Распространение и значение бактерий в природе. Микрофлора организма человека

Тема урока:

Распространение бактерий. Значение бактерий в природе и в жизни человека.

Задачи урока:

Образовательные : формировать знания о многообразии и значении бактерий в природе и в жизни человека;
Развивающие : формировать умения и навыки работать с учебной литературой, развивать мыслительные приемы сравнения, анализа, синтеза. Способствовать развитию устной монологической и диалогической речи, развивать навыки работы с микроскопом, в приготовлении микропрепаратов;
Воспитательные : осуществлять гигиеническое воспитание учащихся.

Оборудование:
1. Презентация «Бактерий»
2. «Корень бобового растения с клубеньками»,
3. микроскоп, препаровальная игла, предметное стекло, покровное стекло, пипетка
4. кефир, соленый огурец, сенная палочка

Ход урока:

I . Орг. момент:

Приветствие, отметка отсутствующих, позитивный настрой на работу

Настал новый день. Я улыбнусь вам, и вы улыбнитесь друг другу. И подумайте: как хорошо, что мы сегодня здесь все вместе. Мы все здоровы. Что мы пожелаем друг другу?

Я желаю вам хорошего настроения!

А что вы хотите пожелать мне?

Глубоко вздохните и выдохните... и начнем наш урок.

II . Актуализация знаний:

1. Опрос- беседа:

1. Какое дыхание характерно для бактерий брожения?
2. Бактерии, живущие в бензине и керосине, питаются этими веществами, вызывая их брожение. К каким опасным последствиям это может привести, особенно в жаркую погоду?
3. Может ли человек управлять развитием бактерий? Ответ обоснуйте.
4. Молоко - благоприятная среда для развития микроорганизмов. Но если в него добавить тысячную долю грамма пенициллина, то оно может стоять вдвое дольше, чем обычно, не скисая в самое жаркое время. Почему?
5. В Антарктиде найден ящик с продуктами, который был оставлен еще экспедицией Скотта. Анализ показал, что продукты сохранили свои качества. Почему?
6. Почему в сырую погоду, а также в плохих жилищных условиях и при плохом питании люди заболевают чаще, чем в сухую солнечную погоду и в хороших условиях?
7. Бактерии очень выносливые организмы, их находили в кипящих источниках, в нефти, бензине, керосине. А где еще они встречаются?

2.Соотнести определения с изученными терминами и понятиями :

А) автотрофы

Б) гетеротрофы

В) сапротрофы

Д) цианобактерии

Е) аэробы

Ж) анаэробы

З) прокариоты

И) эукариоты

К) фотосинтез

1) Организмы, в клетках которых отсутствует ядро

2) Бактерии, которым для дыхания необходим кислород

3) Организмы, в клетках которых присутствует ядро ядро

4) Бактерии и другие организмы, способные образовывать органические вещества из неорганических веществ

5) Бактерии, способные к фотосинтезу

6) Бактерии, которым не нужен кислород для жизнедеятельности.

7) Бактерии и другие организмы, которые потребляют готовые органические вещества

8) Бактерии и другие организмы, которые поглощают питательные вещества из мёртвого и разлагающегося органического материала.

9) Бактерии и другие организмы, которые поглощают органические вещества живых существ, нанося им вред

10) Процесс образования органических веществ из неорганических, который происходит с участием хлорофилла под влиянием солнечного света.

III. МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
- Постановка познавательной задачи
- Французский ученый Луи Пастер назвал бактерии «великими могильщиками в природе!». Как вы понимаете слова ученого?

IV . Изучение нового материала

Мы живём в мире, плотно заселённом бактериями. Например, в слое почвы толщиной 30 см и площадью 1га содержится от 1,5 до 30 т бактерий. В каждом грамме парного молока их столько же, сколько людей на планете. Бактерии живут и в нашем организме. На каждую клетку нашего организма приходится до 10 бактериальных клеток. Поэтому значение их в природе и в жизни человека велико.

Задачи урока : Речь пойдет на уроке о значении бактерий. Продолжаем учиться работать в паре, использовать учебник.

Роль бактерий в природе и жизни человека

Самостоятельная работа в паре. ЗАДАНИЕ (Работа в паре):

Подумайте вместе , почему без этих бактерий жизнь на Земле не могла бы существовать?

На предложенной таблице заполните необходимые графы.(работа с текстом учебника, приложениями)

1.Значение бактерий

Значение бактерий в природе

Значение бактерий в жизни человека

2. Лабораторная работа «Рассматривание под микроскопом кисломолочных бактерий и сенной палочки» уч. стр.14. Описание работы.

V . Закрепление:

1. Подумайте, почему на огородах и земельных участках рекомендуют высаживать бобовые растения (горох, фасоль, бобы)?

2.Почему многие продукты хранят в холодильнике? А крупы и макаронные изделия – нет?

3. Почему варенье, сваренное с небольшим количеством сахара, закисает?

4.Почему не портятся сушеные растения, грибы и мясо?

5. Почему при консервировании долго кипятят продукты, или заливают горячим раствором?

6.Как бактерии попадают в организм человека? Какие болезни человека они вызывают?

7.Какие условия способствуют распространению болезнетворных бактерий?

8. Какие меры борьбы применяют для борьбы с заболеваниями, вызываемыми бактериями?

9. Почему работники сельского хозяйства и любители-огородники стремятся высеивать семена растений, стойких к бактериальным заболеваниям?

VI . Рефлексия и итог.

Учащимся предлагают ответить на следующие вопросы:

1. На уроке я работал

2. Своей работой на уроке я

3. Материал урока мне был

7. Домашнее задание мне кажется

активно / пассивно

доволен / не доволен

понятен / не понятен

полезен / бесполезен

интересен / скучен

легким / трудным

интересным / неинтересным

– Сделайте вывод по уроку (главная мысль урока).

– Бактерии в большей степени полезны или вредны?

Оценивание и самооценивание.

Домашнее задание: Параграф учебника

Составить кроссворд «Одноклеточные организмы» или опорную схему «Бактерий»

Приложения:

Роль бактерий в природе

Бактерии - разрушители (редуценты) органического вещества и преобразователи биомассы . Мёртвые организмы как растительного, так и животного происхождения подвергаются усердной обработке бактериями, которые превращают мёртвые клетки организмов в почву и удобрения, таким образом поддерживая «круговорот биомассы» в природе. Например, листва, которая опадает с деревьев осенью, подвергается воздействию бактерий и к следующей весне превращается в плодородный перегной. На этой плодородной почве и растёт то самое дерево, которое осенью сбросило листву.

Бактерии - поглотители азота (симбионты) . Встречаются бактерии – симбионты (от лат. «сим» - вместе, «биос» - жизнь), которые живут в организмах растений и животных и приносят им определенную пользу. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся в корешках некоторых растений, способны усваивать газообразный азот из почвенного воздуха и таким образом снабжают эти растения азотом, необходимым для жизнедеятельности. Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота, что было бы невозможно без участия таких бактерий. Только бактериям под силу ассимилировать азот, который затем поступает в качестве удобрения в почву. Специальные ферменты, содержащиеся в бактериях, помогают им «усваивать» атмосферный азот и смешивать его с другими минералами. Так происходит жизненно важный процесс для всех растений на Земле - фиксация азота.

Бактерии - поставщики кислорода и углекислого газа (продуценты) . Многие бактерии используют свет как источник энергии. Все они окрашены в красный, оранжевый, зеленый или сине-зеленый цвет: ведь для того, чтобы свет произвел работу, он должен быть поглощен каким-либо красителем – пигментом. У бактерий это разнообразные хлорофиллы и каротиноиды. Большинство из них могут связывать молекулярный азот. Обитают они чаще всего в водоемах на поверхности ила, некоторые - в горячих источниках.

Особенность бактериального фотосинтеза в том, что при нем не выделяется свободный кислород, как у зеленых растений.

Совсем по-другому используют энергию солнечного излучения цианобактерии (их еще называют сине-зелеными водорослями) . Они расщепляют воду и используют водород, а молекулярный кислород выделяют в атмосферу. Полагают, что именно цианобактерии сделали атмосферу нашей планеты кислородной. Цианобактерии, устойчивые к бытовому и промышленному загрязнению, вызывают «цветение» и порчу воды в водоемах, озерах, водохранилищах. Могут они жить на прибрежных камнях, в горах, пустынях, в горячих источниках. Эти микроорганизмы активно связывают атмосферный азот, обеспечивая урожай рисовых полей и продуктивность всех других водоемов.

Бактериальным инфекциям подвержены и растения, и животные.

Бактерии - звено в цепи питания

Известны хищные бактерии, поедающие представителей других видов прокариот

Положительная роль бактерий в жизни человека.

Бактерии - создатели полезных ископаемых. Многие полезные ископаемые создаются веками и тысячелетиями из биомассы при участии воздуха, воды, почв и бактерий. Поэтому роль бактерий как творцов полезных ископаемых также очень велика.

Бактерии - шеф-повара молочных продуктов . Молочнокислые бактерии необходимы для свёртывания молока, из которого люди делают кефир, сыр и йогурт. Без молочнокислых бактерий мы бы никогда не смогли получить все эти замечательные продукты.

Бактерии - помощники фермера . Специальные бактерии помогают в сельском хозяйстве бороться с насекомыми-вредителями и сорняками. Для повышения урожайности человек использует также специальные бактериальные удобрения.

Бактерии - помощники учёных . В последние десятилетия человек все больше и больше использует бактерии. Все это создает предпосылки для происходящей сейчас перестройки промышленности и создания так называемой биотехнологии. При этом ученые рассчитывают на коренное изменение способов получения товаров повседневного спроса, и в том числе пищевых продуктов и источников энергии. Важное значение на сегодняшний день приобретает изучение и широкое использование микроорганизмов в здравоохранении.

Отрицательная роль бактерий в жизни человека

Болезнетворные бактерии

Все представители этой группы относятся к факультативным либо облигатным анаэробам, активно размножаясь в организме человека и вызывая очень опасные, порой фатальные заболевания (чума, холера, газовая гангрена, ботулизм).

Широко распространена опасная болезнь дизентерия. Дизентерийная палочка, размножаясь в кишечнике, вызывает его сильное расстройство («кровавый понос»).

Близкими возбудителями вызывается сальмонеллез (возбудитель сальмонелла) и брюшной тиф. Все они называются «болезнями грязных рук», но заразиться ими можно и через мух, загрязненную пищу и воду.

Многие бактерии поражают дыхательные пути, вследствие чего человек заболевает ангиной. Широко распространены разные формы пневмонии, вызываемой пневмококками. Микобактерией - палочкой Коха – вызывается туберкулез, заболевание, вселяющее ужас еще в начале ХХ века. Обычно поражаются легкие («чахотка»), но сейчас распространены и другие формы заболевания, достаточно трудные при первичной диагностики (костный, почечный туберкулез).

К мерам борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний относятся: проведение предохранительных прививок, контроль за источниками воды и пищевыми продуктами, пастеризация и термическая обработка продуктов питания, соблюдение основных гигиенических требований, дезинфекция помещений, стерилизация инструментов и перевязочного материала.

Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в песках пустынь, на дне океана и даже в добытой с огромных глубин нефти.

Они живут во льдах Антарктиды при температуре –83 °С и в горячих источниках, температура которых достигает +85-90 °С.

В 1 г почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Распространение в воздухе

Распространение большинства бактерий в воздушной среде связано с постоянно изменяющимися условиями жизнедеятельности растений, животных и человека, а также сезонными перепадами температур и климатическими особенностями. Наименьшую концентрацию микроорганизмов в природе можно встретить в условиях горной и морской среды, где их размножение несколько затруднено. Населенные пункты, наоборот, становятся местом их наибольшего сосредоточения, особенно в летний период. Нахождение микроорганизмов в воздушной среде является временным, поскольку она не располагает достаточным количеством питательных веществ.

В жилых помещениях количество бактерий составляет примерно 1500 представителей микромира на 1 кубический метр. Именно воздушная среда становится транспортом для многих болезнетворных микроорганизмов, вызывающих респираторные заболевания, грипп, туберкулез и др. Они выделяются в природу их носителем и достаточно быстро разносятся на приличные расстояния. Значительно снижает процесс распространения вредных бактерий хорошая вентиляция помещений.

Распространение в почве

Почва является плацдармом, с которого бактерии попадают как в воду, так и в живые организмы и воздух. В одном ее грамме содержится до нескольких миллиардов микроорганизмов. Классифицируются они следующим образом:

Гнилостные бактерии аэробного и анаэробного типа участвуют в процессе разложения органической материи.
Азотфиксирующие – помогают растениям усваивать азот, перерабатывая его из воздуха.
Нитрифицирующие – работают с более сложными азотными соединениями.
Актиномицеты (разлагают наиболее устойчивые субстраты) и др.

Болезнетворные бактерии попадают в почву с кровью и выделениями больного или мертвого организма и мусором. Возбудители многих кишечных заболеваний живут в почве больше месяца. Споры газовой гангрены, сибирской язвы и столбняка могут продержаться вне носителя несколько десятков лет.

Основным источником распространения бактерий является почва. Этому способствуют:

наличие большого количества питательных веществ (минеральных, органических);
достаточная влажность субстрата;
защита их от действия прямого солнечного излучения и резких колебаний температуры.

Большое количество перегноя бактерии образуют после дополнительного удобрения почвы навозом, выращивания многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени превращают перегной в минеральные вещества, необходимые для питания растений, в том числе и культурных. Больше всего бактерий можно встретить в почвах, которые содержат много органических остатков (культивированных, удобряемых, достаточно увлажнённых)

Встречаются в почве и патогенные (болезнетворные) бактерии. Они попадают в грунт вместе с трупами животных, бытовыми и промышленными отбросами. Они могут быть возбудителями тяжёлых заболеваний - столбняка, ботулизма, газовой гангрены и др. Почва является основным первоисточником попадания бактерий в воздух и в воду.

Распространение в водной среде

Вода - благоприятная среда для жизнедеятельности бактерий. Загрязнение воды может составлять до миллиона бактерий в 1 мл.

Бактерии попадают в водоёмы со сточными почвенными водами, из воздуха и др. Количество бактерий в воде зависит от её природы. Воды открытых водоёмов содержат наибольшее количество бактерий, а артезианские воды - значительно меньше, потому что проходят сквозь слои почвы и частично очищаются. Вода является источником распространения патогенных бактерий, особенно во время эпидемий дизентерии, брюшного тифа, холеры и других инфекций. Они могут сохранятся в воде несколько месяцев.

Промышленные сточные воды и бытовые сточные воды, а так же дождевые воды, в которые из воздуха и с поверхности почвы попадает большое количество бактерий являются основным источником бактериального загрязнения естественных водоёмов. В таких стоках содержится большое количество химических соединений - хлоридов, аммиака, сероводорода, соли азотной и фосфорной кислот. Очищенные сточные воды и питьевую воду обеззараживают путём облучения ультрафиолетовыми лучами, озонирования.

В воде могут находиться возбудители различных заболеваний, таких как:

дизентерия;
брюшной тиф;
колиэнтерит.

Попав в воду, бактерии могут оставаться там несколько месяцев, повышая риск появления заболеваний.

Распространение в теле человека

Болезнетворные микроорганизмы могут проникать в тело человека множеством способов, но в основном это происходит через ротовую полость и поврежденные участки кожных покровов. Многие попавшие бактерии живут в человеке, не принося ему вреда. Так как именно в ротовой полости обитает огромное количество микроорганизмов, то именно оттуда они и распространяются по всему телу через потребляемую пищу и воду.

В данной полости находятся:

стафилококки;
стрептококки;
микрококки.

Из-за этого некоторые воспалительные процессы в ротовой полости могут послужить причиной появления заболевания. Распространение бактерий в воздухе, почве, воде, живых организмах объясняется огромным разнообразием их видов, сумевших приспособиться практически к любым условиям существования в природе.

Но больше всего загрязнению подвержены руки, так как они часто соприкасаются с различными предметами. На них могут находиться болезнетворные микроорганизмы, которые служат причиной серьезных заболеваний. Размножение таких бактерий можно остановить соблюдением простых правил гигиены, что имеет немаловажное значение в профилактике большинства инфекций.

Люди, прожившие после полученной травмы более 48 часов, наиболее часто умирают из-за сепсиса (Wilson, 1985). Во многих случаях смерти тяжелотравмированных пациентов вследствие сепсиса не удается обнаружить источник инфекции. Чаще всего бактериологическое исследование показывает наличие грамотрицательных микроорганизмов. На этом основании многие исследователи склоняются к предположению, что кишечник является резервуаром патогенных бактерий и эндотоксинов, инициирующих общую реакцию организма хозяина, которая приводит к шоку и недостаточности внутренних органов (BealandCerra, 1994).

Патогенез

Под распространением бактерий понимают перемещение жизнеспособных микроорганизмов, находящихся в организме, из желудочно-кишечного тракта в мезентериальные лимфатические узлы, печень, селезенку и кровяное русло (Deitchetal., 1996) . Многочисленные исследования болезней животных и человека ясно показали, что микроорганизмы и токсины, обычно содержащиеся в желудочно-кишечном тракте, могут перемещаться из просвета кишечника за его пределы (Deitchetal., 1985, 1987, 1988) . Однако клиническое значение распространения бактерий было поставлено под сомнение, когда исследователи не смогли определить наличие микроорганизмов в воротной вене или кровеносной системе при обследовании людей, погибших в результате травм (Mooreetal., 1991). Кроме того, неутешительные результаты обследования тяжелобольных пациентов в нескольких медицинских центрах с целью оценки возможности избирательной деконтаминации кишечника не оправдали ожиданий (VanSaeneetal., 1992) .При использовании антимикробных средств для интенсивной очистки кишечника от патогенных грамотрицательных бактерий и грибков коэффициент выживаемости не повысился, хотя у этих пациентов было отмечено уменьшение на 50% количества осложнений инфекционного характера.

В настоящее время считается, что многие микроорганизмы, попадающие в лимфатическую ткань кишечника, погибают под воздействием защитных сил организма, тем самым инициируя массивную воспалительную реакцию, характеризующуюся выделением цитокинов, вазоактивных веществ, комплемента и других иммуномодуляторов (Deitchetal., 1996). Более того, наличие в крови эндотоксинов кишечного йроисхождения может быть фактором, который вызывает, делает необратимой или усиливает гиперметаболическую реакцию, отмечаемую при синдроме системной воспалительной реакции. Известно, что эндотоксины стимулируют выделение цитокинов и могут привести к снижению функции иммунной системы, свертывающей системы крови и защитного барьера слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Следовательно, совсем необязательно выделять жизнеспособные бактерии в кровотоке или периферийных органах для того, чтобы прийти к выводу, что кишечник является наиболее вероятной причиной синдрома системной воспалительной реакции.

Висцеральная ишемия может играть главную роль в развитии недостаточности нескольких внутренних органов, поскольку существует тесная взаимосвязь между снижением значения pH слизистой оболочки и вероятностью заболевания и летального исхода (SilvermanandТита, 1992). Считается, что ишемия кишечника приводит к снижению защитной функции барьера, в результате чего лимфоидная ткань, связанная с кишечником, оказывается открытой для воздействия микроорганизмов и токсинов. Кроме того, следует выделение большого количества цитокинов и эндотоксинов. Следствием подавления ретикулоэндотелиальной системы может быть наличие эндотоксинов или бактерий в системе кровообращения.

Защитный барьер слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта
В обычных условиях кишечник является эффективным механическим и функциональным защитным барьером, препятствующим абсорбции бактерий и токсинов, находящихся в его полости. Условием распространения бактерий является их адгезия на слизистой оболочке кишечника. Адгезия бактерий уменьшается под воздействием перистальтики кишечника и вырабатываемой слизи. Исследования показывают, что усиленное распространение бактерий происходит при заболеваниях и расстройствах, связанных со сниженной перистальтикой, например, при илеусе и непроходимости кишечника. Применение сосудосуживающих средств, кортикостероидов и нестероидных противовоспалительных препаратов может вызвать уменьшение выработки слизи и разрушение защитного механического барьера. Недостаточная перфузия, например, при висцеральной ишемии, связанной с шоком, также приводит к уменьшению оборота клеток эпителия, разрушению клеток и увеличивает опасность разрушения слизистых оболочек. У тяжелобольных пациентов часто развиваются стрессовый гастрит и язва.

Кишечник представляет собой наиболее крупный иммунологический и эндокринный орган. Лимфоидная ткань, связанная с кишечником, состоит из пейеровых бляшек, лимфатических фолликул, лимфоцитов laminapro-pria,внутриэпителиальных лимфоцитов и мезентериальных лимфатических узлов. Секреторный IgA вырабатывается сенсибилизированными (эффекторными) лимфоцитами поверхностного слоя слизистой оболочки кишечника. Эти иммунные механизмы играют важную роль в защите организма хозяина от инвазии микроорганизмов. Следовательно, при угнетении иммунитета существует предрасположенность к распространению бактерий. Плохое снабжение энтероцитов питательными веществами может также привести к уменьшению образования IgA и ослаблению иммунной защиты желудочно-кишечного тракта.

Еще одним фактором, способствующим сохранению защитного барьера слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, является природная микрофлора, выполняющая функцию защиты. Подавляющее большинство микроорганизмов, содержащихся в желудочно-кишечном тракте, является анаэробами. Эти бактерии составляют конкуренцию потенциальным патогенным микроорганизмам в борьбе за питательные вещества и места прикрепления к слизистой оболочке, тем самым препятствуя чрезмерному развитию микрофлоры грамотрицательных бактерий. Антибиотикотерапия часто нарушает хрупкое равновесие микрофлоры желудочно-кишечного тракта за счет подавления более чувствительных анаэробных микроорганизмов (Deitchetat., 1985). Кроме того, к нарушению нормальной микрофлоры в кишечнике тяжелобольных пациентов может привести использование блокаторов Нг-рецепторов, которые способны стимулировать чрезмерное развитие микрофлоры и образование колоний микроорганизмов в желудке, а также использование гиперосмолярных питательных растворов для энтерального питания.

Значение правильного питания

На протяжении многих лет при лечении тяжелобольных пациентов состоянию желудочно-кишечного тракта не уделялось должного внимания. Основной функцией желудочно-кишечного тракта считалась абсорбция питательных веществ, которая согласно распространенному мнению необходима для обеспечения адекватного заживления ран и ответной реакции организма на травму или инфекцию. Из-за возможности аспирации, рвоты, илеуса или отсутствия энтерального доступа многие клиницисты предпочитали «оставить кишечник в покое». Теперь мы знаем, что такой «покой» может вызвать атрофию слизистой оболочки, изменение проницаемости и утрату алиментарного действия гормонов желудочно-кишечного тракта. На экспериментальных моделях было показано, что голодание и неправильное питание сами по себе не вызывают распространение бактерий. Однако они могут вызвать предрасположенность к повреждению слизистой оболочки и развитию чреватого летальным исходом сепсиса кишечного происхождения в периоды системного воспаления. В настоящее время специалисты уделяют значительное внимание этой проблеме и проводят исследования с целью определения роли различных питательных веществ, а также пытаются использовать энтеральное питание для воздействия на обмен веществ и воспалительные процессы.

Клиническое значение

Эксперименты на животных позволили выявить три основные механизма активизации распространения бактерий:

чрезмерное развитие микрофлоры кишечника;
ослабление защитных сил организма;
повреждение защитного барьера слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Следовательно, интенсивная профилактика распространения бактерий должна в первую очередь быть направлена на предотвращение этих проблем, а также на обеспечение кишечника необходимыми питательными веществами.

Результаты обследования людей в клинических условиях показывают, что распространению бактерий могут способствовать термическое повреждение, угнетение иммунитета, травма, геморрагический шок, эндотоксины, острый, вызывающий некроз панкреатит, полное парентеральное кормление, нейтропения, непроходимость и ишемия кишечника. Опыты на животных позволяют предположить, что те же самые болезни и расстройства могут способствовать распространению бактерий и в организме тяжелобольных пациентов ветеринарных лечебниц. Кроме того, собаки с тяжелой формой парвовирусного энтерита имеют особенную предрасположенность к распространению бактерий в организме, сепсису и появлению эндотоксинов в крови вследствие сочетания нейтропении и разрушения защитного барьера слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.

Профилактика

Профилактика распространения бактерий, сепсиса и недостаточности функций нескольких органов является предметом постоянных исследований. Наиболее важным фактором для предотвращения распространения бактерий является сохранение целостности защитного барьера слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, поскольку экспериментальные исследования показывают, что распространению бактерий можно в значительной степени воспрепятствовать за счет уменьшения степени повреждения слизистой оболочки. По этой причине терапевтические мероприятия направлены на:

уменьшение вероятности разрыва слизистой оболочки,
ограничение нежелательных последствий в случае разрыва,
поддержание функции кишечника для быстрого заживления дефектов слизистой оболочки. В этом отношении можно дать следующие рекомендации.

Улучшение оксигенации кишечника. По-видимому, главную роль в повреждении слизистых оболочек у тяжелобольных пациентов играет ишемия. Размер повреждения усиливается в результате реперфузионной травмы. Необходимо максимально увеличить поступление кислорода в кишечник за счет эффективного и интенсивного восстановления гемодинамики. Для поддержания адекватного кровяного давления и перфузии желудочно-кишечного тракта следует вводить в достаточном объеме кристаллоидные и (или) коллоидные растворы. Для поддержания кровяного давления при сепсисе может возникнуть необходимость во введении положительных миотропных средств, таких как добутамин или допамин (SilvermanandТита, 1992). Кислород следует дополнительно вводить в том случае, если параметры оксигемометрии не превышают 90-95%. Если концентрация гемоглобина опускается ниже значения 10-12 г/100 мл, то для улучшения способности транспортировки кислорода кровью можно провести переливание крови или ввести раствор бычьего гемоглобина. Для контроля pH слизистых оболочек и определения достаточности перфузии желудочно-кишечного тракта лучше всего использовать метод желудочной тонометрии, если имеется такая возможность. При клинических признаках сепсиса необходимо в любом случае вводить бактерицидные антибиотики широкого спектра действия. Ранняя диагностика и хирургическая коррекция омертвевших участков кишечника или дренирование абсцесса имеют первостепенное значение для успешного завершения лечения.

В экспериментальных условиях удавалось предотвратить повреждения вследствие реперфузии путем применения аллопуринола или дисмутазы перекиси. Составными частями системы антиоксидантной защиты организма являются витамины С, Е и А, селен, бетакаротин, а также такие аминокислоты, как цистин, глицин и глутамин. Может принести пользу и добавление в пищу антиоксидантов. В настоящее время ведутся исследования с целью определения веществ, выборочно улучшающих перфузию желудочно-кишечного тракта, однако до сих пор они не принесли результата. Не следует применять такие катехоламины, как норадреналин и адреналин, которые индуцируют сужение кровеносных сосудов внутренних органов.

Ограничение отрицательных последствий повреждения слизистых оболочек. Применение антацидных средств и блокаторов Н2-рецепторов с целью ограничения развития стрессовых язв и гастрита у тяжелобольных пациентов может привести к чрезмерному развитию микрофлоры и увеличить вероятность заболевания пневмонией госпитализированных пациентов, которым проводят вентиляцию легких (VanSaeneetal., 1992) .Для уменьшения размеров повреждения желудка без увеличения желудочного pH в настоящее время рекомендуется применение сукральфата и метода назогастральной аспирации.

Метод выборочной деконтаминации кишечника, по-видимому, уменьшает вероятность развития инфекционного заболевания в условиях клиники, однако документальных повреждений факта увеличения шансов на выживание тяжелобольных людей не имеется (VanSaeneetal., 1992) .Для лечения человека обычно используется сочетание амикацина, амфотерицина В и полимиксина В (Cockerilletal., 1992). В литературе приводятся данные о том, что пероральное применение неомицина предотвращало летальный исход и уменьшало распространение бактерий после термических повреждений (Оса etal.,1993) . Для связывания липополисахаридного эндотоксина использовалась комбинация полимиксина В, активированного угля и каопектата, вводимых перорально. Кроме того, имеются отдельные сообщения относительно успешного применения разведенного хлоргексидина или бетадина (повидон-йод), вводимых посредством клизмы, для лечения парвовирусного энтерита у щенков.

Для нейтрализации липополисахаридного эндотоксина в организме домашних животных в настоящее время предлагается поливалентная лошадиная антисыворотка (SEPTI-serum, Immac, Inc., Columbia, МО 75201). Ее вводят медленно в течение 30-60 минут в дозе 4,4 мл/кг вместе с внутривенными кристаллоидными растворами в пропорции 1:1. В настоящее время результаты клинических исследований применения данного препарата не известны, однако следует исходить из того, что он имеет наибольшую эффективность в случае применения до начала антибиотикотерапии, поскольку после уничтожения бактерий концентрация эндотоксина в циркулирующей крови резко увеличивается. При использовании лошадиной антисыворотки необходимо внимательно следить за состоянием пациентов, поскольку могут проявиться признаки анофилаксии.

Поддержание функции кишечника путем энтерального кормления
Значение правильного кормления тяжелобольных пациентов не вызывает сомнения. Однако в последние годы все более явной становится важная роль «наполнения кишечника» за счет энтерального кормления, которое необходимо начинать как можно раньше. Исследования показали, что по сравнению с энтеральным кормлением полностью парентеральное кормление приводит к увеличению вероятности инфекционных заболеваний и летального исхода. Полностью парентеральное кормление приводит к атрофии слизистой оболочки. Кроме того, практика показывает, что липидные эмульсии усиливают угнетение иммунитета за счет подавления бластогенеза лимфоцитов. Кроме того, жирные кислоты омега-6 являются «предшественниками» простагландинов и лейкотринов, которые могут вызвать воспаление. В настоящее время рекомендуется применять полностью парентеральное кормление только при наличии серьезных противопоказаний для энтерального питания.

Энтеральное кормление оказывает благотворное воздействие на функцию кишечника за счет укрепления иммунной системы (лимфоциты и макрофаги), увеличения секреции IgA и муцина, а также поддержания массы кишечника за счет алиментарного действия.

Наиболее подходящим источником метаболизма для клеток, выстилающих внутреннюю поверхность тонкой кишки, является глутамин. Глутамин считается «условно важным» питательным веществом для тяжелобольных пациентов. Он имеет большое значение для митогенеза лимфоцитов и усиливает защитный барьер кишечника. Результаты многих исследований подтверждают целесообразность добавления глутамина к растворам для энтерального или парентерального питания (замедление распространения бактерий, утолщение слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, увеличение шансов на выживание). В то же время в некоторых случаях применение глутамина не дало положительного эффекта. Глутамин безопасен для здоровья пациента, однако это вещество очень нестабильно, и поэтому его необходимо добавлять в питательный раствор непосредственно перед введением. При значительном повреждении слизистой оболочки добавление глутамина может оказать благотворное воздействие. Данный препарат выпускается в форме порошка (CambridgeNeutraceuticals) ,который можно применять в дозе 10 мг/кг в сутки. Глутамин можно добавлять в воду, которую дают выздоравливающим животным, или растворы для энтерального питания, которые вводят через назогастральную, гастростомическую или еюностомическую трубки. Кроме того, уменьшению распространения бактерий могут способствовать и другие пищевые добавки, такие как жирные кислоты омега-3 (продукты на основе рыбьего жира), аргинин, нуклеиновая кислота и антиоксиданты.

Наиболее подходящим источником метаболизма для колоноцитов являются жирные кислоты с короткой цепочкой. Они вырабатываются путем ферментации неусваиваемых углеводов, которые обычно называют «поддающимися ферментации волокнами» (пектин, бетагликан и лактулоза). Нерастворимые волокна, такие как целлюлоза, оказывают алиментарное воздействие на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта за счет усиления выработки слизи и роста клеток эпителия, а также поддержания роста нормальной микрофлоры. Считается, что нерастворимое волокно стимулирует секрецию алиментарных гормонов кишечника, укрепляющих защитный барьер кишечника. В настоящее время не существует рекомендаций относительно выбора оптимального типа волокон и оптимальной дозы, однако исследования продолжаются. Ряд предварительных исследований и экспериментов, проведенных на животных, показывает, что добавление грубой клетчатки в энтеральные питательные растворы позволяет снизить скорость распространения бактерий, предотвратить атрофию слизистой оболочки и чрезмерное развитие микрофлоры в слепой кишке. Кроме того, предметом исследований являются гормоны, такие как бомбезин, которые оказывают защитное алиментарное воздействие на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта. Для выработки определенных рекомендаций относительно кормления животных необходимо дождаться результатов исследований, проводимых в этой перспективной и интересной области.

Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.

Форма тела

Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Название бактерии	Форма бактерии	Изображение бактерии
Кокки		Шарообразная
Бацилла		Палочковидная
Вибрион		Изогнутая в виде запятой
Спирилла		Спиралевидная
Стрептококки		Цепочка из кокков
Стафилококки		Грозди кокков
Диплококки		Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
через корневые волоски;
только через молодую клеточную оболочку;
благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

инфицирование корневых волосков;
процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.

Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Обмен веществ

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.

Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.

Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

Хемосинтез

Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.

Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

Спорообразование

Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Распространение в природе

Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

Микрофлора почвы

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

Микрофлора организма человека

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Бактерии в круговороте веществ

Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

Круговорот азота

Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.

Круговорот углерода

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО 2).

Круговорот серы

Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Круговорот железа

В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они - первые организмы, появившиеся на Земле.

Распространение бактерий на планете

Бактерии широко распространены в природе: населяют воздух, воду и почву, находятся в живых организмах.

Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды в которых достигает $90^\circ$, в нефтеносных шарах.

Бактерии способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще.

Основным источником распространения бактерий является почва. Этому способствуют:

наличие большого количества питательных веществ (минеральных, органических);
достаточная влажность субстрата,
защита их от действия прямого солнечного излучения и резких колебаний температуры.

Пример 1

Наибольшее количество бактерий содержится на глубине до $30$ см. Песчаная почва содержит их меньшее количество, чем чернозём. Один грамм чернозёма содержит около $10$ миллиардов бактерий.

Огромная роль бактерий в процессах обогащения и образования грунтов, в повышении их плодородия.

Происходит разложение органических веществ - остатков мёртвых животных и отмерших растений, которые попадают в почву. Благодаря этому образуются неорганические вещества, которые позже могут служить пищевой базой для других организмов, в основном растений, а так же одновременно выделяется углекислый газ, необходимый для фотосинтеза растений. Большое количество перегноя бактерии образуют после дополнительного удобрения почвы навозом, выращивания многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени превращают перегной в минеральные вещества, необходимые для питания растений, в том числе и культурных.

Больше всего бактерий можно встретить в почвах, которые содержат много органических остатков (культивированных, удобряемых, достаточно увлажнённых)

Почва является основным первоисточником попадания бактерий в воздух и в воду.

Микрофлора воды

Вода - благоприятная среда для жизнедеятельности бактерий.

Загрязнение воды может составлять до миллиона бактерий в $1$ мл.

Бактерии попадают в водоёмы со сточными почвенными водами, из воздуха и др.

Количество бактерий в воде зависит от её природы. Воды открытых водоёмов содержат наибольшее количество бактерий, а артезианские воды - значительно меньше, потому что проходят сквозь слои почвы и частично очищаются.

Вода является источником распространения патогенных бактерий, особенно во время эпидемий дизентерии, брюшного тифа, холеры и других инфекций. Они могут сохранятся в воде несколько месяцев.

В таких стоках содержится большое количество химических соединений - хлоридов, аммиака, сероводорода, соли азотной и фосфорной кислот.

Очищенные сточные воды и питьевую воду обеззараживают путём облучения ультрафиолетовыми лучами, озонирования.

Микрофлора воздуха

Воздух считается наименее благоприятной средой для существования бактерий, потому что его влажность ниже необходимой для их развития и не содержит необходимых питательных веществ.

В воздух бактерии попадают с пылью. В воздушной среде они или гибнут, или их споры сохраняются на поверхности почвы и предметов.

С высотой количество бактерий в воздухе уменьшается.Более заселены бактериями нижние слои атмосферы.

Пример 2

Над поверхностью океанов, лесов, над снежными равнинами и горными вершинами бактерии почти отсутствуют, а над поверхностью суши их намного больше.

Количество бактерий в воздухе зависит от близости к населённым пунктам.

Пример 3

В воздухе больших городов бактерий содержится больше, чем в воздухе посёлков и деревень.

Летом бактерий больше, чем в холодное время года.

Пример 4

1 метр кубический воздуха находятся десятки тысяч различных бактерий.

В составе микрофлоры воздуха содержатся так же разнообразные болезнетворные бактерии: возбудители туберкулёза, менингита, инфекций дыхательных путей и др.

Микрофлора организма человека

На коже человека и внутри организма так же постоянно проживают бактерии. В результате общения с природой и с другими людьми происходит взаимообмен микрофлорой. В организм человека бактерии попадаю с водой, пищей, из воздуха.

Очень разнообразна микрофлора полости рта. Влажность, температура, щёлочная реакция слюны, остатки еды - это всё способствует развитию бактерий.

В роте много микрококков, стафилококков, стрептококков, спирохет, вибрионов, бацилл. Щедро засеяны микробами зубы, повреждённые кариесом, зубной налёт, миндалины.

Органы дыхания постоянной микрофлоры не имеют и полностью зависят от содержания бактерий в воздухе, что вдыхается.

Микрофлора желудочно - кишечного тракта щедра и разнообразна. В кишечнике постоянно проживают кишечная палочка, некоторые кокки.

Руки человека загрязняются микробами из окружающей среды (воздух, предметы). На руках можно обнаружить множество разнообразных бактерий, опасных для здоровья человека, которые вызывают дизентерию, сальмонеллёз, брюшной тиф, гепатит и др.

Замечание 1

Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так ка они берут участие в кругообороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, недоступные ни животным, ни растениям.