Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

CZYNNOŚCI ŻYCIOWE BAKTERII

Odżywianie bakterii Pod względem odżywiania bakterie dzielą się na formy cudzożywne (heterotroficzne) i samożywne (autotroficzne). Odżywianie heterotroficzne polega na pobieraniu gotowej materii organicznej wytwarzanej przez innej organizmy. Odżywianie autotroficzne polega na samodzielnym wytwarzaniu materii organicznej z materii nieorganicznej. Jeśli niezbędna do tego energia pochodzi z utleniania prostych związków mineralnych, mamy do czynienia z chemosyntezą. W przypadku, gdy do asymilacji dwutlenku węgla wykorzystywana jest energia świetlna, znaczy to, że organizmy te przeprowadzają fotosyntezę.

Bakterie heterotroficzne Bakterie cudzożywne stanowią przeważającą część wśród bakterii. Bakterie te nie mają zdolności syntetyzowania materii organicznej z prostych związków nieorganicznych, w związku z tym, ich pożywienie musi zawierać gotowe substancje organiczne. Związki organiczne (białka, cukry, węglowodany) występują w środowisku zwykle w postaci wielkocząsteczkowych związków, które muszą zostać najpierw rozłożone aby mogły zostać przyswojone. Bakterie cudzożywne wydzielają więc do środowiska enzymy rozkładające materię organiczną w podłożu. Powstałe w ten sposób związki organiczne są następnie wchłaniane przez komórkę bakteryjną.

Bakterie heterotroficzne Wśród heterotrofów większość stanowią formy roztoczowe, saprofityczne, żywiące się martwą materią organiczną. Razem z grzybami odgrywają ważną rolę w krążeniu pierwiastków w przyrodzie. Zawdzięczamy im rozkład obumarłych ciał roślinnych i zwierzęcych, stopniowo aż do prostych związków nieorganicznych. W ten sposób bakterie te zapobiegają gromadzeniu się martwej materii organicznej oraz umożliwiają przechodzenie do gleby prostych związków, z której mogą być ponownie pobrane rośliny. Do saprobiontów należą też bakterie rozkładające produkty żywnościowe, oraz te, które wytwarzają substancje toksyczne dla organizmu ludzkiego, np. bakterie jadu kiełbasianego. laseczki jadu kiełbasianego

Bakterie heterotroficzne Wśród bakterii cudzożywnych wyróżnia się także: bakterie, które rozwijają się kosztem innych organizmów, wykorzystując ich zasoby pokarmowe oraz wywołując przy tym różne choroby. Takie pasożytnicze bakterie to różnego rodzaju bakterie chorobotwórcze, np. wywołujące zapalenie płuc, czy gruźlicę; bakterie korzystające z resztek pokarmów organicznych nie zużytych w procesie trawienia przez organizmy wyższe – mowa o komensalach. Przykładem bakterii komensalicznej może być pałeczka okrężnicy (Escherichia coli) żyjąca w przewodzie pokarmowym człowieka. Escherichia coli

Bakterie heterotroficzne Wśród bakterii cudzożywnych wyróżnia się także: bakterie tworzące z innymi organizmami związki o charakterze mutualizmu, np. bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z korzeniami roślin motylkowych. Bakterie te żyją w korzeniach tych roślin, wywołując powstawanie charakterystycznych brodawek korzeniowych. Bakterie korzeniowe zaopatrują rośliny w związki azotowe, w zamian zaś korzystają z produkowanych przez roślinę związków organicznych. brodawki na korzeniu rośliny motylkowej bakterie brodawkowe

Odżywianie autotroficzne Bakterie samożywne – stosunkowo nieliczne - są zdolne do wytwarzania substancji organicznych ze związków nieorganicznych. Wśród nich wyróżniamy: fotoautotrofy, czyli bakterie, które które przeprowadzają proces fotosyntezy, chemoautotrofy, czyli bakterie chemosyntetyzujące.

Bakterie fotoautotroficzne Fotosynteza przeprowadzana jest przez nieliczne bakterie (zielone i purpurowe) oraz przez wszystkie sinice. W obydwu grupach ma jednak inny charakter. Bakterie posiadają specjalny barwnik - bakteriochlorofil, dzięki któremu mogą przeprowadzać fotosyntezę w świetle czerwonym. Ponadto fotosynteza u bakterii odbywa się zawsze a atmosferze beztlenowej, w głębszych warstwach zanieczyszczonych zbiorników wodnych. Sinice posiadają barwniki podobne do roślin czyli zielony chlorofil a (podstawowy - jest go najwięcej), żółty karoten, niebieską fikocyjaninę i czerwoną fikoerytrynę. Przeprowadzana przez te organizmy fotosynteza nie różni się zasadniczo od tej, którą przeprowadzają rośliny wyższe.

Bakterie chemoautotroficzne Bakterie chemosyntetyzujące produkują substancje organiczne bez udziału światła i chlorofilu. Zamiast energii słonecznej wykorzystuję energię zdobywaną z utleniania różnych związków nieorganicznych – siarkowodoru, amoniaku, związków żelaza i innych. Reakcje utleniania tych związków przebiegają z wydzieleniem pewnej ilości energii – są to reakcje egzoergiczne. Chemosynteza jest przeprowadzana przez bakterie azotowe, siarkowe, żelaziste, wodorowe, metanowe i składa się zawsze z dwóch etapów: utleniania substratu mineralnego w celu pozyskania energii asymilacji dwutlenku węgla z wykorzystaniem wcześniej uwolnionej energii

CHEMOAUTOTROFY – BAKTERIE AZOTOWE NITRYFIKACYJNE Bakterie te przeprowadzają proces nitryfikacji – utleniają amoniak do azotanów przez azotyny. Bakterie z rodzaju Nitrosomonas – utleniający amoniak NH3 do kwasu azotowego(III) zgodnie z reakcją: 2NH3 + 3O2 -> 2HNO2 + 2H2O + energia chemiczna Następnie energię uwolnioną wykorzystują do asymilacji CO2 według wzoru: 6CO2 + 6H2O + energia -> C6H12O6 + 6O2 Bakterie z rodzaju Nitrobacter – utleniają kwas azotowy(III) do kwasu azotowego(V), zgodnie z równaniem: 2HNO2 + O2 -> 2HNO3 + energia chemiczna

CHEMOAUTOTROFY – BAKTERIE AZOTOWE NITRYFIKACYJNE W procesie rozkładu martwych szczątków organicznych powstaje amoniak, który jest nieprzyswajalny dla roślin, a w dużych ilościach nawet toksyczny dla organizmów glebowych. Dzięki działalności bakterii nitryfikacyjnych związek ten zostaje przekształcany w azotany, które mogą być pobierane przez rośliny, a następnie wykorzystywane do syntezy własnych związków organicznych. Chemosynteza u innych bakterii przebiega podobnie i dlatego proces ten odgrywa bardzo ważną rolę w krążeniu w biosferze pierwiastków takich jak: azot, siarka, żelazo, czy wodór. Bakterie nitryfikacyjne wyizolowane ze składowiska odpoadów

Jednym z najciekawszych sudeckich źródełek jest Sirný pramen, czyli „siarkowe źródło”. Nazwa źródła pochodzi od intensywnego żółto-pomarańczowego zabarwienia dna źródła i potoczku, leżących na dnie przedmiotów (np. szyszek) i brzegów. Ta barwa kojarzyła się ludziom z barwą siarki i stąd nazwa. Jednak woda ani osady na dnie nie zawierają Woda ta jest natomiast bogata w związki żelaza. Sprawcą żółtej barwy są bakterie Leptothrix ochracea, tworzące kolonie w formie barwnych nalotów, a w niektórych miejscach wręcz galaretowatych bulw, „grzybków” itp. Bakterie te należą do grupy bakterii żelazistych (Ferrobacillus) – bakterii chemosyntetyzujących.

ODŻYWIANIE BAKTERII

Oddychanie bakterii Proces oddychania dostarcza organizmom energii niezbędnej do życia. Pod względem sposobu jej uzyskiwania wyróżnia się bakterie tlenowe (aerobowe) i beztlenowe (anaerobowe). Chemizm oddychania tlenowego u bakterii jest taki sam jak u roślin zielonych i prawie wszystkich zwierząt. W wyniku tego procesu z substancji organicznych powstają proste związki nieorganiczne (CO2, H2O), a uzyskiwana przy tym energia zużywana jest na potrzeby życiowe organizmu.

Oddychanie bakterii Wiele bakterii oddycha beztlenowo. Niezbędną do życia energię uzyskują z beztlenowego rozkładu cukrów (nazywanego w przypadku mikoorganizmów fermentacją) albo białek (nazywanego gniciem). Dla wielu gatunków (anaerobów obligatoryjnych - bezwzględnych) obecność tlenu jest zabójcza. Inne anaeroby fakultatywne – względne) mogą żyć zarówno w obecności tlenu, jak i bez jego dostępu. Bakteryjne gnicie sałaty

Fermentacja Oddychanie beztlenowe (fermentacja) polega na enzymatycznym rozkładzie związków organicznych, który przebiega bez udziału tlenu z powietrza. Efektem fermentacji jest przetworzenie wyjściowych substancji organicznych w inne substancje organiczne, o prostszej budowie, i wydzielanie CO2. Fermentacja daje znacznie mniej energii niż oddychanie tlenowe. Jej produktem może być kwas mlekowy (fermentacja mlekowa bakterii Lactobacillus powodująca zsiadanie mleka), kwas masłowy (fermentacja masłowa bakterii Clostridium), etanol (fermentacja alkoholowa bakterii Sarcina) lub inne związki. Bakterie mlekowe

Rozmnażanie bakterii Bakterie są najczęściej haploidalne. W większości przypadków rozmnażają się przez bezpłciowo – przez podział komórki macierzystej na dwie komórki potomne. Z podziałem komórki zsynchronizowane jest podwojenie materiału genetycznego zawartego w genoforze. Komórki bakteryjne, zależnie od gatunku, dzielą się na drodze przewężenia lub przez powstanie w środku komórki nowej, przedzielającej ją ściany. U nielicznych bakterii występuje pączkowanie - proces, w którym komórka potomna powstaje przez uwypuklenie ściany komórki macierzystej. Częstotliwość podziałów bakterii zależy m.in. od warunków środowiskowych – gdy są one korzystne podziały zachodzą bardzo szybko, co 20 – 30 min. Jednakże te błyskawiczny sposób rozmnażania ma wielki „mankament”. Jego efektem zawsze jest powstanie osobników identycznych pod względem genetycznym. Schemat podziału komórki bakteryjnej

Rozmnażanie bakterii Bakterie mogą również wymieniać materiał genetyczny, zapewniając komórkom „biorców” uzyskanie nowych, korzystnych właściwości , np. odporności na antybiotyki. Możliwe jest to dzięki trzem procesom płciowym: transformacji transdukcji koniugacji Dzięki tym procesom zwiększa się więc zmienność osobnicza w obrębie gatunku, słabnąca na skutek stałego rozmnażania bezpłciowego.

Transformacja – komórka bakterii (1) pobiera z otoczenia obcy DNA (3) i włącza je do swojego chromosomu (2). Koniugacja –komórka „dawca” posiadająca fimbrie (F+ „męska”) przekazuje część skopiowanego DNA komórce „biorcy (brak fimbrii F- „żeńska”). Transdukcja - polega na przenoszeniu fragmentów DNA między komórkami bakteryjnymi przez bakteriofagi (wirusy bakteryjne), które opuszczając komórkę „pomyłkowo” zabierają, oprócz własnego, także odcinek DNA gospodarza.

Bakterie opanowały do „perfekcji” unikanie niekorzystnych warunków środowiska. Możliwe jest dzięki umiejętności szybkiego przechodzenia w stan życia utajonego zwanego anabiozą i wytwarzanie form przetrwalnych, tzw. endospor (przetrwalników). Tworzenie endospor polega na utracie przez komórkę wody, zagęszczeniu cytoplazmy i otaczaniu jej grubą ścianą komórkową. W stadium przetrwalnikowym ulegają zahamowane wszelkie czynności życiowe bakterii. Dzięki temu przetrwalnik staje się bardzo odporny na wysoką i niską temperaturę, suszę, a także szkodliwe substancje chemiczne. Kiedy warunki środowiska ulegają poprawie, endospora pobiera z otoczenia wodę, uwalnia się z grubej ściany komórkowej, która staje się komórką aktywną. Formy przetrwalnikowe laseczki - Bacillus anthracis (na lewym zdjęciu widoczne formy wegetatywne)

LITERATURA: Szweykowska A., Szweykowski J., 2004. Botanika – morfologia. PWN, Warszawa Szweykowska A., Szweykowski J., 2005. Botanika – systematyka. PWN, Warszawa Lewiński W., Walkiewicz J., 2000. Biologia 1. Operon, Rumia Villee i inni, 1996. Biologia. Multico, Warszawa Biologia, 1994, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa