania komórkowego.

Bakterie, które żyją w środowisku zasobnym w tlen, oddychają tlenowo, rozkładając związki organiczne na dwutlenek węgla i wodę.

Gatunki bakterii, które zamieszkują środowisko beztlenowe lub bardzo ubogie w tlen, produkują energię bez udziału tego pierwiastka na drodze fermentacji. W jej wyniku powstaje np. alkohol etylowy - w procesie fermentacji alkoholowej lub kwas mlekowy - w procesie fermentacji mlekowej.

Istnieją też takie bakterie, które sposób oddychania dostosowują do warunków środowiska. Kiedy w podłożu jest dużo tlenu, oddychają tlenowo. Jeżeli ilość tlenu obniża się, zaczynają oddychać beztlenowo.

1

Ćwiczenie 2

W laboratoriach niektóre hodowle bakterii prowadzi się w płynnych pożywkach umieszczonych w probówkach. Takie środowisko umożliwia przemieszczanie się tych mikroorganizmów w zależności od ich zapotrzebowania na tlen. Przyporządkuj hodowlom bakterii właściwe podpisy.

Hodowla bakterii beztlenowych
Hodowla bakterii tlenowych
Hodowla bakterii dostosowujących się do ilości tlenu

RqaGhpzdotxXq

Ilustracja przedstawia trzy jasno szare naczynia laboratoryjne, czyli probówki. Znajduje się w nich błękitny płyn i czarne kropki, oznaczające bakterie. Probówki są oznaczone numerami od jeden do trzech. W pierwszej probówce bakterie są skupione u góry. W drugiej bakterie znajdują się na jej dnie. W trzeciej probówce bakterie są rozmieszczone w całym płynie, jednak większość skupia się pod powierzchnią.

R130bk4uDqa8e

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zastanów się, w którym miejscu płynnej pożywki będzie najwięcej tlenu.

Pokaż odpowiedź

Hodowla bakterii beztlenowych – 2
Hodowla bakterii tlenowych – 1
Hodowla bakterii dostosowujących się do ilości tlenu – 3

Liczba bakterii podwaja się bardzo szybko

Bakterie rozmnażają się przez podział komórki. W sprzyjających warunkach każda bakteria dzieli się co około 20 minut. Na szczęście proces ten nie trwa w nieskończoność. Brak pożywienia i nagromadzenie szkodliwych produktów przemiany materii, powoduje zahamowanie rozwoju kolonii. W efekcie liczebność żywych bakterii spada.

Dla zainteresowanych

Jak przebiega podział komórki bakteryjnej?

Komórka bakteryjna dzieli się na dwie w wyniku podziału poprzecznegopodział poprzecznypodziału poprzecznego, który przebiega w trzech etapach. Są to:

• skopiowanie materiału genetycznego komórki (nici DNA);

• podwojenie rozmiaru komórki;

• rozdzielenie pojedynczej komórki na dwie potomne.

RVqQQJfx1K8zb

Grafika przedstawia podział komórki bakteryjnej. Jest ona okrągła z zieloną błoną, błękitnym wnętrzem i ciemno niebieskim, pofalowanym materiałem genetycznym. Najpierw dochodzi do podwojenia materiału genetycznego, następnie komórka rośnie wzdłuż, a na koniec dzieli się na dwie.

Czas podwojeniaczas podwojeniaCzas podwojenia komórek bakterii zależy od gatunku. W sprzyjających warunkach bakterie dzielą się co ok. godzinę, a niektóre nawet co 20 minut.

RCqozPLAFTE9s

Schemat przedstawia schemat złożony z wielu zielonych linii, połączonych niewielkimi kropkami, tempo przyrostu liczby osobników bakterii. Lewa strona jest opisana jako czas, od zera do stu dwudziestu minut. Prawa strona jest podpisana: liczba komórek bakterii, od 1 do 64. Na schemacie zielone punkty oznaczają bakterie, a niebieskie kreski symbolizują ich podział na dwie komórki potomne. Schemat odczytujemy od góry w dół. W ciągu 0 minut następuje przyrost o jedną bakterię, w ciągu 20 minut o 2 bakterie, w ciągu 40 minut o cztery bakterie, w ciągu 60 minut o 8 bakterii, w ciągu 80 minut o szesnaście bakterii, w ciągu 100 minut o trzydzieści dwie bakterie, w ciągu 120 minut o sześćdziesiąt cztery bakterie.

R1dXIXv9NyhVv

Ilustracja przedstawia wykres liniowy. Osie wykresu nie mają podziałek. Oś Y oznacza liczbę bakterii, oś X oznacza czas. Przestrzeń pomiędzy osiami jest podzielona na cztery nierówne kolumny, opisane u góry na oliwkowym tle jak fazy: od pierwszej do czwartej. Ciemnozielona linia wznosi się w fazie drugiej, stabilizuje w trzeciej i spada w czwartej. W fazie drugiej linią przerywaną zaznaczono teoretyczny wzrost.

Jakie czynniki wpływają na podziały bakterii?

Do prawidłowego wzrostu i rozmnażania bakterie wymagają odpowiednich warunków środowiska. Wszystkie jednak potrzebują mieć dostęp do wody, ponieważ jest ona środowiskiem reakcji chemicznych w komórkach. Reakcje te zachodzą wydajnie jedynie w odpowiedniej temperaturze. Jeśli jest ona zbyt niska lub zbyt wysoka, to rozwój bakterii jest zahamowany. Ponadto część bakterii wymaga do życia obecności tlenu (bakterie tlenowebakterie tlenowebakterie tlenowe), a dla innych jest on szkodliwy (bakterie beztlenowebakterie beztlenowebakterie beztlenowe). Obecność w środowisku pewnych substancji chemicznych, takich jak antybiotykiantybiotykiantybiotyki, również może zahamować wzrost bakterii.

W niesprzyjających warunkach bakterie przestają się rozmnażać i tworzą przetrwalnikiprzetrwalnikiprzetrwalniki. Są to bardzo odporne, pozbawione przejawów życia formy, które wracają do normalnych funkcji życiowych, gdy warunki na to pozwalają (nawet po upływie kilkudziesięciu lat).

Bakterie są ważne w przyrodzie...

• Wszystkie środowiska życia na Ziemi funkcjonują dzięki bakteriom. Gdyby nagle znikły bakterie cała Ziemia pokryłaby się ogromną ilością martwych roślin i zwierząt, a substancje mineralne w glebie uległyby wyczerpaniu.

• Bakterie rozkładając szczątki organizmów uwalniają z niej pierwiastki i biorą udział w tworzeniu gleby. Dzięki temu substancje te mogą być pobrane przez rośliny i na nowo wbudowane w ich ciała, które następnie trafiają do roślinożerców (organizmów odżywiających się roślinami). Po śmierci tych ostatnich ponownie ich ciałami odżywiają się bakterie.

• Bakterie tworzące narośla na korzeniach niektórych roślin, np. grochu. Pomagają im przyswajać azot z powietrza.

Galeria przedstawiająca znaczenie bakterii w przyrodzie:

Rzy6ZoRjQIq3y

Ilustracja przedstawia na niebieskim tle zieloną roślinę z brązowym kwiatostanem u góry i brązowymi korzeniami u dołu. Dolna część ilustracji przedstawia blado brązową ziemię. Po prawej znajduje się niebieskie koło z brązowym tłem oraz szarymi i zielonymi plamkami, przedstawiającymi bakterie. Strzałki prowadzą od rośliny w lewo, do ziemi. Ukazano tu zielony podłużny kształt – opadnięty liść i brązowe dżdżownice. U dołu pod korzeniami narysowane są brązowe okręgi i dżdżownice. Strzałka dalej w prawo prowadzi do niebieskiego kółka, powiększenia obrazu, które znajduje się po prawej. Zielone owale oznaczają bakterie, rozkładające martwą materię, co przyczynia się do użyźniania gleby.

Rb7FeyfskQEvd

Ilustracja przedstawia po lewej roślinę łubinu z zielonymi liśćmi, żółtymi kwiatami i białymi korzeniami. Po prawej w pionie są trzy koła z opisami. U góry na brązowym tle narysowano biały fragment korzenia ze zgrubieniami. Są to tak zwane brodawki, w których żyją bakterie. Środkowe koło przedstawia wielokątne, pomarańczowe komórki korzenia, w dwóch z nich znajdują się szaro brązowe bakterie brodawkowe. Pobierają one azot z powietrza i budują z niego białka. Dolne kółko przedstawia na brązowym tle biały fragment korzenia, do którego wnika czerwona, podłużna bakteria

R1EXSbAQPTgsZ

Fotografia przedstawia czarno – białą krowę na ogrodzonej łące. Na wizerunku krowy zaznaczono różowym kolorem schemat jej układu pokarmowego. Po lewej znajduje się pomarańczowe kółko z szaro brązowymi pałeczkami, czyli bakteriami. Strzałka prowadzi od niego do żołądka krowy. Oznacza to, że w żołądku krowy żyją bakterie symbiotyczne, które rozkładają celulozę.

... i dla człowieka

• Bakterie symbiotyczne, które zasiedlają przewód pokarmowy człowieka, pomagają rozkładać niestrawione składniki pokarmowe, a także wytwarzają witaminy K i B.

• W przemyśle spożywczym bakterie, które przeprowadzają fermentację mlekową znalazły zastosowanie do produkcji kiszonekkiszeniekiszonek, jogurtu, kefiru.

• Bakterie są wykorzystywane w oczyszczalniach ściekówbiologiczne oczyszczanie ściekówoczyszczalniach ścieków, do rozkładania zanieczyszczeń.

• Niektóre gatunki bakterii znalazły zastosowanie przy produkcji leków, np. antybiotykówantybiotykiantybiotyków.

Galeria przedstawiająca znaczenie bakterii dla człowieka:

R10XYWROHNZrN

Ilustracja przedstawia żółtą sylwetkę człowieka z wrysowanymi jelitami. Obok znajduje się szafirowe kółko z jaśniejszymi, pałeczkowatymi kształtami oznaczającymi bakterie. Strzałka prowadzi od bakterii do jelit. Oznacza to, że niektóre bakterie żyją w przewodzie pokarmowym człowieka i pomagają w trawieniu oraz wytwarzają witaminy B i K.

RYW27kaEDeIS1

Fotografia przedstawia ogórki kiszone w naczyniu, przykryte częściowo gałązkami kopru.

ROopQJchMcUUb

Fotografia przedstawia budowlę techniczną, widzianą z góry. Znajdują się tam cztery okrągłe zbiorniki, dwa silosy i wiele budynków. Jest to biologiczna oczyszczalnia ścieków. Tu bakterie rozkładają składniki ścieków.

R1Q4pHOyLROKV

Fotografia przedstawia pojemnik z resztkami roślinnymi. Są tu kwiaty, liście, sucha trawa. Taki pojemnik to kompostownik. W nim bakterie rozkładają resztki, wytwarzając naturalny nawóz. Można go wykorzystać na działce i na polu.

RNoNMP8ytwWrx

Fotografia przedstawia dwie buteleczki medyczne. Pod nimi leży pomarańczowa osłonka igły, plastikowy kapturek i wąska strzykawka z krótką igłą. Bakterie służą do produkcji szczepionek i leków.

RvKv0Os8LmytQ

Fotografia przedstawia wnętrze laboratorium. Na białych stolikach stoją różne urządzenia badawcze, większość w kolorze szafirowym i białym. Na półkach nad nimi umieszczono liczne kolorowe pojemniki z substancjami chemicznymi. Bakterie wykorzystuje się w badaniach genetycznych.

• Bakterie chorobotwórcze to pasożyty, które osłabiają zainfekowany organizm, niszcząc jego tkanki lub wydzielając trucizny, tzw. toksyny.

• Bakterie powodują także rozkład drewnianych konstrukcji, w gospodarstwach domowych są przyczyną psucia się żywności. Mnożąc się nadmiernie, bakterie zanieczyszczają zbiorniki wodne.

Galeria przedstawiająca znaczenie bakterii:

RhLVOpgAWuNRC

Fotografia przedstawia gnijące jabłko. Jest ono okrągłe, pomarszczone i większości brązowe, niewielka część ma kolor żółty. Na owocu znajdują się małe, czarne mrówki.

R1cQoKYVGKbr1

Fotografia przedstawia ustawione pionowo kawałki chropowatego, szaro‑brązowego, niszczejącego drewna z niebieskim nalotem.

R1T3YviOtUcHe

Fotografia przedstawia brzeg zbiornika wodnego. Po prawej stronie skała częściowo zanurzona w wodzie. Na niej, na granicy wody i powietrza zielony nalot glonów.

To ważne!

• Bakterie żyją we wszystkich środowiskach występujących na Ziemi: w wodzie, glebie, powietrzu, wewnątrz organizmów.

• Komórki bakterii przybierają różne formy (kuliste, podłużne, spiralne). Wiele bakterii tworzy kolonie.

• Większość bakterii jest cudzożywna, ale istnieją także bakterie samożywne.

• Wśród cudzożywnych bakterii spotykane są saprobionty, pasożyty i symbionty.

• Bakterie oddychają tlenowo i beztlenowo, rozmnażają się przez podział komórki.

• Odgrywają ważną rolę w przyrodzie, rozkładając martwe szczątki organizmów  zapobiegają ich gromadzeniu się, a także są wykorzystywane w wielu dziedzinach życia człowieka (uczestniczą m.in. w: tworzeniu gleby, oczyszczaniu ścieków, w procesach tworzenia niektórych produktów spożywczych oraz leków).

Na pożegnanie

Ćwiczenie 10

R16R22VPLSGgW

Ilustracja przedstawia wykres liniowy. Osie wykresu nie mają podziałek. Oś Y oznacza liczbę bakterii, oś X oznacza czas. Przestrzeń pomiędzy osiami jest podzielona na cztery nierówne kolumny, opisane u góry na oliwkowym tle jak fazy: od pierwszej do czwartej. Ciemnozielona linia wznosi się w fazie drugiej, stabilizuje w trzeciej i spada w czwartej. W fazie drugiej linią przerywaną zaznaczono teoretyczny wzrost.

RiVxI1yJAxQ8u

Odczytaj z wykresu i zaznacz fazę, w której następuje obumieranie kolonii. Możliwe odpowiedzi: 1. faza IV, 2. faza I, 3. faza II, 4. faza III

Ćwiczenie 16

RZJ7ouGikdoot

Zakresy temperatur dla wzrostu bakterii. Oś y: tempo wzrostu, oś x: temperatura [°C]. Kriofile rosną w temperaturach od ok. -5 do 20°C, mezofile: od 15 do 45°C, termofile: od 42 do 80°C.

RowSuAS6L7I37

Ćwiczenie 17

RzwSckMNfx1sC

Wykres przedstawia wpływ stężenia chlorku sodu (NaCl) na wzrost bakterii. Oś y: tempo wzrostu, oś x: zawartość soli kuchennej [%]. Bakterie wymagające niskiego stężenia soli najszybciej rosną, kiedy w otoczeniu nie ma chlorku sodu, przy niskich jego stężeniach (ok. 1%) nie rosną w ogóle. Bakterie wymagające średniego stężenia soli rosną, kiedy zawartość chlorku sodu w otoczeniu wynosi od ok 0,01 do ok. 12%. Bakterie wymagające wysokiego stężenia soli rosną, kiedy zawartość chlorku sodu w otoczeniu wynosi od ok. 11 do więcej niż 20%.

RCxxQ6P7jkZZD