Необычные бактерии. Интересные факты о микроорганизмах

Бактерии увлекательные микроорганизмы. Многие люди думают о них как о виновниках болезней. Это правда, что некоторые микроорганизмы могут сделать нас больными, но многие безвредны и даже полезны. Исследователи обнаружили, что некоторые микроорганизмы имеют удивительные способности, которые интересны сами по себе, и могут быть в будущем полезны для человека.

Несмотря на то что большинство бактерий состоят из одной микроскопической клетки, они не так просты, как считалось ранее. Бактерии могут общаться друг с другом и координировать свои действия. Некоторые из них могут выжить в экстремальных условиях окружающей среды, в которых человек не выживет; другие могут производить свет, а некоторые могут обнаруживать магнитные поля и реагировать на них. Существуют и бактерии хищники, нападающие на других бактерий.

В данной статье описаны необычные особенности некоторых известных бактерий. Ученые исследуют природу, находят новые микроорганизмы и узнают больше о ранее выявленных. Вскоре они могут обнаружить много удивительных фактов о микробах, в нашем мире.

Исследования показали, что бактерии делятся на две отдельные группы, исходя из их различных характеристик. Эти группы называют царствами или доменами эубактерий и архебактерий. В последней схеме классификации, archaeons (члены домена археи) не считаются бактериями.

Экстремофилы: жизнь в экстремальных условиях окружающей среды

Некоторые бактерии живут в экстремальных условиях и называются экстремофилы. «Экстремальные» условия (по человеческим меркам) с очень высокой или очень низкой температурой, с высоким давлением, соленостью, кислотностью, щелочностью, высоким уровнем излучения, или при отсутствии кислорода.

Микробы, известные как archaeons часто живут в экстремальных условиях. Archaeons похожи на обычные бактерии под микроскопом, но они генетически и биохимически очень отличаются. Часто называются бактериями, но большинство микробиологов считает, что этот термин неточный.

Примеры экстремофильных бактерий

• Галофильные бактерии живут в соленой среде.
• Salinibacter ruber палочковидной формы, оранжево-красная бактерия, которая растет лучше всего, когда живет в водоемах, содержащих от 20% до 30% соли. (В морской воде содержится около 3,5% соли по весу.).
• Некоторые галофильные археи очень хорошо живут в воде, насыщенной солью, к примеру в Мертвом море, соляных озерах, природных солончаках, а также бассейнах для выпаривания морской воды. В таких местах могут развиться плотные популяции архей.
• Галофильные археи часто содержат пигменты, называемые каротиноидами. Эти пигменты придают клеткам оранжевый или красный цвет.
• Термофильные бактерии живут в горячих средах.
• Гипертермофильные бактерии живут в очень горячей среде, имеющей температуру не менее 60 С (140 F). Оптимальная температура для них превышает 80 С (176 F).
• Бактерии живущие вокруг гидротермальных источников в океане, чтобы выжить, нуждаются в температуре не менее 90 C (194 F). Гидротермальные жерла — это трещины в земной поверхности, из которых геотермически проступает вода.
• Некоторые археи выживают около глубоководных жерл при температуре более 100 С (212 F). Высокое давление предотвращает закипание воды.
• В 2013 году ученые обнаружили бактерии под названием halocryophilus planococcus, живущие в условиях вечной мерзлоты в высоких широтах Арктики. Бактерия воспроизводится при -15 C, это низкотемпературный рекорд. Эти существа могут выжить при -25 C.
• Deinococcus radiodurans, которых иногда называют «жесткими бактериями», могут выдержать холод, кислоту, обезвоживание, вакуум и радиацию в тысячу раз более сильную, чем может выдержать человек.

Биолюминесценция, светящиеся бактерии

Биолюминесцентные бактерии встречаются в морской воде, в отложениях на дне океана, на телах мертвых и разлагающихся морских животных, и у морских существ. Некоторые морские животные имеют специализированные световые органы, содержащие биолюминесцентные бактерии.

Фонарь глубоководной рыбы — это интересный пример животного, содержащего люминесцирующие бактерии. Есть целый ряд различных видов рыб с фонариками, принадлежащих к одному семейству (Anomalopidae). Рыбы имеют небольшой бобовидный орган под каждым глазом. Свет от органов загорается и гаснет как фонарик. У некоторых рыб свет «выключается» с помощью темной оболочки, покрывающей колонию бактерий и снова включается при снятии пленки. Действие мембраны напоминает веко. У другой рыбы колония с бактериями перемещается в карман в глазнице, чтобы скрыть свет.

Рыба-фонарь ведет ночной образ жизни. Она использует свой свет, чтобы общаться с другими рыбами и для привлечения добычи. Свет также помогает рыбе избежать хищников. Хищники часто путаются при включении и отключении света, им трудно найти рыбу и заметить как она меняет направление движения в воде.

Свет рыбы-фонаря производится бактериями, живущими в световом органе. Бактерии содержат молекулу под названием люциферин, которая светится при реакции с кислородом. Фермент люцифераза необходим для того, чтобы реакция произошла. Бактерии живут в световом органе рыбы-фонарь, получая питательные вещества и кислород из крови рыб.

Рыба-фонарик с биолюминесцентными бактериями

Рыба-фонарик на видео выше — Малый фонареглаз (лат. Photoblepharon palpebratum).

Общение между бактериями

Бактерии общаются друг с другом передачей сигнальных молекул между клетками. Сигнальные молекулы представляют собой химические вещества, вырабатываемые бактериями и связанные с рецепторами на поверхности других бактерий.

Исследователи обнаружили, что многие виды микроорганизмов способны обнаруживать сигнальные молекулы, которые присутствует в их среде. Этот процесс называется чувством кворума. Бактерии реагируют на химический сигнал только тогда, когда концентрация молекул достигает определенного уровня.

Если присутствуют всего несколько бактерий, уровень сигнальных молекул слишком мал и бактерии не реагируют на его присутствие. Если количество бактерий достаточное, они производят достаточно сигнальных молекул, чтобы вызвать специфический ответ. Тогда все бактерии одновременно реагируют таким же образом. Бактерии косвенно определяют плотность их населения и изменяют свое поведение, когда их собирается определенное количество — «кворум».

Чувство кворума позволяет бактериям координировать свои действия и оказывать сильное влияние на свое окружение. Например, патогенные бактерии (вызывающие болезни) часто способны сильнее атаковать тело, когда они координируют свое поведение.

Гавайский бобтейл-кальмар (Euprymna scolopes)

Чувство кворума у люминесцирующих бактерий

Гавайский короткохвостый кальмар интересно применяет люминесцирующие бактерии. Крошечный кальмар всего около дюйма длиной, ведет ночной образ жизни и прячется в песке или грязи. Ночью становится активным и питается в основном ракообразными, такими как креветки. Кальмар имеет легкий орган в нижней части ее тела, содержащий биолюминесцентные бактерии, которые называются Vibrio fischeri. Интересно что это единственный вид бактерии, которая была найдена в этом органе.

Бактериальные клетки вырабатывают сигнальные молекулы, известные как аутоиндуктор. Аутоиндуктор скапливается внутри небольшого органа, достигая критического уровня и активирует гены люминесценции бактерий. Этот процесс является примером чувства кворума.

Свет излучаемый бактериями, помогает сделать силуэт кальмара не видимым для хищников. Свет от колонии отражается от света, отражающегося в океан от луны и скрывает кальмара предохраняя его от тени.

Утром кальмар осуществляет процесс продувки. Большинство бактерий колонии выпускаются в океан. Те которые остаются, производят потомство. Когда наступит ночь, бактериальная популяция вновь достаточно концентрированна, чтобы производить свет. Ежедневное вентилирование означает, что бактерий никогда не станет так много, что они не смогут получить достаточно питания и энергии для производства света.

Бактерии в гавайском кальмаре

Бактерии и кальмары извлекают обоюдную выгоду от отношений. Кальмар камуфлируется когда бактерия активна. В качестве пищи бактерии используют аминокислоты и сахар. Также они защищены, пока находятся внутри кальмара.

Хищные бактерии

Хищные бактерии атакуют и убивают других бактерий. Исследователи обнаружили, что они широко распространены в воде и почве. Два примера этих бактерий описаны ниже.

• Vampirococcus живет в пресноводных озерах с высоким содержанием серы. Он поедает гораздо большие по размеру, пурпурные бактерии под названием Chromatium, поглощая жидкость из своей жертвы, убивает ее. Этот процесс напоминает ранее исследованных кровососущих вампиров и именно это стало идеей для названия бактерии.
• В отличие от Vampirococcus, Bdellovibrio bacteriovorus прикрепляется к другой бактерии, а затем входит в нее вместо того, чтобы оставаться снаружи.
• Она производит ферменты, переваривающие оболочку своей добычи, а также вращается, что позволяет ей практически просверливать свою жертву.
• Bdellovibrio размножается внутри своей добычи, а затем уничтожает ее.
• Хищник может плавать на скорости 100 своих размеров в секунду, что делает его одним из самых быстро движущихся, среди всех известных бактерий.

Некоторые исследователи изучают возможность использования этих организмов для уничтожения болезнетворных бактерий, вредных для человека.

Бактерия Bdellovibrio атакует кишечную палочку

Бактерии и магнитные поля

Ученые раньше не знали что некоторые бактерии могут обнаруживать магнитные поля. Ричард П. Блэкмор, ученый в Вудс-Холлского Океанографического Института открыл это явление в 1975 году. Магнитные бактерии, также называемые magnetotactic bacteria, выявляют и реагируют на магнитное поле Земли (или поле, создаваемое магнитом, размещенным рядом с ними).

• Блэкмор заметил, что некоторые микробы всегда перемещаются в сторону магнита, когда он наблюдает их под микроскопом.
• Он также заметил, что если поместить магнит рядом с горкой, эти бактерии всегда двигались в сторону северного полюса магнита.
• Магнитные бактерии содержат особые органеллы под названием магнетосомы.
• Магнетосомы содержат магнетит или грейгит, являющиеся магнитными кристаллами.
• Каждый магнитный кристалл представляет собой крошечный магнит, имеющий северный и южный полюс, как и другие магниты.
• Поскольку магниты притягиваются друг к другу противоположными полюсами, магнитные кристаллы в бактерии притягиваются к магнитному полю Земли.

Ученые исследуют способы, в которых магнитные свойства бактерий могут помочь людям.

Бактерии, двигающиеся в магнитном поле

Дальнейшие исследования бактерий

Бактерии — это мельчайшие организмы, живущие в различных местах обитания. Некоторые из этих мест обитания негостеприимны или почти недоступны для их исследования. Очень возможно, что еще не раскрыты удивительные способности бактерий, которые еще предстоит открыть, и что некоторые из этих способностей могут улучшить нашу жизнь. Результаты дальнейших исследований должны быть довольно интересными.

Если вы смогли прочесть до конца эту большую статью, значит вам вероятно было интересно. В рамках сайта невозможно написать все об этих существах, ведь их так много видов. Поэтому предлагаем еще одну статью, в которой собраны лишь самые интересные факты о бактериях. Только факты и ничего лишнего.