Поміркуйте

Чи існують фізіологічні процеси, які були б властиві лише прокаріотам, а в еукаріотів були б відсутні?

Згадайте

• Прокаріоти • Бактерії • Археї

• Спора • Антибіотик

Прокаріоти — власники найрізноманітніших адаптацій

Прокаріоти (бактерії й археї) — перші клітинні організми Землі. Протягом понад трьох мільярдів років свого існування вони пережили чимало катастроф і глибокі зміни довкілля. Завдяки цим випробуванням прокаріоти навчилися заселяти фактично всі куточки планети та сформували численні унікальні пристосування.

Особливо різноманітними є фізіологічні адаптації прокаріотів. Лише ці організми можуть здійснювати більшість типів бродіння, азотфіксацію, фотосинтез без виділення кисню, процеси утворення метану, анаеробне дихання на основі відновлення сполук Сульфуру, Фе-руму, Мангану, Хлору, Стибію, Арсену тощо.

Анабіоз, спороутворення та інцистування

Зважаючи на розмір типової бактеріальної клітини, її здатність накопичувати запаси поживних речовин є вкрай обмеженою. Якщо умови середовища різко погіршуються, бактерії просто немає звідки взяти ресурси для продовження існування. Тому найкращим виходом стає анабіоз — тимчасове призупинення життєдіяльності.

Бактерія може підготуватися до анабіозу заздалегідь, утворивши спори або цисти — спеціальні клітини з потовщеними стінками, зменшеним вмістом води і невеликим запасом поживних речовин (мал. 32.1).

Бактеріальна спора утворюється з частини цитоплазми активної бактеріальної

клітини. Якщо оболонка спори формується в цитоплазмі клітини, таку спору називають ендоспорою (бактерії з родів Бацилюс і Клостридіум) (мал. 32.2). Якщо ж спорова оболонка утворюється з частини оболонки активної клітини, перед нами екзоспора (бактерії з родів Стрептоміцес і Нокардія).

Відомі випадки, коли спори бактерій зберігали життєздатність понад 1000 років! А 1995 року палеонтологи знайшли в бурштині спори, вік яких сягав 25-40 мільйонів років. Потрапивши у сприятливі умови, деякі з них проросли, і вчені одержали живі бактерії віком 40 мільйонів років!

Бактеріальна циста утворюється з цілої активної клітини, яка оточується додатковими шарами захисної оболонки, росте, накопичує поживні речовини тощо. Цисти відомі в ціанобактерій, міксобактерій, азотобактерій тощо. Процес утворення цист називається ін-цистуванням.

Формування резистентності до антибіотиків

Протягом останніх 70 років бактеріальні інфекції лікують за допомогою антибіотиків. Під тиском природного добору хвороботворні бактерії утворили численні адаптації, спрямовані на виживання у присутності цих речовин. Одні з них навчилися розкладати молекули антибіотиків, інші перебудували свій метаболізм так, що блоковані антибіотиками реакції стали неважливими. Ці властивості з’явилися в результаті випадкових мутацій (мал. 32.3).

Колосальна перевага, яку надали ці мутації, сприяла їх поширенню. Більш того, бактерії навчилися передавати гени стійкості до антибіотиків не лише своїм нащадкам, але й іншим клітинам свого або навіть іншого виду.

Стійкість, або резистентність, до антибіотиків сама по собі є серйозною проблемою сучасної медицини. Але додатково її посилює безсистемне застосування цих препаратів. Тому антибіотики слід приймати лише за призначенням лікаря.

Пристосування архей до екстремальних умов існування

Археї — стародавня група організмів. Багато з них досі пристосовані до умов, що були типові для Землі 2-3 мільярди років тому, а сьогодні трапляються достатньо рідко. Тому серед архей поширені так звані екстремо-філи — види, адаптовані до екстремальних умов. Окремі археї здатні до життєдіяльності за температури 123 °С, переживають нагрів до +400 °С, витримують кислотність на рівні pH = 0,06, лужність до pH = 12, солоність до 32 % тощо. Завдяки таким адаптаціям архей можна зустріти в гарячих, насичених отруйними газами геотермальних джерелах, кислих шахтних водах, надсолоних водоймах, зокрема в Мертвому морі та інших подібних місцях (мал. 32.4).

Ключова ідея

Прокаріоти (бактерії й археї) мають численні фізіологічні адаптації. У несприятливих умовах вони утворюють спори або цисти, здатні роками існувати у стані анабіозу. А деякі види архей навіть в екстремальних умовах не припиняють свою життєдіяльність.

Запитання та завдання

1. Чому в цитоплазмі бактеріальних спор і цист зменшений вміст води? 2. З якої причини анаеробне дихання трапляється в прокаріотів частіше, ніж в еукаріотів? 3. Чому безсистемне застосування антибіотиків сприяє поширенню стійкості бактерій до цих речовин? 

Це матеріал з підручника Біологія і екологія 11 клас Задорожний (профільний рівень)