В теле новорожденного младенца насчитывается примерно два биллиона клеток. Средняя масса одной клетки равна 0, 00000001 (108) грамма, а ее диаметр едва достигает 0,02 миллиметра. А ведь бактерии гораздо меньше клетки человека средней величины.
Средней величины кокк, например, с поперечником 1 микрометр имеет объем 5х10-10 кубических миллиметров, масса его составляет 5х10-13 грамма. Довольно крупная бацилла длиной 3 микрометра и с поперечником 1 микрометр имеет объем 10-8 кубического миллиметра, т. е. одну стомиллионную часть кубического миллиметра. Нам даже трудно представить столь мизерные величины.
Великий систематик XVIII века Карл Линней, описавший тысячи растений и еще больше животных, разделивший их на типы, классы, отряды, семейства, роды и виды, придумавший растениям и животным поразительно удачные названия, не сумел понять мир микробов и назвал его миром хаоса.
Мы привыкли думать, что бактерии — это растения.
Их включали, традиционно продолжают включать во все учебники ботаники, в монографии о жизни растений. Но существует противоположная точка зрения, утверждающая, что бактерии не растения, что они только условно могут быть отнесены к растениям.
В настоящее время бактерии выделены в специальное подцарство в надцарстве доядерных организмов, или прокариот.
По строению клетки весь мир живых существ распадается на две группы: доядерные организмы, или прокариоты, и ядерные организмы, или эукариоты.
Первая группа, включающая бактерии и сине-зеленые водоросли, характеризуется низкой организацией клетки и примитивным эквивалентом ядра без ядерной мембраны. У прокариот не обнаружены митохондрии.
Во многих отношениях бактерии как раз сходны с митохондриями, а не с самой клеткой эукариот. Дело в том, что в ядре клетки эукариот ДНК, как правило, связана с белками, в то время как в бактериях и митохондриях она свободна. Вторая группа — эукариоты — объединяет живые организмы, имеющие более высокий уровень организации клетки и ядро, окруженное ядерной мембраной. К этой группе относятся все остальные одноклеточные и многоклеточные растения, грибы и животные.
Что касается формы тела бактерий (рис. 5), то преобладают шаровидные, палочковидные и спиральные бактерии. Шаровидные бактерии называют кокками. Бывают разные кокки: монококки, когда это одиночные крупные бактерии; диплококки, когда они двойные; тетракокки, когда они соединены в группы по четыре; сарцины, если вместе связаны восемь или больше бактерий; стрептококки, когда они расположены в цепочку, и, наконец, стафилококки, когда их много и они образуют одну беспорядочную группу.
Рис. 5. Бактерии:
1 — стрептококки; 2 — палочковидные; 3 — вибрионы; 4 — спириллы; 5 — неспороносные; б — спороносные; 7 — слияние двух бактерий кишечной палочки (виден мостик, по которому следует хромосома).
Среди палочковидных бактерий различают обычных бактерий и бацилл. Из них только бациллы способны образовывать споры, чтобы пережить неблагоприятные внешние условия.
Проследим образование споры. Вот содержимое клетки бациллы сжалось, приняло округлую форму и выделило на своей поверхности новую, более плотную оболочку. После созревания споры клеточная стенка материнской клетки разрушилась, растворилась и спора вышла в окружающую среду. Спора гораздо выносливее материнской клетки. Она одета в надежный панцирь, предохраняющий ее от сокрушительных ударов враждебных стихий. Спора максимально обезвожена, в ней замерли почти все жизненные процессы, прекратился обмен с внешним миром, но все таки в ней теплится жизнь будущей бациллы.
Ей теперь не страшны ни давление в 20 тысяч атмосфер, ни космический холод в — 270 градусов, ни жара до 90-140 градусов. Пусть пройдут дни, недели, месяцы, годы. На спору это не влияет. Она, словно простейшее законсервированное семя жизни, воскреснет, если случайно попадет в благоприятные условия.
Вот она пробудилась и начала плодиться с такой скоростью, что могла бы через день другой наполнить все океаны и моря. Но этому никогда не бывать.
Большинство новорожденных микробов быстро погибает, так как они не находят подходящих условий.
В семью спиральных бактерий входят вибрионы, спириллы и спирохеты. Вибрионы лишь слегка изогнуты, спириллы закручены один или даже несколько раз, а спирохеты образуют мелкоизвитые тонкие живые спирали.
Вспомним, как устроены бактерии. Большинство бактерий снаружи одеты в капсулу, чтобы спасаться от пагубных влияний высыхания. Ведь они — существа, зародившиеся в воде. Вода — та среда, тот «питательный бульон», в котором возникли и развились первые живые существа. Жизнь зародилась в воде, вода — ее растворитель и среда. Она является «матрицей жизни» — вот этим значением воды можно объяснить любовь бактерий к ней, которую они унаследовали от своих предков, и их боязнь высыхания.
Следующий слой бактерий — клеточная стенка, которая тоньше капсулы, но плотнее ее. Клеточная стенка определяет физический тип бактерий, придавая им формы шариков, палочек и спиралей. Через нее в клетку поступают питательные вещества и выходят продукты распада.
Содержимое бактериальной клетки, за исключением ядерного вещества и клеточной стенки, принято называть цитоплазмой. Цитоплазма снаружи окружена цитоплазматической мембраной, регулирующей поступление веществ в клетку и выделение наружу продуктов обмена веществ. Следует отметить, что в цитоплазматической мембране осуществляется синтез некоторых частей клетки, как правило, составных элементов клеточной стенки и капсулы. Здесь же расположены важнейшие ферменты.
Советский микробиолог В. И. Дуда замечает, что «цитоплазматическая мембрана — это та нить жизни, разрыв которой приводит к гибели клетки, организма.
Вот почему существуют микроорганизмы без клеточных стенок, но не существует клеток без цитоплазматической мембраны».
В цитоплазме находятся рибосомы — частицы диаметром 200 ангстрем, синтезирующие белок; в ней же встречаются гранулы различной формы и величины — запасные вещества, источник энергии и углерода.
В центре бактериальной клетки расположено ядерное вещество — ДНК, аналог ядра эукариот — нуклеоид. Этот ядерный эквивалент бактерий «обнажен», не окружен мембраной, не связан с основными белками, не обладает ядрышком и набором хромосом.
На поверхности некоторых бактерий имеются жгутики — органы движения.
Преобладающее большинство бактерий — одноклеточные организмы, но в природе известны также нитчатые многоклеточные бактерии.
Как размножаются бактерии?
— Поперечным делением, — ответите вы уверенно.
Действительно, это наиболее распространенный способ размножения бактерий. Однако надо иметь в виду, что бесполое размножение бактерий может осуществляться отпочкованием от материнской клетки дочерних особей, а иногда образованием особых спор. Кроме того, у бактерий выявлен другой способ размножения.
Речь идет о существовании у них процесса, напоминающего половой и называемого парасексуальным. Во время этого процесса происходит лишь обмен генетическим материалом, он никогда не ведет к слиянию нуклеоидов. У эукариот же, как правило, есть типичный половой процесс, который сопровождается слиянием ядер.
Допустим, что в нашем теле встретились две бактерии — кишечные палочки, они вошли в контакт, коснулись друг друга. Началось слияние (рис. 5). Что передается от бактерии отца в бактерию мать? Во-первых, нечто такое, что похоже на вирусоподобное существо, — половая эписома, или фактор пола. Она обычно находится поблизости от оболочки клетки и легко передается спутнице. Во-вторых, из бактерии отца в бактерию мать переносится не старая хромосома, а ее новорожденный двойник, точь в точь повторяющий облик и строение уже имеющейся хромосомы.