Микромир

Размещено на Allbest.ru

Введение

микроорганизм микроб

Невидимые, но вездесущие, простые, но способные принимать самые разные формы, микроскопические, но иногда смертельно опасные, микроорганизмы или бактерии - самые настоящие невидимые хозяева Земли…Они окружают нас повсюду - в воздухе, в воде, в почве, в растительном и животном мире. Эти крошечные существа живут не только вокруг, но и внутри нас. Иногда микроорганизмы называют микробами или бактериями. Кто же они такие - микробы, которые играют такую важную роль в нашей жизни, постоянно взаимодействуя с нами, но оставаясь невидимыми для нас? В настоящее время эта тема очень актуальна, уделяется большое внимание учёными всего мира изучению микроорганизмов - бактерий и вирусов, их взаимодействию и влиянию на здоровье человека. Поэтому я решила узнать принципы работы микроскопа и с его помощью исследовать эту тему и познакомиться с микробами, чтобы эти знания помогли мне оценить влияние их на человека.

Цель исследования:

познакомиться с принципами работы микроскопа на примере изучения микробов.

Чтобы достичь этой цели, я поставила перед собой следующие задачи:

1) изучить теоретический материал о бактериях и рассмотреть их строение под микроскопом

2) выявить с помощью дополнительной литературы, какие из бактерий - полезные, а какие - вредные

3) познакомиться с устройством микроскопа

4) провести практические работы и опыты с помощью микроскопа

Объект исследования: микроскоп

Предмет исследования: микроорганизмы

Актуальность: мир бактерий - часть нашей жизни

Гипотеза: микроорганизмы бывают вредные и полезные

Что такое микроорганизмы

Микроорганизмы (микробы или бактерии) - это мельчайшие живые существа. Слово «микробы» - это не научное определение, под которое попадают все микроорганизмы, что означает микро - очень маленькие и bнos - жизнь. К ним относятся самые различные по своей природе одноклеточные или многоклеточные организмы. Они делятся на несколько групп: бактерии, дрожжи, грибы и еще целый ряд микрожителей. Микробы, которые невидимы даже при помощи микроскопа, называют вирусами. Их выделяют в отдельную группу, и наблюдать их в обычный микроскоп не представляется возможным. Главное место среди микробов занимают бактерии. От этих бактерий, можно сказать, во многом зависит вся наша земная жизнь. Микроорганизмы живут всюду: в воздухе и на земле, в воде и в почве, в растения, животных и в человеке. Одни микроорганизмы очень нежны и легко погибают. А другие переносят даже кипячение и замораживание, воздействие различных кислот, щелочей и ядов.

Размеры микробов так малы, что их измеряют тысячными и даже миллионными долями миллиметра. Величина этих микроорганизмов колеблется от 50 мк (микрон = 1 / 1 000 мм) до 10 ммк (миллимикрон = 1 / 1 000 000 мм). Микробы можно рассмотреть только с помощью микроскопа и до его изобретения об их существовании даже и не подозревали. Самые первые микробы возникли 3, 5 млрд. лет назад, и в следующие 3 млрд. лет они были единственными живыми существами на Земле. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение - это одноклеточные организмы.

В силу простоты организации и неприхотливости микроорганизмы широко распространены в природе. Они обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80єС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека, как внутри организма, так и на поверхности тела.

Микробы - самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90єС, не теряя при этом жизнеспособность. Обнаружены бактерии в замерзших соляных залежах, которым сотни миллионов лет. Эти бактерии при их исследовании стали оживать!

Практически нет места на Земле, где не встречались бы микроорганизмы (микробы и бактерии), но в разных количествах. Условия жизни их разнообразны. Большинство микробов не может существовать без доступа воздуха, из которого они поглощают необходимый им для дыхания кислород. Эти микробы называются аэробными. Другие в нём не нуждаются, они способны жить в бескислородной среде и не могут развиваться при свободном доступе воздуха. Такие микробы называются анаэробными. В неблагоприятных условиях микроорганизмы быстро погибают.

Особенно много микроорганизмов в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: микробы и бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях приносит пользу или вызывают заболевания. Полезные микроорганизмы в органах пищеварения помогают расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

В воздухе: микроорганизмы поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

О существовании микроорганизмов сейчас известно каждому ученику начальной школы, но так было далеко не всегда. Впервые увидеть их смог ученый из Нидерландов Антони ван Левенгук в 1674 г. (в XVII веке) только когда появилась возможность наблюдать при помощи оптических приборов - луп, дававших увеличение в 160-200 раз. Чтобы провести свои исследования и изучить микроорганизмы, ему пришлось самостоятельно разработать и создать первый в истории человечества микроскоп. Немного позже, в 1828 году, появилось название «бактерия» (от греч. «маленькая палочка»). Слово ввел в обиход немецкий ученый Христиан Эренберг.

Еще позже крупный вклад в науку о микробах внес известный французский ученый Луи Пастер и немец Роберт Кох, продолжая работу по изучению микроорганизмов, связали возникновение болезней с наличием в организме человека или животного бактерий. За создание бактериологической теории возникновения болезней Роберт Кох в 1905 году был награжден Нобелевской премией.

Одним из основоположников мировой и отечественной микробиологии был Илья Ильич Мечников (1845 -1916 гг.).

Строение и жизнедеятельность микроорганизмов

С тех пор, как ученые обнаружили микробов, они учились их выращивать в различных питательных условиях. Ведь для того чтобы знать, как бороться с тем или иным микроорганизмом, нужно изучить не только его форму, но и повадки, образ жизни, потребности в питании.

Знание влияния физических, химических и биологических факторов на жизнь микробов позволяет человеку регулировать их жизнедеятельность по своему желанию и делает доступной борьбу с возбудителями различных инфекционных болезней.

В настоящее время, при всём многообразии высокоразвитой жизни, микроорганизмы продолжают доминировать своим количеством. Хотя это и не очевидно, но вдумайтесь в цифры…Общее количество микробов на коже и в теле человека в 10 раз больше, чем всего клеток тела человека. Микробов на немытых руках может быть несколько миллионов штук на 1 кв. см. Если выловить всю живность в морях и океанах, то 90% этой массы составят микробы. В почве содержится около 2 тонн бактерий на 1 гектар.

Размеры, форма и принципы питания у микробов очень разные, но состоят они из одной клетки, исключение составляют только некоторые грибки. Одни микроорганизмы неподвижны, у других имеются реснички или жгутики, при помощи которых они передвигаются.

Микроорганизмы (Бактерии) - многочисленны и разнообразны. Они различаются по форме: шарообразные, палочковидные, изогнутые в виде запятой, спиралевидные, цепочкой, гроздями или две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле.

Внешнее строение:

Микробы и бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами.

Клетка микроорганизма (бактерии) одета особой плотной оболочкой - клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт ей постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи - капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула - не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

Способы передвижения

Среди микроорганизмов (бактерий) есть подвижные и неподвижные формы. На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики или короткие тонкие ворсинки. Жгутиков может быть один или несколько. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок микроорганизмы передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Располагаются они у одних организмов на одном конце клетки, у других - на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным микроорганизмам, у которых жгутики отсутствуют. Покрытые снаружи слизью, они способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных микроорганизмов в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно - азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные микроорганизмы могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные - передвигаться в капиллярах почвы.

Способы питания и размножения

Как и всякие живые существа, микроорганизмы питаются и размножаются. Для того, чтобы жить, развиваться, размножаться, микроб должен питаться - он должен перерабатывать вещества внешней среды в вещества собственного тела, т. е. усваивать различные химические соединения.

У микробов нет специальных органов пищеварения. Питательные вещества проникают в микроорганизмы через оболочку клетки. Они впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана позволяет впитывать только нужные вещества. Поэтому для развития микробов хорошей питательной средой является наличие воды. Для размножения микробов, кроме питательной среды, необходима благоприятная температура (37-40°). При наличии питательной среды и соответствующей температуры микробы могут очень быстро размножаться путем деления или почкования (дрожжи). Примерно через полчаса количество микробов удваивается, через час увеличивается в 4 раза, через два часа - в 16 раз и т. д.

В неблагоприятных условиях микроорганизмы быстро погибают. Большинство микробов не может существовать без доступа воздуха, из которого они поглощают необходимый им для дыхания кислород. Также существуют микробы, которые, наоборот, не могут жить и развиваться при свободном доступе воздуха.

У микроорганизмов наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы - организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Гетеротрофы - организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов (извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала (молочно-кислые бактерии, бактерии гниении я и др.)), симбионтов (живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу) и паразитов (живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями, вызывают различные заболевания).

Размножаются микроорганизмы (бактерии) делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес - 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100єС, в результате борьбы между видами и т. д.

Другим свойством микробов, способствующим сохранению и выживанию их в природе, является исключительная стойкость к вредным воздействиям окружающей среды - температурному воздействию, высушиванию, атмосферному давлению, ядовитым веществам. По своей выносливости многие микробы превосходят в этом отношении все известные нам живые существа. Можно ли себе представить организм, выдерживающий многочасовое пребывание в кипящей воде?

Оказывается, что некоторые бактерии, способные образовывать так называемые споры - тельца с толстой оболочкой и сгущённой, обезвоженной протоплазмой, - в этом состоянии сохраняют жизнеспособность даже после нескольких часов кипячения. Убить такие споры бактерий можно только после прогрева их при температуре 115-125°.

А многие микробы не только переносят, но даже предпочитают высокие температуры. Эти теплолюбивые бактерии прекрасно развиваются и размножаются при температуре 60-70°, т. е. при той температуре, при которой свёртываются и разрушаются белки других организмов. Такие бактерии живут обычно в горячих источниках, в прогреваемых солнцем поверхностных слоях почвы, в гниющем навозе и т. д.

Еще менее чувствительны микробы к низким температурам, при которых они впадают в состояние оцепенения, но не погибают. Они выдерживают многочасовое пребывание при температуре жидкого водорода -253°, а зимние морозы легко переносят даже нежные микроорганизмы, не имеющие спор Советский микробиолог проф. В. О. Таусон находил в вечно мёрзлой почве Памира на высоте 4000 метров над уровнем моря вполне жизнеспособных бактерий, которые развивались при 0°. А некоторые холодолюбивые микробы развиваются и при температуре -2° - -4°. Они, между прочим, часто являются причиной порчи продуктов в холодильниках. При 40° мороза вирусы сохраняются годами, не теряя заразительности для человека или животных. Некоторые микробы хорошо переносят и высушивание.

Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в высушенном состоянии в комках земли десятки лет.

Все эти свойства микробов - способность к очень быстрому размножению, устойчивость к вредному воздействию температуры и высушиванию, наследственность, изменчивость, способность к приспособлению и эволюции - присущи только живой материи. Они дают микроорганизмам возможность выживать в разнообразных условиях существования и, несмотря на свою ничтожную величину, играть большую роль в окружающем нас мире. Поэтому мы и считаем эти микроорганизмы живыми.

«Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой» (Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950, стр. 244).

Значение микроорганизмов для окружающей среды

С незапамятных времён человек постоянно сталкивался с различными проявлениями жизнедеятельности микроорганизмов. Он страдал от огромных бедствий, причиняемых болезнетворными микробами, использовал работу некоторых полезных микробов, но совершенно не представлял себе, что, кроме растений и животных, в окружающем его мире находятся мириады мельчайших существ, неустанно ведущих разрушительную и созидательную работу.

Только за последние десятилетия стала вырисовываться общая картина грандиозной деятельности в природе этих простых форм существования живой материи, их роль в геологических изменениях нашей планеты, их значение для людей: медицины, сельского хозяйства, пищевой промышленности и других отраслей народного хозяйства.

В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние не могут жить. Это объясняется тем, что вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается, и протопласт сжимается. Данное явление носит название плазмолиза. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, оболочка которой может лопнуть. При этом наблюдается плазмоптиз.

Осмотическое давление клетки у грамположительных бактерий достигает 3* 106 Па, у грамотрицательных - 4* 105 - 8-105 Па. Следовательно, в растворах с высоким осмотическим давлением - около 9-106-107 Па (15-20% -ный NaCl) -создаются условия, невозможные для роста бактерий и ряда других организмов. Высокое осмотическое давление среды не препятствует росту лишь некоторых микроорганизмов, называемых осмофильными, то есть «любящими» высокое осмотическое давление. Так, многие плесени из родов Aspergillus и Penicillium могут расти на едва увлажненных субстратах. Осмотическое давление в их клетке достигает 2-105 - 2, 5-105 Па. Мед иногда разлагается дрожжами, которые растут при содержании сахара 70-80%. Некоторые из этих осмофильных дрожжей развиваются только при высокой концентрации сахара, но не выносят высокой концентрации солей.

Имеются организмы, которые могут жить лишь при очень высоких концентрациях солей (NaCl). Это галофильные, то есть «любящие» высокую концентрацию солей, организмы (лат. halo - соль).

Они представлены двумя основными типами: умеренными галофилами, которые развиваются при содержании соли 1-2%, хорошо растут в среде с 10% соли, но могут выносить даже 20% - ное ее содержание (большинство бактерий не переносят концентрации NaCl выше 5%) и экстремально галофильными бактериями родов Halobacterium и Halococcus, которые требуют около 12 - 15% солей и способны хорошо расти в насыщенном растворе NaCl - при 32% -ной концентрации соли.

Ознакомление с микроскопом

Перед тем как начать экспериментальную часть изучили строение цифрового микроскопа.

Действующая модель цифрового микроскопа имеет:

1. Кнопку захвата. 2. Тубус. 3. Револьверная головка (объективы). 4. Центр нижнего освещения. 5. Предметный столик. 6. Ручка фокусирования. 7. USB - кабель и USB штекер для подключения к компьютеру.

Далее вставили диск в дисковод компьютера и установили программное обеспечение. Включаю микроскоп. Вставляю разъем кабеля USB в USB - порт компьютера. Разместил на предметном столике микропрепарат (яйцеклетка креветки). Вращая ручку фокусировки по часовой стрелке, просматриваю изображение на экране компьютера. С помощью программного обеспечения делаю фотографии микропрепаратов.

Практическая часть

Опыт №1

Полезное применение микроорганизмов на примере дрожжей.

Сухие дрожжи похожи на маленькие безжизненные шарики. Но это лишь до тех пор, пока не оживут миллионы крохотных микробов, которые дремлют в холодном и сухом виде.

Мне понадобились мука, молоко и сухие дрожжи. Замесим тесто. Одну часть теста поставим в теплое место, а другую в прохладное место. Через 30 минут сравнила, и увидела разницу. В тёплом месте брожение происходило быстрее.

Это и есть результат работы микробов - дрожжей.

Вывод: Дрожжи чувствительны к температуре окружающей среды. Скорость их размножения уменьшается в ответ на понижение температуры.

Потом я взяла два стакана, в оба налила воды. В один положила дрожжи, а в другой дрожжи и сахар. Через несколько часов сравнила содержимое стаканов. Увидела, что в первом стакане дрожжи выпали в осадок, а во втором происходило брожение - образовалась пена.

Вывод: Для процесса брожения необходим сахар. Дрожжи превращают сахар в спирт и углекислый газ. Таким способом они получают энергию, необходимую им для жизни.

Опыт № 2

Как приготовить кефир в домашних условиях?

Многие из нас любят кефир. А как его приготовить? Конечно с помощью полезных микроорганизмов - бактерий. Для этого мне понадобилось сырое молоко, сметана. Нагреваем молоко до теплого состояния. Берем стакан и на дно кладем пару чайных ложек сметаны. Заливаем теплым молоком, размешиваем до однородной массы и ставим в теплое место. Я все сделала вечером, а утром кефир уже был готов.

Вывод: Это произошло из-за того, что в молоке, сметане всегда есть немного бактерий определенного вида - молочнокислых. В теплой среде они начинают быстро размножаться. И за несколько дней в нашем молоке их поселяются миллионы! Все они живут, двигаются, размножаются. В результате их деятельности в молоке начинается процесс брожения и в нем появляется много молочной кислоты.

Опыт № 3

Наблюдение за молоком.

Я поставила два стакана с молоком в холодильник, и два стакана оставила на сутки на батарее (по одному стакану с пастеризованным и кипяченым молоком).

Результат: пастеризованное молоко на батарее скисло на второй день, на третий день скисло кипяченое молоко на батарее, затем на седьмой день скисло пастеризованное молоко в холодильнике, на девятый день скисло кипяченое молоко в холодильнике!

Вывод: бактерии гниения испортили молоко, а бактерии молочнокислого брожения превратили его в простоквашу, которую можно употреблять в пищу. В холодильнике дольше хранится кипяченое молоко, а быстрее скисает пастеризованное.

Интересные факты о микробах

- Бактерия и бацилла - это одно и то же. Первое слово - греческого происхождения, а второе - латинского.

- Ареал обитания бактерий очень широк. Их колонии обнаружены в сверхглубоких шахтах на глубине более 6 км, в атмосферу их «заносит» на высоту около 8 км. Предполагается, что они живут так же глубоко под морским дном.

- Для их размножения оптимальна температура от +10 до +55 °C, но некоторые их виды выживают при морозе -100°C, а другие размножаются при +110 и какое-то время могут «продержаться» при +140°C.

- В каждом взрослом человеке живёт около 2 кг. бактерий (!).

- Во рту человека около 40 000 бактерий. Во время поцелуя от одного человека другому передается 278 различных культур бактерий. К счастью, 95 процентов из них не представляют опасности.

- При рождении в организме ребёнка практически нет бактерий, но они заселяются в него сразу же, прямо в момент рождения. Затем, при кормлении ребёнка молоком, в его кишечник попадает много микрофлоры, которая помогает пищеварению, поэтому грудное кормление полезней для новорождённых, чем искусственное.

- Из-за очень большой скорости обмена веществ бактерии могут размножаться с удивительной скоростью. При благоприятных условиях одна единственная кишечная палочка, например, могла бы дать потомство общим объёмом с пирамиду высотой около километра. А если дать полную свободу в размножении холерному вибриону, то за двое суток масса его потомства в несколько тысяч раз (!!!) превысила бы массу Земли.

- Микробы могут создавать самоорганизующиеся колонии, где одни и те же бактерии могут выполнять разные функции в зависимости от своего места. Такие колонии очень устойчивы и могут легко восстанавливаться при повреждениях. Скорее всего, на заре эволюции жизни благодаря таким колониям произошёл переход от одноклеточной к многоклеточной жизни. То есть, фактически мы с вами представляем собой высокоразвитые колонии микроорганизмов, со сложным разделением функций её членов, где бактерии превратились в клетки единого организма.

Вывод

Микроорганизмы довольны разнообразны, с помощью ряда опытов я показала что они могут по-разному влиять на окружающую среду. Проделанные опыты показывают как положительное применение микроорганизмов (например, в производстве кефира), так и их отрицательное воздействие (появление плесени).

Заключение

В процессе выполнения исследовательской работы я познакомилась с микроорганизмами, их строением, особенностями жизнедеятельности, их средой обитания и значением для окружающей среды.

Для того, чтобы детально рассмотреть микроорганизмы, было изучено строение микроскопа.

Было выполнено несколько опытов для выяснения роли микроорганизмов в окружающей среде.

Список литературы

Бетина Владимир «Путешествие в страну микробов»

Смородинцев Анатолий Александрович «Мир микробов»

Козлов М. А. «Живые организмы - спутники человека»

Цингер Александр Васильевич «Занимательная ботаника»

Азимов Айзек «Расы и народы» (Ген, мутация и эволюция человека)

http: //biouroki. ru/material/plants/bakterii. html

http: //www. krugozors. ru/mikroby-pod-mikroskopom-foto. html

https: //infourok. ru/issledovatelskaya-rabota-mikroorganizmi-707911. html

https: //probakterii. ru/prokaryotes/for-human/issledovanie-bakterij. html

https: //micromed. pro/articles/mozhno-li-uvideti-mikrobov-pod-mikroskopom. html

Размещено на Allbest.ru