Розділ «Тема 21. ПРОКАРІОТИ»

Спірохети

Актинобактерія

Рикетсій, що проникає в клітину миші

корисних для біомедичної промисловості, наприклад деякі антибіотики. До цієї групи належать і рикетсії, названі за іменем Г. Рікеттса, який в 1909 році вперше описав збудника плямистої лихоманки Скелястих гір. Більшість описаних видів живуть як ендосимбіонти всередині інших клітин. У людини рикетсії викликають гострі гарячкові захворювання – рикетсіози. Найбільше значення мають збудники епідемічного висипного тифу (Rickettsia prowazekii), кліщового рикетсіозу (Rickettsia sibirica), плямистої лихоманки Скелястих гір {Rickettsia rickettsii), лихоманки цуцугамуші (Rickettsia tsutsugamushi). Патогенні для людини рикетсії, за рідкісним винятком, передаються при укусі заражених вошей, кліщів і бліх.

Археї (Archaea) – одна з основних і найдавніших груп прокаріотичних організмів, які мають ряд відмінностей від інших бактерій. У їхній стінці немає пептидогліканів, у генах є ділянки, які не кодують білки (інтрони), що характерно для еукаріотів. Описано понад 40 видів архей, які часто знаходять там, де життя інших організмів неможливе: у солоних і гарячих джерелах, вічній мерзлоті, великих глибинах океанів та земної кори тощо. Багато архей – екстремофіли. Деякі живуть при дуже високих температурах в океанах, часто вище 100°С, як ті, котрих знайшли в гейзерах і чорних курцях. Інші знайдені в дуже холодних середовищах або в надзвичайно солоній, кислій чи лужній воді. Проте інші археї – мезофіли, живуть у середовищах, подібних до болота, стічних вод і ґрунту. Багато метаногенних архей знайдено в травних трактах тварин, наприклад, жуйних, термітів і людей. Археї не патогенні, і невідомо, щоб які-небудь з них викликали хворобу. Серед архебактерій виділяють кілька груп: метаногени (бактерії, які відновлюють СO2 до метану), екстремальні галофіли (бактерії, які живуть при високих концентраціях NaCI), термоацидофіли (бактерії, що мешкають у кислому середовищі при високій температурі) та ін.

Ціанобактерії (Cyanobacteria) – група грамнегативних одноклітинних колоніальних та нитчастих прокаріотів, що здатні до фотосинтезу з виділенням кисню та азотфіксації. У цих організмів сформований найбільший геном серед прокаріотів. їх також іноді називають синьо-зеленими водоростями, посилаючись на зовнішній вигляд та екологічну нішу цих організмів. Саме завдяки цим організмам змінився якісний склад атмосфери Землі, у якій поступово накопився кисень та стало менше вуглекислого газу. Ціанобактерії – це найбільша і найважливіша за впливом на біосферу група живих організмів на Землі, яка становить 90% живої маси всієї біосфери.

Ціанобактерії характеризуються прокаріотичною будовою клітин. Навколо клітини є слизова капсула, яка виконує захисну та рухову функції. Цитоплазма має два шари: фотосинтезуючий і спадковий. Зовнішній фотосинтезуючий містить пігменти, які здійснюють фотосинтез. У центрі клітини розташований спадковий шар зі спадковою речовиною цих організмів. Ще є вакуоля із запасними речовинами і так звані "газові вакуолі", заповнені азотом. Завдяки їм уся маса водоростей спливає на поверхню,

Представник архей

Ціанобактерія

ближче до сонячних променів. Забарвлення ціанобактерій може бути світло-золотистим, жовтим, коричневим, червоним, смарагдовим, голубим, фіолетовим і темно- синім. Таке різноманіття обумовлене речовинами, які містяться в слизовій капсулі, та їхніми зеленими й синіми пігментами. Незважаючи на свою назву, лише близько половини "синьо-зелених водоростей" справді мають цей колір. Червоне море отримало свою назву завдяки "цвітінню" морських планктонних ціанобактерій з роду триходесміум, які часто зустрічаються на поверхні цього моря. Завдяки специфічному наборові фотосинтезуючих пігментів-фікобілінів ціанобактерії заселили навіть глибокі печери, де вдовольняються слабенькими проблисками світла. Фотосинтез у цих організмів, як і в рослин, супроводжується виділенням кисню, тоді як фотосинтезуючі бактерії його не виділяють. Ціанобактерії за типом живлення є автотрофами. Для багатьох видів характерний змішаний тип живлення: за наявності світла – фотосинтезують, а за відсутності – поглинають з довкілля готові органічні речовини. Джгутиків і війок ці мікроорганізми не мають, але все-таки здатні переміщуватися. Вони ковзають опорною поверхнею, обертаються навколо довгої осі внаслідок виділення слизу. На відміну від рослин та більшості бактерій ціанобактерії здатні до азотфіксації. Фіксація азоту відбувається в гетероцистах – великих клітинах, які утворюються у нитчастих форм. Розмножуються ціанобактерії, як і бактерії, поділом клітин навпіл або частинами колоній. Поділ ниток на частини здійснюється за участю гетероцист, по яких і відбувається розрив.

Група ціанобактерій об'єднує близько 2 000 видів, поширених у вологому ґрунті, поверхневих шарах морських і прісних водойм. Вони можуть жити на голих скелях і пустелях, у гарячих джерелах з температурою +85°С і в замерзлих озерах під кригою товщиною 5 м. Вони першими оселяються на згарищах, вулканічних островах, тому їх називають піонерами в освоєнні нових територій. Ціанобактерії часто утворюють скупчення у вигляді кущиків, кірки або щільної маси, яка може сягати кількох сотень квадратних метрів і до 1 м товщини. Колонії та нитки утворюються після того, як клітини ціанобактерій поділилися, сіле не розійшлися, оскільки оболонка вкрита слизом. Ціанобактерії часто вступають у взаємовигідне співіснування з водоростями, мохами, папоротями, грибами та тваринами. Деякі живуть в хутрі лінивців, забезпечуючи камуфляжний колір. Ціанобактерії складають значну частку океанічного фітопланктону. Поширенню багатьох ціанобактерій сприяє й те, що вони здатні утворювати стійкі до висихання спори. В Україні звичайними представниками відділу є спіруліно, н ост ок, анабена та ін.

Ціанобактерії – це найдавніші організми серед тих, які здатні виділяти кисень. Саме вони сприяли в далекому минулому підвищенню в первісній атмосфері вмісту кисню, що зробило можливим існування на планеті грибів, рослин і тварин. Відмираючи, вони беруть участь у створенні гірських порід і ґрунтів.

Проте ціанобактерії можуть завдавати природі й людині великих збитків. Вони нерідко розмножуються у величезних кількостях і обумовлюють "цвітіння води", яке нині є справжньою екологічною проблемою, оскільки у водойми потрапляє дедалі більше стоків, добрив, шкідливих речовин з полів тощо. Запобіжні заходи відомі: не можна будувати неподалік річок та озер склади мінеральних добрив та отрутохімікатів, мити у водоймах машини, розорювати береги, викошувати очерет тощо. Деякі ціанобактерії людина вживає в їжу. Наприклад, носток споживають в Китаї та Японії, а спіруліну – місцеве населення в районі озера Чад в Африці. Із спіруліни одержують харчовий білок (спірулін), який використовують як додаток до їжі. На плантаціях рису ціанобактерії можуть використовувати як добрива завдяки здатності до азотфіксації (наприклад, анабена в співіснуванні з папороттю азолою). Деякі види токсичні (Microcystis aeruginosa, що продукує токсин мікроцистин) або умовно-патогенні (Апаbаепа). На сьогодні ціанобактерії служать найважливішими модельними об'єктами досліджень у біології.

Роль прокаріотів у природі та житті людини

У природі

• Впливають на продуктивність і самоочищення водойм (планктонними бактеріями живляться багато представників зоопланктону – амеби, інфузорії, дафнії, циклопи; сапротрофні мікроорганізми, які поступово окиснюють органічні сполуки, відіграють важливу роль в природному самоочищенні водойм).

• Здійснюють процеси ґрунтоутворення (сапротрофні бактерії, бактерії гниття розкладають органічні рештки й утворюють сполуки, які є основою гумусу; виділяють фермент целюлазу, що розщеплює клітковину рослинних решток).

• Беруть активну участь у колообігу азоту (деяка частина атмосферного азоту зв'язується азотфіксуючими мікроорганізмами, органічні рештки розкладаються амоніфікуючими мікробами, амонійна форма азоту в ґрунті окислюється і перетворюється на нітрити і нітрати нітрифікуючими бактеріями тощо)

• Забезпечують перетворення сполук фосфору, сірки і заліза (актиноміцети, бацили перетворюють фосфор органічних решток на доступні для засвоєння рослинами солі ортофосфорної кислоти, сіркобактерії здійснюють окиснення та відновлення сполук сірки, залізобактерії переводять нерозчинні сполуки заліза у розчинні та ін.).

• Спричиняють "цвітіння" води (масове розмноження ціанобактерій та мікроскопічних водоростей призводить до того, що у воді розвиваються процеси гниття і вона набуває болотного затхлого запаху, з'являються отруйні речовини, зменшується кількість кисню, унаслідок чого гине риба та інші водні мешканці).