Микробиологи часто выращивают бактерии на поверхности твердой среды в мясном отваре с желатином или агаром. Клетка, попавшая на поверхность этого питательного студня, начинает делиться и образует колонию (пятно определенной формы и цвета), в которой все клетки – потомки одной, первоначальной. Это очень распространенный прием получения чистой линии микробов.

4. ОБРАЗ ЖИЗНИ ПРОКАРИОТ

Хотя микроорганизмы незаметны в природе, они распространены в огромных количествах везде, особенно в почве. Фактически весь облик Земли создан ими. Питаться они могут фактически всем, исключая созданные человеком пластмассы, стиральные порошки и яды. Все прочее может усваиваться всевозможными бактериями.

Микроорганизмы характеризуют по природе трех необходимых компонентов жизни: энергии, углерода и водорода.

Водород нужен не сам по себе, а как источник электронов:

Н2 → 2Н+ + 2е¬, поэтому он может быть заменен другими соединениями и элементами, легко отдающими электроны.

По источнику энергии различают две категории организмов: фототрофы (использующие солнечный свет) и химотрофы (использующие энергию химических связей в питательных веществах).

По источнику углерода выделяют автотрофы (СО2) и гетеротрофы (органическое вещество). Наконец, по источнику водорода (электронов) различают органотрофы (потребляющие органику) и литотрофы (потребляющие необязательно камни /по греч. «литос» - камень), а производственные литосферы - каменной оболочки Земли; это могут быть и сам Н2 и NH3, H2S, S, SO, Fe2+ и так далее.

По такой классификации земные растения – фотолитотрофы (светокамнееды), животные – хемоорганотрофы (органоеды). В мире прокариот встречаются самые удивительные сочетания.

У прокариот есть еще одно замечательное свойство, которого лишены высшие организмы. Хотя азот (N2) по гречески означает «безжизненный», он необходим для жизни, поэтому он входит в состав основных ее слагающих – белков и нуклеиновых кислот. Но усваивать атмосферный азот ни растения, ни животные не в состоянии, это могут делать только некоторые прокариоты, сначала восстанавливая его до аммиака (NH3), затем превращая в нитриты (NO2) и нитраты (NO3). До развития химической промышленности все мы жили за счет бактерий. Этот процесс идет в бескислородной среде, поэтому связывающие азот микроорганизмы выработали специальные устройства для защиты его от кислорода.

5. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ПРОКАРИОТ

5.1. Бактерии – фототрофы

Многие бактерии используют свет, как источник энергии. Все они окрашены в красный, оранжевый, зеленый или сине-зеленый цвет; ведь для того, чтобы свет произвел какую-либо работу, он должен быть поглощен красителем – пигментом. У бактерий это разнообразные хлорофиллы и каротиноиды.

Пурпурные серные бактерии получают водород (электроны) из сероводорода (H2S), окисляя его до серы и сульфатов. Пурпурные несерные бактерии получают его из растворенных органических веществ.

Земные бактерии также могут усваивать H2S, молекулярный водород и органику. Большинство из них могут связывать молекулярный азот. Обитают они, чаще всего, в водоемах на поверхности ила, некоторые в горячих источниках.

Особенность бактериального фотосинтеза в том, что при нем выделяется свободный кислород (О2). Такой фотосинтез называют аноксигенным (бескислородным).

Совсем по другому используют энергию солнечного излучения цианобактерии ( их неточно называли сине-зелеными водорослями). Они расщепляют воду и используют водород, а молекулярный кислород выделяется в атмосферу. Полагают, что именно цианобактерии со своим оксигенным фотосинтезом сделали атмосферу нашей планеты кислородной.

Цианобактерии устойчивые к бытовому и промышленному загрязнению, вызывают «цветение» и порчу в водоемах, озерах, водохранилищах. Они могут жить и на прибрежных камнях и скалах, в горах и пустынях (им достаточно росы), в горячих источниках.

Но неприятности, порой причиняемые цианобактериями, можно «простить», и не только за то, что они когда-то сделали атмосферу Земли пригодной для нашего дыхания, выделяя свободный кислород.

Эти организмы активно связывают атмосферный азот, обеспечивая урожай рисовых полей и продуктивность всех других водоемов.

5.2. Бактерии – хемоавтотрофы

Многие бактерии получают энергию используя неорганические вещества: аммиак, нитриты, соединение серы, двухвалентное железо и ионы других металлов. Источником углерода для них является углекислый газ. К ним относятся бактерии, превращающие аммиак в нитриты – в нитраты. Другие бактерии получают энергию для своего роста, окисляя соединения серы:

Н2S → S → SO32- → SO42-

Так как сера и сероводород часто встречаются в горячих вулканических источниках, эти бактерии там обычны. Металлурги древности, в том числе и на Руси, высоко ценили железные болотные руды, залегавшие в болотах. Из них на древесном угле получалось высококачественное, чистейшее железо. Эти руды создают бактерии, окисляя двухвалентное железо до трехвалентного:

Fe2+ → Fe3+ .

Некоторые из железобактерий могут окислять и серу, перерабатывая растворимые сульфаты не только сульфиды железа, но и других металлов. Сейчас такие бактерии помогают металлургам, выщелачивая из бедных руд, цинк, сурьму, никель, марганец, молибден и уран. Проще всего через толстый слой измельченной породы пропускать воду с бактериями и собирать вытекающую воду с сульфатами соответствующих металлов. Все другие способы здесь оказываются экономически не выгодными.

5.3 Бактерии – органотрофы

Теперь перейдем к бактериям, потребляющим органическое вещество. Еще в прошлом веке великий французский химик и микробиолог Л.Пастер понял, что без микроорганизмов гниение и брожение превращающих органику в неорганические соединения NH3, H2S, CO2, H2O жизнь на Земле стала бы невозможной. Именно они замыкают круговорот биогенных веществ на нашей планете, поставляя зеленым растениям – фитотрофам необходимое «сырье». «Не по зубам» микроорганизмам только созданные человеком пластмассы, стиральные порошки и яды. Поэтому, они накапливаются в окружающей нас среде и уже начинают угрожать существованию самого человека.

Из микроорганизмов – органотрофов, чаще всего, люди применяют в своей практике бактерии, использующие как источник энергии реакцию брожения. Эти процессы идут без участия кислорода микроорганизмы, не нуждающиеся в Н2О, называют анаэробами.

Различают обязательных, облигатных анаэробов, для которых свободный кислород является ядом смертельным; и необязательных, факультативных, которые легко переходят от брожения к кислородному дыханию.

Бактерии молочнокислого брожения, получают энергию, превращая углеводы в молочную кислоту. Эта реакция идет и в мышцах, при очень напряженной работе, когда кровь не успевает доставлять кислород. Но в наших организмах она не может идти долго – образующаяся при этом молочная кислота, которую физиологи выразительно называют «токсином усталости» утомляют мышцу. Молочнокислые бактерии превращают молоко в простоквашу, кефир и кумыс. Они же образуют кислое тесто, разные сорта сыра, квашение капусты и огурцов, силос.