Бактериите живеят ли в горещи извори? Статистически и динамични характеристики на популациите.

Високите температури са вредни за почти всички живи същества. Повишаването на температурата на околната среда до +50 °C е напълно достатъчно, за да предизвика депресия и смърт на голямо разнообразие от организми. Няма нужда да говорим за повече високи температури.

Границата за разпространение на живота се счита за температура от +100 ° C, при която настъпва денатурация на протеина, т.е. структурата на протеиновите молекули се разрушава. Дълго време се смяташе, че в природата няма същества, които лесно да понасят температури в диапазона от 50 до 100 ° C. въпреки това най-новите откритияучените твърдят обратното.

Първо бяха открити бактерии, които бяха адаптирани към живот в горещи извори с температура на водата до +90 ºС. През 1983 г. се случи друго голямо научно откритие. Група американски биолози са изследвали източници, разположени на дъното на Тихия океан термални водинаситени с метали.

Черните пушачи, подобни на пресечени конуси, се намират на дълбочина 2000 м. Височината им е 70 м, а диаметърът на основата им е 200 м. Пушачите са открити за първи път близо до островите Галапагос.

Разположени на голяма дълбочина, тези „черни пушачи“, както ги наричат ​​геолозите, активно абсорбират вода. Тук се нагрява поради топлината, идваща от дълбокото горещо вещество на Земята, и поема температура над +200 ° C.

Водата в изворите не кипи само защото е под високо налягане и е обогатена с метали от недрата на планетата. Воден стълб се издига над „черните пушачи“. Налягането, създадено тук, на дълбочина от около 2000 m (и дори много по-голямо), е 265 atm. При такова високо налягане дори минерализираните води на някои извори с температура до +350 ° C не кипят.

В резултат на смесването с океанската вода термалните води се охлаждат сравнително бързо, но бактериите, открити от американците на тези дълбочини, се опитват да стоят далеч от охладената вода. Удивителни микроорганизми са се приспособили да се хранят минералив тези води, загряти до +250 °C. По-ниските температури действат потискащо на микробите. Вече във вода с температура около +80 ° C, въпреки че бактериите остават жизнеспособни, те спират да се размножават.

Учените не знаят точно каква е тайната на фантастичната издръжливост на тези малки живи същества, които лесно понасят нагряване до точката на топене на калай.

Формата на тялото на бактериите, обитаващи черните пушачи, е неправилна. Често организмите са оборудвани с дълги издатини. Бактериите абсорбират сярата, превръщайки я в органична материя. Pogonophora и vestimentifera образуваха симбиоза с тях, за да ядат тази органична материя.

Внимателни биохимични изследвания разкриха наличието на защитен механизъм в бактериалните клетки. Молекулата на субстанцията на наследствената ДНК, върху която се съхранява генетичната информация, при редица видове е обвита в слой протеин, който абсорбира излишната топлина.

Самата ДНК включва необичайно високо съдържание на двойки гуанин-цитозин. Всички други живи същества на нашата планета имат много по-малък брой от тези асоциации в своята ДНК. Оказва се, че връзката между гуанин и цитозин е много трудна за прекъсване чрез нагряване.

Следователно, повечето от тези съединения просто служат за укрепване на молекулата и едва след това за кодиране на генетична информация.

Аминокиселините служат компонентипротеинови молекули, в които те се задържат благодарение на специални химични връзки. Ако сравним протеините на дълбоководни бактерии с протеини на други живи организми, подобни на изброените по-горе параметри, се оказва, че поради допълнителните аминокиселини има допълнителни връзки в протеините на високотемпературните микроби.

Но експертите са сигурни, че това не е тайната на бактериите. Нагряването на клетките в рамките на +100 - 120º C е напълно достатъчно, за да увреди ДНК, защитена от изброените химически устройства. Това означава, че трябва да има други начини в рамките на бактериите да се избегне унищожаването на техните клетки. Протеинът, който изгражда микроскопичните обитатели на термалните извори, включва специални частици - аминокиселини от вид, който не се среща в нито едно друго същество, живеещо на Земята.

Белтъчните молекули на бактериалните клетки, които имат специални защитни (укрепващи) компоненти, имат специална защита. Липидите, т.е. мазнините и мастноподобните вещества, имат необичайна структура. Техните молекули са обединени вериги от атоми. Химически анализ на липиди от високотемпературни бактерии показа, че в тези организми липидните вериги са преплетени, което служи за допълнително укрепване на молекулите.

Данните от анализа обаче могат да бъдат разбрани по друг начин, така че хипотезата за преплетени вериги остава недоказана. Но дори да го приемем за аксиома, е невъзможно напълно да обясним механизмите на адаптация към температури от около +200 °C.

По-високо развитите живи същества не биха могли да постигнат успеха на микроорганизмите, но зоолозите познават много безгръбначни и дори риби, които са се адаптирали към живот в термални води.

Сред безгръбначните е необходимо да се назоват на първо място различните обитатели на пещери, които обитават резервоари, захранвани от подземни води, които се нагряват от подземна топлина. В повечето случаи това са дребни едноклетъчни водорасли и всякакви видове ракообразни.

Представител на изоподни ракообразни, термосферата термична принадлежи към семейството на сфероматидите. Живее в горещ извор в Сокоро (Ню Мексико, САЩ). Дължината на ракообразното е само 0,5-1 см. Той се движи по дъното на източника и има една двойка антени, предназначени за ориентация в космоса.

Пещерните риби, адаптирани към живот в термални извори, понасят температури до +40 °C. Сред тези същества най-забележителни са някои шаранови зъбци, които обитават Подпочвените водиСеверна Америка. Сред видовете от тази голяма група се откроява Cyprinodon macularis.

Това е едно от най-редките животни на Земята. Малка популация от тези малки риби живее в горещ извор, който е дълбок само 50 см. Този източникразположен в Дяволската пещера в Долината на смъртта (Калифорния), едно от най-сухите и горещи места на планетата.

Близък роднина на Cyprinodon, сляпото око не е адаптирано към живот в термални извори, въпреки че обитава подземните води на карстовите пещери в същата географска област в Съединените щати. Слепоокият и сродните му видове са причислени към семейството на слепооките, докато ципринодоните са класифицирани като отделно семейство на шаранозъбите.

За разлика от други полупрозрачни или млечно-кремави обитатели на пещери, включително други шаранови зъбци, ципринодоните са боядисани в ярко синьо. В миналото тези риби са били открити в няколко източника и са можели свободно да се движат през подпочвените води от един резервоар в друг.

През 19 век местните жители повече от веднъж са наблюдавали как ципринодоните се заселват в локви, които се появяват в резултат на запълване на коловозите на колелото на каруца с подземна вода. Между другото, до ден днешен остава неясно как и защо тези красиви риби са си проправили път заедно с подземната влага през слой от рохкава почва.

Тази мистерия обаче не е основната. Не е ясно как рибите могат да издържат на температура на водата до +50 °C. Както и да е, това беше странна и необяснима адаптация, която помогна на Cyprinodons да оцелеят. Тези същества се появиха в Северна Америкапреди повече от 1 милион години. С настъпването на заледяването всички животни с шаранови зъби изчезнаха, с изключение на онези, които развиха подземни води, включително термални.

Почти всички видове от семейство Стеназелид, представени от малки (не повече от 2 cm) изоподни ракообразни, живеят в термални води с температура не по-ниска от +20 ° C.

Когато ледникът напусна и климатът в Калифорния стана по-сух, температурата, солеността и дори количеството храна - водорасли - останаха почти непроменени в пещерните извори в продължение на 50 хиляди години. Следователно рибата, без да се променя, спокойно преживява праисторическите катаклизми тук. Днес всички видове пещерни ципринодони са защитени от закона в интерес на науката.

.(Източник: „Биологичен енциклопедичен речник“. Главен редактор М. С. Гиляров; Редакционна колегия: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-ро изд., коригирано - М.: Сов. Енциклопедия, 1986.)

Вижте какво е "ТОПЛОФИЛНИ ОРГАНИЗМИ" в други речници:

- (термо... гр. phileo любов) термофилни (предимно микроскопични) организми, които могат да живеят при относително високи температури (до 70); Техните естествени местообитания са различни горещи извори и термални води вж. криофилен...... Речник на чуждите думи на руския език

- (от термо (виж Термо...)... и гръцки philéo любов) термофили, организми, живеещи при температури над 45 ° C (разрушителни за повечето живи същества). Това са някои риби, представители на различни безгръбначни (червеи,... ... Голям Съветска енциклопедия

- ... Уикипедия

Организми Научна класификация Класификация: Организми Суперкралства Ядрен Безядрен организъм (късен латински organismus от късен латински organizo ... Wikipedia

Низшите организми, както и всички живи същества като цяло, могат да живеят само при точно определени външни условиятяхното съществуване, т.е. условията на средата, в която живеят, и за всеки външен фактор, за температура, налягане, влажност и т.н.

Това е името, дадено на бактериите, които имат способността да се развиват при температури над 55-60° C. Микел е първият, който открива и изолира от водата на Сена неподвижен бацил, способен да живее и да се размножава при температури от 70° C. ° C. Ван Тигем... енциклопедичен речникЕ. Brockhaus и I.A. Ефрон

Организми Научна класификация Класификация: Организми Суперцарства Ядрени неядрени организми (късен латински organismus от късен латински organizo ... Wikipedia - Вижте също: Най-големите организмиНай-малките организми са всички представители на бактерии, животни, растения и други организми, срещащи се на Земята, които имат минимални стойности в своите класове (порядки) за параметри като ... Wikipedia

Горещите извори, които обикновено се намират във вулканични райони, имат доста богато живо население.

Много отдавна, когато бактериите и другите низши същества са имали най-повърхностни разбирания, е установено съществуването на уникална флора и фауна в баните. Например през 1774 г. Сонерат съобщава за наличието на риба в горещите извори на Исландия, чиято температура е 69°. Това заключение по-късно не беше потвърдено от други изследователи във връзка с баните на Исландия, но подобни наблюдения бяха направени на други места. На остров Иския Ehrenberg (1858) отбелязва наличието на риба в извори с температура над 55°. Hoppe-Seyler (1875) също вижда риба във вода с температура също около 55°. Дори ако приемем, че във всички отбелязани случаи термометрията е извършена неточно, все още е възможно да се направи заключение за способността на някои риби да живеят при доста високи температури. Освен риба, в термите понякога се забелязва наличието на жаби, червеи и мекотели. По-късно тук са открити и прости животни.

През 1908 г. е публикувана работата на Issel, който установява по-подробно температурните граници за животинския свят, живеещ в горещи извори.

Наред с животинския свят, в термите изключително лесно се установява наличието на водорасли, които понякога образуват мощни замърсявания. Според Родина (1945) дебелината на водораслите, натрупани в горещи извори, често достига няколко метра.

Говорихме достатъчно за асоциациите на термофилните водорасли и факторите, които определят техния състав в раздела „Водорасли, живеещи при високи температури“. Тук само припомняме, че най-топлоустойчиви от тях са синьо-зелените водорасли, които могат да се развият до температура 80-85°. Зелените водорасли понасят температури малко над 60°, а диатомеите спират да се развиват при приблизително 50°.

Както вече беше отбелязано, водораслите, които се развиват в термалните бани, играят важна роля в образуването на различни видове люспи, които включват минерални съединения.

Топлолюбивите водорасли имат голямо влияниевърху развитието на бактериалната популация в топлинна среда. По време на живота си чрез екзосмоза отделят известно количество органични съединения във водата, а когато умрат, дори създават доста благоприятен субстрат за бактериите. Ето защо не е изненадващо, че бактериалната популация на термалните води е най-богато представена в местата, където се натрупват водорасли.

Преминавайки към топлолюбивите бактерии на горещите извори, трябва да отбележим, че у нас те са изследвани от много микробиолози. Тук трябва да се отбележат имената на Циклинская (1899), Губин (1924-1929), Афанасиева-Кестер (1929), Егорова (1936-1940), Волкова (1939), Родина (1945) и Исаченко (1948).

Повечето изследователи, занимаващи се с горещи извори, се ограничават до установяването на бактериална флора в тях. Само сравнително малко микробиолози се спряха на основните аспекти на живота на бактериите в термалните бани.

В нашия преглед ще се спрем само на изследванията на последната група.

Термофилни бактерии са открити в горещи извори в редица страни - съветски съюз, Франция, Италия, Германия, Словакия, Япония и др. Тъй като водите на горещите извори често са бедни на органични вещества, не е изненадващо, че понякога съдържат много малко количество сапрофитни бактерии.

Размножаването на автотрофно хранещи се бактерии, сред които железните и серните бактерии са доста разпространени в термите, се определя главно от химичния състав на водата, както и от нейната температура.

Някои термофилни бактерии, изолирани от горещи води, са описани като нови видове. Подобни форми включват: Bac. thermophilus filiformis. изследван от Циклинская (1899), две спорови пръчки - Bac. Лудвиги и Бак. ilidzensis capsulatus, изолиран от Karlinsky (1895), Spirochaeta daxensis, изолиран от Cantacuzene (1910), и Thiospirillum pistiense, изолиран от Churda (1935).

Температурата на водата в горещите извори значително влияе върху видовия състав на бактериалната популация. Във води с по-ниска температура са открити коки и спирохетоподобни бактерии (работи на Родина, Кантакузена). Но и тук преобладаващата форма са спороносните пръчици.

Наскоро влиянието на температурата върху видовия състав на бактериалната популация на термалните бани беше много колоритно показано в работата на Родина (1945), който изучава горещите извори на Ходжа-Оби-Гарм в Таджикистан. Температурата на отделните източници на тази система варира от 50-86 °. Когато се комбинират, тези терми водят до поток, на дъното на който на места с температури под 68° се наблюдава бърз растеж на синьо-зелени водорасли. На места водораслите образуваха дебели слоеве с различни цветове. На ръба на водата имаше отлагания от сяра по страничните стени на нишите.

В различни източници в оттока, както и в дебелината на синьо-зелените водорасли, се поставят очила за замърсяване в продължение на три дни. Освен това събраният материал се засява върху хранителни среди. Установено е, че водата с най-висока температура има предимно пръчковидни бактерии. Клиновидните форми, по-специално тези, които приличат на Azotobacter, се срещат при температури, които не надвишават 60 °. Съдейки по всички данни, можем да кажем, че самият Azotobacter не расте над 52 °, а големите кръгли клетки, открити в замърсяването, принадлежат към други видове микроби.

Най-устойчиви на топлина са някои форми на бактерии, които се развиват върху месо-пептонен агар, тиобактерии като Tkiobacillus thioparus и десулфуратори. Между другото, заслужава да се спомене, че Егорова и Соколова (1940) откриват Microspira във вода с температура 50-60 °.

В работата на Родина не са открити азотфиксиращи бактерии във вода при 50°C. При изследване на почвите обаче са открити анаеробни азотфиксатори при 77°C, а Azotobacter при 52°C. Това ни кара да вярваме, че водата като цяло не е подходящ субстрат за азотфиксатори.

Изследване на бактерии в почвите на горещи извори разкрива същата зависимост на груповия състав от температурата там, както във водата. Почвената микропопулация обаче е много по-богата на брой. Песъчливите почви, бедни на органични съединения, имаха доста оскъдна микропопулация, докато тези, съдържащи тъмно оцветена органична материя, бяха изобилно населени с бактерии. Така връзката между състава на субстрата и природата на съдържащите се в него микроскопични същества се разкрива изключително ясно.

Прави впечатление, че нито във водата, нито в тинята на Родина не са открити термофилни бактерии, които разграждат фибрите. Този моментСклонни сме да го обясним с методически трудности, тъй като термофилните бактерии, разлагащи целулозата, са доста взискателни към хранителните среди. Както показа Имшенецки, тяхното изолиране изисква доста специфични хранителни субстрати.

В горещите извори, освен сапрофити, има автотрофи - серни и железни бактерии.

Най-старите наблюдения относно възможността за растеж на серни бактерии в термални бани очевидно са направени от Майер и Аренс, както и от Мийоши. Мийоши наблюдава развитието на нишковидни серни бактерии в извори, чиято температура на водата достига 70°. Егорова (1936), която изучава серните извори на Брагун, отбелязва наличието на серни бактерии дори при температура на водата 80 °.

В главата " основни характеристикиморфологични и физиологични характеристикитермофилни бактерии" описахме достатъчно подробно свойствата на термофилните железни и серни бактерии. Не е препоръчително да повтаряме тази информация и тук ще се ограничим само да напомним, че отделни родове и дори видове автотрофни бактерии завършват своето развитие при различни температури.

Следователно максималната температура за серните бактерии е около 80°. За железни бактерии като Streptothrix ochraceae и Spirillum ferrugineum Мийоши определя максимум 41-45°.

Дюфреноа (Dufrencfy, 1921) открива железни бактерии, много подобни на Siderocapsa върху утайки в горещи води с температура 50-63°. Според неговите наблюдения растежът на нишковидни железни бактерии се наблюдава само в студени води.

Волкова (1945) наблюдава развитието на бактерии от рода Gallionella в минералните извори на Пятигорската група, когато температурата на водата не надвишава 27-32 °. В термалните бани с по-високи температури железните бактерии липсваха напълно.

Сравнявайки материалите, които отбелязахме, неволно трябва да заключим, че в някои случаи не е температурата на водата, а нейната химичен съставопределя развитието на определени микроорганизми.

Бактериите, заедно с водораслите, участват активно в образуването на някои минерали биолит и каустобиолит. Ролята на бактериите в утаяването на калция е проучена по-подробно. Този въпрос е разгледан подробно в раздела за физиологичните процеси, причинени от термофилни бактерии.

Изводът, направен от Волкова, заслужава внимание. Тя отбелязва, че „барежината“, която се отлага в дебела покривка в потоците на източниците на серните извори на Пятигорск, съдържа много елементарна сяра и се основава на мицела на плесенна гъба от род Penicillium. Мицелът съставлява стромата, която включва пръчковидни бактерии, очевидно свързани със серни бактерии.

Брусоф смята, че термичните бактерии също участват в образуването на отлагания на силициева киселина.

В термите са открити бактерии, които намаляват сулфатите. Според Afanasyeva-Kester те приличат на Microspira aestuarii van Delden и Vibrio thermodesulfuricans Elion. Редица мисли за възможната роля на тези бактерии в образуването на сероводород в термалните бани са изразени от Губин (1924-1929).

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Бактериите са най-старата известна група организми
Слоести каменни структури - строматолити - датирани в някои случаи в началото на археозоя (архей), т.е. възникнал преди 3,5 милиарда години, е резултат от жизнената дейност на бактериите, обикновено фотосинтезиращи, т.нар. синьо-зелени водорасли. Подобни структури (бактериални филми, импрегнирани с карбонати) все още се формират днес, главно край бреговете на Австралия, Бахамите, в Калифорнийския и Персийския залив обаче са сравнително редки и не достигат големи размери, тъй като с тях се хранят тревопасни организми, напр. коремоноги. Първите ядрени клетки са се развили от бактерии преди приблизително 1,4 милиарда години.

Археобактериите термоацидофили се считат за най-древните от съществуващите живи организми. Те живеят в гореща изворна вода, която е силно кисела. При температури под 55oC (131oF) те умират!

90% от биомасата в моретата се оказват микроби.

Животът се появи на Земята
Преди 3,416 милиарда години, тоест 16 милиона години по-рано, отколкото обикновено се смята научен свят. Анализите на един от коралите, чиято възраст надхвърля 3,416 милиарда години, са доказали, че по време на образуването на този корал на Земята вече е съществувал живот на микробно ниво.

Най-старият микрофосил
Kakabekia barghoorniana (1964-1986) е открита в Харич, Goonedd, Уелс, с приблизителна възраст над 4 000 000 000 години.
Най-древната форма на живот
Фосилизирани отпечатъци от микроскопични клетки са открити в Гренландия. Оказа се, че тяхната възраст е 3800 милиона години, което ги прави най-древните познати ни форми на живот.

Бактерии и еукариоти
Животът може да съществува под формата на бактерии - най-простите организми, които нямат ядро ​​в клетката, най-старите (археи), почти толкова прости като бактериите, но се отличават с необичайна мембрана; еукариотите се считат за върха - всъщност, всички други организми, чийто генетичен код се съхранява в клетъчното ядро.

Най-старите обитатели на Земята са открити в Марианската падина
На дъното на най-дълбокото в света Марианската падинаВ центъра на Тихия океан са открити 13 вида едноклетъчни организми, неизвестни на науката, които съществуват непроменени почти милиард години. Микроорганизми са открити в почвени проби, взети в разлома Чалънджър през есента на 2002 г. от японския автоматичен батискаф "Кайко" на дълбочина 10 900 метра. В 10 кубически сантиметра почва са открити 449 неизвестни досега примитивни едноклетъчни кръгли или удължени с размери 0,5 - 0,7 mm. След няколко години изследвания те са разделени на 13 вида. Всички тези организми почти напълно отговарят на т.нар. „неизвестни биологични вкаменелости“, открити през 80-те години на миналия век в Русия, Швеция и Австрия в почвени слоеве, датиращи от преди 540 милиона до един милиард години.

Въз основа на генетичен анализ японски изследователи твърдят, че едноклетъчните организми, открити на дъното на Марианската падина, са съществували непроменени повече от 800 милиона или дори един милиард години. Очевидно това са най-древните от всички известни жители на Земята. За да оцелеят, едноклетъчните организми от разлома на Challenger бяха принудени да отидат на изключителни дълбочини, тъй като в плитките слоеве на океана не можеха да се конкурират с по-млади и по-агресивни организми.

Първите бактерии се появяват през археозойската ера
Развитието на Земята е разделено на пет периода от време, наречени ери. Първите две ери, археозойската и протерозойската, продължиха 4 милиарда години, тоест почти 80% от цялата земна история. По време на археозоя настъпва образуването на Земята, появяват се вода и кислород. Преди около 3,5 милиарда години се появяват първите малки бактерии и водорасли. През протерозойската ера, преди около 700 години, първите животни се появяват в морето. Това са били примитивни безгръбначни същества, като червеи и медузи. палеозойсказапочва преди 590 милиона години и продължава 342 милиона години. Тогава Земята беше покрита с блата. През палеозоя се появяват големи растения, риби и земноводни. Мезозойска еразапочва преди 248 милиона години и продължава 183 милиона години. По това време Земята е била обитавана от огромни гущери-динозаври. Появяват се и първите бозайници и птици. кайнозойска еразапочва преди 65 милиона години и продължава до днес. По това време са възникнали растенията и животните, които ни заобикалят днес.

Къде живеят бактериите
Бактериите са изобилни в почвата, на дъното на езерата и океаните - навсякъде, където се натрупва органична материя. Те живеят на студено, когато термометърът е точно над нулата, и в горещи киселинни извори с температури над 90 C. Някои бактерии понасят много висока соленост; по-специално, те са единствените организми, открити в Мъртво море. В атмосферата те присъстват във водни капки и тяхното изобилие там обикновено корелира със запрашеността на въздуха. Така в градовете дъждовната вода съдържа много повече бактерии, отколкото в селските райони. Има малко от тях в студения въздух на високите планини и полярните региони, но те се намират дори в долния слой на стратосферата на надморска височина от 8 км.

Бактериите участват в храносмилането
Храносмилателният тракт на животните е гъсто населен с бактерии (обикновено безвредни). Те не са необходими за живота на повечето видове, въпреки че могат да синтезират някои витамини. Но при преживните животни (крави, антилопи, овце) и много термити те участват в храносмилането на растителната храна. Освен това имунната система на животно, отглеждано при стерилни условия, не се развива нормално поради липса на бактериална стимулация. Нормалната бактериална “флора” на червата също е важна за потискане на вредните микроорганизми, които навлизат там.

Четвърт милион бактерии се побират на едно място
Бактериите са много по-малки от клетките на многоклетъчните растения и животни. Дебелината им обикновено е 0,5–2,0 µm, а дължината им е 1,0–8,0 µm. Някои форми са едва видими при разделителната способност на стандартните светлинни микроскопи (приблизително 0,3 микрона), но също така са известни видове с дължина над 10 микрона и ширина, която също надхвърля определените граници, а редица много тънки бактерии могат надвишава 50 микрона дължина. На повърхността, съответстваща на точката, маркирана с молив, ще се поберат четвърт милион средно големи бактерии.

Бактериите предлагат уроци по самоорганизация
В бактериални колонии, наречени строматолити, бактериите се самоорганизират и образуват огромна работна група, въпреки че никоя от тях не ръководи останалите. Тази комбинация е много стабилна и бързо се възстановява, ако се повреди или смени. заобикаляща среда. Интересен е и фактът, че бактериите в строматолита имат различни роли в зависимост от това къде се намират в колонията и всички споделят генетична информация. Всички тези свойства могат да бъдат полезни за бъдещи комуникационни мрежи.

Способностите на бактериите
Много бактерии имат химически рецептори, които откриват промените в киселинността на околната среда и концентрацията на захари, аминокиселини, кислород и въглероден диоксид. Много подвижни бактерии също реагират на температурни колебания, а фотосинтезиращите видове реагират на промени в интензитета на светлината. Някои бактерии възприемат посоката на силовите линии магнитно поле, включително магнитното поле на Земята, с помощта на частици от магнетит (магнитна желязна руда – Fe3O4), присъстващи в техните клетки. Във водата бактериите използват тази способност да плуват по силови линии в търсене на благоприятна среда.

Паметта на бактериите
Условните рефлекси при бактериите са неизвестни, но те имат определен вид примитивна памет. Докато плуват, те сравняват възприеманата интензивност на стимула с предишната му стойност, т.е. определете дали е станал по-голям или по-малък и въз основа на това поддържайте посоката на движение или я променяйте.

Бактериите се удвояват на всеки 20 минути
Отчасти поради малкия размер на бактериите, техният метаболизъм е много висок. При най-благоприятни условия някои бактерии могат да удвоят общата си маса и брой приблизително на всеки 20 минути. Това се обяснява с факта, че редица от най-важните им ензимни системи функционират с много висока скорост. Така един заек се нуждае от няколко минути, за да синтезира протеинова молекула, докато бактериите отнемат секунди. Въпреки това, в естествена средаНапример в почвата повечето бактерии са „на гладна диета“, така че ако техните клетки се делят, то не е на всеки 20 минути, а веднъж на няколко дни.

В рамките на 24 часа една бактерия може да произведе 13 трилиона други.
Една бактерия E. coli (Esherichia coli) може да произведе потомство в рамките на 24 часа, чийто общ обем би бил достатъчен за изграждането на пирамида с площ от 2 кв. км и височина 1 км. При благоприятни условия за 48 часа един холерен вибрион (Vibrio cholerae) ще произведе потомство с тегло 22 * ​​​​1024 тона, което е 4 хиляди пъти по-голяма маса глобус. За щастие, само малък брой бактерии оцеляват.

Колко бактерии има в почвата?
IN горен слойпочвата съдържа от 100 000 до 1 милиард бактерии на 1 g, т.е. приблизително 2 тона на хектар. Обикновено всички органични остатъци, веднъж попаднали в земята, бързо се окисляват от бактерии и гъбички.

Бактериите се хранят с пестициди
Генетично модифицираната обикновена E. coli е способна да яде органофосфорни съединения - токсични вещества, които са токсични не само за насекомите, но и за хората. Класът на органофосфорните съединения включва някои видове химическо оръжие, например газ зарин, който има нервнопаралитичен агент.

Специален ензим, вид хидролаза, първоначално намерен в някои "диви" почвени бактерии, помага на модифицираната E. coli да се справи с органофосфатите. След тестване на много генетично подобни разновидности на бактерии, учените избраха щам, който убива пестицида метил паратион 25 пъти по-ефективно от оригиналните почвени бактерии. За да попречат на ядците на токсини да „избягат“, те бяха закрепени върху целулозна матрица - не се знае как ще се държи трансгенната E. coli, след като бъде освободена.

Бактериите с удоволствие ще ядат пластмаса със захар
Полиетиленът, полистиролът и полипропиленът, които съставляват една пета от градските отпадъци, са станали привлекателни за почвените бактерии. Когато полистирен стиреновите единици се смесят с малко количество друго вещество, се образуват „кукички“, върху които могат да се закачат частици захароза или глюкоза. Захарите „висят“ на вериги от стирен като висулки, съставлявайки само 3% от общо теглополученият полимер. Но бактериите Pseudomonas и Bacillus забелязват наличието на захари и, изяждайки ги, разрушават полимерните вериги. В резултат на това пластмасите започват да се разлагат в рамките на няколко дни. Крайните продукти на преработката са въглероден диоксид и вода, но по пътя към тях се появяват органични киселини и алдехиди.

Янтарна киселина от бактерии
В търбуха - част от храносмилателния тракт на преживните животни - беше открит новият видбактерии, произвеждащи янтарна киселина. Микробите живеят и се възпроизвеждат добре без кислород, в атмосфера на въглероден диоксид. В допълнение към янтарната киселина, те произвеждат оцетна и мравчена киселина. Основният хранителен ресурс за тях е глюкозата; от 20 грама глюкоза бактериите създават почти 14 грама янтарна киселина.

Крем с дълбоководни бактерии
Бактерии, събрани от хидротермална пукнатина два километра в тихоокеанския залив на Калифорния, ще помогнат за създаването на лосион за ефективна защитакожата от вредни слънчеви лъчи. Сред микробите, които живеят тук при високи температури и налягания, е Thermus thermophilus. Техните колонии процъфтяват при температури от 75 градуса по Целзий. Учените ще използват процеса на ферментация на тези бактерии. Резултатът ще бъде „коктейл от протеини“, включително ензими, които са особено нетърпеливи да унищожат силно активни химични съединения, образувани от излагане на ултравиолетови лъчи и участващи в реакции, които разрушават кожата. Според разработчиците новите компоненти могат да унищожат водородния прекис три пъти по-бързо при 40 градуса по Целзий, отколкото при 25.

Хората са хибриди на Хомо сапиенс и бактерии
Човек всъщност е сбор от човешки клетки, както и бактериални, гъбични и вирусни форми на живот, казват британците, и човешкият геном не преобладава в този конгломерат. В човешкото тяло има няколко трилиона клетки и повече от 100 трилиона бактерии, петстотин вида, между другото. По отношение на количеството ДНК в телата ни, водещи са бактериите, а не човешките клетки. Това биологично съжителство е полезно и за двете страни.

Бактериите натрупват уран
Един щам на бактерията Pseudomonas е в състояние ефективно да улавя уран и други тежки метали от околната среда. Изследователите изолираха този тип бактерии от отпадъчни води от металургичен завод в Техеран. Успехът на почистването зависи от температурата, киселинността на околната среда и съдържанието на тежки метали. Най-добрите резултати са при 30 градуса по Целзий в леко кисела среда с концентрация на уран от 0,2 грама на литър. Неговите гранули се натрупват в стените на бактериите, достигайки 174 mg на грам сухо тегло на бактериите. Освен това бактерията улавя мед, олово и кадмий и други тежки метали от околната среда. Откритието може да послужи като основа за разработването на нови методи за пречистване на отпадъчни води от тежки метали.

В Антарктида бяха открити два неизвестни на науката вида бактерии
Новите микроорганизми Sejongia jeonnii и Sejongia antarctica са грам-отрицателни бактерии, съдържащи жълт пигмент.

Толкова много бактерии по кожата!
Кожата на плъховете има до 516 000 бактерии на квадратен инч; сухите участъци от кожата на същото животно, като предните лапи, имат само 13 000 бактерии на квадратен инч.

Бактерии срещу йонизиращо лъчение
Микроорганизмът Deinococcus radiodurans е в състояние да издържи 1,5 милиона рад. йонизиращо лъчение, превишаващо смъртоносните нива за други форми на живот повече от 1000 пъти. Докато ДНК на други организми ще бъде унищожена и унищожена, геномът на този микроорганизъм няма да бъде повреден. Тайната на такава стабилност се крие в специфичната форма на генома, която наподобява кръг. Именно този факт допринася за такава устойчивост на радиация.

Микроорганизми срещу термити
Лекарството за борба с термити "Формозан" (САЩ) използва естествени враговетермити – няколко вида бактерии и гъбички, които ги заразяват и убиват. След като насекомото е заразено, гъбичките и бактериите се установяват в тялото му, образувайки колонии. Когато едно насекомо умре, останките му стават източник на спори, които заразяват другите насекоми. Бяха избрани микроорганизми, които се възпроизвеждат сравнително бавно - заразеното насекомо трябва да има време да се върне в гнездото, където инфекцията ще се предаде на всички членове на колонията.

Микроорганизмите живеят на полюса
Колонии от микроби са открити върху камъни в района на северната и южните полюси. Тези места не са много подходящи за живот - комбинация от изключително ниски температури, силни ветровеи твърдата ултравиолетова радиация изглеждат страшни. Но 95 процента от скалистите равнини, изследвани от учените, са обитавани от микроорганизми!

Тези микроорганизми получават достатъчно светлина, която попада под камъните през пукнатините между тях, отразявайки се от повърхностите на съседните камъни. Поради температурните промени (камъните се нагряват от слънцето и се охлаждат, когато няма слънце), в каменните плочи се появяват движения, някои камъни се оказват в пълна тъмнина, докато други, напротив, са изложени на светлина. След такива движения микроорганизмите „мигрират“ от потъмнели камъни към осветени.

Бактериите живеят в шлакови сметища
Най-алкалолюбивите организми на планетата живеят в замърсена вода в Съединените щати. Учените са открили микробни общности, процъфтяващи в сметища за сгурия в района на езерото Калум в югозападен Чикаго, където нивото на киселинност на водата (pH) е 12,8. Животът в такава среда е сравним с живот в сода каустик или течност за почистване на подове. В такива сметища въздухът и водата реагират със шлака, която произвежда калциев хидроксид (сода каустик), което повишава pH. Бактериите са открити по време на изследване на заразени подземни води, натрупан в продължение на повече от век индустриални депа на желязо, идващи от Индиана и Илинойс.

Генетичният анализ показва, че някои от тези бактерии са близки роднини на видовете Clostridium и Bacillus. Тези видове преди са били открити в киселите води на езерото Моно в Калифорния, туфовите стълбове в Гренландия и замърсените с цимент води на дълбока златна мина в Африка. Някои от тези организми използват водород, отделен при корозия на металните железни шлаки. Как точно необичайната бактерия е попаднала в шлаковите депа остава загадка. Възможно е местните бактерии да са се адаптирали към тях екстремна средаместообитания през последния век.

Микробите определят замърсяването на водата
Модифицираните бактерии E. coli се отглеждат в среда, съдържаща замърсители и техните количества се определят в различни моменти от време. Бактериите имат вграден ген, който позволява на клетките да светят в тъмното. По яркостта на сиянието може да се прецени техният брой. Бактериите се замразяват в поливинил алкохол, след което могат да издържат на ниски температури без сериозни щети. След това се размразяват, отглеждат се в суспензия и се използват в изследвания. В замърсена среда клетките растат по-зле и умират по-често. Броят на мъртвите клетки зависи от времето и степента на замърсяване. Тези показатели се различават за тежки металии органична материя. За всяко вещество скоростта на смъртта и зависимостта на броя на мъртвите бактерии от дозата са различни.

Вирусите имат
...сложна структура от органични молекули, което е още по-важно е наличието на собствен вирусен генетичен код и способността за възпроизвеждане.

Произход на вирусите
Общоприето е, че вирусите са възникнали в резултат на изолирането (автономизирането) на отделни генетични елементи на клетката, които освен това са получили способността да се предават от организъм на организъм. Размерът на вирусите варира от 20 до 300 nm (1 nm = 10–9 m). Почти всички вируси са по-малки по размер от бактериите. Но най-големите вируси, като вируса на кравешка шарка, са със същия размер като най-малките бактерии (хламидия и рикетсия).

Вирусите са форма на преход от просто химия към живот на Земята
Има версия, че вирусите са възникнали много отдавна - благодарение на вътреклетъчните комплекси, които са получили свобода. В нормалната клетка има движение на много различни генетични структури (информационна РНК и т.н. и т.н.), които могат да бъдат предшественици на вируси. Но може би всичко беше точно обратното - и вирусите - най-стара формаживот, или по-скоро преходният етап от „просто химия“ към живота на Земята.
Някои учени дори свързват произхода на самите еукариоти (и следователно на всички едно- и многоклетъчни организми, включително вас и мен) с вирусите. Възможно е да сме се появили в резултат на „сътрудничеството“ на вируси и бактерии. Първият предостави генетичен материал, а вторият осигури рибозоми - вътреклетъчни фабрики за протеини.

Вирусите не са способни
... да се възпроизвеждат сами - вътрешните механизми на клетката, която вирусът заразява, правят това вместо тях. Самият вирус също не може да работи с гените си - не е в състояние да синтезира протеини, въпреки че има протеинова обвивка. Той просто краде готови протеини от клетките. Някои вируси дори съдържат въглехидрати и мазнини - но пак крадени. Извън клетката-жертва вирусът е просто гигантско натрупване на макар и много сложни молекули, но без метаболизъм или други активни действия.

Изненадващо, най-простите същества на планетата (все пак ще наричаме вирусите създания) са една от най-големите мистерии на науката.

Най-големият вирус Мими или Мимивирус
...(предизвикващ огнище на грип) е 3 пъти повече от другите вируси и 40 пъти повече от другите. Той носи 1260 гена (1,2 милиона „буквени“ бази, което е повече от другите бактерии), докато известните вируси имат само три до сто гена. Освен това генетичният код на вируса се състои от ДНК и РНК, докато всички известни вируси използват само една от тези „таблетки на живота“, но никога и двете заедно. 50 Mimi гена са отговорни за неща, които никога досега не са били наблюдавани във вирусите. По-специално, Mimi е способен самостоятелно да синтезира 150 вида протеини и дори да поправи собствената си увредена ДНК, което като цяло е глупост за вирусите.

Промените в генетичния код на вирусите могат да ги направят смъртоносни
Американски учени експериментираха със съвременния грипен вирус - неприятно и тежко, но не много смъртоносно заболяване - като го кръстосаха с вируса на прословутия "испански грип" от 1918 г. Модифицираният вирус убива направо мишки със симптоми, характерни за испанския грип (остра пневмония и вътрешно кървене). Разликите му от съвременния вирус на генетично ниво обаче се оказаха минимални.

Испанската грипна епидемия през 1918 г. убива повече хораотколкото по време на най-страшните средновековни епидемии от чума и холера и дори повече от фронтовите загуби през Първата световна война. Учените предполагат, че вирусът на испанския грип може да е възникнал от така наречения вирус на „птичи грип“, комбинирайки се с обикновен вирус, например в тялото на прасета. Ако птичият грип успешно се кръстосва с човешкия грип и е в състояние да премине от човек на човек, тогава получаваме заболяване, което може да причини глобална пандемия и да убие няколко милиона души.

Повечето силна отрова
... сега се счита за токсин от бацил D. 20 mg са достатъчни, за да отровят цялото население на Земята.

Вирусите могат да плуват
Във водите на Ладога живеят осем вида фагови вируси, които се различават по форма, размер и дължина на краката. Техният брой е значително по-висок от този, характерен за прясна вода: от два до дванадесет милиарда частици на литър проба. В някои проби имаше само три вида фаги, като най-високото им съдържание и разнообразие беше в централната част на резервоара, всичките осем вида. Обикновено е точно обратното: в крайбрежните зони на езерата има повече микроорганизми.

Мълчание на вируси
Много вируси, като херпес, имат две фази в развитието си. Първият възниква веднага след заразяването на нов гостоприемник и не продължава дълго. Тогава вирусът „замълчава“ и тихо се натрупва в тялото. Вторият може да започне след няколко дни, седмици или години, когато вирусът, „замълчал“ за момента, започне да се размножава лавинообразно и да причинява заболяване. Наличието на „латентна“ фаза предпазва вируса от изчезване, когато популацията гостоприемник бързо стане имунизирана срещу него. Колкото по-непредсказуема е външната среда от гледна точка на вируса, толкова по-важно е той да има период на „мълчание“.

Играят вируси важна роля
Вирусите играят важна роля в живота на всяко водно тяло. Техният брой достига няколко милиарда частици на литър морска водав полярни, умерени и тропически ширини. В сладководните езера съдържанието на вируси обикновено е по-ниско с коефициент 100. Защо има толкова много вируси в Ладога и те са толкова необичайно разпространени, остава да разберем. Но изследователите не се съмняват, че микроорганизмите оказват значително влияние върху екологично състояниеестествена вода.

Обикновената амеба има положителна реакция към източник на механични вибрации
Amoeba proteus е сладководна амеба с дължина около 0,25 mm, един от най-често срещаните видове от групата. Често се използва в училищни експерименти и лабораторни изследвания. Обикновената амеба се среща в утайките на дъното на езера със замърсена вода. Прилича на малка, безцветна желатинова бучка, едва видима с невъоръжено око.

При обикновената амеба (Amoeba proteus) е открит така нареченият вибротаксис под формата на положителна реакция към източник на механични вибрации с честота 50 Hz. Това става разбираемо, ако вземем предвид, че при някои видове реснички, които служат за храна на амебите, честотата на биенето на ресничките варира между 40 и 60 Hz. Амебата също проявява отрицателен фототаксис. Това явление е, че животното се опитва да се премести от осветената зона в сянката. Термотаксисът на амебата също е отрицателен: тя се движи от по-топла към по-малко нагрята част от водното тяло. Интересно е да се наблюдава галванотаксисът на амебата. Ако през водата се пропусне слаб електрически ток, амебата освобождава псевдоподи само от страната, обърната към отрицателния полюс - катода.

Най-голямата амеба
Една от най-големите амеби е сладководният вид Pelomyxa (Chaos) carolinensis с дължина 2–5 mm.

Амебата се движи
Цитоплазмата на клетката е в постоянно движение. Ако потокът от цитоплазма се втурне към една точка на повърхността на амебата, на това място на тялото й се появява издатина. Той се уголемява, става израстък на тялото - псевдопод, цитоплазмата се влива в него и амебата се движи по този начин.

Акушерка за амеба
Амебата е много прост организъм, състоящ се от една клетка, която се възпроизвежда чрез просто делене. Първо клетката на амебата удвоява своя генетичен материал, създавайки второ ядро, а след това променя формата си, образувайки стеснение в средата, което постепенно я разделя на две дъщерни клетки. Между тях остава тънък лигамент, който те дърпат в различни посоки. В крайна сметка лигаментът се скъсва и дъщерните клетки започват независим живот.

Но при някои видове амеби процесът на възпроизвеждане изобщо не е толкова прост. Техните дъщерни клетки не могат самостоятелно да разрушат лигамента и понякога се сливат отново в една клетка с две ядра. Делещите се амеби викат за помощ, като отделят специален химикал, на който реагира „амебата акушерка“. Учените смятат, че най-вероятно това е комплекс от вещества, включително фрагменти от протеини, липиди и захари. Очевидно, когато клетката на амеба се дели, нейната мембрана изпитва напрежение, което причинява освобождаването на химически сигнал в външна среда. След това делящата се амеба се подпомага от друга, която идва в отговор на специален химичен сигнал. Той се вмъква между делящите се клетки и оказва натиск върху лигамента, докато се разкъса.

Живи вкаменелости
Най-древните от тях са радиоларии, едноклетъчни организми, покрити с черупкообразен израстък, примесен със силициев диоксид, чиито останки са открити в докамбрийски отлагания, чиято възраст варира от един до два милиарда години.

Най-издръжливите
Тихоходката, животно с дължина под половин милиметър, се счита за най-издръжливата форма на живот на Земята. Това животно може да издържи на температури, вариращи от 270 градуса по Целзий до 151 градуса по Целзий, излагане на рентгенови лъчи, условия на вакуум и налягане шест пъти по-високо от това на най-дълбокото океанско дъно. Тардиградите могат да живеят в улуци и пукнатини в зидария. Някои от тези малки същества оживяха след сто години зимен сън в сухия мъх на музейните колекции.

Acantharia, най-простите организми, принадлежащи към радиоляриите, достигат дължина от 0,3 mm. Техният скелет се състои от стронциев сулфат.

Общата маса на фитопланктона е само 1,5 милиарда тона, докато масата на зоопарктона е 20 милиарда тона.

Скоростта на движение на ресничестия чехъл (Paramecium caudatum) е 2 mm в секунда. Това означава, че обувката преплува за секунда разстояние 10-15 пъти по-голямо от дължината на тялото си. На повърхността на ресничестия чехъл има 12 хиляди реснички.

Зелената еуглена (Euglena viridis) може да служи като добър индикатор за степента на биологично пречистване на водата. С намаляване на бактериалното замърсяване броят му рязко нараства.

Какви са били най-ранните форми на живот на Земята?
Същества, които не са нито растения, нито животни, се наричат ​​рангоморфи. За първи път те се заселват на океанското дъно преди около 575 милиона години, след последното глобално заледяване (това време се нарича Едиакарски период) и са сред първите същества с меко тяло. Тази група е съществувала до преди 542 милиона години, когато бързо размножаващите се съвременни животни изместват повечето от тези видове.

Организми, събрани във фрактални модели от разклонени части. Те не можеха да се движат и нямаха репродуктивни органи, но се размножаваха, очевидно създавайки нови клони. Всеки разклонен елемент се състоеше от много тръби, държани заедно от полутвърд органичен скелет. Учените откриха ранеоморфи, събрани в няколко различни форми, които според него събираха храна в различни слоеве на водния стълб. Фракталният модел изглежда доста сложен, но според изследователя сходството на организмите един с друг е направило прост геном достатъчен за създаване на нови свободно плаващи клони и за свързване на клоните в по-сложни структури.

Фракталният организъм, открит в Нюфаундленд, беше широк 1,5 сантиметра и дълъг 2,5 сантиметра.
Такива организми представляват до 80% от всички живеещи в Едиакара, когато не е имало подвижни животни. С появата на по-мобилни организми обаче започва техният упадък и в резултат на това те са напълно заменени.

Дълбоко под океанското дъно съществува безсмъртен живот
Под повърхността на дъното на моретата и океаните има цяла биосфера. Оказва се, че на дълбочина от 400-800 метра под дъното, в дебелината на древните седименти и скали, живеят безброй бактерии. Някои конкретни екземпляри се оценяват на 16 милиона години. Те са практически безсмъртни, твърдят учените.

Изследователите смятат, че именно в такива условия, в дълбините на дънните скали, животът е възникнал преди повече от 3,8 милиарда години и едва по-късно, когато средата на повърхността е станала подходяща за обитаване, е овладял океана и сушата. Учените отдавна са открили следи от живот (фосили) в дънни скали, взети от много голяма дълбочина под повърхността на дъното. Те събраха много проби, в които откриха живи микроорганизми. Включително в скали, издигнати от дълбочини над 800 метра под океанското дъно. Някои проби от седименти са на много милиони години, което означава, че например бактерия, уловена в такава проба, е на същата възраст. Около една трета от бактериите, които учените са открили в дълбоки дънни скали, са живи. При липса на слънчева светлина източникът на енергия за тези същества са различни геохимични процеси.

Бактериалната биосфера, разположена под морското дъно, е много голяма и превъзхожда всички бактерии, живеещи на сушата. Следователно той има забележим ефект върху геоложките процеси, баланса на въглеродния диоксид и т.н. Може би, предполагат изследователите, без такива подземни бактерии нямаше да имаме нефт и газ.

На пръв поглед може да изглежда така бактерии в горещи изворине живей. Природата обаче убедително доказва, че това не е така.

Всеки знае, че водата кипи при температура 100 градуса по Целзий. Доскоро хората вярваха, че абсолютно нищо не може да оцелее при тази температура. Учените смятали така, докато не открили непознати за науката бактерии на дъното на Тихия океан, в горещи извори. Чувстват се страхотно на 250 градуса!

На голяма дълбочина водата не се превръща в пара, а остава просто вода, защото има голяма дълбочина и високо налягане. При тази температура има много вода химически вещества, с които се хранят споменатите по-горе бактерии. Не е ясно как живите същества са се вкоренили при такава температура, но те са свикнали да живеят там по такъв начин, че ако бъдат доведени до температура под 80 градуса по Целзий, ще им бъде студено.

Както се оказа, температурата от 250 градуса не е границата за живота на бактериите. В същия Тихи океан е открит много горещ извор, водата в който достига 400 градуса. Дори в такива условия живеят не само много бактерии, но и някои червеи, както и няколко вида мекотели.

Всеки знае, че когато Земята се появи (това беше преди много милиони години), тя беше обикновена гореща топка. От векове хората са вярвали, че животът се е появил на нашата планета, когато Земята е изстинала. И също така се смяташе, че на други планети, на които висока температура, животът не може да съществува. Вероятно сега учените ще трябва да преразгледат възгледите си относно този факт.