Bakterie
Historia bakterii zaczęła się ponad 3 mld lat temu. Od 2 mld lat te najprostsze organizmy zbytnio się nie zmieniły, choć w tym czasie obok nich pojawiały się, zmieniały i ginęły inne, bardziej od nich skomplikowane organizmy.
Pięć królestw świata żywego.
Pojęcia związane z czynnościami życiowymi organizmów, takie jak: cudzożywność, samożywność oraz sposoby oddychania.
Budowę komórki bakteryjnej.
Omówisz miejsca występowania bakterii.
Rozróżnisz w oparciu o ilustracje wybrane formy bakterii.
Opiszesz czynności życiowe bakterii.
Wykażesz rolę bakterii w przyrodzie i w gospodarce człowieka.
1. Środowisko życia bakterii
Śmiało można stwierdzić, że bakteriebakterie występują wszędzie: w wodzie, glebie i powietrzu. Dzięki mikroskopijnym rozmiarom są one łatwo przenoszone przez prądy powietrza na drobinach kurzu lub w kroplach wody. Każdy gatunek bakterii ma swoje wymagania co do rodzaju podłoża, temperatury otoczenia i dostępu do tlenu. Wiele bakterii żyje na powierzchni ciała organizmów lub w ich wnętrzu, gdyż mają tam odpowiednią temperaturę, wilgoć oraz dostateczną ilość pokarmu.
Pewne gatunki bakterii spotykane są w skrajnych warunkach. Mogą żyć na zimnych lodowcach i w gorących źródłach, w których temperatura wody przekracza 100 °C. Spotykane są w głębinach oceanów, gdzie panuje wysokie ciśnienie, a także w najwyższych warstwach atmosfery. Występują na terenach skażonych radioaktywnie i we wnętrzu wulkanów. Wyizolowano je nawet z pokładów 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.
Kwas burakowy jest cennym źródłem witamin z grupy B i soli mineralnych, szczególnie związków żelaza. Zawarte w nim bakterie mlekowe wspomagają pracę układu pokarmowego.
Wyjaśnij, w jaki sposób komórki bakterii mogą znaleźć się w powietrzu. Na tej podstawie sformułuj zalecenia, jak chronić siebie i innych przed niepożądanym kontaktem z bakteriami.
Miejscami, gdzie występuje najwięcej bakterii, są klamki, uchwyty w autobusach i tramwajach, powierzchnie telefonów i klawiatury komputerów, a w kuchni deski do krojenia oraz ścierki i gąbki. Badania wykazują, że zwykle znacznie czystsze od nich są deski i muszle klozetowe.
2. Różnorodność bakterii
Bakterie to najmniejsze jednokomórkowe organizmy na Ziemi. Przeciętnie osiągają jedną tysięczną milimetra. Gdyby ułożyć komórki bakterii jedna za drugą, to na odcinku 1 mm zmieściłoby się ich około 1000. Niektóre gatunki bakterii tworzą koloniekolonie, w których pojedyncze komórki po podziale pozostają połączone ze sobą ścianami komórkowymi lub śluzem. Jeśli bakteria oddzieli się od kolonii, może funkcjonować jak odrębny organizm jednokomórkowy i dawać początek kolejnej kolonii. Bakterie nie posiadają jądra komórkowego.
Komórki bakterii przybierają różne kształty, od których często pochodzą ich nazwy. Są wśród nich kuliste ziarniaki, wydłużone pałeczki i laseczki oraz spiralne przecinkowce, śrubowce i krętki. Ziarniaki mogą łączyć się po dwie komórki w tzw. dwoinki. Pakietowce tworzą regularne pakiety, a gronkowce – nieregularne bryłki przypominające kiść winogron, zaś paciorkowce – długie łańcuszki podobne do koralików. Kształty komórek i wygląd kolonii są cechami charakterystycznymi dla określonego gatunku bakterii.
Zrób z plasteliny lub innej masy plastycznej modele komórek bakterii.
W 1997 roku w osadach dennych u wybrzeży Afryki odkryto gatunek największych znanych bakterii. Ich komórki mogą osiągać imponujące rozmiary (0,75 mm), co sprawia, że można je dojrzeć bez użycia przyrządów optycznych. Są żółto zabarwione i utrzymują się razem dzięki śluzowatej otoczce. Tworzą kolonie, które pod mikroskopem przypominają sznur pereł, dlatego nazwę tej bakterii tłumaczy się jako „siarkową perłę”.
3. Odżywianie bakterii
Bakterie, mimo niewielkich rozmiarów i ciała zbudowanego z jednej komórki, wykonują wszystkie czynności życiowe. Odżywiają się, oddychają, wydalają, rozmnażają się i rosną, są także wrażliwe na czynniki środowiska.
Ogromna większość bakterii odżywia się cudzożywnie, pobierając substancje pokarmowe z otoczenia. Część z nich uzyskuje substancje odżywcze rozkładając martwą materię organiczną znajdującą się np. w glebie lub na dnie zbiorników wodnych. W ten sposób bakterie glebowe rozkładają odchody zwierząt lub ich martwe ciała oraz szczątki roślin. Podobnie funkcjonują bakterie nazębne żywiące się resztkami pokarmu pozostającego po posiłku w jamie ustnej, bakterie mlekowe powodujące kwaśnienie mleka i kiszenie warzyw oraz te odpowiedzialne za psucie się żywności.
Wiele gatunków bakterii to pasożyty, które odżywiają się kosztem innych organizmów. Do ich wnętrza dostają się drogą pokarmową wraz ze zjedzonym pożywieniem lub wypitą wodą, drogą oddechową razem z wdychanym powietrzem lub przez rany. Do roślin wnikają najczęściej przez uszkodzone tkanki. Wywołują przy tym choroby zakaźne.
Część bakterii cudzożywnych żyje z innymi organizmami w symbiozie, 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.
Wśród bakterii istnieje nieliczna grupa organizmów samożywnych. Należą do nich między innymi sinicesinice, które produkują składniki odżywcze w procesie fotosyntezyfotosyntezy. Ich komórki zawierają niezbędny do tego chlorofil oraz niebieskie i czerwone barwniki pomocnicze. Wspólnie nadają one komórkom sinic charakterystyczne sinoniebieskie zabarwienie. 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.
Powierzchnię jamy ustnej i zębów pokrywają bakterie nazębne. Żywią się pozostałościami pokarmu, który gromadzi się między zębami i w kieszonkach dziąseł. Rozkładają zawarty w pokarmie cukier i wytwarzają kwasy, które osłabiają szkliwo – ochronną warstwę pokrywającą zęby. Może to prowadzić do powstawania ubytków w tkance zęba. Najlepszym sposobem obrony przed bakteriami nazębnymi jest staranne czyszczenie zębów po każdym posiłku.
Nazwij i opisz sposób odżywiania bakterii znajdujących się:
w białym serze,
w glebie,
w jelicie.
4. Oddychanie bakterii
Bakterie, podobnie jak wszystkie organizmy, energię potrzebną do życia uwalniają w procesie oddychania komórkowego. Te, 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. Proces oddychania beztlenowego, w którym źródłem energii jest cukier, nazywamy fermentacją. Natomiast wówczas, gdy źródłem energii jest białko, zachodzi proces gniciagnicia.
SPOSOBY ODDYCHANIA BAKTERII | ||
oddychanie tlenowe | oddychanie beztlenowe | |
z wykorzystaniem tlenu | fermentacja | gnicie |
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.
Obserwacja zmian zachodzących podczas kiszenia buraków.
Jakim zmianom ulegają buraki oraz woda podczas kiszenia?
świeże buraki,
woda,
słoik o pojemności 1 l.
Do słoika włóż umyte i pokrojone w plasterki buraki ćwikłowe.
Nalej do słoika tyle letniej, przegotowanej wody, aby zakryła kawałki buraka.
Przykryj słoik czystą ściereczką i postaw hodowlę w ciepłym i ciemnym miejscu.
Przez 3‑5 dni obserwuj zmiany w wyglądzie, smaku i zapachu wody oraz buraków.
Wyniki obserwacji zanotuj w zeszycie.
W laboratoriach niektóre hodowle bakterii prowadzi się w płynnych pożywkach. 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
Laseczki jadu kiełbasianego to bakterie bezwzględnie beztlenowe. Nawet najmniejsza ilość tlenu jest dla nich zabójcza. W naturze żyją w glebie i osadach dennych mórz. Mogą występować także w przeterminowanych i źle przechowywanych konserwach mięsnych, rybnych i warzywnych. Szczególną ostrożność trzeba zachować, gdy zauważymy wybrzuszenie wieczka konserwy. Jest to skutek wytwarzania gazów podczas fermentacji. Zawartości takiej konserwy nie należy jeść.
5. Rozmnażanie bakterii
Bakterie rozmnażają się przede wszystkim przez podział komórki. W odpowiedniej temperaturze i wilgotności oraz przy wystarczającym dostępie do pokarmu bakterie mnożą się w szybkim tempie, a ich liczba może podwajać się co około 20 minut. Na szczęście proces ten nie trwa w nieskończoność. Brak pożywienia i nagromadzenie toksycznych produktów przemiany materii, powoduje zahamowanie rozwoju kolonii. W efekcie liczebność żywych osobników spada.
a) Przeanalizuj schemat „Tempo przyrostu liczby osobników bakterii”. Oszacuj (zakładając, że wszystkie potomne bakterie przeżywają) liczbę komórek potomnych po 3 godzinach.
b) Przeanalizuj schemat „Fazy rozwoju kolonii bakterii”. Opisz, co dzieje się w III fazie nazywanej fazą równowagi oraz czym jest to spowodowane.
W niesprzyjających warunkach, jak susza, wysoka lub niska temperatura, zmiany ciśnienia czy obecność substancji bakteriobójczych, bakterie przestają się rozmnażać i przechodzą w stan życia utajonego. Tracą wodę, kurczą się i pozostają w uśpieniu aż do poprawy warunków życia. Niektóre gatunki tworzą przetrwalnikiprzetrwalniki. Są to bardzo odporne, pozbawione przejawów życia formy komórek, wracają do normalnych funkcji życiowych, gdy warunki na to pozwalają (nawet po upływie kilkudziesięciu lat).
Wyjaśnij:
dlaczego wniknięcie do organizmu zaledwie kilku niewidocznych „gołym okiem” chorobotwórczych bakterii może w ciągu kilku dni spowodować wystąpienie objawów chorobowych;
dlaczego objawy chorobowe nie pojawiają się tuż po infekcji, tylko dopiero po pewnym czasie.
Chociaż u bakterii nie występuje rozmnażanie płciowe, często w tzw. procesie płciowym odbywa się między komórkami wymiana materiału genetycznego. Proces płciowy sprawia, że bakterie mogą przekazywać sobie na przykład opornośćoporność na antybiotykiantybiotyki – leki, którymi zwalcza się choroby wywołane przez bakterie.
6. Znaczenie bakterii
Wszystkie środowiska funkcjonują dzięki bakteriom. Gdyby nagle znikły bakterie glebowe, cała Ziemia pokryłaby się ogromną ilością martwych roślin i zwierząt, a substancje mineralne w glebie uległyby wyczerpaniu. Bakterie rozkładają martwą materię organiczną, uwalniają z niej pierwiastki i proste związki organiczne. 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 związki organiczne stają się ponownie pokarmem mikroorganizmów. W ten sposób bakterie oraz inne organizmy rozkładające martwą materię organiczną umożliwiają obieg materii w przyrodzie.
Rozkładając materię organiczną bakterie uczestniczą w biologicznym oczyszczaniu ściekówbiologicznym oczyszczaniu ścieków oraz w tworzeniu gleby i kompostukompostu.
Bakterie tworzące narośla na korzeniach roślin bobowatychbobowatych, jak np. groch, pomagają tym roślinom przyswajać substancje mineralne z otoczenia. Współpraca bakterii z roślinożercami umożliwia trawienie głównego składnika pożywienia roślinnego – celulozy. Bakterie symbiotyczne, które zasiedlają przewód pokarmowy człowieka, pomagają rozkładać niestrawione składniki pokarmowe, a także wytwarzają witaminy jak K i z grupy B. Czasami jednak mogą wywoływać groźne choroby takie jak: zakażenie dróg moczowych, zapalenie opon mózgowych u noworodków, czy zatrucia pokarmowe.
W gospodarce człowieka wykorzystywane są bakterie fermentacyjne, które w przemyśle spożywczym znalazły zastosowanie do produkcji kiszonek, jogurtu, kefiru.
Bakterie bytujące w oborniku, rozkładając martwą materię organiczną, przyczyniają się do produkcji metanu - biogazu wykorzystywanego coraz powszechniej na świecie jako źródła energii.
Niektóre gatunki bakterii znalazły zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym do produkcji antybiotyków. Natomiast osłabione bakterie lub ich toksyny służą do produkcji szczepionek, które pomagają nam skutecznie walczyć z chorobami zakaźnymi.
Wyjaśnij, jak w twoim domu:
wykorzystuje się pożyteczne działanie bakterii,
zapobiega się psuciu produktów spożywczych.
Niektóre bakterie w pewnych okolicznościach mogą również szkodzić. Bakterie chorobotwórcze to pasożyty, które osłabiają zainfekowany organizm, niszcząc jego tkanki lub wydzielając trucizny, tzw. toksyny. Bakterie saprobiontyczne powodują butwieniebutwienie i gnicie drewnianych konstrukcji, w gospodarstwach domowych są przyczyną psucia się żywności. Mnożąc się nadmiernie, bakterie zanieczyszczają zbiorniki wodne.
W jelicie człowieka żyją różne gatunki pożytecznych bakterii mlekowych. Zniszczyć je mogą kuracje antybiotykowe lub nieodpowiednia dieta. W takich przypadkach można na nowo „zainfekować” się bakteriami, spożywając fermentowane produkty mleczne, jak jogurty i kefiry, a także przyjmując zakupione w aptece odpowiednie preparaty.
Podsumowanie
Bakterie żyją we wszystkich środowiskach występujących na Ziemi: w wodzie, glebie, powietrzu, wewnątrz organizmów.
Komórki bakterii przybierają różne formy (kuliste, podłużne, spiralne).
Większość bakterii jest cudzożywna, ale istnieją także bakterie samożywne.
Wśród cudzożywnych bakterii spotykane są bakterie rozkładające martwą materię organiczną, pasożyty i symbionty.
Bakterie oddychają tlenowo i beztlenowo, rozmnażają się przez podział komórki.
Odgrywają ważną rolę w przyrodzie, rozkładając martwą materię organiczną, zapobiegają gromadzeniu się szczątków organizmów, biorą udział w obiegu pierwiastków w przyrodzie, a także są wykorzystywane w wielu dziedzinach życia człowieka (uczestniczą m.in. w: tworzeniu gleby, oczyszczaniu ścieków, procesach tworzenia niektórych produktów spożywczych oraz leków).
Praca domowa
Opisz, w jaki sposób bakterie uzyskują energię niezbędną do wykonywania czynności życiowych.
Słownik
leki, które działają bakteriobójczo lub hamują wzrost i podziały komórek bakterii
najmniejsze jednokomórkowe organizmy mikroskopijnej wielkości, nieposiadające jądra komórkowego, zasiedlające wszystkie środowiska na Ziemi
proces rozkładu, usunięcia zanieczyszczeń organicznych ze ścieków przez bakterie
rośliny, których owocem jest strąk; na ich korzeniach występują bakterie brodawkowe, dzięki którym rośliny pozyskują dużo azotu służącego im do wytwarzania białek, np. groch, soja, fasola, bób
proces rozkładu materii organicznej przeprowadzany przez bakterie w warunkach tlenowych
proces przetwarzania przez organizmy samożywne energii świetlnej w energię chemiczną
proces rozkładu białek przeprowadzany przez bakterie w warunkach beztlenowych
skupisko bakterii potomnych pochodzących od jednej bakterii (ich wspólnego przodka)
nawóz organiczny uzyskiwany w wyniku rozkładu odpadów roślinnych lub zwierzęcych przez bakterie
najdłuższa i największa część jelita grubego
zjawisko niepodatności drobnoustrojów chorobotwórczych na działanie skierowanych przeciwko nim preparatów, np. antybiotyków
formy spoczynkowe umożliwiające organizmom przetrwanie niekorzystnych warunków, jak np. susza, niskie temperatury
bezjądrowe samożywne organizmy jednokomórkowe lub kolonijne zaliczane do bakterii