Do bakterii zaliczamy około 1500 gatunków.
Budowa
Bakterie są najmniejszymi znanymi organizmami. Wielkość ich komórek waha się od 0,2 do 80 um, przeciętnie wynosi 1 um. Komórka bakterii zbudowana jest inaczej niż u pozostałych organizmów. Przede wszystkim brak u niej właściwego jądra, które zastępuje twór, zwany nukleoidem (występujący pojedynczo lub po dwa w komórce), złożony ze splątanej nici nukleinowej, zwanej genoforem, funkcjonalnie odpowiadającej chromosomowi, choć różniące się od niego chemicznie. Poza nukleoidem w cytoplazmie znajduje się dużo ziarenkowatych rybosomów oraz mezosomy drobne twory, którym przypisuje się rolę centrów energetycznych. W cytoplazmie znajdują się również różne substancje zapasowe, jak: węglowodany (glikogen, amyloza), tłuszcze, białka i wolutyna (substancja bliżej nie zbadana, zawierająca fosfor). U bakterii fotosyntetyzujących występują twory (ciałka barwnikowe) zawierające chlorofil i spełniające rolę chloroplastów, lecz znacznie prościej od nich zbudowane.
Protoplast otoczony jest błoną cytoplazmatyczną (plazmalemmą), którą od zewnątrz okrywa ściana komórkowa. Ma ona swoisty, skomplikowany skład chemiczny (węglowodanowotłuszczowopeptydowy), inny niż u reszty organizmów. Poza nielicznymi wyjątkami brak w niej celulozy. Całą komórkę osłania ponadto różnej grubości otoczka śluzowa, która. ma dla organizmu znaczenie ochronne. Niektóre bakterie opatrzone są kurczliwymi rzęskami, dzięki którym organizm może poruszać się w środowisku płynnym. Na ścianie komórkowej wielu bakterii znajdują się cieniutkie wyrostki, zwane fimbriami. Jak dotychczas, nie udało się jeszcze stwierdzić, jakie znaczenie mają fimbrie. Przypuszcza się, że w niektórych przypadkach mogą one odgrywać pewną rolę w procesie płciowym.
Postać komórki bakterii bywa różna. Najpospolitsze bakterie właściwe mają komórki kuliste (ziarenkowiec), cylindryczne (pałeczka nie wytwarzająca przetrwalników, czyli organów, służących do przetrwania warunków niekorzystnych dla organizmu; laseczka tworząca przetrwalniki), spiralnie skręcone (przecinkowiec o komórce stanowiącej tylko część skrętu spirali; śrubowiec o komórce tworzącej więcej niż jeden skręt spirali). Bakterie w ogromnej większości są organizmami jednokomórkowymi. U niektórych gatunków komórki po podziale nie rozłączają się, lecz tworzą mniej lub bardziej trwałe układy. I tak komórki kuliste tworzą nieregularne skupienia (gronkowiec), łączą się po dwie (dwoinka), formują łańcuszki (paciorkowiec) lub różnej postaci pakiety (pakietowiec). Komórki cylindryczne mogą układać się w nici proste. Rozgałęzione nici spotykamy u promieniowców.
Sposób życia
Ogromna większość bakterii odżywia się materią organiczną. Taki sposób odżywiania się nazywamy cudzożywnością lub heterotrofią. Organizmy cudzożywne, które pobierają pokarm z martwych organizmów lub ich szczątków zwiemy roztoczami lub saprofitami. Zaś te, które atakują żywe organizmy i odżywiają się substancjami pobieranymi z ich ciała, określamy mianem pasożytów. Samożywność, czyli autotrofia, polega natomiast na wytwarzaniu materii organicznej z pobieranych z zewnątrz związków nieorganicznych (dwutlenek węgla, woda, sole mineralne) i jest właściwością prawie wyłącznie roślin zielonych. Wśród bakterii tylko nieliczne gatunki są autotrofami. Jedne z nich (bakterie purpurowe i zielone) zawierają chlorofil i, podobnie jak rośliny zielone, przeprowadzają proces fotosyntezy, wykorzystując do tego energię świetlną. Inne nie mają chlorofilu, lecz mogą asymilować dwutlenek węgla, uzyskując potrzebną do tego procesu energię z utleniania różnych związków nieorganicznych (np. siarkowodoru, soli amonowych, azotynów, związków żelazawych) lub pierwiastków (np. siarki, wodoru). I tak np. rozpowszechnione w glebie bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak i sole amonowe na azotyny, z kolei te związki na azotany. Proces asymilacji dwutlenku węgla, oparty na wykorzystaniu energii wiązań chemicznych bez udziału chlorofilu i energii świetlnej, nosi nazwę chemosyntezy i zachodzi tylko u pewnych bakterii i niektórych sinic.
Podobnie jak wszystkie inne organizmy, bakterie oddychają tj. utleniają związki organiczne, uzyskując stąd energię potrzebną do różnych procesów życiowych. W tym celu jedne z nich pobierają tlen z otoczenia i w związku z tym mogą żyć tylko w środowisku tlenowym. Nazywamy je tlenowcami lub aerobami. Inne natomiast potrafią żyć w środowisku beztlenowym, gdyż potrzebną im do życia, energię uzyskują z utleniania związków organicznych bez pobierania tlenu z zewnątrz. Nazywamy je beztlenowcami lub anaerobami.
Taki sposób beztlenowego oddychania, podczas którego powstają różne produkty uboczne, nosi nazwę fermentacji. W zależności od powstających w czasie tego procesu związków wyróżniamy fermentację mlekową (powstaje kwas mlekowy), masłową (kwas masłowy), alkoholową (alkohol) itp.
Nieliczne gatunki bakterii mają zdolność asymilacji azotu atmosferycznego (między innymi: beztlenowiec i tlenowiec. Azot jest pierwiastkiem niezbędnym do budowy ciała roślin i zwierząt (wchodzi w skład białek), jednak, mimo że występuje bardzo obficie w powietrzu (ok. 78%), w stanie wolnym jest dla nich niedostępny; Dlatego możliwość asymilacji wolnego azotu przez niektóre bakterie jest dla nich bardzo cenną właściwością, gdyż uniezależnia je od obecności związków azotowych w podłożu.
Tylko część bakterii ma zdolność ruchu. Poruszają się one za pomocą rzęsek, a tylko nieliczne pełzają po podłożu. Bakterie nie mają organelli zmysłowych, ale reagują na bodźce chemiczne i fizyczne.
Rozmnażają się wegetatywnie przez podział komórki, ale nie w drodze mitozy, jak komórki innych organizmów, lecz w sposób uproszczony. W warunkach korzystnych dla rozwoju podziały komórek mogą następować co 2030 minut, co w krótkim czasie mogłoby doprowadzić do powstania milionów potomstwa jednej komórki. Zwykle jednak nie dochodzi do tak gwałtownego rozwoju, gdyż przeciwdziała temu wyczerpanie się substancji pokarmowych w podłożu i nagromadzenie szkodliwych dla życia bakterii produktów przemiany materii. W ostatnich czasach odkryto u niektórych bakterii proces płciowy. Polega on na stykaniu się komórek różnych pod względem płciowym (tzw. koniugacja) i przekazywaniu materiału genetycznego w postaci części nukleoidu.
W warunkach niekorzystnych dla życia wiele gatunków wykształca przetrwalniki, zwane również endosporami, okryte bardzo grubą ścianą komórkową i powstające pojedynczo lub po dwa we wnętrzu komórki. Są one bardzo odporne na szkodliwe działanie różnych czynników, jak niska lub bardzo wysoka temperatura, promienie ultrafioletowe, chemiczne środki dezynfekcyjne itp.
Występowanie i rola w przyrodzie
Bez wielkiej przesady można powiedzieć, że bakterie występują wszędzie. Spotykamy je bowiem w całej biosferze od gorących źródeł po lody podbiegunowe, od szczytów górskich po głębiny oceanów, w glebie i w wodzie, w martwych i żywych organizmach. Żywe bakterie, będące w aktywnym stanie, występują jednak tylko w środowisku płynnym lub półpłynnym, ale przy ich mikroskopijnych wymiarach wystarcza im bardzo mała ilość płynu. W powietrzu mogą występować przejściowo, przenoszone w grudkach pyłu, gdzie dość dobrze znoszą krótkotrwałą suszę. W środowisku powietrznym najczęściej spotykamy przetrwalniki, które za pomocą prądów powietrza mogą być przenoszone na znaczne odległości.
To niezwykle szerokie rozprzestrzenienie bakterii możliwe jest dzięki bardzo drobnym wymiarom tych organizmów, ich ogromnej sile rozrodczej, odporności na niekorzystne dla życia warunki otoczenia i wielkiej różnorodności wymagań życiowych.
W dogodnych warunkach bakterie rozwijają się masowo, a szczególnie obficie w miejscach, gdzie występuje dużo różnych substancji organicznych (ścieki, różne nieczystości, obornik, kompost, muły denne, dobrze nawożona gleba).
Bakterie odgrywają ogromną rolę w przyrodzie, rozkładając szczątki roślinne i zwierzęce, przeciwdziałając gromadzeniu się ich w coraz większej ilości. Na skutek działalności tych mikroorganizmów ulegają one rozkładowi na związki proste, jak amoniak, dwutlenek węgla i woda, które zostają włączone w ogólny obieg materii. Bakterie oddziałują nie tylko na materię organiczną, ale dokonują również szeregu przemian wśród związków nieorganicznych. Stanowią więc ważne ogniwo w procesie krążenia pierwiastków w przyrodzie (głównie węgla, azotu, fosforu i siarki). Odgrywają istotną rolę w procesach glebotwórczych, co ma podstawowe znaczenie dla kształtowania się pokrywy roślinnej.. Stanowią integralną część biosfery i bez nich nie do pomyślenia byłoby kształtowanie się życia na naszej planecie w takiej formie, w jakiej ono dzisiaj występuje.
Wiele bakterii jako środowisko swego życia obrało ciało żywych organizmów. Obecność ich wcale nie jest obojętna dla organizmu gospodarza, zarówno w sensie negatywnym, jak i pozytywnym. Wyraźną szkodę przynoszą mu pasożyty, odżywiające się jego kosztem i wydzielające przy tym różne toksyny (trucizny). Wskutek tego zaatakowany organizm choruje, a nawet ginie. Powszechnie znane są różne bakterie pasożytnicze powodujące choroby człowieka, zwierząt i roślin.
Istnieją pewne bakterie, które żyjąc w ciele gospodarza, odżywiają ..się wprawdzie jego kosztem, jednak przynoszą mu 'pewne. korzyści,
"które w bilansie ogólnym równoważą wyrządzane mu szkody, a nawet je przewyższają. Są to bakterie symbiotyczne. Przykładem tych stosunków może być symbioza roślin motylkowych z. bakteriami brodawkowymi (rys. 3) występującymi w korzeniach tych roślin (np. łubinu, koniczyny, grochu, seradeli itp.). Bakterie te mają zdolność asymilowania azotu atmosferycznego. Z gleby wnikają przez włośniki do korzeni, gdzie początkowo pędzą pasożytniczy tryb życia, odżywiając się kosztem gospodarza. Powodują one lokalny rozrost tkanki korzenia i powstawanie. charakterystycznych brodawek. Po pewnym czasie bakterie wypełniające brodawkę zmieniają swą postać z pałeczkowatej na rozgałęzioną i ulegają strawieniu przez gospodarza, a zawarte' w nich substancje bogate w związki azotowe zostają przyswojone przez roślinę. Symbioza ta uniezależnia rośliny motylkowe od zasobów związków azotowych w podłożu, wskutek czego rośliny te mogą żyć na glebach ubogich w ten pierwiastek. Podobny charakter mają niektóre inne symbiozy roślinne.
Bakterie symbiotyczne występują również w ciele zwierząt. Zasied1ają one ich przewód pokarmowy, ułatwiając, a niekiedy w ogóle umożliwiając trawienie pokarmu. Spotykamy je w przewodzie pokarmowym niektórych owadów, jak np. termitów, gdzie umożliwiają trawienie pokarmu roślinnego zawierającego celulozę. Żyją również w prze wodzie pokarmowym ptaków i ssaków, odżywiających się pokarmem roślinnym. Bardzo bogatą florę bakteryjną zawiera żwacz zwierząt przeżuwających, dzięki której w ogóle możliwe jest trawienie pokarmu roślinnego. Nawet u zwierząt wszystkożernych i mięsożernych występuje w przewodzie pokarmowym swoista flora bakteryjna, w dużej mierze ułatwiająca proces trawienia. Poza włączeniem się mikroorganizmów w procesy trawienne, bakterie zamieszkujące przewód pokarmowy spełniają jeszcze inną doniosłą rolę: są dla gospodarza źródłem różnych witamin (np. witaminy B, K). Dlatego stosowanie antybiotyków powoduje wyjałowienie przewodu pokarmowego, a w konsekwencji upośledzenie trawienia i niedobór witamin w organizmie.
Znaczenie w życiu człowieka
Znaczenie bakterii dla człowieka związane jest z ich działalnością, tak pozytywną, jak i negatywną.
Bardzo niebezpiecznym wrogiem człowieka, a także zwierząt i roślin, są bakterie chorobotwórcze. Wprawdzie walka z nimi przez szczepienia ochronne, odpowiednie leczenie (antybiotyki), stosowanie środków dezynfekcyjnych i odpowiednią higienę przynosi coraz lepsze rezultaty, to jednak istnieje z ich strony stałe niebezpieczeństwo; stąd ciągłe pogotowie służby sanitarnoepidemiologicznej. Innym negatywnym dla człowieka przejawem działalności bakterii są powodowane przez nie procesy rozkładu, które przysparzają wiele strat gospodarce ludzkiej. Dotyczy to zarówno produktów żywnościowych, jak i wielu surowców i artykułów przemysłowych, jak drewno, włókno, papier itp. Specjalne zabiegi. zapobiegające tym procesom (np. mrożenie, suszenie, wędzenie, pasteryzacja żywości, impregnacja drewna, papieru, włókien) umożliwiają długie przechowywanie produktów w stanie zdatnym do użytku.
Z drugiej strony wiele procesów wywoływanych przez bakterie wykorzystuje się w gospodarce człowieka. I tak np. niektóre fermentacje wykorzystuje się w celu otrzymania różnych kiszonek poprawiających smak i trwałość produktów spożywczych (kapusta, ogórki) i pasz; do produkcji octu, acetonu, alkoholu, kwasu mlekowego i cytrynowego, w przemyśle serowarskim i mleczarskim; w procesie roszenia lnu i konopi; do produkcji niektórych witamin (np. witaminy B12, C) i antybiotyków (np. streptomycyny). Ogromnie pożyteczny z gospodarczego punktu widzenia jest udział bakterii w procesach glebotwórczych i fermentacji obornika. Duże znaczenie dla rolnictwa mają bakterie symbiotyczne występujące w korzeniach roślin motylkowych. Rośliny te otrzymują za pośrednictwem bakterii wiele związków bogatych w azot. Worane w glebę, jako tzw. nawóz zielony, rozkładają się, a zawarte w nich związki azotowe przechodzą do gleby, wzbogacając ją w ten cenny pierwiastek. Również bardzo ważnym procesem wzbogacającym glebę w azot jest przeprowadzana przez niektóre bakterie glebowe nitryfikacja. Polega ona na utlenianiu amoniaku i powstawaniu łatwo przez rośliny przyswajalnych azotanów.
Ogromną rolę odgrywają bakterie w oczyszczaniu wód i ścieków, co przy dzisiejszym stanie zanieczyszczania rzek ma coraz większe znaczenie. Dla nauki wreszcie stanowią niezwykle interesujący obiekt różnych badań.
Podział systematyczny bakterii
Klasyfikacja bakterii na podstawie tylko cech morfologicznych jest niewystarczająca. Dlatego stosuje się w wielu przypadkach szereg innych kryteriów, jak: właściwości fizjologiczne, ekologia, zachowanie się w sztucznie prowadzonych kulturach i wreszcie różna barwliwość.
Powszechnie stosowaną metodą barwienia preparatów bakteryjnych jest metoda Grama. Bakterie, których preparaty przy użyciu tej metody pozostają trwale zabarwione, określa się jako gramdodatnie, te natomiast, których preparaty odbarwiają się w alkoholu, nazywamy gramujemnymi.
Bakterie dzielimy na 4 klasy:
- bakterie właściwe
- bakterie śluzowe
- krętki
- bakterie nitkowate
Bakterie, właściwe mają ciało otoczone dość sztywną ścianą. Zalicza się do nich najpospolitsze, powszechnie występujące gatunki, jak: gronkowiec złocisty (pasożyt wywołujący zakażenie ropne; dwoinka rzeżączki, powodująca jedną z dość częstych chorób wenerycznych; bakterie nitryfikacyjne; pałeczka okrężnicy; pałeczka zapalenia płuc; azotobakter, zdolny do wiązania azotu atmosferycznego; bakterie brodawkowe; laseczka sienna, powodująca zagrzewanie się wilgotnego siana; beztlenowe laseczki zdolne do asymilacji azotu atmosferycznego; bakterie octowe; bakterie siarkowe; przecinkowiec cholery; fotosyntetyzujące bakterie purpurowe; bakterie przeprowadzające fermentację mlekową i tworzące kwas masłowy. Do omawianej klasy zalicza się również promieniowce, bakterie pałeczkowate lub mające postać rozgałęzionych nici, które mogą ulegać rozpadowi na drobne człony. Należy do nich, między innymi, prątek gruźlicy i prątek trądu oraz wiele bakterii glebowych, z których otrzymujemy cenne antybiotyki, jak np. streptomycynę.
Bakterie śluzowe mają ciało giętkie, poruszają się ruchem pełzającym i tworzą dość duże ciała owocowe; występują w glebie.
Krętki o komórkach cienkich, giętkich, spiralnie skręconych, pozbawionych ściany komórkowej; żyją pasożytniczo lub jako saprofity w wodzie. Należy do nich, między innymi, krętek kiły wywołujący bardzo niebezpieczną chorobę weneryczną.
Bakterie nitkowate o kształcie nici złożonych z cylindrycznych lub krążkowatych komórek. Należą tu np. bakterie wodne pospolicie występujące w wodzie i tworzące kłaczkowate skupienia.
Wiek. Pochodzenie
Bakterie należą do najstarszych na Ziemi organizmów. Odkryte w prekambryjskich osadach ślady drobnoustrojów przypominające bakterie pozwalają ocenić wiek tych istot na ponad 2 miliardy lat.