Нови изследвания разкриват невероятен фактза многото видове чревни бактерии, които могат да генерират електричество. Електрогенните бактерии са бактерии, които са способни да произвеждат определено количество електричество. Изследователите, ръководени от професор Дан Портной, публикуваха откритието си в списание Nature.

бактерии и електричество

Досега електрогенните бактерии са открити в доста специфични естествени среди, като например валежи от различни водни тела. Тези среди обикновено са анаеробни - не съдържат свободен кислород. За първи път изследователи от Калифорнийския университет в Бъркли откриха, че стотици различни бактерии в човешките черва също са електрогенни. Те включват много видове бактерии, от патогени, които могат да причинят заболяване, до пробиотици, които насърчават здравето на червата. Тези чревни бактерии обаче произвеждат електричество, използвайки различен механизъм.

Патогени, които генерират електричество

Учените са идентифицирали генериращи електричество бактерии, които включват Listeria monocytogenes (често срещан виновник за диария), Clostridium perfringens (причинява гангрена) и Enterococcus faecalis (патоген, придобит по време на болничен престой). Въпреки това, много други произвеждащи електричество бактерии в червата не са патогени. Някои от тях са пробиотици.

„Фактът, че толкова много от бактериите, които взаимодействат с хората, било като патогени, или като пробиотици, или участващи във ферментацията, са електрогенни, е бил пренебрегван преди“, казва авторът на изследването. „Това може да ни каже много за това как тези бактерии ни заразяват или ни помагат да имаме здрави черва.“

Какво ще ни даде това откритие?

Учените очакват, че тяхната неочаквана находка може да бъде полезна и в бъдещи проекти, насочени към изграждане на микробни горивни клетки, иновативна стратегия за генериране на възобновяема енергия.

Изследователите обясняват, че бактериите генерират електричество като част от техния метаболизъм, процес, който те оприличават на дишането. Въпреки това, докато организми като растения и животни, които живеят в богата на кислород среда, използват кислород, за да им помогнат в метаболизма си, бактериите, които живеят в анаеробна среда, трябва да използват други химически елементи. Например бактериите, които живеят на дъното на езера, обикновено използват минерали като желязо или манган по време на сложния си метаболитен процес, като по този начин генерират електричество. Въпреки това, електрогенните бактерии, които живеят в червата, имат по-прост процес на генериране на електричество и те използват органично съединение, известен като флавин, който е производно на витамин B2.

„Изглежда, че клетъчната структура на тези бактерии и богатата на витамини екологична ниша, която заемат, правят много по-лесно и по-рентабилно прехвърлянето на електрони извън клетката“, обяснява Сам Лайт, автор на първото изследване. Колко енергия произвеждат чревните бактерии?

Изследователите проведоха допълнителни тестове, за да видят колко електричество могат да генерират тези чревни бактерии. Те откриха, че чревните бактерии генерират почти толкова електричество, колкото другите електрогенни бактерии: до 100 000 електрона в секунда на клетка.

По-специално учените бяха изненадани да открият, че лактобацилусът, който играе роля във ферментацията и се използва за направата на сирене, кисело мляко и кисело зеле, също има електрогенни свойства.

Сега учените се чудят дали тези свойства имат нещо общо с вкуса, който лактобацилите създават във ферментиралите храни.

„Това е много бактериална физиология, за която хората не са знаели, че съществува и може да бъде манипулирана“, заключава Лайт.

Бактериите са група от най-простите микроорганизми, принадлежащи към царството на прокариотите (те нямат ядро). В биологията има около 10,5 хиляди вида бактерии. Основните разлики между тях са формата, структурата и начина на живот. Основни форми:

• пръчковидни (бацили, клостридии, псевдомонади);
• сферични (коки);
• спирала (спирила, вибриони).

Общоприето е, че микроорганизмите са първите обитатели на планетата Земя. По естеството на своята жизнена дейност представителите на царството на прокариотите са разпространени навсякъде (в почвата, въздуха, водата, живите организми), те са устойчиви на високи и ниски температури. Единствените места, където няма живи прокариоти, са кратерите на вулкани и райони близо до епицентъра на експлозия на атомна бомба.

В екологията бактериите от прокариотното царство служат за фиксиране на азот и минерализиране на органични остатъци в почвата. Повече за тези функции:

• Фиксирането на азот е жизненоважен процес за екологията като цяло. В крайна сметка растенията без азот (N 2) няма да оцелеят. Но в чиста форма той не се абсорбира, а само в съединения с амоняк (NHO 3) - бактериите допринасят за това свързване.
• Минерализацията (гниенето) е процесът на разлагане на органични остатъци до CO2 (въглероден диоксид), H2O (вода) и минерални соли. За да се осъществи този процес, е необходимо достатъчно количество кислород, тъй като всъщност разлагането може да се приравни с изгаряне. Органичните вещества, попаднали в почвата, се окисляват поради функциите на бактерии и гъбички.

В природата има и друг биологичен процес - денитрификация. Това е редукцията на нитратите до азотни молекули, като едновременно с това се окисляват до CO 2 и H 2 O органични компоненти. Основната функция на денитрифициращия процес е освобождаването на NO 3 .

За да получат добра реколта, фермерите винаги се опитват да наторят почвата преди нова сеитба. Това често се прави със смес от оборски тор и сено. Известно време след прилагането на тора, той гние и разрохква почвата - така хранителните вещества попадат в нея. Това е резултат от работата на бактериалните клетки, тъй като процесът на гниене също е тяхна функция.

Без специално устройство, с просто око, микроорганизмите просто не могат да се видят в почвата, но те са милиони. Например на един хектар от полето в горния слой на почвата има до 450 кг микроорганизми.

Изпълнявайки основните си функции, бактериите осигуряват плодородието на почвата и екскрецията въглероден двуокисот съществено значение за фотосинтезата на растенията.

Бактериите и човекът

Човешкият живот, подобно на растенията, е невъзможен без бактерии, защото невидимите микроорганизми се заселват в човешкото тяло с първата глътка въздух след раждането. Учените са доказали, че в тялото на възрастен човек има до 10 000 различни вида бактерии, а като тегло това достига 3 кг.

Основното местоположение на прокариотите е в червата, има по-малко от тях в пикочно-половия тракт и върху кожата. 98% от "нашите" бактерии имат полезни функции, а 2% са вредни. Силният човешки имунитет осигурява баланс между тях. Но веднага щом имунната система отслабне, вредните бактериални клетки започват да се размножават интензивно, в резултат на което се проявява болестта.

Полезни прокариоти в тялото

Човешкият имунитет пряко зависи от бактериите, обитаващи червата. Ролята на полезните бактерии е голяма, тъй като те разграждат остатъците от несмляна храна, поддържат водно-солевия метаболизъм, подпомагат производството на имуноглобулин А, борят се с патогенните бактерии и гъбички.

Основната функция на бактериите е да осигурят балансирана чревна микрофлора, благодарение на която се осъществява нормалното функциониране на човешкия имунитет. Благодарение на съвременни постижениябиология станаха известни такива полезни прокариоти като бифидобактерии, лактобацили, ентерококи, Е. coli и бактероиди. Те трябва да заселят чревната среда с 99%, а останалите 1% са бактерии от патогенна флора (staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и други).

• Бифидобактериите произвеждат ацетат и млечна киселина. В резултат на това те подкисляват местообитанието си, като по този начин потискат възпроизводството на патогенни прокариоти, които създават процесите на гниене и ферментация. Спомагат за усвояването на нужното количество витамин D, калций и желязо, имат антиоксидантно действие. Бифидобактериите също са много важни за новородените - те намаляват риска от хранителни алергии.
• E. coli произвежда колицин, вещество, което инхибира размножаването на вредни микроби. Благодарение на функциите на Escherichia coli се осъществява синтезът на витамини К, група В, фолиева и никотинова киселина.
• Ентеробактериите са необходими за възстановяване на чревната микрофлора след курс на антибиотици.
• Функциите на лактобацилите са насочени към образуването на антимикробно вещество. По този начин се намалява растежът на опортюнистични и гнилостни прокариоти.

вредни бактерии

Вредните микроби влизат в тялото чрез въздух, храна, вода и контакт. Ако имунната система е отслабена, тогава те причиняват различни заболявания. Най-често срещаните вредни прокариоти включват:

• Стрептококи групи А, В – обитават устната кухина, кожата, носоглътката, половите органи, дебелото черво. Намаляват развитието на полезните бактерии, съответно и имунитета. Превърнете се в основна причина за инфекциозни заболявания.
• Пневмококи – причинители са на бронхит, пневмония, синузит и отит на средното ухо, менингит.
• Гингивалните микроби – намират се главно в устната кухина, причиняват пародонтоза.
• Staphylococcus - разпространява се в човешкото тяло, с намаляване на имунитета и влиянието на други фактори, се проявява в заболявания на кожата, костите, ставите, мозъка, дебелото черво и вътрешните органи.

Микроорганизми в дебелото черво

Микрофлората на дебелото черво се променя в зависимост от храната, която човек консумира, така че микробите могат да се изтласкват взаимно. Гнилостните бактерии могат да се борят с млечнокисели микроорганизми.

Нездравословната храна нарушава функциите на „добрите“ микроорганизми в червата

Човек живее с бактерии от раждането си - връзката между микро- и макроорганизма е много силна. Следователно, за добро здраве е необходимо ясно да се поддържа баланс между полезни и вредни бактерии. Това е лесно да се направи, като се придържате към личната хигиена и правилното хранене.

БАКТЕРИИ
обширна група от едноклетъчни микроорганизми, характеризиращи се с липсата на клетъчно ядро, заобиколено от мембрана. В същото време генетичният материал на една бактерия (дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК) заема много специфично място в клетката - зона, наречена нуклеоид. Организмите с такава клетъчна структура се наричат ​​прокариоти („предядрени“), за разлика от всички останали – еукариоти („истински ядрени“), чиято ДНК се намира в ядрото, заобиколено от обвивка. Бактериите, някога считани за микроскопични растения, сега се класифицират като отделно царство, Monera, едно от петте в настоящата система за класификация, заедно с растения, животни, гъби и протисти.

фосилни доказателства. Бактериите са може би най-старата известна група организми. Слоести каменни структури - строматолити - датирани в някои случаи в началото на археозоя (архей), т.е. възникнали преди 3,5 милиарда години - резултат от жизнената дейност на бактериите, обикновено фотосинтетични, т.нар. синьо-зелени водорасли. Подобни структури (бактериални филми, импрегнирани с карбонати) все още се образуват, главно край бреговете на Австралия, Бахамските острови, в Калифорнийския и Персийския залив, но те са относително редки и не достигат големи размери, защото се хранят с тревопасни организми, като коремоноги. Днес строматолитите растат главно там, където тези животни отсъстват поради високата соленост на водата или по други причини, но преди появата на тревопасните форми в хода на еволюцията те биха могли да достигнат огромни размери, съставлявайки съществен елемент от океанската плитка вода , сравнимо със съвременните коралови рифове. В някои древни скали са открити малки овъглени сфери, които също се смятат за останки от бактерии. Първият ядрен, т.е. еукариотни, клетките са се развили от бактерии преди около 1,4 милиарда години.
Екология.Има много бактерии в почвата, на дъното на езера и океани – навсякъде, където се натрупва органична материя. Те живеят на студено, когато термометърът е малко над нулата, и в горещи киселинни извори с температури над 90 ° C. Някои бактерии понасят много висока соленост на околната среда; по-специално, те са единствените организми, открити в Мъртво море. В атмосферата те присъстват във водни капки и тяхното изобилие там обикновено корелира със запрашеността на въздуха. Така че в градовете дъждовната вода съдържа много повече бактерии, отколкото в селските райони. Има малко от тях в студения въздух на планините и полярните региони, но те се намират дори в долния слой на стратосферата на надморска височина от 8 км. Храносмилателният тракт на животните е гъсто населен с бактерии (обикновено безвредни). Експериментите показват, че те не са необходими за живота на повечето видове, въпреки че могат да синтезират някои витамини. Но при преживните (крави, антилопи, овце) и много термити те участват в храносмилането на растителни храни. Освен това имунната система на животно, отгледано в стерилни условия, не се развива нормално поради липсата на стимулация от бактерии. Нормалната бактериална "флора" на червата също е важна за потискането на вредните микроорганизми, които навлизат там.

СТРУКТУРА И ЖИВОТ НА БАКТЕРИИТЕ

Бактериите са много по-малки от клетките на многоклетъчните растения и животни. Дебелината им обикновено е 0,5-2,0 микрона, а дължината им е 1,0-8,0 микрона. Някои форми едва могат да се видят с разделителната способност на стандартните светлинни микроскопи (около 0,3 микрона), но има и видове, по-дълги от 10 микрона и ширина, която също надхвърля тези граници, а редица много тънки бактерии могат да надхвърлят 50 микрона в дължина. Четвърт милион средни представители на това царство ще се поберат на повърхността, съответстваща на точката, поставена с молив.
Структура.Според характеристиките на морфологията се разграничават следните групи бактерии: коки (повече или по-малко сферични), бацили (пръчки или цилиндри със заоблени краища), спирила (твърди спирали) и спирохети (тънки и гъвкави косми). Някои автори са склонни да обединят последните две групи в една – спирила. Прокариотите се различават от еукариотите главно по липсата на добре оформено ядро ​​и наличието, в типичен случай, само на една хромозома - много дълга кръгла ДНК молекула, прикрепена в една точка към клетъчната мембрана. Прокариотите също нямат свързани с мембрана вътреклетъчни органели, наречени митохондрии и хлоропласти. При еукариотите митохондриите произвеждат енергия по време на дишането, а фотосинтезата се извършва в хлоропластите (виж също CELL). При прокариотите цялата клетка (и преди всичко клетъчната мембрана) поема функцията на митохондрия, а при фотосинтетичните форми едновременно и хлоропласт. Подобно на еукариотите, вътре в бактерията има малки нуклеопротеинови структури - рибозоми, необходими за синтеза на протеини, но те не са свързани с никакви мембрани. С много малко изключения, бактериите не са в състояние да синтезират стероли, основни компоненти на еукариотните клетъчни мембрани. Извън клетъчната мембрана повечето бактерии са облицовани с клетъчна стена, донякъде напомняща на целулозната стена на растителните клетки, но състояща се от други полимери (те включват не само въглехидрати, но и аминокиселини и вещества, специфични за бактериите). Тази обвивка предпазва бактериалната клетка от спукване, когато водата навлезе в нея поради осмоза. На върха на клетъчната стена често има защитна мукозна капсула. Много бактерии са оборудвани с флагели, с които активно плуват. Бактериалните флагели са по-прости и донякъде различни от подобни еукариотни структури.

„ТИПИЧНА“ БАКТЕРИАЛНА КЛЕТКАи неговите основни структури.

Сензорни функции и поведение.Много бактерии имат химически рецептори, които откриват промените в киселинността на околната среда и концентрацията различни вещества, като захари, аминокиселини, кислород и въглероден диоксид. Всяко вещество има свой тип такива "вкусови" рецептори и загубата на един от тях в резултат на мутация води до частична "вкусова слепота". Много подвижни бактерии също реагират на температурни колебания, а фотосинтезиращи видове - на промени в светлината. Някои бактерии усещат посоката на силовите линии магнитно поле, включително магнитното поле на Земята, с помощта на магнетитни частици (магнитна желязна руда - Fe3O4), присъстващи в техните клетки. Във водата бактериите използват тази способност да плуват по силови линии в търсене на благоприятна среда. Условните рефлекси при бактериите са неизвестни, но те имат определен вид примитивна памет. Докато плуват, те сравняват възприеманата интензивност на стимула с предишната му стойност, т.е. определете дали е станал по-голям или по-малък и въз основа на това поддържайте посоката на движение или я променяйте.
Възпроизвеждане и генетика.Бактериите се възпроизвеждат безполово: ДНК в тяхната клетка се репликира (удвоява), клетката се дели на две и всяка дъщерна клетка получава едно копие от ДНК на родителя. Бактериалната ДНК може също да се прехвърля между неделящи се клетки. В същото време тяхното сливане (както при еукариотите) не се случва, броят на индивидите не се увеличава и обикновено само малка част от генома (пълният набор от гени) се прехвърля в друга клетка, за разлика от „истински“ полов процес, при който потомъкът получава пълен набор от гени от всеки родител. Такъв трансфер на ДНК може да се извърши по три начина. По време на трансформацията бактерията абсорбира заобикаляща среда"гола" ДНК, попаднала там по време на унищожаването на други бактерии или умишлено "подхлъзната" от експериментатора. Процесът се нарича трансформация, тъй като в ранните етапи на неговото изучаване основното внимание беше обърнато на трансформацията (трансформацията) по този начин на безвредни организми в вирулентни. Фрагменти от ДНК също могат да се прехвърлят от бактерии на бактерии чрез специални вируси - бактериофаги. Това се нарича трансдукция. Съществува и процес, който наподобява оплождането и се нарича конюгация: бактериите се свързват помежду си чрез временни тръбести израстъци (копулаторни фимбрии), през които ДНК преминава от „мъжката“ клетка към „женската“. Понякога бактериите съдържат много малки допълнителни хромозоми - плазмиди, които също могат да се прехвърлят от индивид на индивид. Ако в същото време плазмидите съдържат гени, които причиняват резистентност към антибиотици, те говорят за инфекциозна резистентност. Важен е от медицинска гледна точка, защото може да се разпространи между различни видовеи дори родове бактерии, в резултат на което цялата бактериална флора, да речем червата, става резистентна към действието на някои лекарства.

МЕТАБОЛИЗЪМ

Отчасти поради малкия размер на бактериите, интензивността на техния метаболизъм е много по-висока от тази на еукариотите. При най-благоприятни условия някои бактерии могат да удвоят общата си маса и изобилие приблизително на всеки 20 минути. Това се дължи на факта, че редица от техните най-важни ензимни системи функционират с много висока скорост. И така, на заека му трябват няколко минути, за да синтезира протеинова молекула, а на бактериите - секунди. Въпреки това, в естествената среда, например в почвата, повечето бактерии са "на гладна диета", така че ако клетките им се делят, тогава не на всеки 20 минути, а на всеки няколко дни.
Хранене.Бактериите са автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите ("самохранещи се") не се нуждаят от вещества, произведени от други организми. Те използват въглероден диоксид (CO2) като основен или единствен източник на въглерод. Включително CO2 и други неорганични вещества, по-специално амоняк (NH3), нитрати (NO-3) и различни серни съединения, в комплекс химична реакция, те синтезират всички биохимични продукти, от които се нуждаят. Хетеротрофите („хранещи се с други“) използват като основен източник на въглерод (някои видове също се нуждаят от CO2) органични (съдържащи въглерод) вещества, синтезирани от други организми, по-специално захари. Окислени, тези съединения доставят енергия и молекули, необходими за растежа и жизнената дейност на клетките. В този смисъл хетеротрофните бактерии, които включват по-голямата част от прокариотите, са подобни на хората.
основни източници на енергия.Ако за образуването (синтезата) на клетъчните компоненти се използва главно светлинна енергия (фотони), тогава процесът се нарича фотосинтеза, а видовете, способни на него, се наричат ​​фототрофи. Фототрофните бактерии се делят на фотохетеротрофи и фотоавтотрофи, в зависимост от това кои съединения - органични или неорганични - служат като основен източник на въглерод. Фотоавтотрофните цианобактерии (синьо-зелени водорасли), подобно на зелените растения, разделят водните молекули (H2O), използвайки светлинна енергия. Това освобождава свободен кислород (1/2O2) и произвежда водород (2H+), за който може да се каже, че превръща въглеродния диоксид (CO2) във въглехидрати. В зелените и лилавите серни бактерии светлинната енергия не се използва за разграждане на вода, а на други неорганични молекули, като сероводород (H2S). В резултат на това се произвежда и водород, намалявайки въглеродния диоксид, но кислородът не се отделя. Такава фотосинтеза се нарича аноксигенна. Фотохетеротрофните бактерии, като лилавите несерни бактерии, използват светлинна енергия за производство на водород от органични вещества, по-специално изопропанол, но газообразният H2 също може да служи като негов източник. Ако основният източник на енергия в клетката е окислението химически вещества, бактериите се наричат ​​хемохетеротрофи или хемоавтотрофи, в зависимост от това кои молекули служат като основен източник на въглерод - органични или неорганични. В първите органичните вещества осигуряват както енергия, така и въглерод. Хемоавтотрофите получават енергия от окисляването на неорганични вещества, като водород (до вода: 2H4 + O2 до 2H2O), желязо (Fe2+ до Fe3+) или сяра (2S + 3O2 + 2H2O до 2SO42- + 4H+) и въглерод от CO2. Тези организми се наричат ​​още хемолитотрофи, като по този начин се подчертава, че се "хранят" с камъни.
Дъх.Клетъчно дишане - процес на освобождаване химична енергиясе съхранява в молекули на "храна" за по-нататъшното му използване в жизненоважни реакции. Дишането може да бъде аеробно и анаеробно. В първия случай се нуждае от кислород. Необходим е за работата на т.нар. електронна транспортна система: електроните се движат от една молекула към друга (освобождава се енергия) и в крайна сметка се прикрепят към кислорода заедно с водородните йони - образува се вода. Анаеробните организми не се нуждаят от кислород, а за някои видове от тази група той е дори отровен. Електроните, освободени по време на дишането, се прикрепват към други неорганични акцептори, като нитрат, сулфат или карбонат, или (в една от формите на такова дишане - ферментация) към определен органична молекулаособено за глюкозата. Вижте също МЕТАБОЛИЗЪМ.

КЛАСИФИКАЦИЯ

При повечето организми един вид се счита за репродуктивно изолирана група от индивиди. IN широк смисълтова означава, че представителите на този вид могат да произвеждат плодородно потомство, чифтосвайки се само със собствения си вид, но не и с индивиди от други видове. По този начин гените на даден вид по правило не излизат извън неговите граници. Бактериите обаче могат да обменят гени между индивиди не само от различни видове, но и от различни родове, така че легитимно ли е да се прилагат обичайните концепции тук? еволюционен произходи родството не е съвсем ясно. Във връзка с тази и други трудности все още не съществува общоприета класификация на бактериите. По-долу е един от широко използваните му варианти.
ЦАРСТВОТО НА МОНЕРА

Тип Gracilicutes (тънкостенни Грам-отрицателни бактерии)

Клас Scotobacteria (нефотосинтетични форми, напр. миксобактерии) Клас Anoxyphotobacteria (освобождаващи кислород фотосинтетични форми, напр. лилави серни бактерии) Клас Oxyphotobacteria (освобождаващи кислород фотосинтетични форми, напр. цианобактерии)

Phylum Firmicutes (дебелостенни Грам-положителни бактерии)

Клас Firmibacteria (твърдоклетъчни форми като клостридии)
Клас Thallobacteria (разклонени форми, напр. актиномицети)

Tenericutes phylum (грам-отрицателни бактерии без клетъчна стена)

Клас Mollicutes (мекоклетъчни форми, напр. микоплазми)

Тип Mendosicutes (бактерии с дефектна клетъчна стена)

Клас Archaebacteria (древни форми, напр. образуващи метан)

Домейни.Последните биохимични изследвания показват, че всички прокариоти са ясно разделени на две категории: малка група архебактерии (Archaebacteria - "древни бактерии") и всички останали, наречени еубактерии (Eubacteria - "истински бактерии"). Смята се, че архебактериите са по-примитивни от еубактериите и по-близо до общия прародител на прокариотите и еукариотите. Те се различават от другите бактерии по няколко съществени характеристики, включително състава на молекулите на рибозомната РНК (pRNA), участващи в синтеза на протеини, химическата структура на липидите (мастноподобни вещества) и наличието на някои други вещества в клетъчната стена вместо това на белтъчно-въглехидратния полимер муреин. В горната класификационна система архебактериите се считат за само един от видовете на едно и също царство, което включва всички еубактерии. Въпреки това, според някои биолози, разликите между архебактериите и еубактериите са толкова дълбоки, че е по-правилно да се разглеждат архебактериите в Monera като отделно подцарство. Наскоро се появи още по-радикално предложение. Молекулярният анализ разкри толкова значителни разлики в структурата на гените между тези две групи прокариоти, че някои смятат присъствието им в едно и също царство организми за нелогично. В тази връзка беше предложено да се създаде таксономична категория (таксон) от още по-висок ранг, наречена домейн, и да се разделят всички живи същества на три домейна - Eucarya (еукариоти), Archaea (археи) и бактерии (сегашни еубактерии ).

ЕКОЛОГИЯ

Двете най-важни екологични функции на бактериите са фиксацията на азота и минерализацията на органичните остатъци.
Фиксиране на азот.Свързването на молекулярен азот (N2) за образуване на амоняк (NH3) се нарича фиксиране на азот, а окисляването на последния до нитрит (NO-2) и нитрат (NO-3) се нарича нитрификация. Това са жизненоважни процеси за биосферата, тъй като растенията имат нужда от азот, но могат само да го абсорбират. свързани форми. В момента приблизително 90% (около 90 милиона тона) от годишното количество такъв "фиксиран" азот се осигурява от бактерии. Останалата част се произвежда от химически заводи или възниква по време на мълния. Азотът във въздуха, който е ок. 80% от атмосферата, свързана главно с грам-отрицателния род Rhizobium (Rhizobium) и цианобактерии. Видовете Rhizobium симбиозират с приблизително 14 000 вида бобови растения (семейство Leguminosae), които включват например детелина, люцерна, соя и грах. Тези бактерии живеят в т.нар. нодули - подувания, които се образуват по корените при тяхно присъствие. Бактериите получават органична материя (хранене) от растението и в замяна доставят на гостоприемника свързан азот. За една година по този начин се фиксират до 225 кг азот на хектар. Небобовите растения, като елша, също влизат в симбиоза с други азотфиксиращи бактерии. Цианобактериите фотосинтезират като зелени растения, отделяйки кислород. Много от тях също са способни да фиксират атмосферния азот, който след това се поема от растенията и в крайна сметка от животните. Тези прокариоти служат като важен източник на фиксиран азот в почвата като цяло и по-специално в оризовите полета на Изток, както и като основен доставчик за океанските екосистеми.
Минерализация.Това е името, дадено на разлагането на органични остатъци във въглероден диоксид (CO2), вода (H2O) и минерални соли. От химическа гледна точка този процес е еквивалентен на горене, така че изисква голямо количество кислород. Горният слой на почвата съдържа от 100 000 до 1 милиард бактерии на 1 g, т.е. около 2 тона на хектар. Обикновено всички органични остатъци, веднъж попаднали в земята, бързо се окисляват от бактерии и гъбички. По-устойчиво на разлагане е кафеникаво органично вещество, наречено хуминова киселина, което се образува главно от лигнин, съдържащ се в дървото. Натрупва се в почвата и подобрява нейните свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМИШЛЕНОСТ

Като се има предвид разнообразието от химични реакции, катализирани от бактерии, не е изненадващо, че те се използват широко в производството, в някои случаи от древни времена. Прокариотите споделят славата на такива микроскопични човешки помощници с гъбички, предимно дрожди, които осигуряват повечето от процесите на алкохолна ферментация, например при производството на вино и бира. Сега, когато стана възможно въвеждането на полезни гени в бактериите, карайки ги да синтезират ценни вещества, като инсулин, промишленото използване на тези живи лаборатории получи мощен нов тласък. Вижте също ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО.
Хранително-вкусовата промишленост.В момента бактериите се използват от тази индустрия главно за производството на сирена, други ферментирали млечни продукти и оцет. Основните химични реакции тук са образуването на киселини. Така че, когато се получи оцет, бактериите от рода Acetobacter се окисляват етанолсъдържащи се в сайдер или други течности, до оцетна киселина. Подобни процеси протичат по време на киселото зеле: анаеробните бактерии ферментират захарта, съдържаща се в листата на това растение, до млечна киселина, както и до оцетна киселина и различни алкохоли.
Излугване на руди.Бактериите се използват за излужване на бедни руди, т.е. прехвърляне от тях в разтвор на соли на ценни метали, предимно мед (Cu) и уран (U). Пример за това е обработката на халкопирит или меден пирит (CuFeS2). Купищата от тази руда периодично се поливат с вода, съдържаща хемолитотрофни бактерии от рода Thiobacillus. В хода на своята жизнена дейност те окисляват сярата (S), образувайки разтворими медни и железни сулфати: CuFeS2 + 4O2 до CuSO4 + FeSO4. Такива технологии значително опростяват производството на ценни метали от руди; по принцип те са еквивалентни на процесите, протичащи в природата при изветрянето на скалите.
Рециклиране.Бактериите също така служат за превръщане на отпадъци, като канализация, в по-малко опасни или дори полезни продукти. Отпадъчни водиедин от най-належащите проблеми съвременното човечество. Пълната им минерализация изисква огромни количества кислород, а в обикновените водоеми, където е обичайно да се изхвърлят тези отпадъци, вече не е достатъчно да се "неутрализират". Решението е в допълнителната аерация на отпадъчните води в специални басейни (аеротенкове): в резултат на това минерализиращите бактерии имат достатъчно кислород за пълно разгражданеорганика, и един от крайни продуктипроцес в най-благоприятните случаи става пия вода. Неразтворимата утайка, останала по пътя, може да бъде подложена на анаеробна ферментация. За да могат такива пречиствателни станции да заемат възможно най-малко място и пари, е необходимо добри познаниябактериология.
Други употреби.Други важни области на промишлено приложение на бактериите включват например ленен лоб, т.е. отделяне на въртящите се влакна от други части на растението, както и производството на антибиотици, по-специално стрептомицин (бактерии от рода Streptomyces).

КОНТРОЛ НА БАКТЕРИИТЕ В ПРОМИШЛЕНОСТТА

Бактериите са не само полезни; борбата срещу тяхното масово възпроизвеждане, например в хранителни продукти или във водните системи на целулозни и хартиени заводи, се превърна в цяла област на дейност. Храната се разваля от бактерии, гъбички и техните собствени ензими за автолиза („самосмилане“), освен ако не са инактивирани чрез топлина или други средства. Тъй като бактериите са основната причина за развалянето, проектирането на ефективни системи за съхранение на храни изисква познаване на границите на поносимост на тези микроорганизми. Една от най-разпространените технологии е пастьоризацията на млякото, която убива бактериите, причиняващи например туберкулоза и бруцелоза. Млякото се поддържа при 61-63°C за 30 минути или при 72-73°C само за 15 секунди. Това не влошава вкуса на продукта, но инактивира болестотворните бактерии. Виното, бирата и плодовите сокове също могат да бъдат пастьоризирани. Ползите от съхранението са известни отдавна хранителни продуктина студено. Ниските температури не убиват бактериите, но не им позволяват да растат и да се размножават. Вярно е, че при замразяване, например до -25 ° C, броят на бактериите намалява след няколко месеца, но голям брой от тези микроорганизми все още оцеляват. При температури малко под нулата бактериите продължават да се размножават, но много бавно. Техните жизнеспособни култури могат да се съхраняват почти неограничено време след лиофилизация (замразяване - сушене) в среда, съдържаща протеин, като кръвен серум. Други добре познати методи за консервиране на храна включват сушене (сушене и опушване), добавяне на големи количества сол или захар, което е физиологично еквивалентно на дехидратация, и мариноване, т.е. поставени в концентриран киселинен разтвор. При киселинност на средата, съответстваща на pH 4 и по-ниска, жизнената активност на бактериите обикновено е силно инхибирана или спряна.

БАКТЕРИИ И БОЛЕСТИ

ИЗСЛЕДВАНЕ НА БАКТЕРИИ

Много бактерии лесно се развиват в т.нар. културална среда, която може да включва месен бульон, частично усвоен протеин, соли, декстроза, цяла кръв, нейния серум и други компоненти. Концентрацията на бактерии в такива условия обикновено достига около милиард на кубичен сантиметър, което води до мътна среда. За да се изследват бактериите, е необходимо да могат да се получат техните чисти култури или клонинги, които са потомство на една клетка. Това е необходимо, например, за да се определи кой тип бактерии е заразил пациента и кой антибиотик този видчувствителен. Микробиологичните проби, като тампони, взети от гърлото или рани, проби от кръв, вода или други материали, се разреждат силно и се нанасят върху повърхността на полутвърда среда: от отделни клетки върху нея се развиват кръгли колонии. Средството за втвърдяване на хранителната среда обикновено е агар, полизахарид, получен от някои морски водорасли и почти несмилаем от всякакъв вид бактерии. Агарните среди се използват под формата на "шишчета", т.е. наклонени повърхности, образувани в епруветки, стоящи под голям ъгъл, когато разтопената хранителна среда се втвърди, или под формата на тънки слоеве в стъклени петриеви панички - плоски кръгли съдове, затворени с капак със същата форма, но малко по-голям в диаметър. Обикновено в рамките на един ден бактериална клеткауспява да се размножи толкова много, че образува колония, която е лесно видима с просто око. Може да бъде прехвърлен в друга среда за по-нататъшно проучване. Всички хранителни среди трябва да бъдат стерилни преди отглеждането на бактериите и след това трябва да се вземат мерки за предотвратяване на заселването на нежелани микроорганизми върху тях. За да се изследват бактериите, отгледани по този начин, тънка телена бримка се калцинира върху пламък, първо докосва колонията или намазката, а след това капка вода, нанесена върху предметно стъкло. Равномерно разпределяйки взетия материал в тази вода, стъклото се изсушава и бързо се прекарва над пламъка на горелката два или три пъти (страната с бактериите трябва да е обърната нагоре): в резултат на това микроорганизмите, без да се повредят, се закрепват здраво за субстрата. Върху повърхността на препарата се накапва багрило, след което стъклото се измива във вода и отново се изсушава. Сега пробата може да се види под микроскоп. чисти културибактериите се идентифицират главно по техните биохимични характеристики, т.е. определят дали образуват газ или киселини от определени захари, дали могат да усвояват протеини (втечняват желатина), дали имат нужда от кислород за растеж и т.н. Проверяват и дали са оцветени със специфични бои. Чувствителността към определени лекарства, като антибиотици, може да се определи чрез поставяне на малки дискове от филтърна хартия, напоени с тези вещества върху повърхност, инокулирана с бактерии. Ако някой химическо съединениеубива бактериите, около съответния диск се образува зона, свободна от тях.

Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .

Проверка на домашна работа 33 стр. стр. 148 Всяка бактерия се разделя на две в рамките на 1 минута. В началния момент има една бактерия. Направете блок-схема на алгоритъма за изчисляване на броя на бактериите след 10 минути. Изпълнете алгоритъма, като фиксирате всяка негова стъпка в таблицата със стойности на променливи. алг бактерия деление начало f:= 1 nc за i от 1 до 10 f:= f * 2 kc изход f край начало край f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f списък с данни i, f - цяло число

Проверка на домашна работа 33 стр. стр. 148 начало край f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f списък с данни i, f - цяло число Стъпки на if алгоритъм Изход

КОНСТРУКЦИЯ НА АЛГОРИТМИ ОСНОВИ НА АЛГОРИТМИТЕ Урок 31 По тази тема Урок 10 Работа в клас

Последователно изграждане на алгоритъма Опростяване на командите за задаване на задача Задачата е разделена на по-прости части Решението на всяка част от проблема е формулирано в отделна команда (предписание) Предписанията, които надхвърлят възможностите на изпълнителя, се представят под формата на по-прости команди не мога да реша задачата!?

Разработване на алгоритъм по метода на последователното усъвършенстване за изпълнителя Робот Роботът се намира в определена клетка на хоризонтален коридор. Нито една от клетките на коридора не е боядисана. Роботът трябва да рисува всички клетки на този коридор и да се върне в първоначалната си позиция.

Алгоритъм за изчисляване на степента y = a x, където x е цяло число, a 0. 1 за x = 0 a x за x > 0, y = за x 0, y = за x 0, y = за x 0, y = за x 0 , y = при x
Блок-схема за решаване на проблема: Начало y да не st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Край x > 0 st (1/a, x, y) да не 0 st (1/a, x, y) да не"> 0 st (1/a, x, y) да не"> 0 st (1/a, x, y) да не" title="(!LANG : Блок-схема за решаване на проблема: Начало y да не st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Край x > 0 st (1/a, x, y) да не"> title="Блок-схема за решаване на проблема: Начало y да не st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Край x > 0 st (1/a, x, y) да не"> !}

В описанието на алгоритъма се използват формални параметри. Действителните параметри са тези стойности, за които ще се изпълни спомагателният алгоритъм. Типовете, броят и редът на формалните и действителните параметри трябва да съвпадат. Формални и фактически параметри

Пример. Алгоритъм за изчисляване на степен с естествен показател n за всяко реално число a, представен като рекурсивен алгоритъм Рекурсивен алгоритъм Start a, n st (a, n-1,y) y:=a*y y Край на него, както на спомагателен алгоритъм се нарича рекурсивен.

Пример за снежинка на Кох. Помислете за алгоритъма за изграждане геометрична фигура, която се нарича снежинката на Кох. Стъпката от строителната процедура е да се замени средната трета на всеки от съществуващите сегменти с два нови със същата дължина. С всяка стъпка фигурата става все по-странна. Границата на снежинката на Кох е позицията на кривата след извършване на безкраен брой стъпки. Начална позиция Първа стъпка Втора стъпка Трета стъпка
Най-важният метод за последователно изграждане на алгоритъма: първоначалният проблем е разделен на няколко части, всяка от които е по-проста от цялата задача, а решението на всяка част е формулирано в отделна команда; ако се получават команди, които надхвърлят възможностите на изпълнителя, те се представят като набор от още по-прости инструкции; процесът продължава, докато всички инструкции станат ясни на изпълнителя. Спомагателен алгоритъм - алгоритъм, който се използва изцяло като част от друг алгоритъм. Алгоритъм, който пряко или косвено се отнася към него като спомагателен алгоритъм, се нарича рекурсивен.

Въпроси и задачи Защо е трудно веднага да посочите всички необходими действия при решаване на сложен проблем? Какъв е методът на последователно усъвършенстване при конструирането на алгоритъм? Каква е връзката между метода за последователно изграждане на алгоритъм и процеси като писане на есе или подготовка за многодневно къмпинг пътуване? Известен е ръстът на всеки от N ученици от 9А клас и M ученици от 9Б клас. Опишете в уголемени блокове алгоритъм за сравняване на средния ръст на учениците в тези класове. В ред от десет клетки отдясно на робота някои клетки са защриховани. Последният защрихован квадрат може да бъде в съседство със стена. Напишете алгоритъм, който рисува клетките над и под всяка защрихована клетка. Проверете работата на алгоритъма в следните случаи: * * За какво са спомагателните алгоритми? Опишете процеса на изпълнение на инструкцията за извикване на спомагателния алгоритъм в основния алгоритъм. Срещали ли сте идеята за формални и действителни параметри, докато сте учили математика и физика? Дай пример. Какви алгоритми се наричат ​​рекурсивни? Дайте пример за рекурсия от живота. Съставете алгоритми, при които роботът ще рисува върху посочените клетки. *** a B C

Реферат Методът за последователно конструиране на алгоритъм е един от основните методи за конструиране на алгоритми. Опростяване на командите за настройка на задачите Задачата е разделена на повече просто решениевсяка част от задачата се формулира в отделна команда Инструкциите, които надхвърлят възможностите на изпълнителя, се представят под формата на по-прости команди Спомагателен алгоритъм - алгоритъм, който се използва изцяло като част от друг алгоритъм.