Микроорганизмы как базовый компонент биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция Микроорганизмы как базовый компонент биосферы

Микробиология (греч.micros - малый, лат.bios - жизнь, logos- учение) - наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, или микробами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету, - животными, растениями и человеком.

Обширный и разнообразный мир микробов включает многочисленные виды как полезных, так и вредных для человека микроорганизмов. Одни из них являются участниками круговорота веществ и энергии в природе и, следовательно, определяют возможность существования жизни на Земле. Другие, наоборот, причиняют ущерб. Отдельные виды в процессе эволюции адаптировались к существованию в живых организмах и приобретали свойства возбудителей инфекционных заболеваний людей, животных и растений.

В зависимости от экологии микробов и практических потребностей человека паука о микробах дифференцировалась на общую, медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную, пищевую и промышленную микробиологию. В XX веке появилась морская и космическая микробиология.

Открытие невыдимого мира стало возможным после изобретения увеличивающего оптического устройства. Первым, кому бесспорно удалось проникнуть в мир микробов, был Антони ван Левенгук.

Эпоха Пастера и Коха (середина XIX века) явилась поворотным этапом в развитии микробиологии. Луи Пастер является основоположником микробиологии как науки. Его пионерские исследования о брожении, выяснении роли микробов в круговороте веществ в природе и самопроизвольном зарождении составили теоретическую базу современной микробиологии. Пастер установил, что в определенных условиях культивирования патогенные микробы теряют свою вирулентность. На основе этого открытия он создает вакцины. Успехи медицинской микробиологии в области этиологии инфекционных болезней обусловили необходимость изучения механизмов защитных реакций организма от инфекционных агентов. Первым ученым, показавшим, что многие клетки организма способны захватывать и переваривать чужеродные различные элементы, в том числе и бактерии, был И.И.Мечников. Такие клетки он назвал «фагоцитами», а открытое явление «фагоцитозом».

Рядом с именем Пастера встало имя Роберта Коха, выдающегося мастера прикладных исследований, он открыл возбудителя сибирской язвы, холеры, туберкулеза и других микроорганизмов.

Развитие микробиологии в первой половине XX века. Совершенствование уже известных бактериологических методов позволило выделить новые патогенные бактерии - бледную спирохету, лептоспиры, боррелии, риккетсии, хламидии и др. Были открыты фильтрующиеся инфекционные агенты - вирусы, L-формы бактерий, микоплазмы. Более интенсивно развивались прикладные аспекты иммунологии: были разработаны многие диагностические реакции. Широкое использование лечебных сывороток породило проблему анафилаксии и иммунопатологических реакций вообще.

Второй важной вехой этого периода явились становление и первые сенсационные успехи химиотерапии инфекционных болезней. Ее основные принципы заложили П.Л.Романовский и Пауль Эрлих, которого считают основоположником химиотерапии.

На рубеже середины столетия выход естественных наук на молекулярный уровень стимулировал дальнейшее развитие микробиологии, вирусологии и иммунологии. Создание электронного микроскопа сделало видимым мир вирусов и макромолекулярных соединений. Генетика бактерий пролила свет на когда-то запутанные проблемы их изменчивости, внесла поистине революционизирующий вклад в генетику в целом, «вскормила» целую область биохимии, что в значительной степени обусловило рождение молекулярной биологии. Расшифровка генома кишечной палочки сделала возможными искусственное конструирование генов и пересадку отдельных генов из одних клеток в другие. К настоящему времени генная инженерия внесла принципиально новые идеи и методы в производство широкого спектра биологически активных веществ.

В начинающемся ХХI в. микробиология составляет одно из основных направлений медицины, открывая новые горизонты для различных ее дисциплин.

Микробиологические процессы лежат в основе многих биотехнологических производств, базирующихся на использовании микроорганизмов как продуцентов множества полезных веществ (витаминов, антибиотиков, ферментов, аминокислот и др.)

В связи с глобальными проблемами сохранения природных экосистем особо важное значение приобретают знания специфического применения биотехнологии для переработки и утилизации отходов. Накопленные знания в области микробиологии и биотехнологии на сегодняшний день позволяют прогнозировать токсичность природных объектов, использовать экологосберегающие технологии в сельском хозяйстве, например, удобрения на основе бактериальных препаратов, применять разработки биологической очистки почв и водоемов от экотоксикантов. Поэтому приобретение знаний по микробиологии специалистам в области инженерной экологии и защиты окружающей среды представляется необходимым.

Многообразие органического мира не ограничивается числом различных видов. Виды, в свою очередь, состоят из молодых и взрослых индивидуумов, многие - из самцов и самок, у некоторых общественных насекомых имеются матки, трутни, «рабочие» и «солдаты», и, наконец, у большинства видов есть разновидности, географические расы и экологические формы. Для них характерны определенные строения и образ жизни.

И все же, при всем своем разнообразии органический мир - не что-то разрозненное и хаотичное. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гармональных систем и т.д.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции.

Вместе с тем имеются и специфические особенности и отличия между видами уже на уровне самого биохимизма. Этими особенностями животное отличается от растения, бактерии от вирусов, а порой даже одна разновидность от другой.

Существует также и определенное единство строения животных, растений и микроорганизмов. Главным образом это единство прослеживается на клеточном уровне, поскольку клетка является основой структуры всех организмов. Ученые так же выявили и описали некоторые общие законы, по которым живут и развиваются все без исключения виды животных и растений. Таков, например, закон единства живого тела и среды его обитания, закон естественного отбора, закон взаимосвязи индивидуального и исторического развития организмов и т.д.

С другой же стороны, поскольку органический мир дискретен, то есть состоит из отдельно существующих частей, то каждая такая часть в определенном смысле уже является целым. Обладая известной автономией, части входят в состав более крупных структурных единиц, образуя разные ступени организации живого вещества - от клетки до органического мира в целом. микробиология биотехнологический биохимизм вид

Но и автономность организмов (особей, индивидуумов) тоже относительна, они существуют только как составные части популяций. Популяции представляют собой совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определенные территории - биотопы. Совокупность таких территориальных популяций составляет вид, распространенный на определенной части земной поверхности, к условиям которой он приспособился.

Почти каждый вид состоит из различающихся по строению, но в то же время кровно родственных групп индивидуумов; у многих животных личинки не только отличаются по внешнему виду, строению и физиологии, но и живут в других местах или питаются другой пищей и имеют многие другие особенности. Также отличаются самцы и самки, а у многих видов насекомых, паразитических червей и других известны пищевые расы, живущие за счет разных кормов или по-разному размножающиеся, например, озимые и яровые расы рыб. Вид, таким образом, представляет собой не просто собрание одинаковых индивидуумов, а сложную систему группировок, соподчиненных, тесно связанных друг с другом и тем самым поддерживающих существование друг друга.

«Объединение разнородных индивидуумов в популяции, а различных популяций в виды создает много преимуществ в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида со средой, поскольку здесь возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических

рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное значение для успеха его борьбы с другими видами». Наконец, популяции разных видов образуют сообщества (биоценозы), занимающие отдельные участки земной поверхности. В каждый биоценоз, где бы он ни находился, входят хлорофиллоносные растения, питающиеся ими растительноядные животные, хищники и паразиты, живущие за счет этих животных, и, наконец, микроорганизмы, минерализующие трупы животных и растений. Такие сообщества представляют собой целые системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмен веществ приспособлен друг к другу и одни виды используют продукты метаболизма других видов или их самих в качестве пищи. В биоценозах на основе взаимодействия составляющих их видов возникают новые формы отношений живых существ с неживой природой.

Биоценозы отдельных биотопов и природных зон на основе общего круговорота веществ объединяются в единую систему - органический мир. Все части единого органического мира отличаются не только степенью самостоятельности и автономности, но и тем, что по мере их развития, на каждой ступени возникают качественно новые, вес более сложные проявления жизни, при этом углубляется и расширяется взаимодействие живого с неорганической средой.

Единство многообразной и сложно организованной живой природы выражается во взаимосвязях и взаимодействии качественно различных видов животных, растений и микроорганизмов. Эти взаимоотношения и служат основой возникновения и развития сообществ, состоящих из разных видов.

Такова, в целом, структура органического мира, покоящаяся на основном свойстве живой материи - обмене веществ и энергии со средой.

Отношения животных, растений и микроорганизмов, развивающиеся на базе биологического круговорота веществ, имеют столь же длительную историю, как и эволюция этих групп. Они регулируются возникшими в ходе эволюции взаимными приспособлениями. Именно этим объясняется известный порядок и слаженность в биоценозах. Но эти отношения и противоречивы. Отдельные виды животных, растений, или микроорганизмов связаны друг с другом пищевыми, пространственными и другими отношениями. Во многих случаях они не могут существовать друг без друга, но в то же время каждый вид обладает определенной самостоятельностью.

Автономность вида как части целостного органического мира заключается в возможности множества путей его приспособления к окружающей его среде. Какой из этих способов приспособления реально осуществится - это будет зависеть от конкретного сочетания обстоятельств. Кроме того, виды возникли в разных местах и в разное время, и, следовательно, имеют неодинаковую историю и способность существовать в тех или иных условиях. В биоцеенозах виды различного происхождения, в разное время вошедшие в состав данного сообщества, обычно составляют значительную долю. Поэтому неодинакова и степень их взаимной приспособленности, а сами приспособления относительны.

Размещено на Allbest.ru