Особенности строения и размножения бактерий

Понятие

Бактерии могут обитать практически в любой среде, годной для питания: воздух, вода, почва, другие организмы, в том числе и человек. Считается, что больше всего бактерий обитает в верхних слоях почвы.

Строение

Бактерии состоят из одной клетки. Они имеют простейшее строение: мембрана, наполненная цитоплазмой. Особенность их строения — отсутствие ядра, митохондрий и пластид. Генетическая информация содержится в молекулах ДНК, составляющих около 1 мм в развернутом виде. У отдельных видов есть специальные гранулы для запаса питательных веществ и поддержания жизнедеятельности, газовые вакуоли, улучшающие способность передвигаться в жидкой среде.

Как правило, у бактерии есть внешние отростки — усики, с помощью которых они могут двигаться. Некоторые бактерии могут объединяться в пары, цепочки или скопления.

Размножение 

Основной способ размножения бактерий — деление клеток. Но для его осуществления необходимо, чтобы соблюдались определенные условия. Для разных видов бактерий они различаются. Одни погибают при кипячении, другие могут размножаться даже в кислотной среде. В идеальных условиях бактерии способны увеличить свою популяцию до 34 трлн особей. 

Существует несколько факторов, влияющих на размножение бактерий: 

• солнечный свет;
• наличие воды;
• температура окружающей среды;
• кислород;
• уровень кислотности/щелочности среды.

При наличии благоприятных факторов, бактерии начинают активно размножаться. При их отсутствии — впадают в спячку или погибают. 

Способы размножения

Бинарное деление

Когда бактерия достигает определенного размера, она начинает делиться. Вначале происходит репликация (деление) ДНК, затем разделение цитоплазмы. На последнем этапе происходит образование новой клеточной стенки. Процесс деления бактерий в благоприятных условиях очень интенсивный — каждые 20-30 мин. у одной клетки. Это обусловлено тем, что большое число клеток очень быстро погибает под воздействием различных факторов.

Почкование (вегетативное размножение)

На одной из стенок бактерии появляется отросток и растет, пока не достигнет размеров «матери». Далее происходит отделение почки. Одна бактерия способна произвести до четырех почек. Такой способ размножения свойственен цианобактериям.

Множественное деление

Представляет собой бинарное деление клеток внутри материнского организма. Число таких клеток варьируется от 4 до 1000. Все они проходят последовательное деление, затем оболочка разрывается, и новые клетки выходят.

Размножение спорами

Если бактерия попадает в негативные условия, она может перейти в особое состояние, в котором может находиться очень долго (более ста лет). Спора созревает внутри клетки и занимает в ней особое положение. Затем материнская клетка отмирает, а спора покрывается особой оболочкой, более устойчивой к температурным воздействиям, влиянию различных ферментов и  другим условиям, гибельным для обычной клетки.

Когда наступает благоприятный момент, из споры прорастает полноценная особь. Начинается обратный процесс: разрушение устойчивой оболочки, наполнение клетки водой, появляется способность делиться.

Фрагментация клеток

Во время фрагментации происходит деление материнской клетки, а затем регенерация отдельных частей до полноценной бактерии.

Половой метод

Некоторые виды бактерий могут размножаться путем конъюгации — обмена генетической информации между двумя клетками. Предметом передачи являются плазмиды, содержащие гены устойчивости в неблагоприятных условиях. 

Трансформация

По сравнению с другими способами размножения трансформация встречается реже. Во время нее отдельный фрагмент ДНК встраивается в стороннюю клетку и обменивается с ней информацией. Примечательно, что это явление происходит без участия вирусов.

Трансдукция

Способ размножения, близкий трансформации, но с участием «посредника» — бактериофага, который переносит генетическую информацию от одной клетки к другой.

Среда для размножения

Бактерии размножаются как в жидкой, так и в плотной питательных средах. Размножение бактерий неизменно ведет к истощению питательной среды и отмиранию значительной части микроорганизмов. 

Размножение в жидкой среде может быть нескольких видов:

• придонным;
• диффузным;
• поверхностным.

Размножение в плотной питательной среде характеризуется ростом колоний различных форм и оттенков. Окрашивание питательной среды в определенный цвет зависит от пигментации бактерий.

Периодичность размножения

Жизненный цикл бактерий разделяется на несколько фаз:

1. Исходная или лаг-фаза. Продолжается от посева до роста. Длительность — 1-2 часа.
2. Интенсивный рост. Продолжается до 2 часов.
3. Логарифмическая фаза. Пик увеличения популяции, который длится 5-6 часов.
4. Спад размножения. Истощается питательная среда, клетки погибают. Длится 2 часа.
5. Стационарная фаза. Количество погибших и живых бактерий становится равным. Срок — 2 часа.
6. Ускорение гибели клеток. 3 часа.
7. Фаза логарифмической гибели. Скорость гибели становится постоянной, продолжается около 5 часов.
8. Снижение скорости отмирания. Последняя стадия цикла, при которой живые клетки переходят в спокойное состояние.