Novo istraživanje otkriva nevjerojatna činjenica o mnogim vrstama crijevnih bakterija koje mogu stvarati električnu energiju. Elektrogene bakterije su bakterije koje su sposobne proizvesti određenu količinu električne energije. Istraživači, predvođeni profesorom Danom Portnoyem, objavili su svoje otkriće u časopisu Nature.

bakterije i elektricitet

Do sada su elektrogene bakterije pronađene u prilično specifičnim prirodne sredine, kao što su oborine iz raznih vodenih tijela. Ta su okruženja obično anaerobna – ne sadrže slobodni kisik. Po prvi put, istraživači sa Sveučilišta Kalifornija u Berkeleyu otkrili su da su stotine različitih bakterija u ljudskim crijevima također elektrogene. To uključuje mnoge vrste bakterija, od patogena koji mogu uzrokovati bolest do probiotika koji promiču zdravlje crijeva. Međutim, te crijevne bakterije proizvode električnu energiju koristeći drugačiji mehanizam.

Patogeni koji stvaraju elektricitet

Znanstvenici su identificirali bakterije koje proizvode električnu energiju koje uključuju Listeria monocytogenes (čest uzročnik proljeva), Clostridium perfringens (uzrokuje gangrenu) i Enterococcus faecalis (patogen zaražen tijekom boravka u bolnici). Međutim, mnoge druge bakterije u crijevima koje proizvode elektricitet nisu patogeni. Neki od njih su probiotici.

"Činjenica da je toliko mnogo bakterija koje su u interakciji s ljudima, bilo kao patogeni ili kao probiotici ili uključene u fermentaciju, elektrogene je ranije propušteno", kaže autor studije. "Ovo nam može puno reći o tome kako nas te bakterije zaraze ili nam pomažu da imamo zdrava crijeva."

Što će nam ovo otkriće dati?

Znanstvenici očekuju da bi njihovo neočekivano otkriće također moglo biti korisno u budućim projektima izgradnje mikrobnih gorivih ćelija, inovativne strategije za proizvodnju obnovljive energije.

Istraživači objašnjavaju da bakterije stvaraju električnu energiju kao dio svog metabolizma, procesa koji uspoređuju s disanjem. Međutim, dok organizmi poput biljaka i životinja koji žive u okolišima bogatim kisikom koriste kisik kako bi im pomogli u metabolizmu, bakterije koje žive u anaerobnim okolišima moraju koristiti druge kemijski elementi. Na primjer, bakterije koje žive na dnu jezera obično koriste minerale poput željeza ili mangana tijekom svog složenog metaboličkog procesa, stvarajući tako električnu energiju. Međutim, elektrogene bakterije koje žive u crijevima imaju jednostavniji proces generiranja električne energije i koriste organski spoj, poznat kao flavin, koji je derivat vitamina B2.

"Čini se da stanična struktura ovih bakterija i ekološka niša bogata vitaminima koju zauzimaju čine mnogo lakšim i isplativijim premještanje elektrona iz stanice", objašnjava Sam Light, autor prve studije. Koliko energije proizvode crijevne bakterije?

Istraživači su proveli dodatne testove kako bi vidjeli koliko struje te crijevne bakterije mogu proizvesti. Otkrili su da crijevne bakterije stvaraju gotovo isto toliko električne energije kao i druge elektrogene bakterije: do 100 000 elektrona u sekundi po stanici.

Posebno su znanstvenici bili iznenađeni kada su otkrili da laktobacili, koji igraju ulogu u fermentaciji i koriste se za proizvodnju sira, jogurta i kiselog kupusa, također imaju elektrogena svojstva.

Sada se znanstvenici pitaju imaju li ta svojstva ikakve veze s okusom koji laktobacili stvaraju u fermentiranoj hrani.

"To je puno bakterijske fiziologije za koju ljudi nisu znali da postoji i da se njome može manipulirati", zaključuje Light.

Bakterije su skupina najjednostavnijih mikroorganizama koji pripadaju carstvu prokariota (nemaju jezgru). U biologiji postoji oko 10,5 tisuća vrsta bakterija. Glavne razlike između njih su oblik, struktura i način života. Osnovni oblici:

• štapićasti (bacili, klostridije, pseudomonade);
• sferni (cocci);
• spirala (spirilla, vibrios).

Opće je prihvaćeno da su mikroorganizmi bili prvi stanovnici planete Zemlje. Po prirodi svoje životne aktivnosti, predstavnici kraljevstva prokariota rasprostranjeni su posvuda (u tlu, zraku, vodi, živim organizmima), otporni su na visoke i niske temperature. Jedina mjesta gdje nema živih prokariota su krateri vulkana i područja blizu epicentra eksplozije atomske bombe.

U ekologiji, bakterije carstva prokariota služe za fiksiranje dušika i mineralizaciju organskih ostataka u tlu. Više o ovim značajkama:

• Fiksacija dušika vitalan je proces za ekologiju u cjelini. Uostalom, biljke bez dušika (N 2) neće preživjeti. Ali u svom čistom obliku, ne apsorbira se, već samo u spojevima s amonijakom (NHO 3) - bakterije pridonose ovom vezanju.
• Mineralizacija (truljenje) je proces razgradnje organskih ostataka na CO2 (ugljični dioksid), H 2 O (voda) i mineralne soli. Za odvijanje ovog procesa potrebna je dovoljna količina kisika, jer se, zapravo, razgradnja može poistovjetiti sa izgaranjem. Organske tvari, kada dospiju u tlo, oksidiraju se djelovanjem bakterija i gljivica.

U prirodi postoji još jedan biološki proces - denitrifikacija. To je redukcija nitrata u molekule dušika uz istovremenu oksidaciju u CO 2 i H 2 O organske komponente. Glavna funkcija procesa denitrifikacije je oslobađanje NO 3 .

Da bi dobili dobru žetvu, poljoprivrednici uvijek nastoje pognojiti tlo prije nove sjetve. To se često radi s mješavinom stajskog gnoja i sijena. Neko vrijeme nakon primjene gnojiva ono truli i rahli tlo - tako u njega ulaze hranjive tvari. To je rezultat rada bakterijskih stanica, jer je proces truljenja i njihova funkcija.

Bez posebnog uređaja, prostim okom, mikroorganizmi se jednostavno ne vide u tlu, ali ima ih na milijune. Na primjer, na jednom hektaru polja u gornjem sloju tla nalazi se do 450 kg mikroorganizama.

Obavljajući svoje glavne funkcije, bakterije osiguravaju plodnost tla i izlučivanje ugljični dioksid neophodan za fotosintezu biljaka.

Bakterije i čovjek

Ljudski život, kao i biljke, nemoguć je bez bakterija, jer se nevidljivi mikroorganizmi naseljavaju u ljudsko tijelo s prvim udahom zraka nakon rođenja. Znanstvenici su dokazali da u tijelu odrasle osobe postoji do 10.000 različitih vrsta bakterija, a što se tiče težine, to doseže 3 kg.

Glavno mjesto prokariota je u crijevima, manje ih ima u genitourinarnom traktu i na koži. 98% "naših" bakterija ima korisne funkcije, a 2% štetne. Snažan ljudski imunitet osigurava ravnotežu među njima. Ali čim imunološki sustav oslabi, štetne bakterijske stanice počinju se intenzivno razmnožavati, zbog čega se bolest manifestira.

Korisni prokarioti u tijelu

Ljudski imunitet izravno ovisi o bakterijama koje nastanjuju crijeva. Uloga korisnih bakterija je velika jer razgrađuju neprobavljene ostatke hrane, potpomažu metabolizam vode i soli, pomažu u stvaranju imunoglobulina A, bore se protiv patogenih bakterija i gljivica.

Glavna funkcija bakterija je osigurati uravnoteženu crijevnu mikrofloru, zahvaljujući kojoj se provodi normalno funkcioniranje ljudskog imuniteta. Zahvaljujući moderna dostignuća biologije, postali su poznati korisni prokarioti kao što su bifidobakterije, laktobacili, enterokoki, Escherichia coli i bakteroidi. Oni bi trebali naseliti crijevnu okolinu za 99%, a preostalih 1% su bakterije patogene flore (staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa i drugi).

• Bifidobakterije proizvode acetat i mliječnu kiselinu. Zbog toga zakiseljuju svoje stanište i time suzbijaju razmnožavanje patogenih prokariota koji stvaraju procese truljenja i fermentacije. Pomažu apsorpciju potrebne količine vitamina D, kalcija i željeza, imaju antioksidativno djelovanje. Bifidobakterije su također vrlo važne za novorođenčad - smanjuju rizik od alergija na hranu.
• E. coli proizvodi kolicin, tvar koja inhibira razmnožavanje štetnih mikroba. Zbog funkcija Escherichia coli dolazi do sinteze vitamina K, skupine B, folne i nikotinske kiseline.
• Enterobakterije su neophodne za obnavljanje crijevne mikroflore nakon tečaja antibiotika.
• Funkcije laktobacila usmjerene su na stvaranje antimikrobne tvari. Tako se smanjuje rast oportunističkih i truležnih prokariota.

štetne bakterije

Štetni mikrobi ulaze u tijelo zrakom, hranom, vodom i kontaktom. Ako je imunološki sustav oslabljen, tada uzrokuju razne bolesti. Najčešći štetni prokarioti uključuju:

• Streptococcus skupine A, B - nastanjuju usnu šupljinu, kožu, nazofarinks, genitalije, debelo crijevo. Smanjite razvoj korisnih bakterija, odnosno, i imunitet. Postati glavni uzrok zaraznih bolesti.
• Pneumokoki – uzročnici su bronhitisa, upale pluća, sinusitisa i upale srednjeg uha, meningitisa.
• Gingivalis mikrobi – uglavnom se nalaze u usnoj šupljini, uzrokuju parodontitis.
• Staphylococcus - širi se po cijelom ljudskom tijelu, s padom imuniteta i utjecajem drugih čimbenika, manifestira se u bolestima kože, kostiju, zglobova, mozga, debelog crijeva i unutarnjih organa.

Mikroorganizmi u debelom crijevu

Mikroflora debelog crijeva se mijenja ovisno o hrani koju čovjek konzumira, pa mikrobi mogu istiskivati ​​jedni druge. Protiv bakterija truljenja može se boriti mikroorganizmima mliječne kiseline.

Nezdrava hrana remeti funkcije "dobrih" mikroorganizama u crijevima

Osoba živi s bakterijama od rođenja - odnos između mikro i makroorganizama je vrlo jak. Stoga je za dobro zdravlje potrebno jasno održavati ravnotežu između korisnih i štetnih bakterija. To je lako učiniti, pridržavajući se osobne higijene i pravilne prehrane.

BAKTERIJE
opsežna skupina jednostaničnih mikroorganizama karakterizirana nepostojanjem stanične jezgre okružene membranom. U isto vrijeme, genetski materijal bakterije (dezoksiribonukleinska kiselina ili DNK) zauzima sasvim određeno mjesto u stanici - zonu koja se naziva nukleoid. Organizmi s takvom strukturom stanica nazivaju se prokarioti („prednuklearni“), za razliku od svih ostalih – eukarioti („pravi nuklearni“), čija se DNK nalazi u jezgri okruženoj ljuskom. Bakterije, nekad smatrane mikroskopskim biljkama, sada su klasificirane kao zasebno kraljevstvo, Monera, jedno od pet u trenutnom sustavu klasifikacije, zajedno s biljkama, životinjama, gljivama i protistima.

fosilni dokazi. Bakterije su vjerojatno najstarija poznata skupina organizama. Slojevite kamene strukture - stromatoliti - datirani u nekim slučajevima na početak arheozoika (Arhaja), tj. koja je nastala prije 3,5 milijardi godina - rezultat vitalne aktivnosti bakterija, obično fotosintetskih, tzv. modrozelene alge. Slične strukture (bakterijski filmovi impregnirani karbonatima) još uvijek se formiraju, uglavnom uz obale Australije, Bahama, u Kalifornijskom i Perzijskom zaljevu, ali su relativno rijetke i ne dosežu velike veličine, jer se hrane biljojedima, poput puževa. Danas stromatoliti rastu uglavnom tamo gdje tih životinja nema zbog visoke slanosti vode ili iz drugih razloga, ali prije pojave biljojeda tijekom evolucije mogli su doseći goleme veličine, čineći bitan element oceanske plitke vode , usporediv s modernim koraljnim grebenima. U nekim drevnim stijenama pronađene su sićušne pougljenjene kuglice, za koje se također smatra da su ostaci bakterija. Prvi nuklearni, t.j. eukariotske, stanice su se razvile iz bakterija prije otprilike 1,4 milijarde godina.
Ekologija. Brojne su bakterije u tlu, na dnu jezera i oceana – posvuda gdje se nakupljaju organske tvari. Žive na hladnoći, kada je termometar malo iznad nule, iu vrućim kiselim izvorima s temperaturama iznad 90 °C. Neke bakterije toleriraju vrlo visoku slanost okoliša; konkretno, oni su jedini organizmi pronađeni u Mrtvom moru. U atmosferi su prisutni u kapljicama vode, a njihova brojnost tamo obično korelira s prašnjavošću zraka. Dakle, u gradovima kišnica sadrži puno više bakterija nego u ruralnim područjima. Malo ih je u hladnom zraku gorja i polarnih područja, ali ih ima čak iu donjem sloju stratosfere na nadmorskoj visini od 8 km. Probavni trakt životinja je gusto naseljen bakterijama (obično bezopasnim). Eksperimenti su pokazali da većini vrsta nisu nužni za život, iako mogu sintetizirati neke vitamine. Međutim, kod preživača (krave, antilope, ovce) i mnogih termita uključeni su u probavu biljne hrane. Osim toga, imunološki sustav životinje uzgojene u sterilnim uvjetima ne razvija se normalno zbog nedostatka stimulacije bakterija. Normalna bakterijska "flora" crijeva važna je i za suzbijanje štetnih mikroorganizama koji tamo ulaze.

GRAĐA I ŽIVOT BAKTERIJA

Bakterije su puno manje od stanica višestaničnih biljaka i životinja. Debljina im je obično 0,5-2,0 mikrona, a duljina 1,0-8,0 mikrona. Neki se oblici jedva mogu vidjeti s razlučivošću standardnih svjetlosnih mikroskopa (oko 0,3 µm), ali postoje i poznate vrste s duljinom većom od 10 µm i širinom koja također prelazi te granice, te brojne vrlo tanke bakterije može premašiti duljinu od 50 µm. Na površini koja odgovara točki stavljenoj olovkom, četvrt milijuna predstavnika ovog kraljevstva će stati u prosječnoj veličini.
Struktura. Prema osobitostima morfologije razlikuju se sljedeće skupine bakterija: koke (više ili manje sferične), bacile (štapići ili cilindri sa zaobljenim krajevima), spirile (krute spirale) i spirohete (tanke i savitljive dlačice). Neki autori su skloni spojiti posljednje dvije skupine u jednu – spirilu. Prokarioti se razlikuju od eukariota uglavnom po odsutnosti dobro oblikovane jezgre i prisutnosti, u tipičnom slučaju, samo jednog kromosoma - vrlo dugačke kružne molekule DNA pričvršćene u jednoj točki na staničnu membranu. Prokarioti također nemaju membranski vezane unutarstanične organele zvane mitohondriji i kloroplasti. Kod eukariota, mitohondriji proizvode energiju tijekom disanja, a fotosinteza se odvija u kloroplastima (vidi također STANICE). Kod prokariota cijela stanica (a prije svega stanična membrana) preuzima funkciju mitohondrija, a kod fotosintetskih oblika ujedno i kloroplasta. Kao i kod eukariota, unutar bakterije nalaze se male nukleoproteinske strukture - ribosomi potrebni za sintezu proteina, ali nisu povezani s nikakvim membranama. Uz vrlo malo iznimaka, bakterije ne mogu sintetizirati sterole, bitne komponente eukariotskih staničnih membrana. Izvan stanične membrane, većina bakterija obložena je staničnom stijenkom, koja pomalo podsjeća na celuloznu stijenku biljnih stanica, ali se sastoji od drugih polimera (oni uključuju ne samo ugljikohidrate, već i aminokiseline i tvari specifične za bakterije). Ova ljuska sprječava pucanje bakterijske stanice kada voda uđe u nju zbog osmoze. Na vrhu stanične stijenke često je zaštitna mukozna kapsula. Mnoge bakterije opremljene su flagelama s kojima aktivno plivaju. Bakterijske flagele su jednostavnije i nešto drugačije od sličnih eukariotskih struktura.

"TIPIČNA" BAKTERIJSKA STANICA i njegove glavne strukture.

Senzorne funkcije i ponašanje. Mnoge bakterije imaju kemijske receptore koji otkrivaju promjene u kiselosti okoliša i koncentraciji razne tvari, kao što su šećeri, aminokiseline, kisik i ugljični dioksid. Svaka tvar ima svoju vrstu takvih "okusnih" receptora, a gubitak jednog od njih kao rezultat mutacije dovodi do djelomičnog "okusnog sljepila". Mnoge pokretne bakterije također reagiraju na temperaturne fluktuacije, a fotosintetske vrste na promjene svjetla. Neke bakterije osjećaju smjer linija polja magnetsko polje, uključujući magnetsko polje Zemlje, uz pomoć čestica magnetita (magnetna željezna ruda - Fe3O4) prisutnih u njihovim stanicama. U vodi bakterije koriste ovu sposobnost da plivaju duž linija sile u potrazi za povoljnim okruženjem. Uvjetni refleksi kod bakterija su nepoznati, ali one imaju određenu vrstu primitivnog pamćenja. Dok plivaju, uspoređuju opaženi intenzitet podražaja s njegovom prethodnom vrijednošću, tj. utvrditi je li se povećao ili smanjio i na temelju toga zadržati smjer kretanja ili ga promijeniti.
Reprodukcija i genetika. Bakterije se razmnožavaju nespolno: DNK u njihovoj stanici se replicira (udvostručuje), stanica se dijeli na dva dijela, a svaka stanica kćer dobiva jednu kopiju DNK roditelja. Bakterijska DNA također se može prenositi između stanica koje se ne dijele. Istodobno, ne dolazi do njihove fuzije (kao u eukariota), broj jedinki se ne povećava, a obično se samo mali dio genoma (cijeli skup gena) prenosi u drugu stanicu, za razliku od "pravi" spolni proces, u kojem potomak prima kompletan set gena od svakog roditelja. Takav prijenos DNK može se izvesti na tri načina. Tijekom transformacije, bakterija apsorbira "golu" DNA iz okoline, koja je tamo dospjela tijekom uništavanja drugih bakterija ili namjerno "skliznula" od strane eksperimentatora. Proces se naziva transformacija, jer je u ranim fazama njegovog proučavanja glavna pozornost posvećena transformaciji (transformaciji) na ovaj način bezopasnih organizama u virulentne. Fragmente DNA mogu prenositi s bakterije na bakteriju i posebni virusi – bakteriofagi. To se zove transdukcija. Postoji i proces koji nalikuje oplodnji i naziva se konjugacija: bakterije su međusobno povezane privremenim cjevastim izraštajima (kopulatorne fimbrije), kroz koje DNA prelazi iz "muške" stanice u "žensku". Ponekad bakterije sadrže vrlo male dodatne kromosome - plazmide, koji se također mogu prenositi s jedinke na jedinku. Ako istovremeno plazmidi sadrže gene koji uzrokuju rezistenciju na antibiotike, govore o infektivnoj rezistenciji. Važna je s medicinskog stajališta jer se može širiti između različitih vrsta, pa čak i rodova bakterija, zbog čega cjelokupna bakterijska flora, recimo crijeva, postaje otporna na djelovanje određenih lijekova.

METABOLIZAM

Djelomično zbog male veličine bakterija, intenzitet njihovog metabolizma mnogo je veći nego kod eukariota. Pod najpovoljnijim uvjetima, neke bakterije mogu udvostručiti svoju ukupnu masu i brojnost otprilike svakih 20 minuta. To je zbog činjenice da niz njihovih najvažnijih enzimskih sustava funkcionira vrlo velikom brzinom. Dakle, zecu treba nekoliko minuta da sintetizira molekulu proteina, a bakterijama - sekunde. Međutim, u prirodnom okruženju, na primjer, u tlu, većina bakterija je "na izgladnjivanju", pa ako se njihove stanice dijele, onda ne svakih 20 minuta, već svakih nekoliko dana.
Hrana. Bakterije su autotrofi i heterotrofi. Autotrofi ("samohraneći se") ne trebaju tvari koje proizvode drugi organizmi. Kao glavni ili jedini izvor ugljika koriste ugljikov dioksid (CO2). Uključujući CO2 i druge anorganske tvari, posebice amonijak (NH3), nitrate (NO-3) i razne spojeve sumpora, u složenim kemijskim reakcijama sintetiziraju sve potrebne biokemijske proizvode. Heterotrofi ("hrane se drugima") kao glavni izvor ugljika (neke vrste trebaju i CO2) koriste organske tvari (koje sadrže ugljik) koje sintetiziraju drugi organizmi, posebice šećere. Oksidirani, ti spojevi opskrbljuju energijom i molekulama potrebnim za rast i vitalnu aktivnost stanica. U tom su smislu heterotrofne bakterije, koje uključuju veliku većinu prokariota, slične ljudima.
glavni izvori energije. Ako se za stvaranje (sintezu) staničnih komponenti uglavnom koristi svjetlosna energija (fotoni), tada se proces naziva fotosinteza, a vrste koje su za to sposobne nazivaju se fototrofi. Fototrofne bakterije dijele se na fotoheterotrofe i fotoautotrofe, ovisno o tome koji spojevi - organski ili anorganski - služe kao glavni izvor ugljika. Fotoautotrofne cijanobakterije (modrozelene alge), poput zelenih biljaka, cijepaju molekule vode (H2O) pomoću svjetlosne energije. Time se oslobađa slobodni kisik (1/2O2) i proizvodi vodik (2H+), za koji se može reći da pretvara ugljični dioksid (CO2) u ugljikohidrate. Kod zelenih i ljubičastih sumpornih bakterija svjetlosna energija se ne koristi za razgradnju vode, već drugih anorganskih molekula, poput sumporovodika (H2S). Kao rezultat, također se proizvodi vodik, smanjujući ugljični dioksid, ali se kisik ne oslobađa. Takva se fotosinteza naziva anoksigenom. Fotoheterotrofne bakterije, kao što su ljubičaste nesumporne bakterije, koriste svjetlosnu energiju za proizvodnju vodika iz organskih tvari, posebice izopropanola, ali kao njegov izvor može poslužiti i plinoviti H2. Ako je glavni izvor energije u stanici oksidacija kemijske tvari, bakterije se nazivaju kemoheterotrofi ili kemoautotrofi, ovisno o tome koje molekule služe kao glavni izvor ugljika - organski ili anorganski. U prvom, organske tvari osiguravaju i energiju i ugljik. Kemoautotrofi dobivaju energiju oksidacijom anorganskih tvari, poput vodika (u vodu: 2H4 + O2 do 2H2O), željeza (Fe2+ do Fe3+) ili sumpora (2S + 3O2 + 2H2O do 2SO42- + 4H+), te ugljika iz CO2. Ovi organizmi se nazivaju i kemolitotrofi, čime se naglašava da se "hrane" kamenjem.
Dah. Stanično disanje - proces oslobađanja kemijska energija pohranjena u molekulama "hrane" za njezinu daljnju upotrebu u vitalnim reakcijama. Disanje može biti aerobno i anaerobno. U prvom slučaju treba kisik. Potreban je za rad tzv. sustav prijenosa elektrona: elektroni se kreću od jedne molekule do druge (oslobađa se energija) i na kraju se vežu za kisik zajedno s vodikovim ionima – nastaje voda. Anaerobni organizmi ne trebaju kisik, a za neke vrste iz ove skupine on je čak i otrovan. Elektroni koji se oslobađaju tijekom disanja vežu se na druge anorganske akceptore, poput nitrata, sulfata ili karbonata, ili (u jednom od oblika takvog disanja - fermentacije) na određeni organska molekula posebno za glukozu. Vidi također METABOLIZAM.

KLASIFIKACIJA

U većini organizama vrsta se smatra reproduktivno izoliranom skupinom jedinki. NA široki smisao to znači da predstavnici ove vrste mogu proizvesti plodno potomstvo, pareći se samo sa svojom vrstom, ali ne i s pojedincima drugih vrsta. Dakle, geni određene vrste, u pravilu, ne prelaze njezine granice. Međutim, bakterije mogu razmjenjivati ​​gene između jedinki ne samo različitih vrsta, već i različitih rodova, pa je li legitimno ovdje primijeniti uobičajene koncepte? evolucijsko podrijetlo a srodstvo nije sasvim jasno. U vezi s ovom i drugim poteškoćama još ne postoji općeprihvaćena klasifikacija bakterija. Ispod je jedna od njegovih široko korištenih varijanti.
KRALJEVSTVO MONERA

Phylum Gracilicutes (Gram-negativne bakterije tankih stijenki)

Razred Scotobacteria (nefotosintetski oblici, npr. miksobakterije) Razred Anoksifotobakterije (fotosintetski oblici koji otpuštaju kisik, npr. ljubičaste sumporne bakterije) Razred Oxyphotobacteria (fotosintetski oblici koji otpuštaju kisik, npr. cijanobakterije)

Phylum Firmicutes (Gram-pozitivne bakterije debelih stijenki)

Razred Firmibacteria (tvrdostanični oblici kao što je klostridija)
Razred Thallobacteria (razgranati oblici, npr. aktinomicete)

Tenericutes phylum (gram-negativne bakterije bez stanične stijenke)

Razred Mollicutes (mekostanični oblici, npr. mikoplazme)

Tip Mendosicutes (bakterije s oštećenom staničnom stijenkom)

Razred Archaebacteria (drevni oblici, npr. tvorci metana)

Domene. Nedavna biokemijska istraživanja pokazala su da su svi prokarioti jasno podijeljeni u dvije kategorije: malu skupinu arhebakterija (Archaebacteria - "drevne bakterije") i sve ostale, nazvane eubakterije (Eubacteria - "prave bakterije"). Vjeruje se da su arhebakterije primitivnije od eubakterija i bliže zajedničkom pretku prokariota i eukariota. Razlikuju se od drugih bakterija na nekoliko značajnih načina, uključujući sastav molekula ribosomske RNA (pRNA) uključenih u sintezu proteina, kemijsku strukturu lipida (tvari nalik mastima) i prisutnost nekih drugih tvari u staničnoj stijenci umjesto proteinsko-ugljikohidratnog polimera mureina. U gornjem sustavu klasifikacije, arhebakterije se smatraju samo jednim od tipova istog carstva koje uključuje sve eubakterije. Međutim, prema nekim biolozima, razlike između arhebakterija i eubakterija toliko su duboke da je ispravnije arhebakterije u Moneri smatrati zasebnim potkraljevstvom. Nedavno se pojavio još radikalniji prijedlog. Molekularna analiza otkrila je tako značajne razlike u strukturi gena između ove dvije skupine prokariota da neki smatraju njihovu prisutnost unutar istog carstva organizama nelogičnom. U tom smislu, predloženo je stvaranje taksonomske kategorije (taksona) još višeg ranga, nazvavši je domenom, te podijeliti sva živa bića u tri domene - Eucarya (eukarioti), Archaea (arhebakterije) i Bakterije (sadašnje eubakterije). ).

EKOLOGIJA

Dvije najvažnije ekološke funkcije bakterija su fiksacija dušika i mineralizacija organskih ostataka.
Fiksacija dušika. Vezanje molekularnog dušika (N2) u amonijak (NH3) naziva se fiksacija dušika, a oksidacija potonjeg u nitrit (NO-2) i nitrat (NO-3) naziva se nitrifikacija. To su vitalni procesi za biosferu, jer biljke trebaju dušik, ali mogu samo asimilirati njegove vezane oblike. Trenutno približno 90% (oko 90 milijuna tona) godišnje količine takvog "fiksnog" dušika osiguravaju bakterije. Ostatak proizvode kemijska postrojenja ili nastaje tijekom pražnjenja munje. Dušik u zraku koji je cca. 80% atmosfere, povezan uglavnom s gram-negativnim rodom Rhizobium (Rhizobium) i cijanobakterijama. Vrste Rhizobium simbioziraju s približno 14 000 vrsta mahunarki (obitelj Leguminosae), koje uključuju, primjerice, djetelinu, lucernu, soju i grašak. Ove bakterije žive u tzv. nodule - otekline koje se stvaraju na korijenima u njihovoj prisutnosti. Bakterije dobivaju organsku tvar (prehranu) od biljke, a zauzvrat opskrbljuju domaćina vezanim dušikom. Godišnje se na ovaj način fiksira do 225 kg dušika po hektaru. Biljke koje nisu mahunarke, poput johe, također stupaju u simbiozu s drugim bakterijama koje vežu dušik. Cijanobakterije fotosintetiziraju poput zelenih biljaka, oslobađajući kisik. Mnogi od njih također su sposobni vezati atmosferski dušik, koji zatim preuzimaju biljke i na kraju životinje. Ovi prokarioti služe kao važan izvor fiksnog dušika u tlu općenito, a posebno u rižinim poljima na istoku, kao i glavni opskrbljivač oceanskih ekosustava.
Mineralizacija. Tako se naziva razgradnja organskih ostataka na ugljikov dioksid (CO2), vodu (H2O) i mineralne soli. S kemijskog gledišta, ovaj proces je ekvivalentan izgaranju, pa zahtijeva veliku količinu kisika. Gornji sloj tla sadrži od 100 000 do 1 milijarde bakterija po 1 g, tj. oko 2 tone po hektaru. Obično sve organske ostatke, jednom u zemlji, brzo oksidiraju bakterije i gljivice. Otpornija na raspadanje je smećkasta organska tvar huminska kiselina, koja nastaje uglavnom iz lignina sadržanog u drvu. Akumulira se u tlu i poboljšava njegova svojstva.

BAKTERIJE I INDUSTRIJA

S obzirom na raznolikost kemijskih reakcija koje kataliziraju bakterije, ne iznenađuje njihova široka uporaba u proizvodnji, u nekim slučajevima od davnina. Prokarioti dijele slavu takvih mikroskopskih pomoćnika čovjeka s gljivicama, prvenstveno kvascima, koje osiguravaju većinu procesa alkoholnog vrenja, primjerice, u proizvodnji vina i piva. Sada kada je postalo moguće uvesti korisne gene u bakterije, navodeći ih da sintetiziraju vrijedne tvari, poput inzulina, industrijska uporaba ovih živih laboratorija dobila je snažan novi poticaj. Vidi također GENETIČKI INŽENJERING.
Industrija hrane. Trenutačno se bakterije koriste u ovoj industriji uglavnom za proizvodnju sira, drugih fermentiranih mliječnih proizvoda i octa. Glavne kemijske reakcije ovdje su stvaranje kiselina. Dakle, kada se dobije ocat, bakterije roda Acetobacter oksidiraju etanol sadržane u jabukovači ili drugim tekućinama na octenu kiselinu. Slični se procesi događaju tijekom kiselog kupusa: anaerobne bakterije fermentiraju šećer koji se nalazi u lišću ove biljke do mliječne kiseline, kao i octene kiseline i raznih alkohola.
Ispiranje ruda. Bakterije se koriste za ispiranje siromašnih ruda, t.j. prenoseći iz njih u otopinu soli vrijednih metala, prvenstveno bakra (Cu) i urana (U). Primjer je prerada halkopirita, odnosno bakrenog pirita (CuFeS2). Hrpe ove rude povremeno se zalijevaju vodom koja sadrži kemolitotrofne bakterije iz roda Thiobacillus. Tijekom svoje životne aktivnosti oksidiraju sumpor (S) pri čemu nastaju topljivi bakreni i željezni sulfati: CuFeS2 + 4O2 do CuSO4 + FeSO4. Takve tehnologije uvelike pojednostavljuju proizvodnju vrijednih metala iz ruda; u načelu su ekvivalentni procesima koji se odvijaju u prirodi tijekom trošenja stijena.
Recikliranje otpada. Bakterije također služe za pretvaranje otpada, poput kanalizacije, u manje opasne ili čak korisne proizvode. Otpadne vode- jedan od akutnih problema modernog čovječanstva. Za njihovu potpunu mineralizaciju potrebne su ogromne količine kisika, au običnim akumulacijama, gdje je uobičajeno odlagati te otpatke, više ih nije dovoljno "neutralizirati". Rješenje je u dodatnom prozračivanju otpadnih voda u posebnim bazenima (aerotanks): na taj način mineralizirajuće bakterije imaju dovoljno kisika za potpuna razgradnja organski, i jedan od finalni proizvodi proces u najpovoljnijim slučajevima postaje piti vodu. Netopljivi talog koji ostane na putu može se podvrgnuti anaerobnoj fermentaciji. Kako bi ovakva postrojenja za pročišćavanje vode zauzimala što manje prostora i novca potrebno je dobro znanje bakteriologija.
Druge namjene. Druga važna područja industrijske primjene bakterija uključuju, na primjer, laneni režanj, t.j. odvajanje njegovih rotirajućih vlakana od ostalih dijelova biljke, kao i proizvodnju antibiotika, posebice streptomicina (bakterije iz roda Streptomyces).

KONTROLA BAKTERIJA U INDUSTRIJI

Bakterije nisu samo korisne; borba protiv njihove masovne reprodukcije, na primjer, u prehrambenim proizvodima ili u vodnim sustavima poduzeća celuloze i papira, postala je cijelo područje djelovanja. Hranu kvare bakterije, gljivice i njihovi vlastiti enzimi autolize ("samoprobava"), osim ako nisu inaktivirani toplinom ili na neki drugi način. Budući da su glavni uzrok kvarenja i dalje bakterije, razvoj učinkovitih sustava za skladištenje hrane zahtijeva poznavanje granica tolerancije ovih mikroorganizama. Jedna od najčešćih tehnologija je pasterizacija mlijeka, koja ubija bakterije uzročnike, primjerice, tuberkuloze i bruceloze. Mlijeko se drži na 61-63°C 30 minuta ili na 72-73°C samo 15 sekundi. To ne narušava okus proizvoda, ali deaktivira patogene bakterije. Vino, pivo i voćni sokovi također se mogu pasterizirati. Prednosti skladištenja odavno su poznate prehrambeni proizvodi u hladnom. Niske temperature ne ubijaju bakterije, ali onemogućuju njihov rast i razmnožavanje. Istina, pri smrzavanju, primjerice, na -25 °C, broj bakterija se nakon nekoliko mjeseci smanjuje, ali velik broj tih mikroorganizama ipak preživi. Na temperaturama ispod ništice bakterije se nastavljaju razmnožavati, ali vrlo sporo. Njihove održive kulture mogu se pohraniti gotovo neograničeno nakon liofilizacije (smrzavanja - sušenja) u mediju koji sadrži proteine, kao što je krvni serum. Ostale poznate metode konzerviranja hrane su sušenje (sušenje i dimljenje), dodavanje velike količine soli ili šećera, što je fiziološki ekvivalentno dehidraciji, te kiseljenje, tj. staviti u koncentriranu otopinu kiseline. Uz kiselost medija koja odgovara pH 4 i niže, vitalna aktivnost bakterija obično je uvelike inhibirana ili zaustavljena.

BAKTERIJE I BOLEST

PROUČAVANJE BAKTERIJA

Mnoge bakterije lako se razvijaju u tzv. medij kulture, koji može uključivati ​​mesnu juhu, djelomično probavljene bjelančevine, soli, dekstrozu, punu krv, njezin serum i druge komponente. Koncentracija bakterija u takvim uvjetima obično doseže oko milijardu po kubnom centimetru, što rezultira mutnim okolišem. Za proučavanje bakterija potrebno je moći dobiti njihove čiste kulture, odnosno klonove, koji su potomci jedne stanice. To je potrebno, primjerice, kako bi se utvrdilo kojom vrstom bakterije je zaražen pacijent i kojim antibiotikom ove vrste osjetljiv. Mikrobiološki uzorci, kao što su brisevi grla ili rana, uzorci krvi, vode ili drugih materijala, jako se razrjeđuju i nanose na površinu polučvrstog medija: iz pojedinačnih stanica na njemu se razvijaju okrugle kolonije. Sredstvo za stvrdnjavanje medija kulture obično je agar, polisaharid dobiven iz određenih morskih algi i gotovo neprobavljiv za bilo koju vrstu bakterija. Agarne podloge koriste se u obliku "ražnjića" tj. nagnute plohe koje se formiraju u epruvetama koje stoje pod velikim kutom kada se otopljeni medij skrutne, ili u obliku tankih slojeva u staklenim Petrijevim zdjelicama - ravnim okruglim posudama zatvorenim poklopcem istog oblika, ali nešto većeg promjera. Obično, nakon jednog dana, bakterijska stanica ima vremena toliko se razmnožiti da formira koloniju koja je lako vidljiva golim okom. Može se prenijeti u drugo okruženje radi daljnjeg proučavanja. Sve podloge za kulture moraju biti sterilne prije uzgoja bakterija, a potom treba paziti da se na njih ne nasele nepoželjni mikroorganizmi. Da bi se ispitale tako uzgojene bakterije, tanka žičana omča se kalcinira na plamenu, prvo se dotakne kolonijom ili razmazom, a zatim kapljicom vode nanesenom na predmetno staklo. Ravnomjerno raspoređujući uzeti materijal u ovoj vodi, staklo se osuši i brzo prijeđe preko plamena plamenika dva ili tri puta (strana s bakterijama treba biti okrenuta prema gore): kao rezultat, mikroorganizmi su, bez oštećenja, čvrsto pričvršćeni na podlogu. Na površinu preparata nakapa se boja, zatim se staklo ispere u vodi i ponovno osuši. Uzorak se sada može vidjeti pod mikroskopom. čiste kulture bakterije se identificiraju uglavnom po njihovim biokemijskim karakteristikama, tj. utvrditi stvaraju li iz pojedinih šećera plinove ili kiseline, mogu li probaviti bjelančevine (ukapljivati ​​želatinu), treba li im kisik za rast itd. Također provjeravaju jesu li obojeni određenim bojama. Osjetljivost na određene lijekove, poput antibiotika, može se odrediti stavljanjem malih diskova filter papira natopljenih tim tvarima na površinu inokuliranu bakterijama. Ako bilo koji kemijski spoj ubije bakterije, oko odgovarajućeg diska formira se zona bez njih.

Collier Encyclopedia. - Otvoreno društvo. 2000 .

Provjera domaće zadaće 33 str. 148 Svaka se bakterija podijeli na dvije unutar 1 minute. U početnom trenutku postoji jedna bakterija. Napravite dijagram toka algoritma za izračunavanje broja bakterija nakon 10 minuta. Izvršite algoritam, fiksirajući svaki njegov korak u tablici varijabilnih vrijednosti. alg bakterija podjela početak f:= 1 nc za i od 1 do 10 f:= f * 2 kc izlaz f kraj početak kraj f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f lista podataka i, f - cijeli broj

Provjera domaće zadaće 33 str. 148 početak kraj f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f popis podataka i, f - cijeli broj Koraci if algoritma Izlaz

KONSTRUKCIJA ALGORITAMA OSNOVE ALGORITMA Lekcija 31 Povezana lekcija 10 Rad u školi

Sekvencijalna konstrukcija algoritma Pojednostavljenje naredbi za postavljanje zadatka Zadatak je podijeljen na jednostavnije dijelove Rješenje svakog dijela problema formulirano je u posebnoj naredbi (propisu) Propisi koji nadilaze mogućnosti izvršitelja prikazani su u obliku jednostavnijih naredbe ne mogu riješiti zadatak!?

Razvoj algoritma metodom sukcesivnog usavršavanja za izvršitelja Robot Robot se nalazi u određenoj ćeliji horizontalnog hodnika. Niti jedna ćelija u hodniku nije prefarbana. Robot mora prekriti sve ćelije ovog hodnika i vratiti se u prvobitni položaj.

Algoritam za izračunavanje stupnja y = a x, gdje je x cijeli broj, a 0. 1 za x = 0 a x za x > 0, y = za x 0, y = za x 0, y = za x 0, y = za x 0 , y = na x
Dijagram toka za rješavanje problema: Početak y da ne st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Kraj x > 0 st (1/a, x, y) da ne 0 st (1/a, x, y) da ne"> 0 st (1/a, x, y) da ne"> 0 st (1/a, x, y) da ne" title="(!LANG : Dijagram toka za rješavanje problema: Početak y da ne st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Kraj x > 0 st (1/a, x, y) da ne"> title="Dijagram toka za rješavanje problema: Početak y da ne st (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Kraj x > 0 st (1/a, x, y) da ne"> !}

U opisu algoritma koriste se formalni parametri. Stvarni parametri su one vrijednosti za koje će se izvršiti pomoćni algoritam. Vrste, broj i redoslijed formalnih i stvarnih parametara moraju odgovarati. Formalni i stvarni parametri

Primjer. Algoritam za izračunavanje stupnja s prirodnim eksponentom n za bilo koji realni broj a, predstavljen kao rekurzivni algoritam Rekurzivni algoritam Start a, n st (a, n-1,y) y:=a*y y Kraj na njemu, kao na pomoćni algoritam, naziva se rekurzivnim.

Primjer Kochove pahulje. Razmotrite algoritam za konstrukciju geometrijske figure, koja se naziva Kochova pahuljica. Korak konstrukcijskog postupka je zamjena srednje trećine svakog od postojećih segmenata s dva nova iste duljine. Svakim korakom lik postaje sve bizarniji. Kochova granica snježne pahulje položaj je krivulje nakon izvođenja beskonačnog broja koraka. Početna pozicija Prvi korak Drugi korak Treći korak
Najvažnija metoda sekvencijalne konstrukcije algoritma: izvorni problem je podijeljen u nekoliko dijelova, od kojih je svaki jednostavniji od cijelog problema, a rješenje svakog dijela formulirano je u zasebnoj naredbi; ako se primaju naredbe koje nadilaze mogućnosti izvođača, one se prikazuju kao skup još jednostavnijih uputa; proces se nastavlja sve dok sve upute nisu jasne izvođaču. Pomoćni algoritam - algoritam koji se u potpunosti koristi kao dio drugog algoritma. Algoritam koji se izravno ili neizravno odnosi na njega kao na pomoćni algoritam naziva se rekurzivnim.

Pitanja i zadaci Zašto je teško odmah odrediti sve potrebne radnje pri rješavanju složenog problema? Koja je metoda uzastopnog usavršavanja u konstrukciji algoritma? Kakav je odnos između metode sekvencijalne konstrukcije algoritma i procesa kao što je pisanje eseja ili priprema za višednevno kampiranje? Poznata je visina svakog od N učenika 9A razreda i M učenika 9B razreda. Opišite u uvećanim blokovima algoritam za usporedbu prosječne visine učenika u tim razredima. U nizu od deset ćelija desno od robota, neke su ćelije zasjenjene. Posljednji osjenčani kvadrat može biti uz zid. Napišite algoritam koji boji ćelije iznad i ispod svake osjenčane ćelije. Provjerite rad algoritma u sljedećim slučajevima: * * Čemu služe pomoćni algoritmi? Opišite postupak izvršavanja instrukcije poziva pomoćnog algoritma u glavnom algoritmu. Jeste li se tijekom studija matematike i fizike susreli s idejom formalnih i stvarnih parametara? Navedite primjer. Koji se algoritmi nazivaju rekurzivnim? Navedite primjer vraćanja iz života. Osmislite algoritme prema kojima će robot bojati navedene ćelije. *** a B C

Referentni sažetak Metoda sekvencijalne konstrukcije algoritma jedna je od glavnih metoda za konstrukciju algoritama. Pojednostavljenje naredbi za postavljanje zadataka Zadatak je podijeljen na više jednostavno rješenje svaki dio problema formulira se u zasebnoj naredbi.Upute koje nadilaze mogućnosti izvođača prikazuju se u obliku jednostavnijih naredbi.Pomoćni algoritam – algoritam koji se u cijelosti koristi kao dio drugog algoritma.