Понятие фототрофа в биологии, примеры микроорганизмов, тип питания бактерий |

Фототрофы

Фототрофы – микроорганизмы, в том числе бактерии, способные, как и растения, в качестве источника энергии использовать солнечный свет, или фотосинтезирующие микроорганизмы, использующие солнечную энергию. Фототрофные прокариотическиеорганизмы, не вызывают заболевания у людей, тогда как хемотрофы не редко являются паразитическими организмами.

Содержание:

Процесс фотосинтеза у бактерий

Все фотосинтезрующие бактерии содержат хлорофилл и каротиноиды. Последние, принимают участие в фотосинтезе, передавая энергию поглощаемого света бактериохлорофиллу.

В основе бактериального фотосинтеза лежит превращение световой энергии, поглощенной пигментами, в химическую энергию макроэргических связей АТФ, образуемой в процессе фотофосфорилирования и используемой впоследствии для усвоения углекислого газа и процессов биосинтеза.

Общие черты фотосинтеза бактерий и зеленых растений сходны. Отличие состоит в том, что у зеленых растений источником водорода служит вода, окисляемая до кислорода. В результате фотосинтеза у зеленых растений выделяется кислород.

У фотолитотрофных (фотосинтезирующих бактерий, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества) – источником водорода для фотосинтеза является сероводород или молекулярный водород. В данном случае кислород не выделяется.

Кроме того, у растений для восстановления одной молекулы углекислоты расходуется четыре кванта энергии, у бактерий – только один квант. Конечные продукты фотосинтеза у растений и бактерий одинаковы. Это соединения типа углеводов.

Примеры бактерий-фототрофов

К фотосинтезирующим бактериям кроме зеленых бактерий, относятся: гелиобактерии, пурпурные несеробактерии, пурпурные серобактерии.

Гелиобактерии – единственные грамположительные фототрофы, способные к образованию настоящих эндоспор.

Описано два вида, различающиеся морфологически:

Heliobacterium chlorum – длинные одиночные палочки (1,0х7,0–10 мкм), передвигающиеся путем скольжения;
Heliobacillus mobilis – короткие палочковидные бактерии с перитрихиально расположенными жгутиками.

Фиксация углекислого газа осуществляется в цикле Кальвина. Дыхательный метаболизм отсутствует. Гелиобактерии являются активными азотфиксаторами, обитают в почвах и содовых озерах.

Гелиобакерии осуществляют аноксигенный фотосинтез благодаря наличию в клетках единственного бактериохлорофилла g. У других бактерий с бескислородным типом фотосинтеза данное вещество не обнаружено. Как и у всех фотосинтезирующих бактерий в клетках гелиобактерий, кроме бактериохлорофилла g, присутствует незначительное количество каротиноидов.

Несерные пурпурные бактерии – фотоорганотрофы (фотосинтезирующие организмы, использующие в качестве донора электронов органические соединения). Они входят в семейство Rhodospiriliaceae, представленное двумя родами: Rhodospirillum– клетки спиральной формы и Rhodospirillum– клетки палочковидной формы.

Эта группа бактерий способна в качестве источника энергии использовать не только солнечный свет, но и аэробное окисление. На свету они развиваются только в анаэробных условиях. Развитие несерных пурпурных бактерий в темноте возможно только при наличии кислорода и серы. Они характеризуются полным набором основных дыхательных ферментов.

Пурпурные серобактерии – полифилетическая группа бактерий, характеризующаяся различными морфологическими формами – кокки, палочки, спириллы. Представители группы живут в анаэробных условиях и развиваются на свету при наличии в среде сероводорода и тиосульфата натрия.

Пурпурные серобактерии вырабатывают особый пигмент типа хлорофилла – бактериопурин. При помощи данного пигмента они используют световую энергию для построения органического вещества тела из углекислого газа и неорганических солей.

Пурпурные серобактерии относят к фотолитотрофам.

Распространение фототрофных бактерий

Фототрофные бактерии – это типичные водные микроорганизмы. Распространены они, как в пресных, так и в соленых водоемах. Очень часто встречаются в местах, где присутствует сероводород, в мелководье или на значительной глубине. В почве фототрофных бактерий мало, но при затоплении водой они развиваются очень активно.

Распространение фототрофных прокариот в различных средах определяется присутствием трех основных факторов: света, молекулярного кислорода, питательной среды.

Потребность в световой энергии и диапазоне длин поглощаемого света для фотосинтеза определяется набором светособирающих пигментов. Прокариоты с кислородным типом фотосинтеза поглощают свет в том же диапазоне, что и водоросли, и высшие растения.

Пурпурные и зеленые бактерии, гелиобактерии – развиваются в водоемах под различной мощности слоем цианобактерий и водорослей, поглощающих свет с длиной волны до 750 нм. Фотосинтез пурпурных и зеленых бактерий, гелиобактерий, в данном случае, тесно связан со способностью цианобактерий и водорослей поглощать свет в красной и инфракрасной областях спектра за пределами поглощения хлорофиллов. Крайняя граница этой части спектра устанавливается способностью пигментов некоторых пурпурных бактерий (бактериохлорофиллов) поглощать свет с длиной волны до 1100 нм.

Установлены виды фотосинтезирующих прокариотов способных успешно развиваться в водоемах на глубине до 20–30 метров за счет активности пигментов другой группы – коратиноидов.

По отношению к молекулярному кислороду в числе фототрофных прокариот присутствуют строгие анаэробы, факультативные анаэробы, микроаэрофилы, организмы, образующие кислород внутриклеточно.

Различия в питательных веществах, необходимых для метаболизма, так же значительны. Они варьируют от сложных пищевых потребностей до минимального уровня.

Значение фототрофных бактерий

Фототрофные бактерии в природе играют огромную роль в круговороте различных веществ, значимых для жизни других организмов. Цианобактерии – занимают значительное место в круговороте углерода и азота, серобактерии – серы.

Научное значение фототрофных бактерий так же велико. Различные виды фотосинтезирующих прокариот используют для исследования процесса фотосинтеза в различных его аспектах, особенно начальные стадии. Пурпурные и зеленые бактерии используют для уточнения организации фотосинтетического аппарата, путей биосинтеза пигментов, метаболизма углерода, эволюции фотосинтезирующих форм и самого фотосинтеза.

Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в .ДЗЕН или Pulse или .Новости.

Понятие фототрофа в биологии, примеры, тип питания

В биологии фототрофами являются бактерии, относящиеся к группе автотрофных организмов и поглощающие свет в качестве источника энергии. Свет поддерживает разнообразные метаболические процессы в микроорганизмах. Фототрофы часто используют при исследовании процессов и эволюции фотосинтеза в разных аспектах, а также в поиске путей пигментного биосинтеза и углеродного метаболизма.

Места обитания фототрофных бактерий
Описание фототрофных организмов и примеры
Тип питания фототрофов

Чтобы научиться отличать их от других бактерий, необходимо знать некоторые особенности, которые могут отличаться у разных типов этих организмов.

Места обитания фототрофных бактерий

Фототрофные бактерии распространены преимущественно в соленых и пресных водоемах. Чаще всего они обитают в местах с наличием сероводорода. Находиться они могут на любой глубине. Редко такие организмы встречаются в почвах, но если произойдет затопление земли, то может наблюдаться интенсивный рост находящихся в ней фототрофов.

Это интересно: дикорастущие растения и их разнообразие.

Развитие фототрофов легко заметить даже без микроскопических исследований и постановки накопительных культур, поскольку они часто покрывают подводные объекты яркими пленками. Серные источники, бухты, лиманы, пруды и озера полны такими фототрофными скоплениями. При массовом развитии этих организмов может измениться цвет водоема, в которых они обитают. С небольшим количеством бактерий окрашиваются только некоторые слои воды. Окрашивание нескольких водных слоев обычно происходит на дне озер, где присутствует сероводород.

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофные организмы еще называют фотосинтезирующими микроорганизмами. Световая энергия, которую поглощают фототрофы, помогает биосинтезу клеточных компонентов и энергозависимым процессам, обеспечивающим рост бактерий.

Фототрофы представлены:

Зелеными и пурпурными бактериями,
Гелиобактериями,
Цианобактериями,
Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Это интересно: какая часть клетки является самой главной?

Самыми древними фотосинтезирующими автотрофами являются зеленые и пурпурные бактерии. Именно с них начались исследования фототрофной группы. По организации своей группы они похожи с сине-зелеными водорослями. Они получили название сине-зеленых бактерий, или цианобактерий, так как они являются прокариотами. Но по фотосинтезирующей форме, составу хлорофиллов и пигментам зеленые и пурпурные серобактерии сильно отличаются от других фототрофов.

Фотосинтез происходит в хлоропластах — специальных зеленых пластидах, расположенных в клетках. Хлоропласты содержат в себе хлорофилл, являющийся пигментом, окрашивающим части автотрофов в зеленый оттенок. Процесс происходит только при наличии воды и углекислого газа, выделяющегося из живых организмов при дыхании. Большая часть фототрофов выделяет кислород, который жизненно необходим объектам живой природы.

Это интересно: что такое атф-молекула, ее функции и роль в организме.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр,
Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую,
Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Это интересно: о единстве органического мира свидетельствуют какие факторы?

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

Тип питания фототрофов

Восполнение запасов энергии и нужных веществ клеточными организмами осуществляется с питанием. Все разновидности питания, которые сегодня известны науке, встречаются у бактерий. Процесс обмена веществ у живых организмов имеет практически один и тот же механизм, но у микроорганизмов имеется ряд особенностей в этом плане.

Это интересно: как определить валентность по таблице Менделеева?

Световая энергия преобразуется фототрофными микроорганизмами в фотосинтетические пигменты, которые могут быть:

хлорофиллами. При фотосинтезе происходит выделение кислорода. Этот процесс называется кислородный или оксигенный фотосинтез. Такими процессами характеризуются цианобактерии.
бактериохлорофиллами. Пигменты, относящиеся к хлорофиллам, не выделяют кислород во время фотосинтеза. Используемый пигмент реагирует на свет с волной другой длины. Он не может поглощаться ни растениями, ни цианобактериями, ни водорослями. Аноксигенный, или бескислородный, фотосинтез характерен для пурпурных, зеленых и гелиобактерий.
бактериородопсинами. Такой пигмент фотосинтеза встречается только у галобактерий, который содержится в пурпурных мембранах.

Есть теория, что фотосинтез может осуществляться и с другим источником света. В месте подводного термального источника обнаружили серобактерии, которые обитают на глубине ниже 2 км, куда солнечный свет не может проникнуть. Есть предположение, что происходит поглощение световых волн из термального источника бактериохлорофиллом, содержащимся в серобактериях.

Главное биологическое назначение фототрофов — это обеспечение всего живого кислородом. Некоторые виды обеспечивают круговорот азота, серы и других веществ в природе. Как видно, микроорганизмы играют большую роль в этом огромном мире.

Фототрофы

Фототрофы – это микроорганизмы, в том числе бактерии, способные, как и растения, в качестве источника энергии использовать солнечный свет, или фотосинтезирующие микроорганизмы, использующие солнечную энергию [1] [4] .

Фототрофные прокариотические организмы, не вызывают заболевания у людей, тогда как хемотрофы не редко являются паразитическими организмами [4] .

Содержание:

Процесс фотосинтеза у бактерий

Все фотосинтезрующие бактерии содержат хлорофилл и каротиноиды. Последние, принимают участие в фотосинтезе, передавая энергию поглощаемого света бактериохлорофиллу [5] .

У фотолитотрофных (фотосинтезирующие бактерий, использующие в качестве доноров электронов неорганические вещества) – источником водорода для фотосинтеза является сероводород или молекулярный водород. В данном случае кислород не выделяется [5] .

Зеленые бактерии

1 – Chlorobium limicola

2 – Prosthecochloris aestuarii [2]

Примеры бактерий-фототрофов

К фотосинтезирующим бактериям кроме зеленых бактерий, относятся: гелиобактерии, пурпурные несеробактерии, пурпурные серобактерии [5] .

Гелиобактерии – единственные грамположительные фототрофы, способные к образованию настоящих эндоспор [3] .

Описано два вида, различающиеся морфологически:

Heliobacterium chlorum – длинные одиночные палочки (1,0х7,0–10 мкм), передвигающиеся путем скольжения;
Heliobacillus mobilis – короткие палочковидные бактерии с перитрихиально расположенными жгутиками[3] .

Гелиобактерии – облигатные (обязательные) фототрофы. Рост и развитие бактерий, данной группы возможны только на свету в анаэробных условиях. Источниками углерода для них служат органические кислоты (молочная, уксусная, масляная, пировиноградная). Фиксация углекислого газа осуществляется в цикле Кальвина. Дыхательный метаболизм отсутствует. Гелиобактерии являются активными азотфиксаторами, обитают в почвах и содовых озерах [3] .

Несерные пурпурные бактерии – фотоорганотрофы (фотосинтезирующие организмы, использующие в качестве донора электронов органические соединения). Они входят в семейство Rhodospiriliaceae, представленное двумя родами: Rhodospirillum – клетки спиральной формы и Rhodospirillum – клетки палочковидной формы [1] .

Распространение фототрофных бактерий

Распространение фототрофных прокариот в различных средах определяется присутствием трех основных факторов: света, молекулярного кислорода, питательной среды [3] .

Различия в питательных веществах, необходимых для метаболизма, так же значительны. Они варьируют от сложных пищевых потребностей до минимального уровня [3] .

Понятие фототрофа в биологии, примеры, тип питания

Места обитания фототрофных бактерий

Описание фототрофных организмов и примеры

Фототрофы представлены:

Зелеными и пурпурными бактериями;
Гелиобактериями;
Цианобактериями;
Красными, зелеными, диатомовыми и другими водорослями.

Это интересно: что такое атф-молекула, ее функции и роль в организме.

Строение фотосинтетического аппарата большинства фототрофов включает:

Светособирающие пигменты, поглощающие световую энергию и передающую ее в реакционный центр;
Фотохимические реакционные центры, в которых электромагнитная форма энергии трансформируется в химическую;
Фотосинтетические электротранспортные системы, которые обеспечивают перенос электронов и запасают энергию в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат).

Большая часть фототрофов представлена автотрофными организмами, поэтому их еще называют фотоавтотрофы. У них происходит фиксирование неорганического углерода. Таким организмам часто противопоставляются хемотрофы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых окисляются доноры электронов. В фотоавтотрофных микроорганизмах может происходить синтез своих собственных продуктов питания, которые они получают из неорганических веществ под воздействием световой энергии и углекислого газа. К фотоавтотрофам относится ряд зеленых растений, цианобактерий и множество фотосинтезирующих бактерий.

Другой группой фототрофов выступают организмы, которые называют фотогетеротрофами. Для них свойственно использование света в качестве источника энергии и органических соединений как источника углерода. Синтез АТФ фотогетеротрофами происходит с помощью фотофосфорилирования. Поскольку эти бактерии не могут фиксировать бесцветный газ, построение биомолекул микроорганизма осуществляется с готовыми органическими соединениями. Группа таких фототрофов включает пурпурные и зеленые несерные бактерии, гелиобактерии, галобактерии и некоторые виды цианобактерий, способные расти гетеротрофно.

Тип питания фототрофов

хлорофиллами. При фотосинтезе происходит выделение кислорода. Этот процесс называется кислородный или оксигенный фотосинтез. Такими процессами характеризуются цианобактерии.
бактериохлорофиллами. Пигменты, относящиеся к хлорофиллам, не выделяют кислород во время фотосинтеза. Используемый пигмент реагирует на свет с волной другой длины. Он не может поглощаться ни растениями, ни цианобактериями, ни водорослями. Аноксигенный, или бескислородный, фотосинтез характерен для пурпурных, зеленых и гелиобактерий.
бактериородопсинами. Такой пигмент фотосинтеза встречается только у галобактерий, который содержится в пурпурных мембранах.

Многообразие типов питания, присущего бактериям

Питание позволяет клеточным организмам восполнять запасы энергии и необходимых веществ, которые расходуются в процессе жизнедеятельности. Все типы питания, известные современной науке, присутствуют у бактерий.

Обмен веществ (метаболизм) разных живых организмов имеет сходные механизмы, но у микробов есть ряд особенностей:

Благодаря высокой интенсивности метаболизма вес перерабатываемых веществ в 30-40 раз больше веса самого микроорганизма.
В питании участвует вся поверхность клетки.
Пища перерабатывается выделяемыми ферментами снаружи, а внутрь клетки поступают образовавшиеся после этого более простые соединения.
Чрезвычайно высокая адаптация к изменяющейся среде обитания.

Бактерии делятся на группы в зависимости от признака, по которому производится классификация:

По используемому источнику энергии:
- фототрофы – энергия солнечного света;
- хемотрофы – энергия окислительно-восстановительных реакций.
По типу соединения, служащего донором электронов:
- органотрофы – органические вещества;
- литотрофы – неорганические вещества.
По источнику углерода:
- автотрофы – углекислый газ;
- гетеротрофы – органические вещества.

Фототрофы

К этой группе относятся бактерии, использующие для синтеза органики энергию света, которая преобразуется с помощью фотосинтетических пигментов. Такими пигментами могут быть:

хлорофилл;
бактериохлорофилл.

В первом случае фотосинтез происходит с выделением кислорода. Такой процесс называется оксигенным или кислородным фотосинтезом. Он наблюдается у цианобактерий (Cyanobacteria).

Во втором случае используется пигмент, относящийся к хлорофиллам, но реагирующий на свет с другой длиной волны, который не могут поглощать ни растения, ни водоросли, ни цианобактерии. При этом выделение кислорода не происходит (аноксигенный или бескислородный фотосинтез). Примером могут служить пурпурные (Purple bacteria), зеленые (Chlorobiaceae) и гелиобактерии (Heliobacteriaceae).

Существует теория, что для фотосинтеза могут быть использованы и другие источники света. Так, обнаруженный в окрестностях подводного термального источника вид GSB1, относящийся к серобактериям (Chlorobiaceae), обитает на глубине более двух километров, куда не проникает солнечный свет. Предполагается, что бактериохлорофилл этого вида поглощает длинные световые волны термального источника.

Хемотрофы

Этот тип микробов использует энергию окислительно-восстановительных реакций. Это наиболее многочисленная группа бактерий, к которой кроме других относится большинство почвенных и болезнетворных микробов.

Суть процесса состоит в поэтапном окислении органических или неорганических веществ, сопровождающемся выделением энергии. Химические реакции могут быть двух видов: аэробными, с обязательным присутствием кислорода или анаэробными, то есть бескислородными. Процессы первого типа принято называть дыханием, а второго – брожением.

Хемотрофы являются единственными живыми организмами Земли, которые не зависят от энергии света Солнца.

Органотрофы и литотрофы

Питание позволяет бактерии восполнить запас электронов, необходимых ей для многих клеточных процессов. При всем многообразии веществ, которые могут быть донорами электронов, микробы делятся на две группы:

органотрофы;
литотрофы.

Органотрофы окисляют органику. Донорами выступают молекулы аминокислот, жиров, сахаров (чаще всего – глюкозы). После окисления молекулы могут распадаться, образуя более простые устойчивые соединения. К органотрофам, в частности, относятся бактерии гниения.

Донорами электронов для литотрофов выступают неорганические соединения. Так, в процессе питания литотрофы могут повышать валентность металлов, окислять аммиак до нитритов или азота, нитриты – до нитратов, сульфид – до серы, серу – до сульфата, фосфит – до фосфата, угарный газ – до углекислого и т.д.

Автотрофы и гетеротрофы

Важнейшим химическим элементом, необходимым клетке, является углерод. В зависимости от источника его получения бактерии делятся на два типа – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы способны усваивать его из углекислого газа. Синтез белков, жиров и углеводов происходит на основе неорганических элементов. К этой группе, в частности, относятся многие почвенные микробы и цианобактерии. Автотрофы – это первичные производители органики, и они являются начальным звеном многих цепочек питания.

Гетеротрофы получают углерод из готовых органических соединений. Среди них выделяют паразитов (паратрофов) и сапрофитов (сапротрофов). Паразиты питаются органическими веществами, произведенными другими живыми существами. Сапрофиты – это микробы гниения, разлагающие мертвую органику. Большая их часть относится к почвенным бактериям.

Лишь малая часть микроорганизмов, в частности, хламидии (Chlamydia) и риккетсии (Rickettsia), являются строгими (облигатными) паразитами, которые способны жить только в организме хозяина. Остальные паратрофы могут обитать вне его, переходить на гнилостное питание.

Деление на автотрофов и гетеротрофов используется и для определения источника других необходимых для бактерий химических элементов – азота, фосфора, калия, магния и т.д. Так, одни почвенные бактерии в процессе питания усваивают атмосферный азот, другие окисляют аммиак, выделяющийся в процессе гниения, до нитратов, третьи окисляют нитриты до нитратов.

Полная классификация

Сочетание признаков рассмотренных выше классификаций описывает все возможные типы питания:

Хемоорганоавтотрофы. Окисляют трудноусваиваемые вещества. Например, некоторые представители аминобактерий (Aminobacter), метилобактерий (Methylobacterium), флавобактерий (Flavobacterium), псевдомонад (Pseudomonas).
Хемоорганогетеротрофы. Большинство видов бактерий.
Хемолитоавтотрофы. Водородные, нитрифицирующие, серо-, железобактерии.
Хемолитогетеротрофы. Некоторые водородные бактерии.
Фотоорганоавтотрофы. Довольно редкий механизм питания, при котором окисляются неусваиваемые вещества. Встречается у некоторых пурпурных бактерий.
Фотоорганогетеротрофы. Часть пурпурных и цианобактерий.
Фотолитоавтотрофы. Некоторые зеленые, пурпурные и цианобактерии.
Фотолитогетеротрофы. Гелиобактерии, часть пурпурных, зеленых и цианобактерий.

Кроме того, часть бактерий относят к миксотрофному типу. Они могут одновременно использовать различные типы питания. Так, представитель родобактерий (Rhodobacteraceae) паракоккпантотропус (Paracoccus pantotrophus) обладает органогетеротрофным и литоавтотрофным типом питания. А цианобактерии не только синтезируют органику фототрофным путем, но и могут потреблять готовые органические вещества, разлагая их до неорганических.

Зависимость развития бактерий от питания

Рост и развитие бактерий напрямую зависят не только от внешних условий среды, но во многом и от питания. Обычно это происходит по следующей схеме:

При попадании микробов в питательную среду происходит их адаптация к пище и рост клеток. Популяция не увеличивается.
Резкий рост численности популяции за счет деления клеток.
Баланс между количеством новых и погибших клеток – относительная стабильность популяции.
Сокращение численности бактерий по мере обеднения среды и накопления в ней продуктов обмена.

Если на третьей стадии обеспечивать постоянное пополнение питательных веществ и отвод продуктов метаболизма, то получится так называемая непрерывная культура. Ее широко используют в микробиологии.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Питание бактерий

Бактерии – простейшие существа, которые появились на Земле более трех миллиардов лет назад. Они очень неприхотливы. Выдерживают влагу и высокую температуру, поэтому могут жить везде: и в воде, и в воздухе, и в земле, и в растениях, в организме животных и человека. Конечно, как и любым существам, обитающим на планете, необходимо питание. Оно зависит от среды, в которой растут и развиваются микроорганизмы.

Любые существа для своей жизнедеятельности должны питаться. В результате этого процесса бактерии получают вещества, которые служат источником энергии.

Микроорганизмам жизненно необходимы азот, углерод, водород, так как они есть в любом живом организме. Именно от того, как и в каком количестве микроорганизмы получают полезные для них вещества, зависят типы их питания. Одни бактерии получают питание в уже растворенном или молекулярном виде, так как не могут сами выделять ферменты в окружающую среду. Другие бактерии сами выделяют ферменты и могут расщеплять поступающие вещества до молекул. Таким образом, питание бактерий – это получение ими питательных веществ для полноценного развития микроорганизмов, их роста и размножения.

Особенности питания бактерий

И все-таки питание бактерий существенно отличается от получения пищи всеми другими организмами. У микроорганизмов нет собственной пищеварительной системы, они берут питательные вещества из окружающей среды или из других организмов, в которых находятся. Усваиваются эти вещества всей клеткой, хотя их расщепление происходит вне самой клетки.

Эти факторы влияют на то, что проникновение энергии в бактерии не встречает никаких препятствий, процесс происходит достаточно быстро. Проживая в любых условиях и имея очень хорошую приспособляемость, микроорганизмы, перемещаясь из одной среды обитания в другую, очень быстро к ней привыкают и даже могут поменять способ питания. Именно разные способы питания бактерий являются их еще одной особенностью.

Способы питания бактерий

Способы питания бактерий – это процессы поступления в клетку бактерии питательных веществ. Существует несколько способов питания микроорганизмов:

• При поступлении веществ в клетку бактерии она не затрачивает энергию. Такой процесс называется облегченной диффузией, когда концентрация молекул вне клетки больше, чем внутри нее Молекулы, несущие питательные вещества, начинают проникать в клетку и распределяться по ней.

• При процессе простой или пассивной диффузии молекулы находятся внутри клетки в разной концентрации по сторонам мембраны, они постепенно распределяются по клетке, так как имеют разные размеры.

• Активный перенос питательных веществ требует затраты энергии, так как количество веществ в клетке может в несколько раз превышать их количества во внешней среде. Такой способ питания характерен окислительно-восстановительным процессам, происходящим в период питания бактерий.

• При четвертом способе переноса питательных веществ химически измененные молекулы походят через мембрану, так как в обычном виде они восприниматься бактерией не могут.

В процессе питания участвует и выделительная система, так как поступающие вещества в любом случае должны удаляться. Выходят они тремя способами: с помощью фосфотрансферазной реакции, контранселяционных секций (образование специального канала, через который молекулы белка выходят в окружающую среду), почковании мембраны (молекулы выходят в мембранном пузырьке).

Но способы поступления питательных веществ в бактерии неразрывно связаны с типами их питания.

Типы питания бактерий

Изучая типы питания бактерии, нельзя говорить об их единообразии. Они зависят от поступления внутрь бактерии веществ, позволяющих ей полноценно развиваться. К ним относятся углерод, водород, электроны и поступление энергии.

В зависимости от транспортировки в клетки бактерий углерода они делятся на два типа питания: автотрофное и гетеротрофное. Гетеротрофы не могут самостоятельно выделять органические вещества из неорганических и получают первые в готовом виде.

Автотрофные выполняют эту работу самостоятельно внутри клетки разными способами: с помощью выработки фотосинтеза и благодаря химическим реакциям. Гетеротрофы в свою очередь подразделяются на паразиты, симбионты и сапрофиты. А автотрофы могут быть фототрофами и хемотрофами. Именно разновидности автотрофных бактерий влияют на получение бактериями энергии.

В зависимости от поступления в бактерии электронов и водорода питание происходит с помощью литотрофов, переносящих неорганические вещества средствами сероводорода, аммиака, углекислого газа и других соединений, и органотрофов, которые доставляют электроны с помощью органических соединений. Разновидности питания бактерий позволяют им принимать активное участие в пищеварительных цепях.

Цепи питания бактерий

Цепь питания – это взаимодействие между организмами с целью получения питательных веществ. Простейшие организмы, к которым и относятся бактерии, играют в цепи питания очень важную роль. Они участвуют и в начальной ее стадии, и в завершающей, так как участвуют в разложении растений и живых организмов. Такие бактерии относятся к разряду деструкторов, то есть разрушающих микроорганизмов.

Участвуя в разложении органических веществ, они обогащают почву, так как возвращают ей то, что было взято у нее растениями или животными. Также деструкторы поглощают энергию погибших организмов. Происходит этот процесс двумя способами: при распаде углеводов и при образовании гумуса в почве. Бактерии, возвращая в почву питательные вещества, замыкают пищеварительную цепь.

В самой цепи питания выделяются пять уровней. На первом, втором, третьем и четвертом уровнях находятся автотрофы, живущие в растениях, воде и другой среде, они разносят питательные вещества. Пятый уровень принадлежит бактериям, участвующим в разлагающемся процессе умерших организмов. Тем самым бактерии с автотрофным типом питания проходят через всю цепь, а бактерии с гетеротрофным типом питания завершают ее.

Автотрофный тип питания бактерий

Автотрофный тип питания существенно отличается от гетеротрофного, так как бактерии не получают органические вещества в готовом виде, а перерабатывают их самостоятельно. Такой процесс может происходить с помощью фотосинтеза или хемосинтеза. В зависимости от процесса получения питательных веществ и получения из них энергии бактерии с автотрофным питанием делятся на два вида.

Фототрофные бактерии получают энергию за счет солнечного света путем участия в процессе фотосинтеза. Длина волн светового поглощения колеблется от 850 до 1100 нм.

Фотосинтез, в котором участвуют бактерии, выделяющие кислород в окружающую среду, называют аноксигенным. В нем принимают участие бактерии, живущие в зеленых и пурпурны водорослях, которые растут в пресной и соленой воде. Оксигенный фотосинтез происходит под воздействием кислорода, в нем участвуют цианобактерии. Он состоит из нескольких этапов. Сначала бактерии поглощают свет (фотофизический этап), затем образуется АТФ (фотохимический этап), и происходит выделение органических веществ (химический этап).

Бактерии-хемотрофы используют в качестве получения энергии хемосинтез. Это процесс химических реакций окисления неорганических веществ.

В зависимости от того, какие вещества окисляются, можно выделить разные виды бактерий:

• Железобактерии могут окислять железо, участвовать в процессе появления ржавчины

• Серобактерии способны перерабатывать серу

• Нитрифицирующие бактерии живут за счет переработки аммиака

• Водородные бактерии при очень высокой температуре могут окислять водород

Организмы, в которых живут бактерии-хемитрофы, не могут обладать фотосинтезом, так как не способны воспринимать солнечный свет.

Гетеротрофный тип питания бактерий

Гетеротрофный тип питания бактерий основан на паразитическом существовании, то есть он происходит за счет тех организмов, в которых бактерии находятся. Бактерии могут быть полезными, а могут нанести организму вред. Все гетеротрофы подразделяют на три группы: паразиты, симбионты и сапрофиты. Бактерии, вызывающие заболевания организмов, называют патогенными. Если паразиты находятся внутри клетки и поражают только ее, они являются облигатными, к ним могут относиться вирусы. Факультативные паразиты уничтожают не только клетки, но и ткани организма, но существовать они могут только в искусственной среде и в особенных условиях.

Болезнетворные бактерии приносят вред человеку и животным, заражая вирусными инфекциями. Но не все микроорганизмы с гетеротрофным типом питания вредны. Гетеротрофы играют важную роль в переработке органических веществ, они добывают из них углерод и поглощают его. Благодаря гетеротрофам почва становится плодородной, природа очищается от погибших организмов как на земле, так и в водоемах. Процесс питания гетеротрофных организмов не одинаков.

Его можно рассмотреть с разных сторон. Любые организмы имеют определенные стадии питания, во время которых пища попадает внутрь и после некоторых процессов выводится наружу. Такие же действия происходят и во время питания бактерий. Так, процесс питания некоторых гетеротрофов можно разделить на пять стадий: сначала они поглощают пищу, затем идет процесс переваривания, потом органические вещества транспортируются в клетку, и на последней стадии происходит процесс ассимиляции и выделения.

При этом гетеротрофные бактерии имеют несколько типов питания:

• Голозойный позволяет расщеплять твердые органические соединения, так как проходят все стадии пищеварения

• Сапрофитный тип питания – это участие в разложении мертвых организмов

• Паразитический тип питания предполагает использование другого организма в качестве добывания питательных веществ.

• Симбиотический тип питания подразумевает взаимовыгодное взаимодействие двух микроорганизмов или бактерии и организма

В связи с таким распределением на типы питания все гетеротрофные бактерии можно называть либо свободноживущими, не зависящими от другого микроорганизма, либо симбиотическими, то есть взаимодействующими с другими организмами.

Таким образом, можно заметить, что гетеротрофный тип питания не может быть одинаков для всех бактерий.

Он имеет три основных вида:

1) Бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами

2) Бактерии, питающиеся мертвыми организмами

3) Бактерии, питающиеся живыми организмами

Эти виды составляют основу питания гетеротрофных бактерий.

Питание бактерий-сапрофитов

Сапрофиты – одна из разновидностей гетеротрофных бактерий. Они получают питание, перерабатывая мертвые организмы. Сапрофиты помогают разлагаться органическим веществам, выделяя ферменты. Поглощение мертвых организмов происходит путем их разложения, поэтому сапрофиты можно назвать «санитарами» окружающей среды. Участвуя в разложении, они уничтожают мертвых животных, погибшие растения.

Даже в гниении листьев участвуют сапрофиты. Для питания бактериям-сапрофитам необходимы азот, белки, витамины, пептиды, нуклеотиды, которые они получают, используя ту среду, в которой обитают. Сапрофиты могут быть анаэробными, не нуждающимися в кислороде. Их можно обнаружить в любых видах брожения: кисломолочные продукты, вина. Другой вид сапрофитов – аэробные, нуждающиеся в кислороде. Это гнилистые бактерии, которые участвуют в процессе гниения. Некоторые сапрофитные бактерии могут быть опасными для человека. Такие сапрофиты иногда путают с паразитами.

Питание бактерий-паразитов

К бактериям-паразитам можно отнести болезнетворные микроорганизмы, которые обитают внутри клеток живых организмов. Там они получают питание и размножаются, принося вред, так как организмы получают повреждения. Вредные вещества, выделяемые паразитами, распространяются по всему организму, неся такие вирусные болезни, как чума, холера, ботулизм, туберкулез и так далее. Бактерии-паразиты очень хорошо привыкают к той среде, в которую они попадают с водой, пищей, через контакт с заболевшим.

При этом они могут полностью уничтожить организм, в который попали, и тогда вынуждены искать новую среду обитания. Борьба с бактериями-паразитами идет постоянно. Ученые разрабатывают лекарства, пытаясь уничтожить болезнетворные бактерии. Но паразиты могут обитать в воздухе, поднимаясь на тридцать километров от земли, в почве, в воде. При этом одни паразиты все время живут в одном организме, питаясь им. Другие паразиты факультативные.

Они заражают организм, заставляют его погибнуть, а потом питаются его остатками, участвуя в разложении, как сапрофиты. Следовательно, живые организмы для бактерий-паразитов – это прекрасная среда для питания и дальнейшего размножения.

Питание бактерий-симбионтов

Бактерии-симбионты – это различные вещества, которые живут в одном организме и взаимодействуют между собой. У этих бактерий две функции: они оказывают положительное действие на организм, в котором живут, и защищают его от проникновения болезнетворных микроорганизмов. Например, бактерии-симбионты живут в кишечнике человека.

Они помогают переваривать остатки пищи, выделяя полезные для организма вещества. Симбионты находятся и в растениях, оказывая помощь в усвоении азота, в котором растения нуждаются. Бактерии соединяют молекулы азота с другими молекулами, создавая полезные вещества для растений. Находясь в корнях молодых растений симбионты взаимодействуют с ними, помогая им усваивать азот и забирая углеводы. Такое взаимодействие взаимовыгодно обоим организмам, помогает им развиваться.

Бактерии могут быть полезными и вредными, но без них жизнь на планете приостановилась бы. Бактерии участвуют во всех процессах жизнедеятельности живых организмов. Являясь простейшими, они составляют основу всей жизни на планете