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.
Ответ
Ответ
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
Ответ
666-04. Клубеньковые бактерии снабжают мотыльковые растения
А) органическими веществами отмерших растений
Б) азотными солями
В) нуклеиновыми кислотами
Г) углеводами
Ответ
666-05. Неблагоприятные условия для жизнедеятельности бактерий создаются при
А) квашении капусты
Б) консервировании грибов
В) приготовлении кефира
Г) закладке силоса
Ответ
Ответ
666-07. Бактерии сибирской язвы могут находиться длительное время в скотомогильниках в виде
А) спор
Б) цист
В) живых клеток
Г) зооспор
Ответ
Ответ
666-09. Что характерно для бактерий-сапротрофов?
А) существуют за счёт питания тканями живых организмов
В) используют органические вещества выделений живых организмов
Ответ
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
Ответ
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
Ответ
666-12. Сходство жизнедеятельности цианобактерий и цветковых растений проявляется в способности к
А) гетеротрофному питанию
Б) автотрофному питанию
В) образованию семян
Г) двойному оплодотворению
Ответ
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
Ответ
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
Ответ
666-15. Какие бактерии считают «санитарами» планеты?
А) уксуснокислые
Б) клубеньковые
В) гниения
Г) молочнокислые
Ответ
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
Ответ
666-17. Какой физиологический процесс у одноклеточных животных связан с поглощением клеткой газов?
А) питание
Б) выделение
В) размножение
Г) дыхание
Команда Ричарда Ленски, микробиолога-эволюциониста, известного своим долгосрочным эволюционным экспериментом, изучила генетические различия (накопленные мутации) между популяциями бактерий, в течение 2000 поколений адаптировавшихся к пяти разным температурным режимам. Несмотря на разнообразие возможных путей адаптации большая часть мутаций оказалась специфичной, то есть они возникали в тех и только тех популяциях, которые развивались при одном и том же или при сходных температурных режимах. Однако большинство этих мутаций позже закрепились и в ходе продолжающегося долгосрочного эволюционного эксперимента. По-видимому, при разной температуре разные мутации оказываются полезнее других (но редко из полезных становятся вредными) - и естественный отбор работает именно с этими различиями в относительной полезности, закрепляя раньше мутации, оказавшиеся в данных условиях более благоприятными.
«Элементы» неоднократно рассказывали о работе лаборатории Ричарда Ленски (Richard Lenski), уже многие десятилетия занимающейся экспериментальным изучением эволюции бактерий. Эти исследования не только позволяют лучше понять закономерности приспособления этих микроорганизмов к среде (которые могут иметь и практическое значение, взять хотя бы устойчивость к антибиотикам), но и дают возможность воочию увидеть нетривиальные эволюционные процессы и их результаты, что важно для фундаментальной науки (см. Ранние этапы адаптации предсказуемы, поздние - случайны , «Элементы», 03.03.2015; В долгосрочном эволюционном эксперименте выявлен отбор на «эволюционную перспективность» , «Элементы», 25.03.2011; Подведены итоги эволюционного эксперимента длиной в 40 000 поколений , «Элементы», 01.11.2009).
Но, кроме широко известного долговременного эволюционного эксперимента (ДЭЭ) (см. E. coli Long-term Experimental Evolution Project), на данный момент длящегося уже 50 000 поколений, команда Ричарда Ленски проводит и более кратковременные исследования, являющиеся «отводками» основного эксперимента.
В новой работе исследователи изучали генетическую основу адаптации кишечной палочки Escherichia coli к разным температурам на протяжении 2000 поколений в нескольких десятках линий. В этой ситуации можно было ожидать как дивергенцию за счет стохастических процессов - возникновения мутаций и генетического дрейфа (см. Genetic drift), - так и параллельную эволюцию , когда разные линии приобретали бы в одной и той же среде сходные адаптации. По крайней мере, для сложно устроенных животных, у которых индивидуальное развитие существенно усложняет путь от генотипа к фенотипу , эти два варианта не обязательно противоречат друг другу: одна и та же адаптация может возникать на разной генетической основе. С этой множественностью допустимых результатов (подчеркнем, что каждый из них оказывается возможным) связан и давно интригующий ученых вопрос о предсказуемости эволюции - вернее, вопрос состоит в том, на каком уровне мы можем предсказывать то, как конкретная популяция приспособится к изменившейся тем или иным образом окружающей среде (см. D. L. Stern, V. Orgogozo, 2009. Is genetic evolution predictable?).
В эксперименте 30 отдельных линий кишечной палочки, взятые из долгосрочного эксперимента, в течение 2000 поколений развивались при пяти разных температурных режимах, по шесть линий на каждый. Часть бактерий выращивали при оптимальных 37°C (напомню, что в норме эти бактерии населяют кишечник теплокровных животных) и «терпимых» 32°C, а часть - при экстремальных для них холоде (20°C) и жаре (42°C), находящихся на нижней и верхней границах зоны толерантности (см. Реакция организма на изменение экологических факторов). Кроме того, еще один режим включал в себя чередование умеренных и экстремальных условий - температура колебалась между 32°C и 42°C. Подробнее схема эксперимента представлена на рис. 2А.
Все популяции бактерий за время эксперимента повысили скорость роста, то есть их приспособленность к среде возросла. Причем обычно эволюционировавшие бактерии оказывались более успешными по сравнению с предковыми не только в той среде, в которой их выращивали, но и на других. Но такое происходило далеко не всегда - например, популяции из 20, 32- и 37-градусных сред при 42°C росли хуже, чем предки. Впрочем, эти результаты были опубликованы уже давно (см. A. F. Bennett, R. E. Lenski, J. E. Mittler, 1992. Evolutionary adaptation to temperature. I. Fitness responses of Escherichia coli to changes in its thermal environment ; J. A. Mongold, A. F. Bennett, R. E. Lenski, 1996. Evolutionary adaptation to temperature. IV. Adaptation of Escherichia coli at a niche boundary). А в свежей работе авторы разбирались в генетической «подноготной» температурных адаптаций. Для этого они полностью отсеквенировали ДНК у представителей каждой популяции из конечного, 2000-го поколения.
Суммарно за все время эксперимента все исследуемые линии накопили 159 мутаций (напомним, что в эксперименте используется популяция E. coli, размножающаяся бесполым путем, поэтому эволюционные процессы изучают по накоплению мутаций) , при этом каждая отдельная линия накопила от двух до восьми мутаций - что интересно, только одна из этих «крайних» популяций росла не при оптимальных 37 градусах, а при «умеренных» 32-х. Но в среднем число мутаций, накопленных 37-градусными бактериями, значимо меньше, чем у всех остальных (но только если рассматривать их всех вместе; при попарном сравнении вариантов эксперимента различия в числе накопленных мутаций оказываются незначимыми - возможно, по причине малого числа популяций в каждом из вариантов опыта). Такие результаты вполне ожидаемы - ведь бактерии росли при оптимальной для них температуре, в которой, к тому же, в течение еще 2000 поколений развивались общие предки экспериментальных линий (рис. 2А). Таким образом, бактерии уже оказывались весьма адаптированными к этим условиям и на них действовал скорее очищающий отбор - отсеивающий мутации, разрушающие уже существующие адаптации, - чем движущий , приводящий к формированию новых приспособлений. Обнаруженные мутации относились к разным типам: это были синонимичные и несинонимичные замены нуклеотидов (см. Мутации: нуклеотидные замены: типы), делеции (утраты участков ДНК) и т. д. Их распределение по типам и отдельным популяциям приведено на рисунке 2В. Три из обнаруженных мутаций могут приводить к гипермутабильности - повышенному темпу мутирования. Такие мутации часто приобретаются в эволюционных экспериментах на бактериях, так как повышают шансы на появление благоприятных мутаций. Однако в данном случае популяции, несущие потенциальные гены-мутаторы , не показали сколько-нибудь значимого превышения числа полученных мутаций над ожидаемым.
Далее ученые оценили сходство мутаций, появившихся в разных популяциях, рассчитав коэффициент сходства Дайса, также известный как коэффициент Сёренсена (S = 2 (X∩Y)/(X + Y), где X и Y - число мутировавших генов в первой и второй сравниваемой группе, а X∩Y - число генов, мутировавших в обеих группах). При этом учитывали только те мутации, которые можно было точно отнести к конкретному гену (например, не учитывались все крупные делеции). Во-первых, коэффициент сходства для популяций внутри каждого варианта опыта оказался существенно больше, чем между разными вариантами: 0,168 против 0,042. При этом статистически незначимой оказалась только разница между линией, культивируемой при 42°C, и культивируемой при переменной температуре (рис. 3А). Во-вторых, удалось выявить специфичные мутации, значимо чаще возникающие (а иногда - и вообще уникальные) для отдельного температурного режима. Всего таковых оказалось четыре - только у переменного температурного режима не оказалось специфичного гена (рис. 3В).
Но, по-видимому, адаптации не сводятся к этим четырем мутациям. Так как часть других мутировавших генов также показывает тенденцию к агрегации в одном из вариантов опыта. Что интересно, все гены, «специфичные» и подозреваемые в этом, относятся к нескольким функциональным группам: они влияют на размер и форму клеток (mrdA , hslU ), регулируют метаболические пути , связанные с переработкой питательных веществ (nadR , iclR ), и меняют активность метаболического фермента (gltB ) (см. рис. 3В). Также среди «холодных» популяций есть тенденция к мутированию генов, связанных с транскрипцией и трансляцией . Таким образом, перед нами типичный пример комплексной адаптации, задействующей разные механизмы - и потому потенциально многовариантной. К счастью, современные молекулярно-генетичские методы позволяют вычленять отдельные гены и признаки, участвующие в приспособлении к тому или иному фактору среды, хотя еще несколько десятков лет назад едва ли не все эволюционисты считали, что распутать этот клубок невозможно и точные механизмы таких сложных адаптаций непознаваемы. Действительно, тогда можно было только сказать что-то вроде: «в ответе на отбор участвует множество генов, в каждой популяции - своих». Сейчас же мы можем сказать, какие именно это гены. И оказывается, что по крайней мере в некоторых случаях этот набор участвующих в адаптации генов оказывается воспроизводимым.
Интересные результаты принесло сравнение описываемого эксперимента с продолжающимся долговременным эволюционным экспериментом. Оказалось, что бактерии из ДЭЭ со временем накапливают мутации в тех же генах, что и адаптирующиеся к разным температурам! С одной стороны, им нужно адаптироваться не только к температуре - например, в среде обоих экспериментов не хватает глюкозы. С другой - где же тут специфичность адаптаций? Да, линия, культивируемая при 37°С, показывает наибольшее сходство с ДЭЭ, протекающем при той же температуре, - но ведь и остальные приобретают мутации, которые впоследствии оказываются полезными и при других температурах (рис. 4).
Авторы объясняют этот парадокс тем, что разные температурные режимы меняют относительную ценность разных мутаций, но редко делают полезную мутацию вредной - то есть, например, мутация, закрепившаяся в «холодных» линиях, в условиях низких температур оказывается более благоприятной, чем в оптимальных условиях, что повышает ее шанс на более раннее закрепление. В пользу этого говорит и прямая оценка адаптивной ценности отдельных мутаций. Исследователи вводили их в геном предковых бактерий и смотрели, как эти модифицированные организмы чувствуют себя при разных температурах. Ни для одной из мутаций не обнаружилось значимых различий по положительному эффекту на скорость роста при разных температурных режимах, хотя попарные сравнения выявили слабую тенденцию к тому, чтобы мутация была более благоприятной в том варианте опыта, где она возникла. Это подтверждает интерпретацию авторов: со сменой температуры все закрепившиеся мутации остаются благоприятными, но их относительная полезность меняется и естественный отбор работает именно с ними: оказавшиеся более благоприятными в данных условиях мутации закрепляются раньше.
Это исследование позволяет еще раз подчеркнуть, что эволюция может идти за счет вроде бы слабых, малозаметных различий. Не наличие эффективных и неэффективных путей, но небольшие различия в эффективности тех или иных приспособлений при разных температурах меняют вероятности их закрепления естественным отбором, что приводит к разным путям эволюции.
В конце статьи авторы подчеркивают, что, учитывая широкий диапазон возможностей для адаптации, их результаты показывают неожиданно высокую предсказуемость эволюции. И предполагают, что наличие таких специфических следов адаптации к конкретным условиям среды может помочь, например, в расшифровке эволюционной истории патогенных микробов, отслеживая историю перехода между разными видами, или даже индивидами хозяев (что поможет отследить динамику заболеваний), а также в судебной микробиологии, помогая выяснять обстоятельства гибели или историю перемещений отдельных предметов (см. R. E. Lenski, P. Keim, 2005.
Реакция на стрессовые воздействия В процессе эволюции бактерии, так же как и любые другие живые организмы, приспособились к существованию в условиях не вполне оптимальных, а иногда и таящих опасность для жизни. Токсические вещества, неблагоприятная температура, р. Н, облучение в пределах, определяемых видовой или штаммовой чувствительностью организма, не препятствуют нормальному существованию бактерий. Резкие изменения условий в неблаго приятную торону с приводят к отмиранию клеток. Однако при некоторых воздействиях, которые обычно обозначают как сублетальные, клетки не погибают сразу, а оказываются травмированными. Их дальнейшая судьба в значительной степени зависит от условий, в которые они окажутся.
Травмирование клеток происходит под влиянием повышенной или понижен ной температуры, под действием токсических веществ в не слишком высоких концентрациях, в результате голодания, при осмотическом шоке, облучениях. У травмированных клеток во многих случаях нарушаются барьерные функции мембран, наблюдается выход в среду некоторых метаболитов, нарушается синтез белка, возникают нарушения в структуре ДНК. Некото рые условия, вполне благоприятные для развития нормальных бактерий. могут быть
Например, бактерии, подвергнутые сублетальному температурному шоку, осмотичсскому шоку и других воздействий, гибнут на средах с повышенной концентрацией солей, со вершенно не опасной для нормальных клеток, или на средах с поверхностно активными соединениями, также в концентрациях, не влияющих на рост нормальных клеток. Эти факторы иногда определяют как селектирующие здоровые клетки от травмиро ванных. Травмированные клетки, помещенные в благоприятные ус ловия, способны епарировать, р
Прямая фотореактивация наблюдается при освещении клеток УФ светом, при этом происходит разрезании пиримидиновых димеров в ДНК, вот поэтому осо бое начение з для фотореактивации имеет УФ. Процесс фотореактивации связан с действием фермента фотолиазы, являющейся флавопротеином. Фотолиаза связывается с пиримидиновыми димерами, активация фермент субстратного комплекса светом длиной волны 300 - 600 нм приводит к мономеризации димеров. При этом корреляции между общей радиорезистентностью клетки и способностью к
Наряду с описанной прямой имеет место непрямая фотореактивация с пиком в области 340 нм, который не оказывает влияния на расщепление димеров, а происходит задержка роста бактерий, в результате чего удлиняется период протекания репарационных процессов. Травмированные клетки не просто восстанавливают причиненные им повреждения, также под влиянием сублетальных воздействий неблагоприятных факторов производят перестройку в обмене веществ Клетки, под вергшиеся неблагоприятным воздействиям, находятся в состоянии стресса. В различных случаях при стресссе может быть связано или не связано с нарушениями клеточных структур, т. е. клетки могут быть или не быть травмированы.
Воздейст вия, которые приводят летки в к состояние стресса, определяют как стрессорные. Процессы, протекающие в клетках, находящихся в состоянии стресса, изучены преимущественно на модели кишечных бактерии, прежде всего Е. coli и Salmonella. К на стоящему времени у кишечных бактерий выявлено 5 регуляторных систем ответа на стрессовые воздействия: «строгий контроль» ; SOS ответ; адаптивный ответ;
синтез белков теплового шока; ответ на окислительный стресс. Во всех 5 ти перечисленных случаях происходят глубокие перестройки мета болизма, связанные с замедлением или прекращением размно жения и синтезом белков, необходимых для выживания. В некоторых случаях, в процессах регуляции, при нимают участие специальные соединения, клеточные гормоны, получившие название алармонов (фр. alarme-тревога).
Адаптация или абаптация Естественный отбор приводит к соответствию организмы и среду их обитания. Исход взаимодействия между организмом и средой может быть различным: от широкого значения до исчезновения вида. В одних условиях вид выживает и размножается, в других – нет. В этом смысле природа осуществляет отбор. Не лишено смысла утверждение, что особи данного поколения «абаптированы» условиям, в которых жили предыдущие поколения. Условия прошлого – фильтр, через который некоторые сочетания признаков просочились в настоящее.
Термин «приспособление» («адаптация») оставляет ложное впечатление какого то предсказания, предвидения или, по крайней мере, замысла. Организмы не предназначены, не адаптированы ни для настоящего, ни для будущего и ни настоящему, ни к будущему не приспособлены – они являют собой живые следствия собственного прошлого. Они абаптированы своим прошлым. Приспособленность – это относительный выпад особей в численность будущих поколений. Наиболее приспособленные особи популяции те, численность потомства которых наиболее велика по сравнению с численностью потомства,
Адаптация микроорганизмов - изменение строения и физиологии микробов под действием факторов окружающей среды. Степень адаптации микроорганизма к новым условиям зависит от стойкости данной культуры и силы действия внешних факторов окружающей среды. Некоторые виды микробов, например кислото спирто щёлочеустойчивые, дифтерийная группа и грибки изменяются несколько меньше, тогда как тифозная группа, кокки и анаэробы группы легче приспосабливаются.
Приспособляемость микробов в наибольшей степени выражается в отношение температуры и наличию кислорода, адаптация идёт тем лучше и совершенее, чем медленее и постепеннее нарастает воздействие новых факторов. Новые условия могут заставить микроорганизмы стать менее требовательным к среде, ограничивать свои физиологические потребности или образовывать споры, иногда изменяется морфология микробной клетки и её строение.
Возникновение микробных штаммов обладающих новыми свойствами происходит особенно часто при столкновении с вредными химическими соединениями в среде, в которой микроорганизмы обычно свободно размножаются - при этом часть из них погибает, а наиболее стойкие выживают и дают стойкие или резистентные штаммы, иногда даже по отношению к антибиотикам и иммунным сывороткам.
Вывод: адаптация это: 1) эволюционно возникшее приспособление организма к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей (в биологии); 2) любое приспособление органа, функции или организма к изменяющимся условиям среды (в медицине); 3) совокупность реакций живой системы, поддерживающих ее функциональную устойчивость при измерении условий среды, окружающих эту систему.
Хемотаксис бактерий Подвижные бактерии активно перемещаются в направлении, определяемом теми или иными внешними факторами. Такие направленные перемещения бактерий называют таксисами. В зависимости от фактора различают хемотаксис (частный случай аэротаксис), фототаксис, магнитотаксис, термотаксис и вискозитаксис. Наибольшее внимание привлекает изучение хемотаксиса, т. е. движения в определенном направлении относительно источника химического вещества. Для каждого организма все химические вещества в этом плане могут быть разделены на две группы: инертные и вызывающие таксисы (эффекторы). Среди последних выделяют аттрактанты (вещества, привлекающие
Аттрактантами могут быть сахара, аминокислоты, витамины, нуклеотиды и другие химические молекулы; репеллентами некоторые аминокислоты, спирты, фенолы, неорганические ионы. Аттрактантом для аэробных прокариот и репеллентом для анаэробных прокариот является молекулярный кислород. Аттрактанты часто представлены пищевыми субстратами, хотя не все вещества, необходимые для организма, выступают в качестве аттрактантов. Также не все ядовитые вещества служат репеллентами и не все репелленты вредны. За чувствительность бактерий к градиентам определенных факторов ответственны специфические рецепторы.
Адгезия микроорганизмов Адгезия способность микроорганизмов адсорбироваться на твердых поверхностях и чувствительных клетках с последующей колонизацией, т. е. пусковой механизм инфекционного процесса. Белковые структуры, ответственные за связывание микроорганизма с клеткой, расположены на его поверхности и называются адгезинами. Адгезины разнообразны по строению и обусловливают высокую специфичность, которая проявляется в способности одних микроорганизмов прикрепляться к клеткам эпителия дыхательных
На процесс адгезии могут влиять физико химические механизмы, связанные с гидрофобностью микробных клеток, суммой энергии притяжения и отталкивания. У грамотрицательных бактерий адгезия происходит за счет пилей I го и общего типов. У грамположительных бактерий адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной системы: поверхностные белки, липополисахариды и др. Адгезия к поверхности различных небиологических материалов обусловлена как их физико химическими свойствами, так и специфическими поверхностными рецепторами. Антиангезионная терапия, основанная на борьбе с адгезией микробов, заключается в использовании агентов,
В частности, у бактерий широко распростране на так называемая горизонтальная передача генетических де терминант, при которой некоторые гены могут быть перенесены не только от одних членов популяции данного вида другим, но и представителям разных видов и даже родов. Горизонтальной передаче подвержены главным образом плазмидные гены, опре деляющие адаптации бактерий к некоторым факторам среды. Это гены устойчивости к токсическим веществам, гены патогенности, гены, определяющие способность к использованию неко торых органических соединений и водорода, и др.
Таким обра зом, генофонд популяции микробов обогащается за счет некоторых генов, имеющихся в популяции других видов. Несмотря на относительную про стоту организации бактериальной клетки и ее незначительный объем, она обладает весьма сложными и совершенными механизмами в виде молекулярных адаптаций.
Некультивируемые формы патогенных бактерий У многих видов грамотрицательных бактерий, в том числе у патогенных (шигеллы, сальмонеллы, холерный вибрион и др.) существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, физиологически эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять жизнеспособность до нескольких лет. Симбиоз нескольких видов бактерий, используемых в медикаментах, хорошо помогает при лечении заболеваний.
Главная особенность этого состояния заключается в том, что такие бактерии не размножаются и поэтому не образуют колоний на плотной питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные клетки получили название некультивируемых форм бактерий (НФБ), они обладают активными метаболическими системами, в том числе системами переноса электронов, биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, и сохраняют вирулентность. Их клеточная мембрана более вязкая, клетки обычно приобретают форму кокков, имеют значительно уменьшенные размеры.
Они обладают более высокой устойчивостью во внешней среде и поэтому могут переживать в ней длительное время (например, холерный вибрион в грязном водоеме), поддерживая эндемическое состояние данного региона (водоема). Для обнаружения НФБ используют молекулярно генетические методы (ДНК-ДНК гибридизация, ЦПР), а также более простой метод прямого подсчета жизнеспособных клеток. С этой целью к исследуемому материалу добавляют в небольшом количестве питательные вещества (дрожжевой экстракт) и налидиксовую кислоту (для подавления синтеза ДНК) на несколько часов.
Клетки усваивают питательные вещества и увеличиваются в размерах, но не делятся, поэтому такие увеличенные клетки четко видны в микроскоп и их легко подсчитать. Для этих целей можно использовать также методы цитохимические (образование формазана) или микроауторадиографии.
Гомеостаз и механизмы гомеостаза Гомеостаз это способность сохранять устойчивость и постоянство внутренней среды организма В основе гомеостаза лежит тонкий баланс внутри системы, при нарушении которого организм пытается найти резервы для восстановления. При нарушении равновесия система или отдельный организм рискует прекратить свое существование, поэтому должны уметь хорошо адаптироваться к внешним условиям среды и постоянно развиваться.
Гомеостатические системы обладают такими свойствами как нестабильность (выбор способа для приспособления к окружающей среде), тяготение к равновесию (стремление всеми силами сохранить равновесие системы) и непредсказуемость (результат может оказаться иным, чем ожидалось). У человека за поддержание гомеостаза отвечают вегетативная нервная система и эндокринная система, которая контролируется гипоталамусом, а последний, в свою очередь, корой головного мозга.
Существует два механизма гомеостаза, отрицательная обратная связь и положительная обратная связь. Первая меняет реакцию системы на противоположную, вторая приводит к дестабилизирующему эффекту. Пример: сохранение постоянной температуры тела, сохранение определенного числа особей внутри сообщества, повышение и понижение кровяного давления при недостатке кислорода. У сложных организмов есть ряд детекторов, способных заранее предупредить об опасной ситуации. Например, исчезновение птиц и животных с места, где вскоре должна произойти
фаза эпидемического распро странения характеризуется наиболее широким поражени ем особей в популяции хозяев. И одновременно ней происходит накопление устойчи вых к данной болезни особей - не заболевших или уже ставших иммунными в результате перенесенной болезни. стадия резервационного преобразования, где вирулентные свойства становятся не столь выгодными, поскольку активные, патогенетические механиз мы вызывают столь же активный ответ со стороны иммунной системы устойчивых к болезни хозяев. Снова включается на правленный отбор, но уже в сторону накопления
Регуляция численности патогенных микроорганизмов Можно говорить о двух типах регуляции численности патогенных микроорганизмов: 1. естественной (независимой от деятельности человека) 2. антропогенной (вызванной деятельностью человека), которые в современных условиях нередко взаимосвязаны. 3. Внутрипопуляционная регуляция: Регуляция организмом хозяина. Регуляция популяцией хозяина.
В этот самый момент, человек, когда ты читаешь эти строки, ты получаешь пользу от работы бактерий. От кислорода, который мы вдыхаем, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, нам нужно благодарить бактерий за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клеток примерно в десять раз. По сути, мы больше микробы, чем люди.
Только недавно мы начали понемногу понимать микроскопические организмы и их влияние на нашу планету и здоровье, но история показывает, что много веков назад наши предки уже использовали мощь бактерий, ферментируя продукты питания и напитки (кто-нибудь слышал о хлебе и пиве?).
В 17 веке мы начали изучать бактерий уже непосредственно в наших телах в тесной связи с нами - во рту. Любопытство Антони ван Левенгука позволило обнаружить бактерии, когда он изучал бляшку между его собственными зубами. Ван Левенгук поэтически описал бактерий, обозначив бактериальную колонию на своих зубах как «немного белого вещества, похожего на застывшее тесто». Разместив образец под микроскопом, ван Левенгук увидел, что микроорганизмы движутся. Так они живые!
Вы должны знать, что бактерии сыграли важнейшую роль для Земли, став ключевым моментом в создании пригодного для дыхания воздуха и биологического богатства планеты, которую мы зовем домом.
В этой статье мы предоставим вам общую картину об этих крошечных, но очень влиятельных микроорганизмах. Мы рассмотрим хорошие, плохие и совершенно причудливые способы, которыми бактерии формируют историю человека и окружающей среды. Для начала рассмотрим, чем бактерии отличаются от других видов жизни.
Основы бактерий
Что ж, если бактерии незаметны невооруженному глазу, откуда мы можем знать так много о них?
Ученые разработали мощные микроскопы, чтобы взглянуть на бактерий - их размеры варьируются от одного до нескольких микрон (миллионной части метра) - и выяснить, как они соотносятся с другими формами жизни, растениями, животными, вирусами и грибками.
Как вы, возможно, знаете, клетки - это строительные кирпичики жизни, из них состоят и ткани нашего тела, и дерево, которое растет за окном. Люди, животные и растения обладают клетками с генетической информацией, заключенной в мембране под названием ядро. Эти типы клеток, которые называются эукариотическими, обладают специальными органеллами, каждая из которых выполняет уникальную работу, помогая клетке работать.
Бактерии, однако, не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. У этих микроскопических клеток нет органелл и они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотическими клетками.
- Выживают ли бактерии в среде с кислородом или без
- Их форма: палочки (bacillus), круги (cocci) или спирали (spirillum)
- Являются ли бактерии грамотрицательными или грамположительными, то есть обладают ли внешней защитной мембраной, препятствующей окрашиванию внутренностей клетки
- Как бактерии перемещаются и изучают окружающую среду (у многих бактерий есть жгутики, крошечные плетевидные структуры, которые позволяют им передвигаться в среде)
Микробиология - наука о всех типах микробов, включая бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие - позволяет отличать бактерии от их микробных братьев.
Похожие на бактерии прокариоты, ныне классифицирующиеся как археи, когда-то были вместе с бактериями, но когда ученые узнали о них больше, они предоставили бактериям и археям собственные категории.
Микробное питание (и миазма)
Как и людям, животным и растениям, бактериям нужна пища для выживания.
Некоторые бактерии - автотрофы - используют основные ресурсы вроде солнечного света, воды и химических веществ из окружающей среды для создания пищи (подумайте о цианобактериях, которые превращали солнечный свет в кислород в течение 2,5 миллионов лет). Другие бактерии ученые называют гетеротрофами, потому что они черпают энергию из существующих органических веществ в качестве пищи (к примеру, мертвые листья на лесной почве).
Правда в том, что то, что может быть вкусным для бактерий, будет нам противно. Они развивались, чтобы поглощать все типы продуктов, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного распада до человеческих отходов и продуктов разложения.
Но склонность бактерий к конкретному источнику питания может принести пользу обществу. К примеру, специалисты по искусствам из Италии обратились к бактериям, которые могут поедать избыточные слои соли и клея, снижающие долговечность бесценных художественных произведений. Умение бактерий перерабатывать органические вещества также очень полезно для Земли, как в почве, так и в воде.
Исходя из ежедневного опыта, вы хорошо знакомы с запахом, который вызывают бактерии, поглощающие содержимое вашей мусорной корзины, перерабатывая остатки пищи и испуская собственные газообразные побочные продукты. Однако этим все не ограничивается. Вы также можете обвинить бактерии в том, что они вызывают эти неловкие моменты, когда вы сами испускаете газы.
Одна большая семья
Бактерии растут и образуют колонии, когда выпадает шанс. Если еда и экологические условия являются благоприятными, они размножаются и образуют липкие скопления, так называемые биопленки, чтобы выжить на разных поверхностях - от горных пород до зубов вашего рта.
У биопленок есть свои плюсы и минусы. С одной стороны, они взаимовыгодны природным объектам (мутуализм). С другой же - они могут быть серьезной угрозой. К примеру, врачи, которые лечат пациентов с медицинскими имплантатами и устройствами, серьезно озабочены биопленками, поскольку они представляют собой этакую недвижимость для бактерий. После колонизации биопленки могут вырабатывать побочные продукты, которые токсичны - а иногда и смертельны - для человека.
Как и люди в городах, клетки в биопленке сообщаются друг с другом, обмениваются информацией о продуктах питания и потенциальной опасности. Но вместо того, чтобы звонить соседям по телефону, бактерии отправляют записки с помощью химических веществ.
Также бактерии не боятся жить самостоятельно. Некоторые виды разработали интересные способы, чтобы выживать в суровых условиях. Когда еды больше нет, а условия становятся невыносимыми, бактерии консервируют себя, создавая жесткую оболочку - эндоспору, которая помещает клетку в состояние покоя и сохраняет генетический материал бактерии.
Ученые находят бактерии в таких временных капсулах, которые хранились и 100, и даже 250 миллионов лет. Это говорит о том, что бактерии могут самостоятельно храниться в течение длительного времени.
Теперь, когда мы знаем, какие возможности предоставляют колонии бактериям, давайте разберемся, как они попадают туда - путем деления и размножения.
Размножение бактерий
Как бактерии создают колонии? Как и другим формам жизни на Земле, бактериям нужно самокопироваться, чтобы выживать. Другие организмы делают это путем полового размножения, но не бактерии. Но сначала давайте обсудим, почему разнообразие - это хорошо.
Жизнь проходит естественный отбор, ну или селективные силы определенной среды позволяют одному типу процветать и размножаться больше, чем другому. Возможно, вы помните, что гены - это механизм, который инструктирует клетку, что ей делать, и определяет, какого цвета будут ваши волосы и глаза. Вы получаете гены от своих родителей. Половое размножение приводит к мутациям, или случайным изменениям в ДНК, что создает разнообразие. Чем больше генетического разнообразия, тем больше шансов, что организм сможет приспособиться к ограничениям окружающей среды.
Для бактерий воспроизводство не зависит от встречи с правильным микробом; они просто копируют собственную ДНК и делятся на две идентичных клетки. Этот процесс, называемый двоичным делением, происходит, когда одна бактерия делится на две, копируя ДНК и передавая ее обеим частям разделенной клетки.
Поскольку в конечном итоге рожденная клетка будет идентична той, из которой была рождена, такой метод размножения не самый лучший для создания разнообразного генофонда. Как же бактерии приобретают новые гены?
Оказывается, бактерии используют хитрый трюк: горизонтальный перенос генов, или обмен генетическим материалом без воспроизводства. Есть несколько способов, которые используют бактерии для этого. Один способ включает сбор генетического материала из окружающей среды вне клетки - из других микробов и бактерий (через молекулы под названием плазмиды). Другой способ - вирусы, которые используют бактерии в качестве дома. Заражая новую бактерию, вирусы оставляют генетический материал предыдущей бактерии в новой.
Обмен генетическим материалом дает бактериям гибкость к адаптации, и они адаптируются, если чувствуют стрессовые изменения в окружающей среде, такие как нехватка продовольствия или химические изменения.
Понимание того, как адаптируются бактерии, чрезвычайно важно для борьбы с ними и создания антибиотиков в медицине . Бактерии могут обмениваться генетическим материалом так часто, что порой лечение, которое работало раньше, уже не работает.
Ни высоких гор, ни большой глубины
Если задаться вопросом «где бактерии?», проще спросить «где бактерий нет?».
Бактерии обнаруживаются практически везде на Земле. Невозможно представить количество бактерий на планете одновременно, но по некоторым оценкам их число составляет (бактерий и архей вместе) 5 октиллионов - это число с 27 нулями.
Классификация видов бактерий чрезвычайно сложна по понятным причинам. Сейчас есть примерно 30 000 официально идентифицированных видов, но база знаний постоянно растет, и есть мнения, что перед нами только верхушка айсберга от всех видов бактерий.
Правда в том, что бактерии были вокруг на протяжении очень долгого времени. Они породили одни из самых древних окаменелостей, которым 3,5 миллиарда лет. Результаты научных исследований позволяют предположить, что цианобактерии начали создавать кислород примерно 2,3-2,5 миллиарда лет назад в мировом океане, насытив атмосферу Земли кислородом, которым мы дышим по сей день.
Бактерии могут выживать в воздухе, воде, почве, льде, на жаре, на растениях, в кишечнике, на коже - везде.
Некоторые бактерии являются экстремофилами, то есть могут противостоять экстремальным условиям, когда либо очень жарко или холодно, либо отсутствуют питательные вещества и химикаты, которые мы обычно ассоциируем с жизнью. Исследователи обнаружили такие бактерии в Марианской впадине, самой глубокой точке на Земле на дне Тихого океана, возле гидротермальных источников в воде и во льду. Встречаются также бактерии, которые любят высокую температуру - такие, например, окрашивают опалесцирующий бассейн в Йеллоустонском национальном парке.
Плохие (для нас)
Хотя бактерии делают важный вклад в здоровье человека и планеты, у них есть и темная сторона. Некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать заболевания и болезни.
На протяжении истории человечества некоторые бактерии (понятно почему) получили плохую репутацию, вызвав панику и истерию. Взять, к примеру, чуму. Бактерия, вызывающая чуму - чумная палочка Yersinia pestis - не только убила более 100 миллионов человек, но и, возможно, внесла свой вклад в распад Римской империи. До появления антибиотиков, лекарств, которые способствуют борьбе с бактериальными инфекциями, их было очень сложно остановить.
Даже сегодня эти патогенные бактерии серьезно нас пугают. Благодаря выработке устойчивости к антибиотикам, бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и прочие болезни, которые еще и остаются рядом с нами, всегда представляют опасность для нас.
Особенно верно это для золотистого стафилококка, бактерии, ответственной за стафилококковые инфекции. Эта «сверхбактерия» приводит к появлению многочисленных проблем в клиниках, поскольку пациенты весьма часто подхватывают эту инфекцию при внедрении медицинских имплантатов и катетеров.
Мы уже говорили о естественном отборе и о том, что некоторые бактерии вырабатывают разнообразные гены, которые помогают им справиться с условиями окружающей среды. Если у вас есть инфекция, и некоторые из бактерий в вашем теле отличаются от других, антибиотики могут поразить большую часть популяции бактерий. Но те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса. Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца, да и вообще обращаться к ним как можно реже, только в крайнем случае.
Биологическое оружие - еще один пугающий аспект этой беседы. Бактерий можно использовать как оружие в некоторых случаях, в частности, сибирскую язву так и использовали в одно время. Кроме того, не только люди страдают от бактерий. Отдельный вид - Halomonas titanicae - проявил аппетит к затонувшему океанскому лайнеру «Титаник», разъедая металл исторического корабля.
Конечно, бактерии могут приносить не только вред.
Героические бактерии
Давайте изучим хорошую сторону бактерий. В конце концов, эти микробы подарили нам такие вкусные продукты, как сыр, пиво, закваску и другие ферментированные элементы. Они также улучшают здоровье людей и используются в медицине.
Отдельных бактерий можно поблагодарить за формирование человеческой эволюции. Наука собирает все больше данных о микрофлоре - микроорганизмах, которые живут в наших телах, особенно в пищеварительной системе и кишечнике. Исследования показывают, что бактерии, новые генетические материалы и разнообразие, которое они приносят в наши тела, позволяют людям адаптироваться к новым источникам пищи, которые раньше не использовались.
Посмотрим на это с другой стороны: выстилая поверхность вашего желудка и кишечника, бактерии «работают» на вас. Когда вы едите, бактерии и другие микробы помогают вам разбивать и добывать питательные вещества из пищи, особенно углеводы. Чем разнообразнее бактерии, которых мы потребляем, тем больше разнообразия получают наши тела.
Хотя наши знания о наших же микробах весьма скудны, есть основания полагать, что отсутствие некоторых микробов и бактерий в организме может быть связано со здоровьем, метаболизмом и восприимчивости к аллергенам человека. Предварительные исследования на мышах показали, что метаболические заболевания вроде ожирения связаны с разнообразием и здоровой микрофлорой, а не нашей преобладающей точкой зрения «калории приходят, калории уходят».
Сейчас активно исследуются возможности внедрения определенных микробов и бактерий в организм человека, которые могут дать определенные преимущества, однако на момент написания статьи общие рекомендации по их использованию пока не были установлены.
Кроме того, бактерии сыграли важную роль в развитии научной мысли и человеческой медицины. Бактерии сыграли ведущую роль в развитии постулатов Коха 1884 года, которые привели к общему пониманию того, что болезни вызываются определенным видом микробов.
Исследователи, изучавшие бактерии, случайно открыли пенициллин - антибиотик, который спас множество жизней. Также совсем недавно в связи с этим был открыт легкий способ редактировать геном организмов, который может осуществить революцию в медицине.
По сути, мы только начинаем понимать, как извлекать пользу из нашего сожительства с этими маленькими друзьями. К тому же непонятно, кто истинный хозяин Земли: люди или микробы.
Июл 22, 2017 Геннадий
Почему так часто случается - вы стремитесь исправить неугодное вам положение вещей, но получаете только кратковременную передышку, а потом вас снова настигает привычное. Глупцы, обманщики, неудачники. Нет денег, нет счастья, нет любви. Всё отвратительно плохо или безумно грустно.
Одна из причин «замкнутого круга» в том, что внешняя реальность отражает события внутреннего мира. Для этого обязательно находятся объекты: люди и ситуации. Собственная внешность тоже подходит. Даже явления природы годятся на крайний случай.
Как это выглядит
«Зима называется. Конец декабря, а снега как не было, так и нет»: недовольство чувствуете?
«Куда ты прёшь, господи! Вперёд смотреть надо! Уткнутся в телефон - никого вокруг не видят!»: сердится человек, да?
«Тачек крутых накупили, а ПДД выучить забыли»: скорее всего, завидует.
«Камеры нужно установить везде - и в подъезде, и в лифте, и перед квартирой»: похоже, боится.
«Ничего мне не помогает и не поможет, бесполезно лечиться»: так проявляет себя отчаянье.
«Наращу волосы, буду выглядеть совершенно по-другому и тогда…»: но потом, оказывается, надо ещё подкорректировать губы, уменьшить нос, увеличить грудь и т. д.
Так может заявлять о себе внутренний дефицит, недостаточность. Когда речь идёт о важных решениях, вполне себе хороший тон - обдумать не только рациональные «за» и «против», но и эмоциональные. То есть услышать - как там внутри. В повседневной жизни задумываться об этом некогда, а жаль.
Что происходит
Мы «вешаем» своё состояние на кого-то или на что-то вовне. Не специально. Так наше эго защищается от чего-то тревожного. Когда защита используется без фанатизма - ничего страшного, таким образом вы перевариваете внутреннюю ситуацию. Возьмёшься вдруг и наведёшь порядок в ящиках или во всём доме наконец. Потом обнаруживаешь, что и мысли «улеглись по полочкам». Другое дело, когда защитный процесс приобретает масштабы бедствия, и вы незаметно для себя постоянно избавляетесь от невыносимых (по каким-то причинам) чувств, «раздавая» их направо и налево. Потому что обратная сторона процесса такова: чем больше внутреннего содержания вы выбрасываете, тем сильнее истощается ваше собственное «Я». Вернёмся к примеру с уборкой. Попытка справиться с внутренним хаосом, наводя чистоту в квартире, может превратиться в навязчивое повторение. Человек спать не ляжет, пока не перемоет полку за полкой, комнату за комнатой, ботинок за ботинком, и так - изо дня в день. Только легче ему не становится.
Почему люди избегают вас
Одна беда чрезмерного проецирования - сами того не желая, мы разоряем себя. Избавляясь от непереносимых чувств, мы оставляем внутри себя пустоту. Любой эмоциональный всплеск приводит к колоссальной потере энергии. Другая беда - мы разрушаем отношения с окружающими. Ни природа, ни погода, ни собственная внешность, ни организм не смогут возразить нам. Но люди - близкие и не очень - постараются свести общение на нет. Никто не хочет быть мишенью-сосудом для чужой беспомощности, неуверенности, тоски или гнева. (Хотя и им не мешало бы задуматься над причинами проявления в их жизни подобных негативных моментов). Когда мы только и делаем, что проецируем, наши отношения с близкими сначала становятся до предела напряжёнными, а потом всё летит в тартарары. Мы остаёмся в одиночестве.
Как же быть
Остановитесь на минутку и посмотрите вокруг, проанализируйте свою жизнь - как вы оказались в этих обстоятельствах и условиях, которые тяготят вас и создают негативные эмоциональные реакции, и почему это происходит. Как правило, в жизни мы получаем лишь то, что заслуживаем. Мы сами создаём свою реальность. И пока мы не признаём в себе виновника всех тех ситуаций, которые обусловили наше недовольство, мы не сможем сделать шаг в сторону изменения жизни к лучшему. Это не всегда легко признаться самому себе, что не другие люди создают нам проблемы, как мы привыкли думать (или нам так удобно думать?!), а мы сами! Как мы обычно избавляемся от проблем в жизни? Не устраивает работа и коллектив - увольняемся, проблемы в семье - разводимся, с осуждающими нас или просто неприятными нам людьми (опять же задумайтесь, почему они нам неприятны?) стараемся не общаться. Мы сами убегаем от тех ситуаций, которые даны нам для того, чтобы мы вынесли из них определённый урок, ибо пока этот урок не будет пройден, ситуации будут повторяться только в новых условиях, в которые мы «убежали от проблем». Они нас там уже ждут с распростёртыми объятиями. Мы пришли в этот мир не для прозябания в удовлетворяющих наше эго, комфортных условиях, а для развития. И ни о каком развитии речи быть не может, если мы не работаем над собой, а только отмахиваемся от того, что принуждает нас изменяться. Легче же указать другим на их недостатки, нежели отыскать их в себе и с себя же потребовать в первую очередь! «Измени себя - изменится мир вокруг» - основное правило, которое должно сопровождать нас в жизни. Ведь мир - это зеркало. Что мы видим вокруг, то отражает наше внутренне состояние. Общество, в котором мы находимся, обстоятельства, условия жизни - всё это прямо или косвенно указывает нам на положение вещей в нашей жизни.
Не стоит также забывать, что Вселенная пребывает в гармонии. Поэтому при нарушении «баланса» в нашей жизни проявляются такие ситуации, которые призваны «выправить» создавшееся нарушение равновесия. Нужно осознанно перестать сетовать на судьбу и преследующие вас неприятности. Помните, что любые трудности и лишения в будущем обернутся для вас благом. В зависимости от того, чем наполнен ваш внутренний мир, то и откликнется извне определенными переменами. Если вас переполняют негативные эмоции, раздражение и обиды, то не ждите от окружения любви и понимания, если же в вашем сердце живет добро - вы излучаете свет, а значит, он же вам и отразится.
Не бойтесь меняться, начните с малого. Не бойтесь говорить близким людям, что вы их любите, дарите прохожим улыбки! Просто любите жизнь, и она ответит вам тем же!
Поверьте, это только начало большого пути. Невозможно не упомянуть здесь об очень важном моменте. Вы можете попасть ещё в одну ловушку - ожидание результата. Конечно, важно, что является стимулом к вашим переменам, но если вы, совершив очередное благое дело, будете ждать мгновенный отклик от мира, то имейте в виду - вы заблуждаетесь. Помните о законе равновесия - ничто не пройдёт бесследно, за всё будет воздано… в своё время. Если ничего не происходит, значит, мотивация была эгоистичной: «вот я сделаю благое дело, а мне за это «подарок» от Вселенной». И не важно, какого качества «подарок» вы ожидаете, в виде материального блага или духовного. Важно, что вы ждёте это для себя! Именно ваши истинные побуждения - это то, чем будет руководствоваться Вселенная, отмеряя вам в награду то или иное благо.
Как гласит народная поговорка: «Для себя жить - тлеть, для семьи - гореть, для народа - светить». Как только ваша мотивация к переменам будет обусловлена желанием творить благо для всех, а не только для себя или близкого круга, как только вы осознаете себя частью целого и обратите все стремления изменить жизнь к лучшему, ко благу всех живущих, не ограничиваясь своим укромным мирком, с этого момента можете быть уверены - вы на верном пути. Это уже очень высокий уровень осознанности, но теперь можно с уверенностью сказать, что выход из пресловутого замкнутого круга не за горами.