Автотрофные бактерии: классификация, размножение, спорообразование и распространение бактерий

Каждый живой организм, даже одноклеточный, которым является бактерия, нуждается в питательных веществах. Царство микробов огромно, его представителей отличают между собой по многим признакам. В частности, по способу питания бактерии делятся на автотрофные и гетеротрофные организмы.

Микроорганизмы автотрофного и гетеротрофного способов питания – два огромных звена в круговороте веществ на Земле. Первые создают начальные органические элементы для жизнеобеспечения следующего яруса живых организмов.

Вторые формируют биомассу для питания животных и растений, сопровождают их в течение жизни, затем уничтожают мертвые тела вплоть до неорганических веществ, создавая пищу для автотрофов. Цикл начинается снова.

Принципиальные отличия питания двух групп микробов

Разделение бактерий на две группы стало возможным после изучения их обменных процессов. Оказалось, что одни обладают большей самостоятельностью, чем другие.

1. Автотрофам свойственно питание неорганическими веществами простейшей структуры (водород, азот, углерод и другие). Из них бактерия самостоятельно создает сложные органические конструкции для жизнедеятельности.
2. Гетеротрофы нуждаются в готовых органических элементах для своего питания.

Оба вида организмов могут поглощать необходимые им вещества только в виде растворов, поэтому важнейший элемент бактериального питания – вода. Еще она является поставщиком кислорода и водорода для реакций окисления/восстановления.

Автотрофные микроорганизмы

По способам питания автотрофные бактерии относятся к двум подгруппам в зависимости от своего энергообеспечения:

• фотосинтезирующие бациллы, использующие для обменных процессов энергию светового излучения;
• хемосинтезирующие организмы, которые для достижения этих целей прибегают к окислительно-восстановительным реакциям.

Автотрофы относятся преимущественно к почвенным микроорганизмам. Они обогащают почву органикой, что делает ее более плодородной. Активно «трудятся» в приземном слое, превращая опавшую листву, пожухлую траву в питательный гумус.

Фактически автотрофы создают органические вещества, которые используются в питании гетеротрофными организмами. А неорганические остатки колоний автотрофных железобактерий через тысячи лет могут стать месторождениями одноименных руд.

Человеческий организм для бактерий данного типа питания не представляет интереса в качестве среды обитания. Тела людей состоят из сложных органических соединений. Для автотрофных микробов они «несъедобны». По-другому относятся к человеческому организму как питательной среде бациллы гетеротрофного способа питания.

Гетеротрофные бактерии

Эти представители микромира существуют за счет других живых организмов, употребляя в пищу составляющие их органические вещества. Есть три исхода «встречи» бактерии-гетеротрофа и хозяина:

• микроб убивает животное или растение;
• иммунная защита хозяина уничтожает бациллу;
• возникает неактивное бактерионосительство или взаимовыгодное сосуществование.

Один и тот же микроорганизм в разных условиях может быть участником любой из трех ситуаций. Первоначальное его попадание в сильный молодой организм закончится смертью микроба или бактерионосительством. Как только организм хозяина ослабеет, бацилла активируется и убьет его.

По признакам взаимоотношений бактерий-гетеротрофов с живыми организмами их условно относят к трем большим группам.

• Патогенные микробы, которые, паразитируя в организме жертвы, вызывают у нее инфекционные заболевания.
• Сапрофитная флора – тихий паразит. Эти микробы могут жить в организме хозяина, не причиняя ему неприятностей. Они питаются омертвевшими клетками, остатками веществ, которые прошли через систему пищеварения хозяина.
• Симбиотические микроорганизмы взамен потребляемых ресурсов организма хозяина вырабатывают для него полезные вещества. Например, клубеньковые бактерии растений или витаминопродуцирующие микроорганизмы кишечника человека. Иногда эта взаимозависимость настолько сильна, что в случае гибели микрофлоры умирает ее бывший носитель.

Значение бактерий разного способа питания для природы и человека

Автотрофные бактерии имеют узкую «специализацию», но от этого их значение для природы не становится меньше, чем гетеротрофов. Автотрофы создают основу для всего органического многообразия на нашей планете. Многие из них становятся «создателями» минеральных месторождений.

У гетеротрофных микробов функций больше.

1. Естественный отбор, который они осуществляют, уничтожая слабые, больные и старые организмы.
2. Помощь в жизнеобеспечении (клубеньковые бактерии у растений, вырабатывающие витамины – у животных).
3. Санитарная роль состоит в гнилостном разложении останков живых существ.

Роль бактерий-гетеротрофов в естественном отборе ясна и прозрачна. Природа стремится к совершенству, поэтому слабые организмы уничтожаются, давая место для появления более сильных особей. Устраняются и генетически несовершенные субъекты, возникающие в процессе эволюции.

Оставшимся оказывается помощь для их развития. Показательны два примера из растительной и животной жизни.

• Клубеньковые бактерии служат обогащению почвы азотом из воздуха. Они имеют специальные элементы (мезосомы), которые фиксируют азот из окружающей среды. Живут клубеньковые бактерии в корнях растений семейства бобовых.

Попадают они туда через микротрещины, потом выделяют вещества, которые стимулируют размножение клеток корня. На нем возникают клубеньковые утолщения. В них клубеньковые бактерии накапливают азот для обмена с растением на углеводы.

Этот феномен синергизма клубеньковых растений и микроорганизмов люди используют в сельском хозяйстве. Бедные азотом почвы засеивают бобовыми растениями, клубеньковые бактерии которых обогащают их азотом.

По осени их запахивают в землю. Так необходимый азот попадает из погибших растений и клубеньковых микроорганизмов в почву для последующего употребления другими культурами, которыми засеют это поле.

• Кишечник животных изнутри выстлан гетеротрофными бактериями, которые вырабатывают витамины группы B и K. Таким образом, недостаток их в пище животных и человека восполняют бактерии-симбионты гетеротрофного способа питания.

Помимо этого, гетеротрофы используются для квашения овощей, бродильных процессов. Одним из таких является молочнокислое брожение. В результате получается большое разнообразие молочнокислых продуктов, необходимых для питания человека.

Многие люди имеют аллергию на цельное молоко домашних животных. Употребление молочнокислых продуктов такой реакции не вызывает, потому что белок в них денатурирован. А он ответственен за развитие аллергических реакций.

Заключительная роль гетеротрофов в жизни каждого существа – гнилостное разложение его органических остатков. Процессы гниения необходимы природе так же, как и возникновение жизни. Микроорганизмы, осуществляющие гнилостные разрушения органики, в этот период очень опасны.

Во время гниения даже сапрофиты и симбионты могут переродиться в хищников. Гнилостные массы имеют в своем составе высокие концентрации высокопатогенных микроорганизмов. Но без такой «грязной» работы бактерий немыслимо продолжение жизни.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Игнатьев Захар

В основном водоросли являются автотрофами, они имеют зеленый цвет и могут синтезировать собственную пищу, за исключением бурых водорослей и красных водорослей, которые не имеют зеленого цвета и являются гетеротрофными (некоторые из них могут быть автотрофными), и они получают питание из разных источников углерода. Galdieria sulphuraria – это особенно интересные красные водоросли, которые могут существовать гетеротрофно на более чем 50 различных источниках углерода, а также автотрофно посредством фотосинтеза.

ПожаловатьсяДомойНизшие растенияАвтотрофные бактерии: классификация, размножение, спорообразование и распространение бактерий

Общая характеристика

К фототрофным относятся пурпурные и зеленые серобактерии, которые синтезируют составные части своего тела из минеральных веществ и углекислого газа, а энергию используют за счет света.

Хемотрофные, или хемосинтетики, питаются за счет хемосинтеза, так как органические вещества синтезируются из неорганических за счет энергии, полученной при химических реакциях. К ним относятся нитрифицирующие, железо- и серобактерии. Явление хемосинтеза у бактерий открыл в 1887 г. С. Н. Виноградский.

Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийные соли и аммиак в нитраты, усваиваемые растениями. Эти бактерии распространены в водоемах и почвах. Деятельность железобактерий состоит в том, что они окисляют закисные соединения железа в окисные. Они обитают в соленых и пресных водоемах, участвуя в круговороте железа в природе.

Серобактерии также обитают в соленых и пресных водоемах. Они окисляют сероводород и другие соединения серы.

Классификация бактерий

По способу дыхания бактерии делятся на аэробов и анаэробов. Аэробы используют для дыхания свободный атмосферный кислород. Анаэробы растут и размножаются в среде без кислорода. Они получают энергию в процессе анаэробного расщепления органических веществ, накапливая различные промежуточные продукты — спирт, молочную кислоту, глицерин и другие вещества.

Размножение

Обычно бактерии размножаются бесполым путем — деление материнской клетки на две дочерние. Деление проходит очень быстро. В благоприятных условиях некоторые бактерии делятся каждые 20-30 мин. Иногда две бактерии сливаются друг с другом. При этом слиянии между ними образуется цитоплазматический мостик, по которому вещества одной клетки переходят в другую. Такой процесс напоминает половое размножение.

Защита от неблагоприятных факторов

В неблагоприятных условиях (высыхание субстрата, холод) многие бактерии способны сжиматься, терять воду и переходить в покоящееся состояние до появления благоприятных условий. Некоторые виды бактерий в неблагоприятных условиях формируют споры. Споры обладают большой устойчивостью к различным неблагоприятным условиям. Эти формы бактерии выдерживают длительное кипячение, высушивание, замораживание, действие различных химических веществ.

Распространение бактерий

Как аэробные, так и анаэробные бактерии чрезвычайно широко распространены в природе. Они встречаются в почве, воде, живых и мертвых организмах. Число бактерий в окружающей среде меняется под влиянием различных причин (инсоляции, обработки почвы и т. п.).

Обитание в почве

Проживание в воде

В воде различных водоемов количество бактерий бывает немного меньше, чем в почве. Так, в 1мл воды может находиться от 5 до 100 тыс. бактериальных клеток. Меньше всего бактерий встречается в воде артезианских скважин и родников, много — в открытых водоемах и реках. Больше всего бактерий обнаруживается вблизи берегов в поверхностных слоях.

Особенно сильно загрязнена вода открытых водоемов в тех местах, куда сбрасываются сточные воды. В загрязненной воде часто встречаются болезнетворные бактерии (возбудители дизентерии, брюшного тифа, паратифов, холеры, бруцеллеза и др.).

Обнаружение бактерий в воздухе

В воздухе бактерий встречается еще меньше, чем в воде. Загрязнение воздуха бактериями зависит от многих причин (от времени года, географической зоны, характера растительности, запыленности и др.). Больше всего бактерий обнаруживается в закрытых помещениях, где их может скапливаться до 300 тыс. в 1мм³. В сельской местности воздух чище, чем в городской. Практически отсутствуют бактерии в сосновых и кедровых лесах, так как выделяемые хвойными деревьями фитонциды убивают или подавляют рост и размножение всех видов бактерий.

Проживание на теле человека и животных

На теле здоровых людей и животных, а также в различных органах всегда встречаются многие виды бактерий. Подсчитано, что на коже человека может быть огромное количество бактерий (от 85-10⁹ до 1212-10^е экземпляров). Особенно много бывает бактерий, в том числе и болезнетворных, на коже человека, если он не соблюдает необходимых правил гигиены.

Открытые части тела человека загрязняются различными видами сапрофитных и патогенных (болезнетворных) бактерий значительно чаще, чем закрытые. Много бактерий обнаруживается на руках, поселяется в ротовой полости и в кишках человека. Из организма одного взрослого человека ежедневно с испражнениями выделяется около 18 млрд. бактерий.

Практически свободны от бактерий те органы здоровых людей и животных, которые не имеют связи с внешней средой (мышцы, головной и спинной мозг, кровь и др.).

Чем отличаются автотрофы от гетеротрофов, какие характерные черты им присущи, в чем заключается их роль в формировании биосферы – ответы на эти и другие вопросы представлены в данной статье.

Содержание

Автотрофы: особенности, свойства и характеристики организмов

К автотрофам относят (от др.-греч. αὐτός – сам + τροφή – пища) организмы, которые способны самостоятельно синтезировать органические вещества (белки, жиры и углеводы) из неорганических – углекислого газа (СО₂), воды (Н₂О), минеральных солей. Главная их особенность заключается в автономности и независимости от других организмов (гетеротрофов или миксотрофов). В число автотрофных организмов входят многие зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии.

Основные свойства:

• поглощать солнечную энергию;
• выделять кислород;
• перерабатывать углекислый газ.

Характерные особенности автотрофов:

1. Неподвижность. Растениям и простейшим нет необходимости в передвижении: получать «пищу» они могут в любом месте при наличии освещенности и влаги.
2. Простое строение (по сравнению с гетеротрофами). Автотрофные организмы не имеют органов для добычи и переработки пищи: желудка, лап, челюстей и мощных зубов, кишечника. Также у них отсутствуют мозг и рефлексы, необходимые для выживания.

Какова роль автотрофов?

Автотрофные организмы – первичные продуценты, благодаря им существуют и питаются грибы, животные и многие бактерии. Являясь источником энергии и органических веществ для гетеротрофов, они обеспечивают биологическое разнообразие на планете.

Кроме того, растения, водоросли и бактерии участвуют в процессе фотосинтеза, преобразуя неорганические водородные соединения в углеводы под действием солнечного света. Следовательно, они выделяют в атмосферу кислород, сдерживая рост уровня углекислого газа и поддерживая жизнь на Земле, формируют озоновый слой, защищающий от вредного космического излучения.

Благодаря автотрофам происходит формирование биомассы на планете. Животные и другие гетеротрофы питаются ими, тем самым преобразуя органику, но не изменяя ее количество.

Автотрофы – основа существования всего живого на Земле, «легкие» планеты и источник углеводов, жиров и растительных белков.

Роль хемоавтотрофов для биосферы также высока. Они преобразуют соединения серы, азота или железа, обеспечивая круговорот этих элементов в природе. В результате химических реакций хемосинтетиков образуются нитриты и нитраты, необходимые для обогащения почвы.

Какие организмы относят к автотрофам?

Все автотрофы разделяют на две группы в зависимости от способа получения ими энергии:

• фотоавтотрофы (зеленые растения, водоросли, цианобактерии);
• хемоавтотрофы (различные виды бактерий).

Представители первой группы получают энергию в процессе фотосинтеза, при этом участвуя в круговороте углерода в биосфере. Обязательным условием жизни фотосинтезирующих растений и водорослей является солнечный свет. Под его воздействием хлоропласты преобразуют углекислый газ и воду в питательные вещества.

Вторая группа представлена бактериями, которые продуцируют энергию с помощью хемосинтеза – процесса преобразования неорганических соединений за счет химических реакций в питательные вещества. В число хемоавтотрофов входят галофилы, термоацидофилы, метаногены и другие организмы, обитающие в экстремальной среде кислых горячих или глубоководных источников.

Гетеретрофы: определяем сходства и отличия с автотрофами

Основным отличительным признаком автотрофов является тип питания, а также способ получения органических веществ. Сравнительная характеристика двух групп живых организмов представлена в таблице.

Автотроф	Гетеротроф
продуцент	консумент или редуцент
способен существовать  самостоятельно	для существования и питания требует наличия автотрофов
производит жизненную энергию с помощью фотосинтеза или хемосинтеза	для получения жизненной энергии потребляет другие организмы
в качестве источников энергии использует солнечный свет и неорганические соединения	получает энергию за счет преобразования готовых органических веществ (белков, жиров, углеводов)
представители – хлорелла, береза, железобактерии	представители – инфузория туфелька, мукор, подосиновик

Таким образом, именно способность к фотосинтезу и хемосинтезу позволяет отнести растения и бактерии к организмам с автотрофным типом питания.

Как считаете, в чем основное биологическое значение данной группы организмов?

Используемые источники:

• https://probakterii.ru/prokaryotes/species/po-sposobu-pitaniya-bakterii-mogut-byt.html
• https://vashurok.ru/questions/primeri-avtotrofnih-i-geterotrofnih-vodorosley
• https://animals-world.ru/avtotrofnye-bakterii/
• https://voprosblog.ru/chto-takoe-avtotrofy/