Что помогает бактериям пережить неблагоприятные условия
Олимпиада по биологии ответы и задания школьный этап ВсОШ 23-24 октября 2019
ПОДЕЛИТЬСЯ
Всероссийская олимпиада школьников школьный этап по биологии ответы и задания ВсОШ для Московской области 23-24 октября 2019-2020 учебный год.
Задания и ответы для 5-6 класса
2)В процессе работы в биологической лаборатории категорически запрещается. Ответ: А
5)Пережить неблагоприятные условия обитания бактериям помогает. Ответ: В
7)Строение и жизнедеятельность грибов изучает наука. Ответ: В
8) У шляпочных грибов споры обычно образуются на. Ответ: Б
9)Если сравнить особенности белого гриба и опенка осеннего, то можно выделить следующее существенное отличие. Ответ: Г
2.1)Бактерии могут обитать в. Ответ: Д
2.2)Отрицательная роль бактерий в природе и жизни человека. Ответ: В
2.3)Молочнокислые бактерии могут использоваться человеком для получения. Ответ: Г
Задания и ответы для 7 класса
5)Жизнь на Земле невозможна без бактерий, так как они. Ответ: А
7) Водоросли, наиболее приспособленные к фотосинтезу на большой глубине. Ответ: В
8)Общими признаком для большинства водорослей является. Ответ: А
10) Колючки – заострённые, твёрдые, обычно одревесневшие заострённые образования у растений, появившиеся в результате видоизменения различных органов (см. рисунок). Листовое происхождение имеют колючки у. Ответ: Б
11) Как культурное пищевое растение капуста огородная распространена во всех странах с умеренным климатом. В настоящее время возделывается множество ее разновидностей, а точнее групп сортов, у которых пищевую ценность для человека представляют разные части. У брюссельской капусты мы используем в пищу. Ответ: Г
13) Наружная складка кожи у моллюсков, выделяющая вещество, образующее раковину – это. Ответ: В
2.1)Отрицательная роль бактерий в природе и жизни человека. Ответ: В
2.2)Молочнокислые бактерии могут использоваться человеком для получения. Ответ: Г
2.3)Бактерии являются возбудителями болезней. Ответ: Б
Задания и ответы для 8 класса
1) В процессе работы в биологической лаборатории категорически запрещается Ответ: А
3)Жизнь на Земле невозможна без бактерий, так как они Ответ: А
4)Строение и жизнедеятельность грибов изучает наука Ответ: В
16)Чтобы избежать заражения заболеваниями, вызываемыми одноклеточными животными человеку необходимо Ответ: А
2.3)В строении бабочек на разных стадиях развития можно обнаружить ротовой аппарат: Ответ: А
2.4)У пресмыкающихся газообмен может осуществляться через Ответ: В
Задания и ответы 9 класс
13)Самые большие гнезда среди птиц строят Ответ: Г
15) При обморожении пальцев руки I степени рекомендуется Ответ: В
16)Объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха называют: Ответ:В
17)Оптимальная среда для высокой активности желудочных ферментов Ответ: В
18) Корковый слой надпочечников вырабатывает гормон: Ответ: В
19) Основным источником энергии для организмов, обитающих на Земле, является: Ответ: В
Задания и ответы 10 класс
1)Важным условием научной достоверности эксперимента является Ответ: В
16)Систематика, как раздел биологии, изучает Ответ: Б
17)На почтовой марке одного из африканских государств рисунке (см. рисунок) представлен портрет известного ученого, который внес значительный вклад в развитие биологических наук, в т.ч. в биосистематики: Ответ: В
19)В природных сообществах роль консументов 2-го порядка, как правило, могут играть Ответ: А
20) Основной чертой строения, отличающей клетки бактерий от клеток грибов, растений и животных, является отсутствие Ответ: Г
24) Наружные жабры у головастиков лягушек по сравнению с жабрами рыб являются органами Ответ: А
Задания и ответы 11 класс
22)В связи с паразитическим образом жизни у ленточных червей отсутствуют дыхательная и пищеварительная системы. Такое упрощение строения можно рассматривать как Ответ: Б
23)Какой из признаков, характерных для млекопитающих, является ароморфозом Ответ: Г
24)Генетическая информация в РНК кодируется последовательностью Ответ: В
25)Из названных соединений разветвленными полимерами являются Ответ: В
26)Какой из процессов не может происходить в анаэробных условиях Ответ: Г
27)Наименьшее количество энергии, при расчете на одну молекулу вещества, клетка получает при Ответ: А
28)Если бы в состав белков входило 14 аминокислот, 1 аминокислота могла бы кодироваться Ответ: Б
Малорослость бактерий связали с высокой устойчивостью к антибиотикам
Suzanne M. Hingley-Wilson et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020
Чаще переживают воздействие антибиотиков те бактерии, которые не только медленно размножаются, но и сначала имеют небольшие по сравнению с другими клетками своего вида размеры, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Это удалось показать на примере кишечной палочки (Escherichia coli). За указанные особенности отвечает ген ydcl.
Нередко после неблагоприятных воздействий, таких как стерилизация или воздействие противомикробных средств, часть популяции бактерий выживает, хотя при этом не размножается (но может начать делиться потом, когда условия станут лучше). Такое происходит даже в колониях, где все организмы генетически идентичны друг другу, а значит, повышенная устойчивость связана с некоторыми ненаследуемыми, фенотипическими чертами.
Одна из особенностей, которая, по-видимому, облегчает выживание бактерий в сложных условиях, — изначально низкая скорость размножения. За счет каких генетических механизмов она поддерживается, известно не было. Кроме того, явно существуют и другие фенотипические признаки, по которым можно выявить особо устойчивые бактерии заранее и за счет этого бороться с ними эффективнее.
Поэтому микробиологи из Университета Суррея во главе с Сюзанной Хингли-Уилсон (Suzanne Hingley-Wilson) сравнили два штамма кишечной палочки — дикого типа и HipQ, в колониях которого чаще обычного появляются бактерии с повышенной устойчивостью к антибиотикам. Размеры, скорость размножения и роста определяли для индивидуальных клеток с помощью микрофлюидного устройства, а затем сравнивали у разных клеток и двух штаммов. Кроме того, исследователи провели полногеномное секвенирование для бактерий дикого типа и HipQ.
Выяснилось, что клетки, которые переживают неблагоприятные условия, не только изначально размножаются медленнее бактерий дикого типа, но и сразу после образования имеют меньшую длину и медленнее растут. Размер «выносливых» кишечных палочек в меньшей степени коррелировал с размером тех клеток, из которых они получились делением (материнских), чем у менее устойчивых бактерий.
Секвенирование показало, что особо устойчивые кишечные палочки штамма HipQ имеют однонуклеотидный полиморфизм в гене ydcI, из-за которого одна из молекул аланина в кодируемом этим геном белке заменяется на глутаминовую кислоту. Белок Ydcl — фактор транскрипции, то есть он определяет, насколько интенсивно считываются те или иные гены, сколько копий мРНК с них считывается в единицу времени — и, следовательно, сколько молекул соответствующих белков получается.
По-видимому, ydcI определяет, насколько фенотипически дочерняя бактериальная клетка будет отличаться от материнской. Следующий шаг — выявить механизмы влияния этого гена и научиться влиять на них. Это поможет бороться с такими распространенными и опасными патогенами, как возбудители туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis). Лечение этой болезни нередко идет с переменным успехом, поскольку через некоторое время после курса антибиотиков и улучшения состояния больного проявляют себя те бактерии, которые оказались устойчивы к лекарству.
Что помогает бактериям пережить неблагоприятные условия
При неблагоприятных условиях бактерии образуют толстостенные споры. В виде споры бактерия может пережить очень суровые температурные и химические нагрузки – например, кипячение. (Также в виде спор бактерии расселяются ветром). Бактерии живут на Земле миллиарды лет и приспосабливаются к любым условиям за счет
Молочнокислые бактерии используются человеком
Тесты
666-01. Чем бактериальная спора отличается от свободной бактерии?
А) Спора имеет более плотную оболочку, чем свободная бактерия.
Б) Спора – многоклеточное образование, а свободная бактерия – одноклеточное.
В) Спора менее долговечна, чем свободная бактерия.
Г) Спора питается автотрофно, а свободная бактерия – гетеротрофно.
666-02. Важнейшим приспособлением к перенесению неблагоприятных условий у бактерий является
А) быстрое размножение
Б) спорообразование
В) быстрое перемещение в безопасную среду
Г) переход к паразитизму
666-03. Укажите случай симбиоза бактерии с другим организмом.
А) вибрион холеры и человека
Б) сальмонелла и курица
В) бацилла сибирской язвы и овца
Г) кишечная палочка и человек
666-04. Клубеньковые бактерии снабжают мотыльковые растения
А) органическими веществами отмерших растений
Б) азотными солями
В) нуклеиновыми кислотами
Г) углеводами
666-05. Неблагоприятные условия для жизнедеятельности бактерий создаются при
А) квашении капусты
Б) консервировании грибов
В) приготовлении кефира
Г) закладке силоса
666-06. Бактерии, вызывающие ангину, относят к группе
А) автотрофных бактерий
Б) бактерий гниения
В) бактерий-паразитов
Г) бактерий-сапротрофов
666-07. Бактерии сибирской язвы могут находиться длительное время в скотомогильниках в виде
А) спор
Б) цист
В) живых клеток
Г) зооспор
666-08. Гнилостные бактерии по типу питания относят к
А) паразитам
Б) фотосинтетикам
В) сапротрофам
Г) автотрофам
666-09. Что характерно для бактерий-сапротрофов?
А) существуют за счёт питания тканями живых организмов
Б) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца
В) используют органические вещества выделений живых организмов
Г) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию химических реакций
666-10. Бактерии существуют на Земле миллионы лет наряду с высокоорганизоваными организмами, так как
А) питаются готовыми органическими веществами
Б) при наступлении неблагоприятных условий образуют споры
В) участвуют в круговороте веществ в природе
Г) имеют простое строение и микроскопические размеры
666-11. Какое из приведенных утверждений правильно?
А) бактерии размножаются мейозом
Б) все бактерии – гетеротрофы
В) бактерии хорошо адаптируются к условиям среды
Г) некоторые бактерии – эукариотические организмы
666-12. Сходство жизнедеятельности цианобактерий и цветковых растений проявляется в способности к
А) гетеротрофному питанию
Б) автотрофному питанию
В) образованию семян
Г) двойному оплодотворению
666-13. Бактерии гниения, живущие в почве,
А) образуют органические вещества из неорганических
Б) питаются органическими веществами живых организмов
В) способствуют нейтрализации ядов в почве
Г) разлагают мёртвые остатки растений и животных до перегноя
666-14. Чем характеризуются бактерии гниения?
А) используют готовые органические вещества живых организмов
Б) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца
В) используют органические вещества отмерших организмов
Г) синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию химических реакций
666-15. Какие бактерии считают «санитарами» планеты?
А) уксуснокислые
Б) клубеньковые
В) гниения
Г) молочнокислые
666-16. Дизентерийную амебу, инфузорию-туфельку, эвглену зеленую относят к одному подцарству потому, что у них
А) общий план строения
Б) сходный тип питания
В) одинаковые способы размножения
Г) общая среда обитания
666-17. Какой физиологический процесс у одноклеточных животных связан с поглощением клеткой газов?
А) питание
Б) выделение
В) размножение
Г) дыхание
666-18. По способу питания цианобактерии (синезелёные) относят к
А) автотрофным бактериям
Б) бактериям-паразитам
В) бактериям-сапротрофам
Г) гетеротрофным бактериям
666-19. Некоторые бактерии выживают в условиях вечной мерзлоты в виде
А) симбиоза с грибами
Б) спор
В) вегетативных клеток
Г) множественных колоний
666-20. По способу питания молочнокислые бактерии относят к
А) автотрофным бактериям
Б) бактериям-паразитам
В) бактериям-сапротрофам
Г) фотосинтезирующим бактериям
666-21. Возбудители дифтерии являются
А) сапротрофами
Б) паразитами
В) симбионтами
Г) автотрофами
МЕХАНИЗМ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
МЕХАНИЗМ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Дальневосточный федеральный университет
THE MECHANISM OF THE SURVIVAL OF BACTERIA IN ENVIRONMENT
Far Eastern Federal University
Механизм выживания бактерий при низких температурах……………………….4
Механизм выживания бактерий при высоких температурах……………………..6
Механизм выживания бактерий при экстремальных значениях pH……………..7
Жизнь микроорганизмов при высоких концентрациях солей и растворенных веществ и в условиях недостатка воды…………………………………………….9
Реакция микроорганизмов на тяжелые металлы и токсичные вещества в окружающей среде………………………………………………………………. 10
Жизнь микроорганизмов в условиях интенсивного облучения………………….12
Бактерии обладают весьма сложными и совершенными механизмами молекулярных адаптаций, о существовании которых еще относительно недавно нельзя было даже предположить.
Давно известно, что жизнь встречается в самых суровых условиях: в горячих источниках, которые нередко отличаются повышенной кислотностью; в соленых озерах и солеварнях; в источниках с повышенной кислотностью (например, в рудничных стоках), которые могут содержать также токсичные тяжелые металлы в высоких концентрациях; на сухих поверхностях скал и в пустынях; при температурах около точки замерзания воды и даже ниже ее.
Большой интерес к адаптации микроорганизмов к разнообразным условиям окружающей среды был вызван и долгое время поддерживался поисками жизни на других планетах. Ведь зная границы жизни на Земле, можно составить представление о физических и химических пределах, в которых жизнь могла возникнуть не только на нашей, но и на других планетах.
Изучение механизмов выживания бактерий также имеет очень важное значение для медицины, ветеринарии, фармакологии. Устойчивость микроорганизмов к различным факторам среды ставит вопрос о специальных, новых методах стерилизации и хранения продуктов, что играет важнейшую роль для пищевой промышленности.
МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Действие температуры на рост микроорганизмов может быть обусловлено ее непосредственным влиянием на скорость химических реакций и на состояние макромолекулярных компонентов клетки (вязкость мембран, конформацию белков и т.д.). В отличие от теплокровных животных микроорганизмы не могут регулировать свою температуру. Их функциональная активность определяется температурой окружающей среды.
При пониженной температуре снижается не только скорость роста, но и скорость отмирания, и соответственно увеличивается выживаемость организмов. Микроорганизмы способны выжить в неустойчивых суровых условиях в состоянии, близком к анабиозу, например в сухих долинах Антарктики и зонах вечной мерзлоты, в течение тысячелетий.
Согласно современным представлениям, некоторые микроорганизмы способны развиваться при низкой температуре благодаря следующим особенностям:
клетки содержат ферменты, имеющие низкую температуру активации, и в связи с этим способные наиболее эффективно функционировать при низкой температуре; при температуре выше 30 °С данные ферменты прекращают свою деятельность;
проницаемость мембран несмотря на низкую температуру, остается высокой в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в липидах, в результате мембраны не замерзают;
не утрачивается свойство образовывать полисомы при низкой температуре.
Приспособление к пониженной температуре проявляется в изменении состава мембран (в ней повышается содержание ненасыщенных жирных кислот) и синтезе криопротекторов (например, глицерола). Другой механизм связан с накоплением в клетках больших количеств наиболее важных ферментов, так что даже при неоптимальной температуре их функционирование позволяет клетке поддерживать достаточную активность.
Существуют автохтонные популяции микроорганизмов, которые отличаются низким, но постоянным уровнем активности и использованием для питания органических веществ, уже присутствующих в почве и зимогенные популяции, развивающиеся при поступлении в почву свежих соединений, которые они могут использовать. Автохтонную бактериальную популяцию можно отличить от зимогенной в холодных условиях с устойчивым температурным режимом на основании области температур их роста. В холодных условиях с неустойчивым режимом встречается только зимогенная популяция. Зимогенные бактерии обычно отличаются широкой областью температур роста, поскольку наиболее важным фактором для их выживания является эффективный вторичный метаболизм, который должен осуществляться при температурах ниже оптимума роста.
Психрофильные микроорганизмы чаще всего находят в морях. Практически все психрофилы представлены грамотрицательными палочковидными формами. Психрофилию грамотрицательных бактерий обычно рассматривают в связи с особыми свойствами их мембран.
В местах с неустойчивой низкой температурой, например в Антарктике, грамотрицательные бактерии, а также грамположительные аэробные и анаэробные спорообразующие организмы встречаются редко. В районах с устойчивой низкой температурой среди бактерий преобладают грамотрицательные палочковидные формы, главным образом Pseudomonas, Vibrio и другие близкие им организмы, обладающие окислительной активностью.
Представители другого класса бактерий, которые распространены преимущественно в холодных условиях с неустойчивым температурным режимом, включают грамположительные кокки и палочки, относящиеся главным образом к родам Arthrobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, Kurthia, Cellulomonas, а также родственные им организмы. Эти бактерии преобладают в антарктических и арктических почвах, озерах, ледниках, льду и снегу, а также в ледяных пещерах и в верхних слоях атмосферы. Эти организмы отличаются тем, что они способны существовать в очень суровых условиях окружающей среды.
МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
С повышением температуры скорость роста микроорганизмов вначале увеличивается, достигая максимальной, но дальнейшее увеличение температуры ведет к необратимой инактивации клеточных компонентов, прежде всего денатурации белков и нуклеиновых кислот, и гибели клетки.
Существуют микроорганизмы, которые не только выживают, но и размножаются, часто облигатно, при температурах, препятствующих в норме существованию каких бы то ни было форм жизни, вследствие разрушения необходимых для них макромолекул.
Термофилия включает в себя множество молекулярных механизмов и не может быть объяснена каким-либо одним свойством организма. Многочисленные сравнительные физико-химические исследования белков термофильных показали различные механизмы выживания бактерий при высоких температурах.
Возможность существования термофилов при высокой температуре обусловлена следующими особенностями:
составом липидных компонентов клеточных мембран, а именно высоким содержанием длинноцепочечных С17—С19 насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями;
высокой термостабильностью белков и ферментов (последние имеют низкую молекулярную массу и содержат значительное количество ионов кальция);
термостабильностью клеточных ультраструктур.
Липиды термофильных организмов имеют более высокие температуры плавления, чем липиды нетермофильных. Липиды мембран действуют как изоляторы, препятствующие переносу тепла из внешней среды и предотвращающие таким образом тепловую денатурацию растворимых ферментов.
Большой интерес представляет термофильный ацидофил Thermoplasma acidophilum. Термофилия этого организма, растущего при температуре 59°С, связана с наличием длинных изопреновых цепей липидов. Большая часть содержащихся в мембране нейтральных липидов этерифицирована жирными кислотами, а основная масса глико- и фосфолипидов состоит из длинных цепей с простыми эфирными связями. Аминокислотный состав мембранного белка характеризуется относительно низким уровнем заряженных аминокислот и довольно высоким содержанием остатков цистеина. Высокое содержание кислых аминокислот, является обязательным условием для его роста в термофильных условиях.
Термофилы способны контролировать физические свойства цитоплазматической мембраны, изменяя ее состав в ответ на изменение температуры.
МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ РН
Концентрация ионов водорода непосредственно влияет на клетку, ее электрический заряд, состояние мембраны, возможность протекания окислительно-восстановительных. Значения реакции среды различных природных вод и растворов, где развиваются микроорганизмы (от рН 1 — 2 в кислых источниках и рудничных стоках до рН 10 в содовых озерах), покрывают почти весь теоретически возможный диапазон значений рН (0— 14). Очень высокие (кислая реакция) или очень низкие (щелочная реакция) концентрации водородных ионов обычно токсичны для большинства организмов.
Меньше примеров алкалифильных организмов, требующих для своего роста значений рН до 10 и выше (уробактерии и многие цианобактерии). Среди бактерий обнаружено несколько видов, устойчивых к щелочной среде (рН 8,5 и выше). Сюда следует отнести Bacillus pasteurii — бактерию, расщепляющую мочевину и хорошо растущую при реакции среды, близкой к рН 11. В. alcalophilus, выделенная из сточной воды, способна расти в диапазоне рН 9—11,5. Выделены и другие бациллы, очень устойчивые к щелочной среде. Цианобактерии могут развиваться в природной среде с рН 7,5—10, некоторые из этих бактерий имеют оптимум рН.
Изменения рН окружающей среды могут вызывать у многих микроорганизмов компенсаторные ферментативные сдвиги. Образующиеся в результате амины приводят к снижению кислотности среды. Следовательно, устойчивость клеток к высокой кислотности или щелочности, вероятно, объясняется их структурными или метаболическими особенностями.
Все организмы, растущие при экстремальных значениях рН, располагают, механизмами для поддержания внутриклеточного рН на уровне, близком к нормальным физиологическим величинам. Такие кислотолабильные молекулы, как АТР и ДНК, не смогли бы существовать, если бы внутриклеточная концентрация водородных ионов была такой же, как и во внешней среде. Однако по отношению к внутриклеточной среде трудно применить классическую концепцию рН. Согласно этой концепции, рН является применяемым на практике показателем концентрации или активности ионов водорода в водном растворе, между тем как внутриклеточное содержимое представляет собой коллоидный, а не истинный водный раствор. Измерение величины внутриклеточного рН не дает информации относительно недиссоциированных протонов, связанных с донорными молекулами.
Внутриклеточный рН имеет определенную ценность, так как он дает представление об общих условиях, существующих внутри клетки.
В поддержании градиентов рН в клетке важную роль играет как природа клеточной стенки и мембраны, так и клеточный метаболизм.
ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ СОЛЕЙ И РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТКА ВОДЫ
В живых клетках вода служит средой, в которой молекулы разных размеров взаимодействуют между собой. Структура воды, в которой находятся растворенные вещества, контролирует все жизненно важные процессы в клетке: действие ферментов и регуляцию их активности, ассоциацию и диссоциацию органелл, структуру мембран и их функционирование.
Известно, что многие внутриклеточные компоненты микроорганизмов нуждаются в высоких концентрациях Na+ и К+. Белки галофилов содержат много аспартата и глутамата, т.е. они более «кислые», в белках устанавливаются новые гидрофобные взаимодействия, приводящие к более плотной упаковке глобул. На поверхности клеток работает механизм «белкового щита» (S-слои), когда наружу экспонируются СООН-группы аминокислот, удерживающие Na+. Эти же группы формируют «гидратированную» оболочку клеток за счет электростатического ориентирования диполей воды. Галофилы осуществляют активный транспорт ионов из клетки, таким образом поддерживая некоторый «осмостаз». Также клетки иногда заменяют Na+ на К+.
Для удержания воды в цитоплазме в условиях высокой солености у галофильных микроорганизмов существуют разнообразные механизмы. Основным механизмом приспособления к осмотическому состоянию среды служит синтез микроорганизмами осмопротекторов (осмолитов, или совместимых растворителей) — низкомолекулярных органических веществ, концентрация которых в цитоплазме уравновешивает внешнее давление.
Для микроорганизмов, развивающихся на суше, большое значение имеет приспособление к сухости и контакту с воздухом. Основными механизмами защиты от высыхания служит образование слизистых капсул или переживающих клеток (спор, конидий, цист). Высокую устойчивость на воздухе обнаруживают многие микобактерии с высоким содержанием липидов в клеточной стенке. Типичными компонентами микроценозов, развивающихся на поверхности камня и в почве, являются микрококки, артробактеры, нокардии, проактиномицеты и актиномицеты. В целом грамположительные бактерии актиномицетной линии рассматривают как континентальную ветвь эволюции прокариот, приспособившуюся к жизни в наземных условиях.
Существует предположение о том, что при недостатке воды бактерии используют метаболическую воду, образующуюся в клетке в результате окисления органического вещества кислородом воздуха. Так, из 1 кг глюкозы микроорганизм может получить около 600 г воды по уравнению
С6Н1206 + 602 = 6С02 + 6Н20
Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий неодинакова. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесенных в воздушно-сухую почву после выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз. В то же время Azotobacter остается жизнеспособным в почве даже через десятки лет ее хранения в воздушно-сухом состоянии. Выживаемость азотобактера обусловлена его цистами.
РЕАКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ТОКСИЧНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Среди микроорганизмов есть формы, устойчивые к действию общих клеточных и метаболических ядовитых веществ (фенол, окись углерода, сероводород и др.), отдельные виды обладают способностью использовать эти соединения в качестве источников питания. Считают, что устойчивость микроорганизмов к токсичным веществам во многих случаях определяется плазмидами.
Микробы способны концентрировать тяжелые металлы внутри клеток или на их поверхности. Известны следующие соотношения концентраций различных металлов, содержащихся в морской воде и планктоне: кадмий—1:910, кобальт—1:4600, медь—1:7000, железо — 1:87 000, свинец — 1:41 000, марганец — 1:9400, титан— 1:20 000 и цинк—1:65 000. В общем конечная концентрация металла внутри клетки может быть на несколько порядков выше его концентрации в окружающей среде. В одних случаях накопление соответствующих соединений оказывается летальным, а в других — нет. На поглощение ионов металлов могут оказывать влияние физиологическое состояние клеток и условия окружающей среды.
Изложенное выше показывает, что у некоторых микроорганизмов выработались специфические механизмы взаимодействия с тяжелыми металлами, мышьяком и сурьмой, присутствующими в окружающей среде, иногда в концентрациях, которые токсичны для многих других микробов и высших форм жизни. Микроорганизмы могут использовать эти вещества в качестве источников энергии или акцепторов электронов в процессе дыхания. В ряде случаев у микробов выработались способы удаления этих веществ из среды путем их осаждения, адсорбции или улетучивания. Эти реакции вносят вклад в детоксикацию среды, которая становится более пригодной не только для микробов, катализирующих такие реакции, но и для других организмов, неспособных развиваться без подобной «помощи».
ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ
Хорошо известно, что излучения разных радиаций обладают потенциальной способностью оказывать на живые организмы разрушительное воздействие.
Одноклеточные организмы выработали дополнительные средства защиты от летального или повреждающего воздействия облучения. Одноклеточные организмы располагают множеством защитных механизмов, причем многие виды используют не один, а большее число способов борьбы с радиационными повреждениями.
Одним из универсальных механизмов адаптации к световому излучению высокой интенсивности и защиты от токсичных форм фотосенсибилизированного кислорода является синтез каротиноидных пигментов. Характерным примером может служить яркая окраска микроорганизмов, живущих в условиях высокой освещенности (в воздухе, на поверхности скал, обнажений горных пород, в высокогорье и т.д.
Пигменты действуют как «энергетические ловушки», препятствующие радиации или ее продуктам достигать ДНК или любых других жизненно важных мишеней.
Летальный эффект УФ-облучения существенно снижается, если облученные клетки подвергаются затем воздействию видимого света с длинами волн от 360 до 420 нм.
Реактивации клеток видимым светом относится его защитное действие. В этом случае увеличение выживаемости клеток наблюдается при освещении их видимым светом перед УФ-облучением. Этот феномен объясняют тем, что видимый свет индуцирует задержку клеточного деления. В результате такой задержки остается больше времени для репарации повреждений, вызываемых УФ-облучением.
Таким образом, в завершение данного проекта, можно подвести обобщающие выводы.
Были рассмотрены причины, по которым одни микроорганизмы способны размножаться при пониженных температурах, а другие даже нуждаются в таких условиях. Модификация мембранных липидов, а следовательно, и изменения в функционировании мембран представляют собой важный аспект температурной адаптации. Этот аспект особенно интересен в свете рассмотрения форм жизни, которые могли бы существовать на гигантских планетах, где условия, более или менее приемлемые для жизни, возможны лишь в газообразных областях.
Способность некоторых микроорганизмов жить при высоких температурах уже давно привлекла внимание биологов. Температурная адаптация микроорганизмов обусловлена изменениями в скоростях метаболизма, а также в структуре мембран, рибосом и отдельных белков. Наиболее важными для адаптации к высоким температурам являются изменения в структуре белков. При тех высоких температурах, при которых растут термофилы, многие их ферменты сохраняют как активность, так и регуляторные свойства.
Многие микроорганизмы способны размножаться в интервале значений рН, в котором их внутриклеточные ферменты не функционируют. Микроорганизмы могут существовать при концентрациях водородных ионов, различающихся на несколько порядков; отдельные микроорганизмы растут при рН 10 и даже при более высоких. Несмотря на то что рН окружающей среды может меняться, внутри своих клеток эти организмы поддерживают постоянную кислотность. Структуры на поверхности клеток у таких организмов должны быть приспособлены к крайним значениям рН.
Экстремальные галофилы занимают особое место среди микроорганизмов, существующих в экстремальных условиях, поскольку они представляют собой пример полной (и внешней, и внутренней) адаптации к очень высоким концентрациям солей, а также потому, что они обладают уникальными биохимическими свойствами. С недавних пор стало ясно, что организмы, живущие при высоких концентрациях растворенных веществ или способные размножаться в широком диапазоне концентраций, представляют собой крайне увлекательный объект исследования.
Многие микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в течение долгого времени в отсутствие воды и начинают размножаться, как только она снова становится доступна для них. Хотя для своего размножения микроорганизмы нуждаются в определенном уровне содержания воды, она не требуется им для выживания.
Токсичность тяжелых металлов представляет собой проблему скорее для человека, чем для микроорганизмов, которые научились по-разному приспосабливаться к таким веществам. Микроорганизмы способны осуществлять трансформацию тяжелых металлов в окружающей среде: выщелачивать металлы из руд в кислых рудничных стоках, изменять валентность металлов, как, например, при трансформации ртути в более или менее токсичные формы, а также при образовании таких особых форм скоплений металлов, как марганцевые конкреции.
Микроорганизмы сильно отличаются друг от друга по своей устойчивости к радиации. Многие из них способны выдерживать дозы радиации, летальные для других форм жизни. Подобная устойчивость вызвана рядом факторов, наиболее важным из которых представляется способность микроорганизмов к репарации их ДНК, поврежденных облучением. Многообразие способов, при помощи которых микроорганизмы противостоят радиации, может сделать их последними обитателями на Земле или, напротив, первыми поселенцами на Земле, разрушенной атомной войной.
Асонов Н.Р. Микробиология / Н.Р. Асонов. – М.: Колос, 1980. – 312 с.
Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Пер. с англ. / Д. Кашнер. – М.: Мир, 1981. – 511 с.
Марлз Дж., Грант Т., Делюмье О. Молекулярное строение стрессосом // Science, 2008. №3 C. 92 – 96
Радчук Н.А. Ветеринарная микробиология и иммунология / Н.А. Радчук, Г.В. Дунаев, Н.М.Колычев и др. – М.: Агропромиздат, 1991. – 383 с.
Покровский В.И. Микробиология / В.И. Покровский, О.Н. Поздеев. – М.: ГЭОТАР, 1999. – 1200с.
Заварзин Г.А. Природоведческая микробиология / Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. – М.: Книжный дом «Университет», 2001. – 256 с.