Le message sur les bactéries peut être utilisé pour préparer un cours de biologie. Le rapport sur les bactéries peut être complété par des faits intéressants.
Rapport sur le thème « Bactéries »
Les plus petits organismes vivants sont les bactéries. Tout le monde connaît leurs méfaits, mais ils peuvent aussi être bénéfiques.
Que sont les bactéries ?
Les bactéries sont organismes unicellulaires de taille microscopique, un des types de microbes.
On les trouve aux quatre coins de notre planète : en Antarctique, dans l’océan, dans l’espace, dans les sources chaudes et dans les plans d’eau les plus salés.
Le poids total de bactéries chez chaque personne atteint 2 kg ! Et leurs tailles dépassent rarement 0,5 micron.
Un grand nombre de bactéries habitent le corps des animaux et y remplissent diverses fonctions.
A quoi ressemblent les bactéries ?
Ils peuvent avoir des formes en forme de tige, sphériques, en spirale et autres. De plus, la plupart d'entre eux sont incolores, seules les espèces rares sont vertes et violettes. De plus, au fil des milliards d'années, ils ne changent qu'à l'intérieur, mais leur apparence reste inchangée.
Qui a découvert les bactéries ?
Le premier explorateur du micromonde fut le naturaliste néerlandais Antoni Van Leeuwenhoek. C'est lui qui a inventé le premier microscope. Essentiellement, il s’agissait d’une petite lentille d’un diamètre de pois, donnant un grossissement de 200 à 300 fois. Il ne pouvait être utilisé qu’en le pressant contre l’œil.
En 1683, il découvre et décrit plus tard des « animaux vivants » vus à travers une lentille dans une goutte d’eau de pluie. Au cours des 50 années suivantes, il a étudié divers micro-organismes, décrivant plus de 200 de leurs espèces. Grâce à Leeuwenhoek, une nouvelle science est née : la microbiologie.
Informations générales sur les bactéries
Notre planète doit la naissance des formes de vie multicellulaires aux bactéries. Ils jouent un rôle majeur dans le maintien de la circulation des substances sur Terre. Des générations de personnes se remplacent, les plantes meurent, les déchets ménagers et les coquilles obsolètes de diverses créatures s'accumulent - tout cela est utilisé et, avec l'aide de bactéries, se décompose au cours du processus de décomposition. Et les composés chimiques formés dans ce cas sont rejetés dans l'environnement.
Il existe des « bonnes et des mauvaises » bactéries.
Les « mauvaises » bactéries conduire à la propagation d'un grand nombre de maladies, allant de la peste et du choléra à la coqueluche et à la dysenterie. Ils pénètrent dans notre corps par le biais de gouttelettes en suspension dans l’air, avec la nourriture, l’eau et par la peau. Les bactéries peuvent vivre dans nos organes et tant que notre système immunitaire y fait face, elles ne se manifestent d’aucune façon. La vitesse de leur reproduction est étonnante. Toutes les 20 minutes, leur nombre double. Cela signifie qu’un seul microbe pathogène génère, en 12 heures, une armée de plusieurs millions de bactéries identiques à celles qui attaquent le corps.
Il existe un autre danger posé par les bactéries. Ils provoquent des intoxications chez les personnes qui consomment des aliments avariés - aliments en conserve, saucisses, etc.
Une grande avancée dans la lutte contre les bactéries pathogènes a été la découverte en 1928 de la pénicilline, le premier antibiotique au monde capable d'inhiber la croissance et la reproduction des bactéries. C’est ainsi que les gens ont appris à traiter des maladies qui entraînaient auparavant la mort.
Mais les bactéries sont capables de s’adapter à l’action des antibiotiques. Cette capacité des bactéries à muter est devenue une réelle menace pour la santé humaine et a conduit à l’émergence d’infections incurables.
Maintenant parlons à propos des « bonnes » bactéries. Les bonnes bactéries vivent dans la bouche, la peau, l’estomac et d’autres organes.
La plupart d’entre eux sont extrêmement utiles (ils aident à digérer les aliments, participent à la synthèse de certaines vitamines, et nous protègent même de leurs homologues pathogènes).
Il est intéressant de noter que les bactéries sont sensibles aux préférences gustatives des gens.
Chez les Américains qui consomment traditionnellement des aliments riches en calories (fast foods, hamburgers), les bactéries sont capables de digérer les aliments riches en graisses. Et certains Japonais possèdent des bactéries intestinales adaptées pour digérer les algues.
Le rôle des bactéries dans la vie humaine
Les gens ont commencé à utiliser des bactéries avant même leur découverte. Depuis l'Antiquité, les gens produisaient du vin, des légumes fermentés, du kéfir préparé, du lait caillé et du kumiss, du fromage cottage et des fromages.
Bien plus tard, on a découvert que les bactéries étaient impliquées dans tous ces processus.
Les gens élargissent constamment leur champ d'application - ils ont été «formés» pour lutter contre les ravageurs des plantes et enrichir le sol en azote, ensiler le fourrage vert et purifier les eaux usées, dans lesquelles ils dévorent littéralement divers résidus organiques.
Les scientifiques envisagent désormais de créer des bactéries sensibles à la lumière et de les utiliser pour produire de la cellulose biologique.
Nous espérons que les informations fournies sur les bactéries vous ont aidé. Et vous pouvez laisser votre histoire sur les bactéries en utilisant le formulaire de commentaires.
Morphologie des bactéries, structure d'une cellule procaryote.
Dans les cellules procaryotes, il n’y a pas de frontière claire entre le noyau et le cytoplasme, ni de membrane nucléaire. L'ADN de ces cellules ne forme pas de structures similaires aux chromosomes eucaryotes. Par conséquent, les processus de mitose et de méiose ne se produisent pas chez les procaryotes. La plupart des procaryotes ne forment pas d'organites intracellulaires délimitées par des membranes. De plus, les cellules procaryotes ne possèdent ni mitochondries ni chloroplastes.
Bactéries, en règle générale, sont des organismes unicellulaires, leur cellule a une forme assez simple, une boule ou un cylindre, parfois courbée. Les bactéries se reproduisent principalement en se divisant en deux cellules égales.
bactéries sphériques sont appelés coques et peut être sphérique, ellipsoïdale, en forme de haricot et lancéolée.
En fonction de l'emplacement des cellules les unes par rapport aux autres après division, les coques sont divisées en plusieurs formes. Si, après la division, les cellules divergent et sont situées individuellement, ces formes sont alors appelées monocoques. Parfois, les cocci, en se divisant, forment des grappes ressemblant à une grappe de raisin. Des formes similaires font référence à staphylocoque. Les coques qui restent en paires connectées après division dans le même plan sont appelées diplocoques, et les générateurs de différentes longueurs de chaîne sont streptocoques. Les combinaisons de quatre coques qui apparaissent après la division cellulaire dans deux plans mutuellement perpendiculaires représentent tétracoques. Certains cocci se divisent en trois plans mutuellement perpendiculaires, ce qui conduit à la formation de grappes particulières de forme cubique appelées sardines.
La plupart des bactéries ont cylindrique, ou en forme de tige, forme. Les bactéries en forme de bâtonnet qui forment des spores sont appelées bacilles, et ne formant pas de spores - bactéries.
Les bactéries en forme de bâtonnet diffèrent par leur forme, leur taille, leur longueur et leur diamètre, la forme des extrémités de la cellule, ainsi que leur position relative. Ils peuvent être cylindriques avec des extrémités droites ou ovales avec des extrémités arrondies ou pointues. Les bactéries sont également légèrement courbées, on trouve des formes filamenteuses et ramifiées (par exemple, les mycobactéries et les actinomycètes).
En fonction de la disposition relative des cellules individuelles après division, les bactéries en forme de bâtonnets sont divisées en bâtonnets eux-mêmes (arrangement unique de cellules), diplobactéries ou diplobacilles (arrangement de cellules par paires), streptobactéries ou streptobacilles (forment des chaînes de différentes longueurs). On trouve souvent des bactéries froissées ou en forme de spirale. Ce groupe comprend les spirilles (du latin spira - curl), qui ont la forme de longues tiges recourbées (de 4 à 6 tours), et les vibrions (latin vibrio - je plie), qui ne font que 1/4 de tour de spirale. , semblable à une virgule .
On connaît des formes filamenteuses de bactéries qui vivent dans les plans d’eau. En plus de celles énumérées, il existe des bactéries multicellulaires qui portent des excroissances éthiques à la surface de la cellule protoplasmique - des bactéries prosthéques, triangulaires et en forme d'étoile, ainsi que celles en forme d'anneau fermé et ouvert et des bactéries en forme de ver.
Les cellules bactériennes sont très petites. Ils sont mesurés en micromètres et les détails de la structure fine en nanomètres. Les coques ont généralement un diamètre d'environ 0,5 à 1,5 microns. La largeur des formes de bactéries en forme de bâtonnet (cylindriques) varie dans la plupart des cas de 0,5 à 1 micron et la longueur est de plusieurs micromètres (2-10). Les petites tiges ont une largeur de 0,2 à 0,4 et une longueur de 0,7 à 1,5 microns. Parmi les bactéries, il peut aussi y avoir de véritables géants, dont la longueur atteint des dizaines, voire des centaines de micromètres. Les formes et tailles des bactéries varient considérablement en fonction de l'âge de la culture, de la composition du milieu et de ses propriétés osmotiques, de la température et d'autres facteurs.
Parmi les trois principales formes de bactéries, les coques sont les plus stables en termes de taille ; les bactéries en forme de bâtonnet sont plus variables, la longueur des cellules changeant de manière particulièrement significative.
Une cellule bactérienne placée à la surface d’un milieu nutritif solide se développe et se divise, formant une colonie de bactéries descendantes. Après quelques heures de croissance, la colonie est déjà constituée d'un si grand nombre de cellules qu'elle est visible à l'œil nu. Les colonies peuvent avoir une consistance visqueuse ou pâteuse et, dans certains cas, elles sont pigmentées. Parfois, l'aspect des colonies est si caractéristique qu'il permet d'identifier les micro-organismes sans trop de difficultés.
Fondements de la physiologie bactérienne.
En termes de composition chimique, les micro-organismes diffèrent peu des autres cellules vivantes.
L'eau représente 75 à 85 % et les produits chimiques y sont dissous.
Matière sèche 15-25%, contient des composés organiques et minéraux
Nutrition des bactéries. Les nutriments pénètrent dans la cellule bactérienne de plusieurs manières et dépendent de la concentration des substances, de la taille des molécules, du pH de l'environnement, de la perméabilité de la membrane, etc. Par type de nourriture les micro-organismes sont divisés en :
autotrophes - synthétisent toutes les substances contenant du carbone à partir du CO2 ;
hétérotrophes – utilisent des substances organiques comme source de carbone ;
saprophytes - se nourrissent de matière organique provenant d'organismes morts;
Respiration des bactéries.
La respiration, ou oxydation biologique, est basée sur des réactions redox qui se produisent avec la formation d'une molécule d'ATP. En ce qui concerne l'oxygène moléculaire, les bactéries peuvent être divisées en trois groupes principaux :
aérobies obligatoires - ne peuvent se développer qu'en présence d'oxygène ;
anaérobies obligatoires - poussent dans un milieu sans oxygène, ce qui est toxique pour eux ;
Anaérobies facultatifs - peuvent se développer avec ou sans oxygène. Croissance et reproduction des bactéries.
La plupart des procaryotes se reproduisent par fission binaire, moins fréquemment par bourgeonnement et fragmentation. Les bactéries se caractérisent généralement par un taux de reproduction élevé. Le temps de division cellulaire chez diverses bactéries varie assez considérablement : de 20 minutes pour E. coli à 14 heures pour Mycobacterium tuberculosis. Sur un milieu nutritif solide, les bactéries forment des amas de cellules appelées colonies. Enzymes bactériennes.
Les enzymes jouent un rôle important dans le métabolisme des micro-organismes. Il y a:
endoenzymes - localisées dans le cytoplasme des cellules ;
exoenzymes - libérées dans l'environnement.
Les enzymes agressives détruisent les tissus et les cellules, provoquant une large diffusion des microbes et de leurs toxines dans les tissus infectés. Les propriétés biochimiques des bactéries sont déterminées par la composition des enzymes :
saccharolytique – dégradation des glucides ;
protéolytique – dégradation des protéines,
lipolytique – dégradation des graisses,
et constituent un élément de diagnostic important dans l’identification des micro-organismes.
Pour de nombreux micro-organismes pathogènes, la température optimale est de 37°C et le pH de 7,2 à 7,4.
Pour les bactéries, la teneur en eau du substrat doit être supérieure à 20 %. L'eau doit être sous une forme accessible : en phase liquide dans la plage de température de 2 à 60°C ; cet intervalle est connu sous le nom de zone biocinétique. Bien que chimiquement l'eau soit très stable, les produits de son ionisation - les ions H+ et OH" ont une très grande influence sur les propriétés de presque tous les composants de la cellule (protéines, acides nucléiques, lipides, etc.). Ainsi, l'activité catalytique des enzymes dépend en grande partie de la concentration en ions H+ et OH. »
La fermentation est le principal moyen par lequel les bactéries obtiennent de l’énergie.
La fermentation est un processus métabolique qui aboutit à la formation d’ATP, et les donneurs et accepteurs d’électrons sont des produits formés au cours de la fermentation elle-même.
La fermentation est le processus de dégradation enzymatique des substances organiques, principalement des glucides, se déroulant sans utilisation d'oxygène. Il sert de source d’énergie pour la vie du corps et joue un rôle important dans le cycle des substances et dans la nature. Certains types de fermentation provoqués par des micro-organismes (alcoolique, acide lactique, acide butyrique, acide acétique) sont utilisés dans la production d'alcool éthylique, de glycérine et d'autres produits techniques et alimentaires.
Fermentation alcoolique(effectuée par la levure et certains types de bactéries), au cours de laquelle le pyruvate est décomposé en éthanol et en dioxyde de carbone. Une molécule de glucose donne deux molécules d’alcool (éthanol) et deux molécules de dioxyde de carbone. Ce type de fermentation est très important dans la production de pain, le brassage, la vinification et la distillation.
Fermentation lactique, au cours de laquelle le pyruvate est réduit en acide lactique, est réalisée par des bactéries lactiques et d'autres organismes. Lorsque le lait est fermenté, les bactéries lactiques transforment le lactose en acide lactique, transformant ainsi le lait en produits laitiers fermentés (yaourt, lait caillé, etc.) ; L'acide lactique donne à ces produits un goût aigre.
La fermentation lactique se produit également dans les muscles des animaux lorsque le besoin en énergie est supérieur à celui fourni par la respiration et que le sang n'a pas le temps de délivrer de l'oxygène.
La sensation de brûlure dans les muscles lors d'un exercice intense est en corrélation avec la production d'acide lactique et le passage à la glycolyse anaérobie, car l'oxygène est converti en dioxyde de carbone par la glycolyse aérobie plus rapidement que le corps ne reconstitue l'oxygène ; et les douleurs musculaires après l'exercice sont causées par un microtraumatisme des fibres musculaires. Le corps passe à cette méthode moins efficace mais plus rapide de production d’ATP en cas de manque d’oxygène. Le foie se débarrasse ensuite de l’excès de lactate, le reconvertissant en pyruvate intermédiaire glycolytique important.
Fermentation à l'acide acétique réalisée par de nombreuses bactéries. Le vinaigre (acide acétique) est le résultat direct de la fermentation bactérienne. Lors du décapage des aliments, l'acide acétique protège les aliments des bactéries pathogènes et pourrissantes.
Acide butyrique la fermentation conduit à la formation d'acide butyrique ; ses agents responsables sont certaines bactéries anaérobies du genre Clostridium.
Reproduction de bactéries.
Certaines bactéries n'ont pas de processus sexuel et se reproduisent uniquement par fission transversale binaire égale ou bourgeonnement. Pour un groupe de cyanobactéries unicellulaires, des fissions multiples (une série de fissions binaires successives rapides conduisant à la formation de 4 à 1 024 nouvelles cellules) ont été décrites. Pour assurer la plasticité du génotype nécessaire à l'évolution et à l'adaptation à un environnement changeant, ils disposent d'autres mécanismes.
Lors de la division, la plupart des bactéries à Gram positif et des cyanobactéries filamenteuses synthétisent un septum transversal de la périphérie vers le centre avec la participation de mésosomes. Les bactéries à Gram négatif se divisent par constriction : au site de division, une courbure croissante vers l'intérieur du CPM et de la paroi cellulaire est détectée. Lors du bourgeonnement, un bourgeon se forme et grandit à l'un des pôles de la cellule mère ; la cellule mère montre des signes de vieillissement et ne peut généralement pas produire plus de 4 cellules filles. Le bourgeonnement se produit dans différents groupes de bactéries et s'est probablement produit plusieurs fois au cours de l'évolution.
Chez d'autres bactéries, en plus de la reproduction, le processus sexuel est observé, mais sous la forme la plus primitive. Le processus sexuel des bactéries diffère du processus sexuel des eucaryotes en ce sens que les bactéries ne forment pas de gamètes et que la fusion cellulaire ne se produit pas. Le mécanisme de recombinaison chez les procaryotes. Cependant, l'événement le plus important du processus sexuel, à savoir l'échange de matériel génétique, se produit également dans ce cas. C'est ce qu'on appelle la recombinaison génétique. Une partie de l'ADN (très rarement la totalité de l'ADN) de la cellule donneuse est transférée vers une cellule receveuse dont l'ADN est génétiquement différent de celui du donneur. Dans ce cas, l’ADN transféré remplace une partie de l’ADN du destinataire. Le processus de remplacement de l’ADN implique des enzymes qui divisent et rejoignent les brins d’ADN. Cela produit un ADN contenant les gènes des deux cellules parentales. Cet ADN est dit recombinant. La progéniture, ou recombinants, présente des variations marquées de caractères dues aux changements de gènes. Cette diversité de caractères est très importante pour l'évolution et constitue le principal avantage du processus sexuel.
Il existe 3 méthodes connues pour obtenir des recombinants. Ce sont - dans l'ordre de leur découverte - la transformation, la conjugaison et la transduction.
Origine des bactéries.
Les bactéries, avec les archées, ont été parmi les premiers organismes vivants sur Terre, apparues il y a environ 3,9 à 3,5 milliards d'années. Les relations évolutives entre ces groupes n'ont pas encore été entièrement étudiées ; il existe au moins trois hypothèses principales : N. Pace suggère qu'ils ont un ancêtre commun des protobactéries ; Zavarzin considère les archées comme une branche sans issue de l'évolution des eubactéries ; a maîtrisé les habitats extrêmes; enfin, selon la troisième hypothèse, les archées seraient les premiers organismes vivants dont sont issues les bactéries.
Les eucaryotes sont apparus à la suite de la symbiogenèse de cellules bactériennes beaucoup plus tard : il y a environ 1,9 à 1,3 milliards d'années. L'évolution des bactéries est caractérisée par un biais physiologique et biochimique prononcé : avec la relative pauvreté des formes de vie et la structure primitive, elles maîtrisent presque tous les processus biochimiques actuellement connus. La biosphère procaryote disposait déjà de tous les moyens de transformation de la matière actuellement existants. Les eucaryotes, y ayant pénétré, n'ont modifié que les aspects quantitatifs de leur fonctionnement, mais pas les aspects qualitatifs ; à de nombreuses étapes des cycles des éléments, les bactéries conservent toujours une position de monopole ;
Certaines des bactéries les plus anciennes sont des cyanobactéries. Dans les roches formées il y a 3,5 milliards d'années, des produits de leur activité vitale ont été trouvés - des preuves incontestables de l'existence de cyanobactéries remontent à 2,2 à 2,0 milliards d'années. Grâce à eux, l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère, qui a atteint il y a 2 milliards d'années des concentrations suffisantes pour le début de la respiration aérobie. Les formations caractéristiques du Metallogenium aérobie obligatoire remontent à cette époque.
L’apparition d’oxygène dans l’atmosphère (catastrophe de l’oxygène) a porté un coup dur aux bactéries anaérobies. Soit ils disparaissent, soit ils se déplacent vers des zones sans oxygène localement préservées. La diversité globale des espèces de bactéries diminue à cette époque.
On suppose qu’en raison de l’absence de processus sexuel, l’évolution des bactéries suit un mécanisme complètement différent de celui des eucaryotes. Le transfert horizontal constant de gènes conduit à des ambiguïtés dans l'image des connexions évolutives ; l'évolution se déroule extrêmement lentement (et, peut-être, s'est complètement arrêtée avec l'avènement des eucaryotes), mais dans des conditions changeantes, il y a une redistribution rapide des gènes entre les cellules avec un patrimoine génétique commun constant. piscine.
Systématique des bactéries.
Le rôle des bactéries dans la nature et dans la vie humaine.
Les bactéries jouent un rôle important sur Terre. Ils participent activement au cycle des substances dans la nature. Tous les composés organiques et une partie importante des composés inorganiques subissent des changements importants à l'aide de bactéries. Ce rôle dans la nature est d'une importance mondiale. Apparus sur Terre plus tôt que tous les organismes (il y a plus de 3,5 milliards d'années), ils ont créé la coquille vivante de la Terre et continuent de traiter activement la matière organique vivante et morte, impliquant les produits de leur métabolisme dans le cycle des substances. Le cycle des substances dans la nature est à la base de l’existence de la vie sur Terre.
La décomposition de tous les résidus végétaux et animaux ainsi que la formation d'humus et d'humus sont également réalisées principalement par des bactéries. Les bactéries sont un puissant facteur biotique dans la nature.
Le travail de formation du sol des bactéries est d'une grande importance. Le premier sol de notre planète a été créé par des bactéries. Cependant, même à notre époque, l’état et la qualité du sol dépendent du fonctionnement des bactéries du sol. Les bactéries nodulaires dites fixatrices d'azote, symbiotes des légumineuses, sont particulièrement importantes pour la fertilité des sols. Ils saturent le sol de précieux composés azotés.
Les bactéries purifient les eaux usées sales en décomposant la matière organique et en la transformant en matière inorganique inoffensive. Cette propriété des bactéries est largement utilisée dans les stations d’épuration.
Dans de nombreux cas, les bactéries peuvent être nocives pour les humains. Ainsi, les bactéries saprotrophes gâtent les produits alimentaires. Pour protéger les produits de la détérioration, ils sont soumis à des traitements particuliers (ébullition, stérilisation, congélation, séchage, nettoyage chimique, etc.). Si cela n'est pas fait, une intoxication alimentaire peut survenir.
Parmi les bactéries, il existe de nombreuses espèces pathogènes qui provoquent des maladies chez les humains, les animaux ou les plantes. La fièvre typhoïde est causée par la bactérie Salmonella, tandis que la dysenterie est causée par la bactérie Shigella. Les bactéries pathogènes se propagent dans l'air avec les gouttelettes de salive d'une personne malade lors des éternuements, de la toux et même lors d'une conversation normale (diphtérie, coqueluche). Certaines bactéries pathogènes sont très résistantes au séchage et persistent longtemps dans la poussière (bacille tuberculeux). Les bactéries du genre Clostridium vivent dans la poussière et le sol - les agents responsables de la gangrène gazeuse et du tétanos. Certaines maladies bactériennes se transmettent par contact physique avec une personne malade (maladies sexuellement transmissibles, lèpre). Les bactéries pathogènes sont souvent transmises à l'homme par ce qu'on appelle des vecteurs. Par exemple, les mouches, rampant dans les eaux usées, collectent des milliers de bactéries pathogènes sur leurs pattes, puis les laissent sur les aliments consommés par les humains.
Certes, les bactéries), les micro-organismes à structure cellulaire de type procaryote : leur appareil génétique n'est pas enfermé dans un noyau cellulaire isolé par une membrane.
Tailles et formes des cellules. La plupart des bactéries sont des organismes unicellulaires d'une taille de 0,2 à 10,0 microns. Parmi les bactéries, il existe également des « nains », appelés nanobactéries (environ 0,05 microns), et des « géants », par exemple des bactéries des genres Achromatium et Macromonas (longueur jusqu'à 100 microns), un habitant des intestins. des poissons chirurgiens Epulopiscium fishelsoni (longueur jusqu'à 600 microns) et Thiomargarita namibiensis isolés des eaux marines côtières de Namibie et du Chili (jusqu'à 800 µm). Le plus souvent, la cellule bactérienne a une forme en forme de bâtonnet, sphérique (coques) ou alambiquée (vibrios, spirilles et spirochètes). Des espèces à cellules triangulaires, carrées, étoilées et plates (en forme de plaque) ont été trouvées. Certaines bactéries contiennent des projections cytoplasmiques appelées prosteks. Les bactéries peuvent être uniques, former des paires, des chaînes courtes et longues, des grappes, former des paquets de 4, 8 cellules ou plus (sarcines), des rosettes, des réseaux et du mycélium (actinomycètes). Des formes multicellulaires sont également connues, formant des trichomes droits et ramifiés (microcolonies). On y trouve des bactéries mobiles et non mobiles. Les premiers se déplacent le plus souvent à l'aide de flagelles, parfois par glissement de cellules (myxobactéries, cyanobactéries, spirochètes...). On connaît également un mouvement de « saut » dont la nature n'est pas claire. Pour les formes mobiles, les phénomènes de mouvement actif en réponse à l'action de facteurs physiques ou chimiques sont décrits.
Composition chimique et structure des cellules. Une cellule bactérienne est généralement composée de 70 à 80 % d’eau. Dans le résidu sec, les protéines représentent 50 %, les composants de la paroi cellulaire 10 à 20 %, l'ARN 10 à 20 %, l'ADN 3 à 4 % et les lipides 10 %. En moyenne, la quantité de carbone est de 50 %, l'oxygène de 20 %, l'azote de 14 %, l'hydrogène de 8 %, le phosphore de 3 %, le soufre et le potassium de 1 % chacun, le calcium et le magnésium de 0,5 % chacun et le fer de 0,2 %.
À quelques exceptions près (mycoplasmes), les cellules bactériennes sont entourées d’une paroi cellulaire qui détermine la forme de la bactérie et remplit des fonctions mécaniques et physiologiques importantes. Son composant principal est le complexe biopolymère muréine (peptidoglycane). Selon les caractéristiques de la composition et de la structure de la paroi cellulaire, les bactéries se comportent différemment lorsqu'elles sont colorées selon la méthode de H. C. Gram (le scientifique danois qui a proposé la méthode de coloration), qui a servi de base pour diviser les bactéries en Gram-positives, Gram-négatifs et ceux dépourvus de paroi cellulaire (par exemple, mycoplasmes). Les premiers se distinguent par une teneur élevée (jusqu'à 40 fois) en murine et une paroi épaisse ; chez les Gram négatifs, il est nettement plus fin et recouvert à l'extérieur d'une membrane externe constituée de protéines, de phospholipides et de lipopolysaccharides et, apparemment, impliquée dans le transport de substances. De nombreuses bactéries possèdent à leur surface des villosités (fimbriae, pili) et des flagelles qui permettent leur mouvement. Souvent, les parois cellulaires des bactéries sont entourées de capsules muqueuses d'épaisseur variable, formées principalement de polysaccharides (parfois glycoprotéines ou polypeptides). Chez un certain nombre de bactéries, des couches dites S (de l'anglais surface) ont également été trouvées, tapissant la surface externe de la membrane cellulaire avec des structures protéiques uniformément emballées et de forme régulière.
La membrane cytoplasmique, qui sépare le cytoplasme de la paroi cellulaire, sert de barrière osmotique à la cellule et régule le transport des substances ; les processus de respiration, de fixation de l'azote, de chimiosynthèse, etc. y sont réalisés. Il forme souvent des invaginations - des mésosomes. La biosynthèse de la paroi cellulaire, la sporulation, etc. sont également associées à la membrane cytoplasmique et à ses dérivés. Des flagelles et de l'ADN génomique y sont attachés.
La cellule bactérienne est organisée de manière assez simple. Dans le cytoplasme de nombreuses bactéries, il existe des inclusions représentées par divers types de bulles (vésicules) formées à la suite de l'invagination de la membrane cytoplasmique. Les bactéries phototrophes, nitrifiantes et oxydantes du méthane sont caractérisées par un réseau développé de membranes cytoplasmiques sous forme de vésicules indivises, rappelant le grana des chloroplastes eucaryotes. Les cellules de certaines bactéries aquatiques contiennent des vacuoles gazeuses (aérosomes) qui agissent comme régulateurs de densité ; Dans de nombreuses bactéries, on trouve des inclusions de substances de réserve - polysaccharides, poly-β-hydroxybutyrate, polyphosphates, soufre, etc. Des ribosomes sont également présents dans le cytoplasme (de 5 à 50 000). Certaines bactéries (par exemple de nombreuses cyanobactéries) possèdent des carboxysomes, des corps qui contiennent une enzyme impliquée dans la fixation du CO 2. Les corps dits parasporaux de certaines bactéries sporulées contiennent une toxine qui tue les larves d'insectes.
Le génome bactérien (nucléoïde) est représenté par une molécule d’ADN circulaire, souvent appelée chromosome bactérien. Le génome bactérien est caractérisé par la combinaison de nombreux gènes fonctionnellement liés dans ce que l'on appelle des opérons. De plus, la cellule peut contenir des éléments génétiques extrachromosomiques - l'ADN plasmidique, qui portent plusieurs gènes utiles pour les bactéries (y compris des gènes de résistance aux antibiotiques). Il peut exister de manière autonome ou être temporairement inclus dans le chromosome. Mais parfois, à la suite de mutations, cet ADN perd sa capacité à quitter le chromosome et devient un composant permanent du génome. L'apparition de nouveaux gènes peut également être provoquée par un transfert génétique résultant du transfert unidirectionnel d'ADN d'une cellule donneuse vers une cellule receveuse (un analogue du processus sexuel). Un tel transfert peut se produire par contact direct de deux cellules (conjugaison), avec la participation de bactériophages (transduction), ou par l'entrée de gènes dans la cellule depuis l'environnement extérieur sans contact intercellulaire. Tout cela est d'une grande importance pour la microévolution des bactéries et leur acquisition de nouvelles propriétés.
Reproduction. La plupart des bactéries se reproduisent par fission en deux, moins souvent par bourgeonnement, et certaines (par exemple les actinomycètes) - à l'aide d'exospores ou de fragments de mycélium. Il existe une méthode connue de division multiple (avec formation de petites cellules reproductrices-béocytes chez un certain nombre de cyanobactéries). Les procaryotes multicellulaires peuvent se reproduire en détachant une ou plusieurs cellules des trichomes. Certaines bactéries se caractérisent par un cycle de développement complexe, au cours duquel la morphologie des cellules peut changer et des formes au repos peuvent se former : kystes, endospores, akinètes. Les myxobactéries sont capables de former des fructifications, souvent de configurations et de couleurs bizarres.
Une caractéristique distinctive des bactéries est leur capacité à se reproduire rapidement. Par exemple, le temps de doublement des cellules d'Escherichia coli est de 20 minutes. On estime que la progéniture d’une cellule, dans le cas d’une croissance illimitée, dépasserait en 48 heures la masse de la Terre de 150 fois.
Conditions de vie. Les bactéries se sont adaptées à différentes conditions de vie. Ils peuvent se développer dans une plage de température allant de -5 (et moins) à 113 °C. Parmi eux figurent : les psychrophiles, poussant à des températures inférieures à 20 °C (pour Bacillus psicrophilus, par exemple, la température maximale de croissance est de -10 °C), les mésophiles (optimum de croissance à 20-40 °C), les thermophiles (50-60 °C). C), thermophiles extrêmes (70 °C) et hyperthermophiles (80 °C et plus). Les spores de certains types de bactéries peuvent résister à un chauffage à court terme jusqu'à 160-180°C et à un refroidissement à long terme jusqu'à -196°C et moins. Certaines bactéries sont extrêmement résistantes aux rayonnements ionisants et vivent même dans l'eau de refroidissement des réacteurs nucléaires (Deinococcus radiodurans). Un certain nombre de bactéries (barophiles ou piézophiles) tolèrent une pression hydrostatique allant jusqu'à 101 000 kPa, et certaines espèces ne se développent pas à des pressions inférieures à 50 000 kPa. Dans le même temps, certaines bactéries ne peuvent pas résister même à une légère augmentation de la pression atmosphérique. La plupart des types de bactéries ne se développent pas si la concentration en sels (NaCl) dans le milieu dépasse 0,5 mol/l. Les conditions optimales pour le développement d'halophiles modérés et extrêmes sont observées dans des environnements avec des concentrations de NaCl de 10 et 30 %, respectivement ; ils peuvent pousser même dans des solutions salines saturées.
En règle générale, les bactéries préfèrent des conditions environnementales neutres (pH environ 7,0), bien qu'il existe à la fois des acidiphiles extrêmes, capables de se développer à un pH de 0,1 à 0,5, et des alcaliphiles, se développant à un pH allant jusqu'à 13,0.
La grande majorité des bactéries étudiées sont des aérobies. Certains d'entre eux ne peuvent croître qu'à de faibles concentrations d'O 2 - jusqu'à 1,0 à 5,0 % (microaérophiles). Les anaérobies facultatifs se développent à la fois en présence d'O 2 et en son absence ; ils sont capables de faire passer le métabolisme de la respiration aérobie à la fermentation ou à la respiration anaérobie (entérobactéries). La croissance des anaérobies aérotolérants n'est pas inhibée en présence d'une petite quantité d'O 2, car ils ne l'utilisent pas au cours de la vie (par exemple, les bactéries lactiques). Pour les anaérobies stricts, même des traces d'O 2 dans l'habitat sont destructrices.
De nombreuses bactéries survivent à des conditions environnementales défavorables et forment des formes dormantes.
La plupart des bactéries qui utilisent des composés azotés utilisent généralement leurs formes réduites (le plus souvent des sels d'ammonium), certaines ont besoin d'acides aminés prêts à l'emploi, tandis que d'autres assimilent également leurs formes oxydées (principalement des nitrates). Un nombre important de bactéries libres et symbiotiques sont capables de fixer l'azote moléculaire (voir l'article Fixation de l'azote). Le phosphore, qui fait partie des acides nucléiques et d'autres composés cellulaires, est obtenu par les bactéries principalement à partir de phosphates. La source de soufre nécessaire à la biosynthèse des acides aminés et de certains cofacteurs enzymatiques est le plus souvent les sulfates ; Certains types de bactéries nécessitent des composés soufrés réduits.
Taxonomie. Il n’existe pas de classification officiellement acceptée des bactéries. Initialement, une classification artificielle a été utilisée à ces fins, basée sur la similitude de leurs caractéristiques morphologiques et physiologiques. Une classification phylogénétique (naturelle) plus avancée unit les formes apparentées en fonction de leur origine commune. Cette approche est devenue possible après le choix du gène de l'ARNr 16S comme marqueur universel et l'avènement de méthodes de détermination et de comparaison de séquences nucléotidiques. Le gène codant pour l'ARNr 16S (une partie de la petite sous-unité du ribosome procaryote) est présent chez tous les procaryotes et se caractérise par un degré élevé de conservation de la séquence nucléotidique et une stabilité fonctionnelle.
La plus couramment utilisée est la classification publiée dans la publication périodique du déterminant Bergi (Bergi) ; voir également le site Web sur Internet - http://141. 150.157.117:8080/prokPUB/index.htm. Selon l'un des systèmes d'organismes existants, les bactéries, avec les archées, constituent le royaume des procaryotes. De nombreux chercheurs les considèrent comme un domaine (ou super-règne), au même titre que les domaines (ou super-règnes) des archées et des eucaryotes. Au sein du domaine, les plus grands taxons de bactéries sont les phyla : Protéobactéries, comprenant 5 classes et 28 ordres ; Actinobactéries (5 classes et 14 ordres) et Firmicutes (3 classes et 9 ordres). De plus, on distingue des catégories taxonomiques de rang inférieur : familles, genres, espèces et sous-espèces.
Selon les concepts modernes, une espèce comprend des souches de bactéries dans lesquelles les séquences nucléotidiques des gènes codant pour l'ARNr 16S coïncident à plus de 97 % et le niveau d'homologie des séquences nucléotidiques dans le génome dépasse 70 %. Pas plus de 5 000 espèces de bactéries ont été décrites, ce qui ne représente qu'une petite partie de celles qui peuplent notre planète.
Les bactéries participent activement aux cycles biogéochimiques de notre planète (y compris le cycle de la plupart des éléments chimiques). L’activité géochimique moderne des bactéries est également de nature mondiale. Par exemple, sur 4,3 10 10 tonnes (gigatonnes) de carbone organique fixé lors de la photosynthèse dans l'océan mondial, environ 4,0 10 10 tonnes sont minéralisées dans la colonne d'eau, et 70 à 75 % d'entre elles sont des bactéries et certains autres micro-organismes, et la production totale de soufre réduit dans les sédiments océaniques atteint 4,92·10 8 tonnes par an, soit près de trois fois la production annuelle totale de tous les types de matières premières contenant du soufre utilisées par l'humanité. La majeure partie du méthane, gaz à effet de serre, rejeté dans l’atmosphère est produite par des bactéries (méthanogènes). Les bactéries sont un facteur clé dans la formation des sols, les zones d'oxydation des dépôts de sulfures et de soufre, la formation de roches sédimentaires de fer et de manganèse, etc.
Certaines bactéries provoquent de graves maladies chez les humains, les animaux et les plantes. Ils provoquent souvent des dommages aux produits agricoles, la destruction des parties souterraines des bâtiments, des pipelines, des structures métalliques des mines, des structures sous-marines, etc. L'étude des caractéristiques de l'activité vitale de ces bactéries permet de développer des moyens efficaces de se protéger contre les dommages qu'elles provoquent. cause. Dans le même temps, le rôle positif des bactéries pour l’homme ne peut être surestimé. À l'aide de bactéries, de vin, de produits laitiers, de levains et d'autres produits, de l'acétone et du butanol, des acides acétique et citrique, certaines vitamines, un certain nombre d'enzymes, d'antibiotiques et de caroténoïdes sont produits ; les bactéries sont impliquées dans la transformation des hormones stéroïdes et d’autres composés. Ils sont utilisés pour produire des protéines (y compris des enzymes) et un certain nombre d’acides aminés. L'utilisation de bactéries pour transformer les déchets agricoles en biogaz ou en éthanol permet de créer des ressources énergétiques renouvelables fondamentalement nouvelles. Les bactéries sont utilisées pour extraire les métaux (dont l'or), augmenter la récupération du pétrole (voir articles Lessivage bactérien, Biogéotechnologie). Grâce aux bactéries et aux plasmides, le développement du génie génétique est devenu possible. L'étude des bactéries a joué un rôle énorme dans le développement de nombreux domaines de la biologie, de la médecine, de l'agronomie, etc. Leur importance dans le développement de la génétique est grande, car ils sont devenus un objet classique pour étudier la nature des gènes et les mécanismes de leur action. L'établissement de voies métaboliques pour divers composés, etc., est associé aux bactéries.
Le potentiel des bactéries est pratiquement inépuisable. L'approfondissement des connaissances sur leurs activités vitales ouvre de nouvelles voies pour une utilisation efficace des bactéries dans la biotechnologie et dans d'autres industries.
Lit. : Schlegel G. Microbiologie générale. M., 1987 ; Les Procaryotes : version électronique 3.0-3.17-. N.Y., 1999-2004- ; Zavarzin G. A., Kolotilova N. N. Introduction à la microbiologie d'histoire naturelle. M., 2001 ; Madigan M. T., Martinko J., Parker J. Brock biologie des micro-organismes. 10e éd. Rivière Upper Saddle, 2003; Écologie des micro-organismes. M., 2004.
Les bactéries constituent le groupe d'organismes le plus ancien existant actuellement sur Terre. Les premières bactéries sont probablement apparues il y a plus de 3,5 milliards d’années et ont été pendant près d’un milliard d’années les seules créatures vivantes sur notre planète. Comme ils étaient les premiers représentants de la nature vivante, leur corps avait une structure primitive.
Au fil du temps, leur structure est devenue plus complexe, mais à ce jour, les bactéries sont considérées comme les organismes unicellulaires les plus primitifs. Il est intéressant de noter que certaines bactéries conservent encore les caractéristiques primitives de leurs anciens ancêtres. Ceci est observé chez les bactéries vivant dans les sources chaudes de soufre et dans la boue anoxique au fond des réservoirs.
La plupart des bactéries sont incolores. Seuls quelques-uns sont violets ou verts. Mais les colonies de nombreuses bactéries ont une couleur vive, causée par la libération d'une substance colorée dans l'environnement ou par la pigmentation des cellules.
Le découvreur du monde des bactéries fut Antony Leeuwenhoek, un naturaliste néerlandais du XVIIe siècle, qui fut le premier à créer un microscope grossissant parfait qui grossissait les objets de 160 à 270 fois.
Les bactéries sont classées comme procaryotes et sont classées dans un règne distinct : les bactéries.
Forme du corps
Les bactéries sont des organismes nombreux et diversifiés. Leur forme varie.
| Nom de la bactérie | Forme des bactéries | Image de bactéries |
| Cocci | En forme de boule | |
| Bacille |  | En forme de tige |
| Vibrio | En forme de virgule | |
| Spirillum |  | Spirale |
| Streptocoques |  | Chaîne de coques |
| Staphylocoque |  | Des grappes de coques |
| Diplococcus | Deux bactéries rondes enfermées dans une capsule muqueuse |
Moyens de transport
Parmi les bactéries, il existe des formes mobiles et immobiles. Les motiles se déplacent grâce à des contractions ondulatoires ou à l'aide de flagelles (fils hélicoïdaux torsadés), constitués d'une protéine spéciale appelée flagelline. Il peut y avoir un ou plusieurs flagelles. Chez certaines bactéries, ils sont situés à une extrémité de la cellule, chez d'autres, à deux ou sur toute la surface.
Mais le mouvement est également inhérent à de nombreuses autres bactéries dépourvues de flagelles. Ainsi, les bactéries recouvertes à l’extérieur de mucus sont capables d’effectuer des mouvements glissants.
Certaines bactéries aquatiques et terrestres dépourvues de flagelles ont des vacuoles gazeuses dans le cytoplasme. Il peut y avoir entre 40 et 60 vacuoles dans une cellule. Chacun d'eux est rempli de gaz (vraisemblablement de l'azote). En régulant la quantité de gaz dans les vacuoles, les bactéries aquatiques peuvent s'enfoncer dans la colonne d'eau ou remonter à sa surface, et les bactéries du sol peuvent se déplacer dans les capillaires du sol.
Habitat
En raison de leur simplicité d'organisation et de leur simplicité, les bactéries sont répandues dans la nature. Les bactéries se trouvent partout : dans une goutte d'eau de source, même la plus pure, dans les grains de terre, dans l'air, sur les rochers, dans la neige polaire, sur les sables des déserts, au fond des océans, dans le pétrole extrait des grandes profondeurs et même dans les eau de source chaude avec une température d'environ 80ºC. Ils vivent de plantes, de fruits, de divers animaux et chez l'homme dans les intestins, la cavité buccale, les membres et à la surface du corps.
Les bactéries sont les êtres vivants les plus petits et les plus nombreux. En raison de leur petite taille, ils pénètrent facilement dans les fissures, crevasses ou pores. Très rustique et adapté à diverses conditions de vie. Ils tolèrent le séchage, le froid extrême et le chauffage jusqu'à 90 ºC sans perdre leur viabilité.
Il n'y a pratiquement aucun endroit sur Terre où l'on ne trouve pas de bactéries, mais en quantités variables. Les conditions de vie des bactéries sont variées. Certains d’entre eux ont besoin d’oxygène atmosphérique, d’autres n’en ont pas besoin et sont capables de vivre dans un environnement sans oxygène.
Dans l’air : les bactéries remontent dans la haute atmosphère jusqu’à 30 km. et plus encore.
Ils sont surtout nombreux dans le sol. 1 g de sol peut contenir des centaines de millions de bactéries.
Dans l'eau : dans les couches superficielles de l'eau dans les réservoirs ouverts. Des bactéries aquatiques bénéfiques minéralisent les résidus organiques.
Dans les organismes vivants : les bactéries pathogènes pénètrent dans l’organisme depuis l’environnement extérieur, mais ne provoquent des maladies que dans des conditions favorables. Les symbiotiques vivent dans les organes digestifs, aidant à décomposer et à absorber les aliments et à synthétiser les vitamines.
Structure externe
La cellule bactérienne est recouverte d'une coque dense spéciale - une paroi cellulaire, qui remplit des fonctions de protection et de soutien, et donne également à la bactérie une forme permanente et caractéristique. La paroi cellulaire d'une bactérie ressemble à la paroi d'une cellule végétale. Il est perméable : à travers lui, les nutriments pénètrent librement dans la cellule et les produits métaboliques sortent dans l'environnement. Souvent, les bactéries produisent une couche protectrice supplémentaire de mucus au-dessus de la paroi cellulaire : une capsule. L'épaisseur de la capsule peut être plusieurs fois supérieure au diamètre de la cellule elle-même, mais elle peut également être très petite. La capsule n'est pas un élément essentiel de la cellule ; elle se forme en fonction des conditions dans lesquelles se trouvent les bactéries. Il protège les bactéries du dessèchement.
À la surface de certaines bactéries se trouvent de longs flagelles (un, deux ou plusieurs) ou de courtes villosités fines. La longueur des flagelles peut être plusieurs fois supérieure à la taille du corps de la bactérie. Les bactéries se déplacent à l'aide de flagelles et de villosités.
Structure interne
À l’intérieur de la cellule bactérienne se trouve un cytoplasme dense et immobile. Il a une structure en couches, il n'y a pas de vacuoles, donc diverses protéines (enzymes) et nutriments de réserve se trouvent dans la substance même du cytoplasme. Les cellules bactériennes n'ont pas de noyau. Une substance porteuse d'informations héréditaires est concentrée dans la partie centrale de leur cellule. Bactéries, - acide nucléique - ADN. Mais cette substance ne forme pas un noyau.
L'organisation interne d'une cellule bactérienne est complexe et possède ses propres caractéristiques. Le cytoplasme est séparé de la paroi cellulaire par la membrane cytoplasmique. Dans le cytoplasme, il existe une substance principale, ou matrice, des ribosomes et un petit nombre de structures membranaires qui remplissent diverses fonctions (analogues des mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi). Le cytoplasme des cellules bactériennes contient souvent des granules de différentes formes et tailles. Les granules peuvent être composés de composés qui servent de source d'énergie et de carbone. Des gouttelettes de graisse se trouvent également dans la cellule bactérienne.
Dans la partie centrale de la cellule, la substance nucléaire est localisée - l'ADN, qui n'est pas délimité par une membrane du cytoplasme. C'est un analogue du noyau - un nucléoïde. Le nucléoïde n'a pas de membrane, de nucléole ou d'ensemble de chromosomes.
Méthodes alimentaires
Les bactéries ont différentes méthodes d'alimentation. Parmi eux, il y a les autotrophes et les hétérotrophes. Les autotrophes sont des organismes capables de produire indépendamment des substances organiques pour leur nutrition.
Les plantes ont besoin d’azote, mais ne peuvent pas absorber elles-mêmes l’azote de l’air. Certaines bactéries combinent les molécules d'azote présentes dans l'air avec d'autres molécules, ce qui donne lieu à des substances disponibles pour les plantes.
Ces bactéries s'installent dans les cellules des jeunes racines, ce qui entraîne la formation d'épaississements sur les racines, appelés nodules. De tels nodules se forment sur les racines des plantes de la famille des légumineuses et de certaines autres plantes.
Les racines fournissent aux bactéries des glucides et les bactéries fournissent aux racines des substances contenant de l'azote qui peuvent être absorbées par la plante. Leur cohabitation est mutuellement bénéfique.
Les racines des plantes sécrètent beaucoup de substances organiques (sucres, acides aminés et autres) dont se nourrissent les bactéries. Par conséquent, de nombreuses bactéries s’installent particulièrement dans la couche de sol entourant les racines. Ces bactéries transforment les débris végétaux morts en substances végétales disponibles. Cette couche de sol s'appelle la rhizosphère.
Il existe plusieurs hypothèses sur la pénétration des bactéries nodulaires dans les tissus racinaires :
- par des dommages aux tissus épidermiques et corticaux ;
- à travers les poils absorbants ;
- uniquement à travers la jeune membrane cellulaire ;
- grâce à des bactéries compagnes produisant des enzymes pectinolytiques ;
- en raison de la stimulation de la synthèse de l'acide B-indoléacétique à partir du tryptophane, toujours présent dans les sécrétions des racines des plantes.
Le processus d'introduction des bactéries nodulaires dans le tissu racinaire se compose de deux phases :
- infection des poils absorbants;
- processus de formation des nodules.
Dans la plupart des cas, la cellule envahissante se multiplie activement, forme ce qu'on appelle des fils d'infection et, sous la forme de ces fils, se déplace dans le tissu végétal. Les bactéries nodulaires émergeant du fil d’infection continuent de se multiplier dans le tissu hôte.
Les cellules végétales remplies de cellules de bactéries nodulaires à multiplication rapide commencent à se diviser rapidement. La connexion d'un jeune nodule avec la racine d'une légumineuse s'effectue grâce à des faisceaux vasculaires-fibreux. Pendant la période de fonctionnement, les nodules sont généralement denses. Au moment où l'activité optimale se produit, les nodules acquièrent une couleur rose (grâce au pigment léghémoglobine). Seules les bactéries contenant de la léghémoglobine sont capables de fixer l'azote.
Les bactéries nodulaires créent des dizaines et des centaines de kilogrammes d'engrais azoté par hectare de sol.
Métabolisme
Les bactéries diffèrent les unes des autres par leur métabolisme. Pour certains, cela se produit avec la participation de l'oxygène, pour d'autres, sans lui.
La plupart des bactéries se nourrissent de substances organiques prêtes à l'emploi. Seules quelques-unes d'entre elles (bleu-vert ou cyanobactéries) sont capables de créer des substances organiques à partir de substances inorganiques. Ils ont joué un rôle important dans l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère terrestre.
Les bactéries absorbent les substances de l'extérieur, déchirent leurs molécules en morceaux, assemblent leur coquille à partir de ces pièces et reconstituent leur contenu (c'est ainsi qu'elles grandissent) et rejettent les molécules inutiles. La coque et la membrane de la bactérie lui permettent d'absorber uniquement les substances nécessaires.
Si la coquille et la membrane d’une bactérie étaient complètement imperméables, aucune substance ne pénétrerait dans la cellule. S'ils étaient perméables à toutes les substances, le contenu de la cellule se mélangerait au milieu, la solution dans laquelle vit la bactérie. Pour survivre, les bactéries ont besoin d’une coquille qui laisse passer les substances nécessaires, mais pas les substances inutiles.
La bactérie absorbe les nutriments situés à proximité. Que se passe-t-il ensuite ? S'il peut se déplacer de manière indépendante (en déplaçant un flagelle ou en repoussant le mucus), alors il se déplace jusqu'à ce qu'il trouve les substances nécessaires.
S'il ne peut pas bouger, il attend que la diffusion (la capacité des molécules d'une substance à pénétrer dans le fourré de molécules d'une autre substance) lui apporte les molécules nécessaires.
Les bactéries, ainsi que d’autres groupes de micro-organismes, effectuent un énorme travail chimique. En transformant divers composés, ils reçoivent l'énergie et les nutriments nécessaires à leur vie. Les processus métaboliques, les méthodes d'obtention d'énergie et le besoin de matériaux pour construire les substances de leur corps sont divers chez les bactéries.
D'autres bactéries satisfont tous leurs besoins en carbone nécessaire à la synthèse des substances organiques dans l'organisme au détriment des composés inorganiques. On les appelle autotrophes. Les bactéries autotrophes sont capables de synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques. Parmi eux figurent :
Chimiosynthèse
L’utilisation de l’énergie rayonnante est le moyen le plus important, mais pas le seul, de créer de la matière organique à partir du dioxyde de carbone et de l’eau. On sait que les bactéries n'utilisent pas la lumière du soleil comme source d'énergie pour une telle synthèse, mais l'énergie des liaisons chimiques qui se produisent dans les cellules des organismes lors de l'oxydation de certains composés inorganiques - sulfure d'hydrogène, soufre, ammoniac, hydrogène, acide nitrique, composés ferreux. de fer et de manganèse. Ils utilisent la matière organique formée grâce à cette énergie chimique pour construire les cellules de leur corps. C’est pourquoi ce processus est appelé chimiosynthèse.
Le groupe le plus important de micro-organismes chimiosynthétiques sont les bactéries nitrifiantes. Ces bactéries vivent dans le sol et oxydent l'ammoniac formé lors de la décomposition des résidus organiques en acide nitrique. Ce dernier réagit avec les composés minéraux du sol en se transformant en sels d'acide nitrique. Ce processus se déroule en deux phases.
Les bactéries ferreuses convertissent le fer ferreux en oxyde de fer. L'hydroxyde de fer qui en résulte se dépose et forme ce qu'on appelle le minerai de fer des tourbières.
Certains micro-organismes existent en raison de l’oxydation de l’hydrogène moléculaire, fournissant ainsi une méthode de nutrition autotrophe.
Une caractéristique des bactéries à hydrogène est la capacité de passer à un mode de vie hétérotrophe lorsqu'elles sont alimentées en composés organiques et en l'absence d'hydrogène.
Ainsi, les chimioautotrophes sont des autotrophes typiques, car ils synthétisent indépendamment les composés organiques nécessaires à partir de substances inorganiques et ne les prennent pas prêts à l'emploi à partir d'autres organismes, comme les hétérotrophes. Les bactéries chimioautotrophes diffèrent des plantes phototrophes par leur totale indépendance vis-à-vis de la lumière en tant que source d'énergie.
Photosynthèse bactérienne
Certaines bactéries soufrées contenant des pigments (violets, verts), contenant des pigments spécifiques - les bactériochlorophylles, sont capables d'absorber l'énergie solaire, à l'aide de laquelle le sulfure d'hydrogène présent dans leur corps est décomposé et libère des atomes d'hydrogène pour restaurer les composés correspondants. Ce processus a beaucoup de points communs avec la photosynthèse et n'en diffère que par le fait que chez les bactéries violettes et vertes, le donneur d'hydrogène est le sulfure d'hydrogène (parfois des acides carboxyliques) et chez les plantes vertes, c'est l'eau. Dans les deux cas, la séparation et le transfert de l’hydrogène s’effectuent grâce à l’énergie des rayons solaires absorbés.
Cette photosynthèse bactérienne, qui se produit sans dégagement d'oxygène, est appelée photoréduction. La photoréduction du dioxyde de carbone est associée au transfert d'hydrogène non pas de l'eau, mais du sulfure d'hydrogène :
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
L'importance biologique de la chimiosynthèse et de la photosynthèse bactérienne à l'échelle planétaire est relativement faible. Seules les bactéries chimiosynthétiques jouent un rôle important dans le processus de cycle du soufre dans la nature. Absorbé par les plantes vertes sous forme de sels d'acide sulfurique, le soufre est réduit et entre dans la composition des molécules protéiques. De plus, lorsque les restes de plantes et d'animaux morts sont détruits par des bactéries putréfactives, le soufre est libéré sous forme de sulfure d'hydrogène, qui est oxydé par les bactéries soufrées pour libérer du soufre (ou de l'acide sulfurique), formant des sulfites dans le sol accessibles aux plantes. Les bactéries chimio- et photoautotrophes sont essentielles dans le cycle de l'azote et du soufre.
Sporulation
Des spores se forment à l'intérieur de la cellule bactérienne. Au cours du processus de sporulation, la cellule bactérienne subit un certain nombre de processus biochimiques. La quantité d'eau libre qu'il contient diminue et l'activité enzymatique diminue. Ceci garantit la résistance des spores aux conditions environnementales défavorables (température élevée, concentration élevée en sel, séchage, etc.). La sporulation n'est caractéristique que d'un petit groupe de bactéries.
Les spores constituent une étape facultative du cycle de vie des bactéries. La sporulation ne commence que par un manque de nutriments ou une accumulation de produits métaboliques. Les bactéries sous forme de spores peuvent rester longtemps dormantes. Les spores bactériennes peuvent résister à une ébullition prolongée et à une congélation très longue. Lorsque les conditions sont favorables, la spore germe et devient viable. Les spores bactériennes sont une adaptation pour survivre dans des conditions défavorables.
Reproduction
Les bactéries se reproduisent en divisant une cellule en deux. Ayant atteint une certaine taille, la bactérie se divise en deux bactéries identiques. Ensuite, chacun d'eux commence à se nourrir, grandit, se divise, etc.
Après l'élongation cellulaire, un septum transversal se forme progressivement, puis les cellules filles se séparent ; Chez de nombreuses bactéries, dans certaines conditions, après division, les cellules restent reliées en groupes caractéristiques. Dans ce cas, selon la direction du plan de division et le nombre de divisions, différentes formes apparaissent. La reproduction par bourgeonnement est une exception chez les bactéries.
Dans des conditions favorables, la division cellulaire de nombreuses bactéries se produit toutes les 20 à 30 minutes. Avec une reproduction aussi rapide, la progéniture d'une bactérie peut former en 5 jours une masse capable de remplir toutes les mers et tous les océans. Un simple calcul montre que 72 générations (720 000 000 000 000 000 000 de cellules) peuvent se former par jour. Si converti en poids - 4720 tonnes. Cependant, cela ne se produit pas dans la nature, car la plupart des bactéries meurent rapidement sous l'influence du soleil, du dessèchement, du manque de nourriture, du chauffage à 65-100ºC, à la suite de la lutte entre les espèces, etc.
La bactérie (1), ayant absorbé suffisamment de nourriture, grossit (2) et commence à se préparer à la reproduction (division cellulaire). Son ADN (dans une bactérie la molécule d'ADN est fermée en anneau) double (la bactérie produit une copie de cette molécule). Les deux molécules d'ADN (3,4) se retrouvent attachées à la paroi de la bactérie et, à mesure que la bactérie s'allonge, s'écartent (5,6). Le nucléotide se divise d’abord, puis le cytoplasme.
Après la divergence de deux molécules d'ADN, une constriction apparaît sur la bactérie, qui divise progressivement le corps de la bactérie en deux parties contenant chacune une molécule d'ADN (7).
Il arrive (chez Bacillus subtilis) que deux bactéries se collent et qu'un pont se forme entre elles (1,2).
Le sauteur transporte l'ADN d'une bactérie à une autre (3). Une fois dans une bactérie, les molécules d'ADN s'entrelacent, se collent à certains endroits (4), puis échangent des sections (5).
Le rôle des bactéries dans la nature
Gyre
Les bactéries constituent le maillon le plus important du cycle général des substances dans la nature. Les plantes créent des substances organiques complexes à partir du dioxyde de carbone, de l’eau et des sels minéraux présents dans le sol. Ces substances retournent au sol avec des champignons, des plantes et des cadavres d'animaux morts. Les bactéries décomposent les substances complexes en substances simples, qui sont ensuite utilisées par les plantes.
Les bactéries détruisent les substances organiques complexes des plantes mortes et des cadavres d'animaux, les excrétions d'organismes vivants et divers déchets. Se nourrissant de ces substances organiques, les bactéries saprophytes de décomposition les transforment en humus. Ce sont une sorte d'infirmiers de notre planète. Ainsi, les bactéries participent activement au cycle des substances dans la nature.
Formation du sol
Étant donné que les bactéries sont répandues presque partout et sont présentes en grand nombre, elles déterminent en grande partie divers processus se produisant dans la nature. En automne, les feuilles des arbres et des arbustes tombent, les pousses d'herbes aériennes meurent, les vieilles branches tombent et, de temps en temps, les troncs des vieux arbres tombent. Tout cela se transforme progressivement en humus. En 1 cm3. La couche superficielle du sol forestier contient des centaines de millions de bactéries saprophytes du sol de plusieurs espèces. Ces bactéries transforment l’humus en divers minéraux qui peuvent être absorbés du sol par les racines des plantes.
Certaines bactéries du sol sont capables d’absorber l’azote de l’air et de l’utiliser dans des processus vitaux. Ces bactéries fixatrices d’azote vivent de manière indépendante ou s’installent dans les racines des légumineuses. Ayant pénétré dans les racines des légumineuses, ces bactéries provoquent la croissance des cellules racinaires et la formation de nodules sur celles-ci.
Ces bactéries produisent des composés azotés que les plantes utilisent. Les bactéries obtiennent des glucides et des sels minéraux à partir des plantes. Ainsi, il existe une relation étroite entre la légumineuse et la bactérie nodulaire, bénéfique à la fois pour l’un et pour l’autre organisme. Ce phénomène s'appelle la symbiose.
Grâce à la symbiose avec les bactéries nodulaires, les légumineuses enrichissent le sol en azote, contribuant ainsi à augmenter le rendement.
Répartition dans la nature
Les micro-organismes sont omniprésents. Les seules exceptions sont les cratères des volcans actifs et les petites zones situées aux épicentres des explosions de bombes atomiques. Ni les basses températures de l'Antarctique, ni les courants bouillants des geysers, ni les solutions salines saturées dans les mares de sel, ni la forte insolation des sommets des montagnes, ni la forte irradiation des réacteurs nucléaires n'interfèrent avec l'existence et le développement de la microflore. Tous les êtres vivants interagissent constamment avec les micro-organismes, étant souvent non seulement leurs dépositaires, mais aussi leurs distributeurs. Les micro-organismes sont originaires de notre planète et explorent activement les substrats naturels les plus incroyables.
Microflore du sol
Le nombre de bactéries présentes dans le sol est extrêmement important : des centaines de millions, voire des milliards d’individus par gramme. Il y en a beaucoup plus dans le sol que dans l'eau et l'air. Le nombre total de bactéries dans les sols change. Le nombre de bactéries dépend du type de sol, de son état et de la profondeur des couches.
À la surface des particules du sol, les micro-organismes sont localisés en petites microcolonies (20 à 100 cellules chacune). Ils se développent souvent dans l’épaisseur des caillots de matière organique, sur les racines des plantes vivantes et mourantes, dans les capillaires minces et à l’intérieur des mottes.
La microflore du sol est très diversifiée. Il existe ici différents groupes physiologiques de bactéries : bactéries putréfactives, bactéries nitrifiantes, bactéries fixatrices d'azote, bactéries soufrées, etc. parmi elles, il existe des formes aérobies et anaérobies, sporulées et non sporulées. La microflore est l'un des facteurs de formation du sol.
La zone de développement des micro-organismes dans le sol est la zone adjacente aux racines des plantes vivantes. On l'appelle la rhizosphère et l'ensemble des micro-organismes qu'elle contient s'appelle la microflore de la rhizosphère.
Microflore des réservoirs
L’eau est un milieu naturel dans lequel les micro-organismes se développent en grand nombre. La majeure partie d'entre eux pénètre dans l'eau depuis le sol. Un facteur qui détermine le nombre de bactéries dans l'eau et la présence de nutriments. Les eaux les plus propres proviennent de puits artésiens et de sources. Les réservoirs ouverts et les rivières sont très riches en bactéries. Le plus grand nombre de bactéries se trouve dans les couches superficielles de l’eau, plus près du rivage. À mesure que l'on s'éloigne du rivage et que l'on augmente en profondeur, le nombre de bactéries diminue.
L'eau propre contient 100 à 200 bactéries par ml et l'eau polluée en contient 100 à 300 000 ou plus. Il existe de nombreuses bactéries dans les boues de fond, notamment dans la couche superficielle, où les bactéries forment un film. Ce film contient beaucoup de bactéries de soufre et de fer, qui oxydent le sulfure d'hydrogène en acide sulfurique et empêchent ainsi la mort des poissons. Il existe davantage de formes sporulées dans le limon, tandis que les formes non sporulées prédominent dans l'eau.
En termes de composition spécifique, la microflore de l'eau est similaire à la microflore du sol, mais il existe également des formes spécifiques. En détruisant divers déchets qui pénètrent dans l'eau, les micro-organismes réalisent progressivement ce qu'on appelle l'épuration biologique de l'eau.
Microflore aérienne
La microflore de l'air est moins nombreuse que celle du sol et de l'eau. Les bactéries s'élèvent dans l'air avec la poussière, peuvent y rester un certain temps, puis se déposer à la surface de la terre et mourir par manque de nutrition ou sous l'influence des rayons ultraviolets. Le nombre de micro-organismes dans l'air dépend de la zone géographique, du terrain, de la période de l'année, de la pollution par les poussières, etc. Chaque grain de poussière est porteur de micro-organismes. La plupart des bactéries se trouvent dans l’air au-dessus des entreprises industrielles. L'air dans les zones rurales est plus pur. L'air le plus pur se trouve au-dessus des forêts, des montagnes et des zones enneigées. Les couches supérieures de l'air contiennent moins de microbes. La microflore aérienne contient de nombreuses bactéries pigmentées et sporulées, plus résistantes que d'autres aux rayons ultraviolets.
Microflore du corps humain
Le corps humain, même en parfaite santé, est toujours porteur de microflore. Lorsque le corps humain entre en contact avec l'air et le sol, divers micro-organismes, notamment pathogènes (bacilles tétaniques, gangrène gazeuse, etc.), se déposent sur les vêtements et la peau. Les parties du corps humain les plus fréquemment exposées sont contaminées. E. coli et staphylocoques se trouvent sur les mains. Il existe plus de 100 types de microbes dans la cavité buccale. La bouche, avec sa température, son humidité et ses résidus nutritifs, constitue un excellent environnement pour le développement des micro-organismes.
L'estomac a une réaction acide, de sorte que la majorité des micro-organismes qu'il contient meurent. A partir de l'intestin grêle, la réaction devient alcaline, c'est-à-dire favorable aux microbes. La microflore du gros intestin est très diversifiée. Chaque adulte excrète quotidiennement environ 18 milliards de bactéries dans ses excréments, soit plus d’individus que d’habitants sur la planète.
Les organes internes qui ne sont pas connectés au milieu extérieur (cerveau, cœur, foie, vessie, etc.) sont généralement exempts de microbes. Les microbes ne pénètrent dans ces organes qu'en cas de maladie.
Bactéries dans le cycle des substances
Les micro-organismes en général et les bactéries en particulier jouent un rôle important dans les cycles biologiquement importants des substances sur Terre, effectuant des transformations chimiques totalement inaccessibles aux plantes ou aux animaux. Différentes étapes du cycle des éléments sont réalisées par des organismes de différents types. L'existence de chaque groupe d'organismes dépend de la transformation chimique des éléments effectuée par d'autres groupes.
Cycle de l'azote
La transformation cyclique des composés azotés joue un rôle primordial dans la fourniture des formes d'azote nécessaires aux organismes de la biosphère ayant des besoins nutritionnels différents. Plus de 90 % de la fixation totale de l’azote est due à l’activité métabolique de certaines bactéries.
Cycle du carbone
La transformation biologique du carbone organique en dioxyde de carbone, accompagnée d'une réduction de l'oxygène moléculaire, nécessite l'activité métabolique conjointe de divers micro-organismes. De nombreuses bactéries aérobies réalisent une oxydation complète des substances organiques. Dans des conditions aérobies, les composés organiques sont initialement décomposés par fermentation, et les produits finaux organiques de la fermentation sont ensuite oxydés par respiration anaérobie si des accepteurs d'hydrogène inorganiques (nitrate, sulfate ou CO 2 ) sont présents.
Cycle du soufre
Le soufre est disponible pour les organismes vivants principalement sous forme de sulfates solubles ou de composés organiques soufrés réduits.
Cycle du fer
Certaines masses d'eau douce contiennent de fortes concentrations de sels de fer réduits. Dans de tels endroits, une microflore bactérienne spécifique se développe - des bactéries ferreuses, qui oxydent le fer réduit. Ils participent à la formation des minerais de fer des tourbières et des sources d'eau riches en sels de fer.
Les bactéries sont les organismes les plus anciens, apparues il y a environ 3,5 milliards d’années à l’Archéen. Pendant environ 2,5 milliards d’années, ils ont dominé la Terre, formant la biosphère et participant à la formation de l’atmosphère d’oxygène.
Les bactéries sont l'un des organismes vivants les plus simplement structurés (à l'exception des virus). On pense qu’ils sont les premiers organismes apparus sur Terre.
