Почвенные бактерии и их ценность. Материалы для подготовки к предметной олимпиаде по биологии Бактерии способные в результате своей жизнедеятельности

Бактерии – древнейшая известная группа организмов
Слоистые каменные структуры – строматолиты, – датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, – результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. Первые ядерные клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.

Самыми древними из ныне существующих живых организмов считаются археобактерии термоацидофилы (thermoacidophiles). Они живут в воде горячих источников с высоким содержанием кислоты. При температуре ниже 55oC (131oF) они гибнут!

90% биомассы в морях, оказывается, составляют микробы.

Жизнь на Земле появилась
3,416 млрд лет назад, то есть на 16 млн лет раньше, чем принято считать в научном мире. Анализы одного из кораллов, возраст которого превышает 3,416 млрд лет, доказали, что во время образования этого коралла на Земле уже существовала жизнь на уровне микробов.

Древнейшая микроокаменелость
Kakabekia barghoorniana (1964-1986 г.г.) была найдено в местечке Харич, Гунедд, Уэльс, ее предполагаемый возраст свыше 4 000 000 000 лет.
Самая древняя форма жизни
В Гренландии были обнаружены окаменевшие отпечатки микроскопических клеток. Оказалось их возраст составляет 3800 миллионов лет, что делает их самыми древними из известных нам форм жизни.

Бактерии и эукариоты
Жизнь может существовать в форме бактерий - простейших организмов, не имеющих ядра в клетке, древнейших (archaea), почти таких же простых, как бактерии, но отличающихся необычной мембраной, ее вершиной считаются эукариоты – собственно, все остальные организмы, генетический код которых хранится в клеточном ядре.

В Марианской впадине найдены древнейшие обитатели Земли
На дне самой глубокой в мире Марианской впадины в центре Тихого океана обнаружены 13 видов неведомых науке одноклеточных, существующих в неизменном виде уже почти миллиард лет. Микроорганизмы были найдены в пробах грунта, которые осенью 2002 года взял в разломе Челленджера японский автоматический батискаф "Кайко" на глубине 10.900 метров. В 10 кубических сантиметрах почвы обнаружены 449 ранее неизвестных первобытных одноклеточных круглой или удлиненной формы размером 0,5 - 0,7 мм. После нескольких лет исследований их подразделили на 13 видов. Все эти организмы практически полностью соответствуют т.н. "неведомым биологическим окаменелостям", которые в 80-х годах были обнаружены в России, Швеции и Австрии в слоях почвы древностью от 540 млн до миллиарда лет.

На основании генетического анализа японские исследователи утверждают, что найденные на дне Марианской впадины одноклеточные существуют в неизменном виде уже более 800 млн, а то и миллиард лет. Судя по всему, это самые древние из всех известных сейчас обитателей Земли. Одноклеточные из разлома Челленджера ради выживания были вынуждены уйти на крайние глубины, поскольку в мелких слоях океана не могли конкурировать с более молодыми и агрессивными организмами.

Первые бактерии появились в археозойскую эру
Развитие Земли разделено на пять промежутков времени, которые называются эрами. Первые две эры, археозой и протерозой, длились 4 миллиарда лет, то есть почти 80% всей земной истории. Во время археозоя произошло образование Земли, возникли вода и кислород. Около 3,5 миллиардов лет назад появились первые крохотные бактерии и водоросли. В эпоху протерозоя, около 700 лет назад, в море появились первые животные. Это были примитивные беспозвоночные существа, например черви и медузы. Палеозойская эра началась 590 миллионов лет назад и продолжалась 342 миллиона лет. Тогда Землю покрывали болота. Во время палеозоя появились крупные растения, рыбы и земноводные. Мезозойская эра началась 248 миллионов лет назад и длилась183 миллиона лет. В это время Землю населяли огромные ящеры динозавры. Появились также первые млекопитающие и птицы. Кайнозойская эра началась 65 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. В эту пору возникли растения и животные, которые окружают нас сегодня.

Где живут бактерии
Бактерий много в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90 С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.

Бактерии участвуют в пищеварении
Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

В точке умещается четверть миллиона бактерий
Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5–2,0 мкм, а длина – 1,0–8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине бактерий.

Бактерии дают уроки самоорганизации
В колониях бактерий, называемых строматолитами, бактерии самоорганизуются и создают огромное рабочее объединение, хотя ни одна из них не руководит остальными. Такое объединение очень устойчиво и быстро восстанавливается при повреждениях или смене окружающей среды. Также интересен тот факт, что бактерии в строматолите выполняют разные роли, в зависимости от того, какое место они занимают в колонии, и все они используют общую генетическую информацию. Все эти свойства могут быть полезны для будущих коммуникационных сетей.

Способности бактерий
Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды – на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка – Fe3O4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды.

Память бактерий
Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.

Бактерии удваиваются в численности каждые 20 мин
Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма очень высока. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии – секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.

В течение суток из 1 бактерии могло бы образоваться 13 трлн других
Одна бактерия кишечной палочки (Esherichia coli) в течение суток могла бы дать потомство, общего объема которого хватило бы для постройки пирамиды площадью 2 кв.км и высотой 1 км. При благоприятных условиях за 48 часов один холерный вибрион (Vibrio cholerae) дал бы потомство массой 22*1024 т, что в 4 тыс. раз больше массы земного шара. К счастью, выживает лишь незначительное количество бактерий.

Сколько в почве бактерий
В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами.

Бактерии поедают пестициды
Генетически модифицированная обычная кишечная палочка способна поедать фосфорорганические соединения - ядовитые вещества, токсичные не только для насекомых, но и для человека. К классу фосфорорганических соединений относятся некоторые виды химического оружия, например, газ зарин, обладающий нервно-паралитическим действием.

Расправляться с фосфорорганикой модифицированной кишечной палочке помогает особый фермент - разновидность гидролазы, первоначально найденный у некоторых "диких" почвенных бактерий. Протестировав множество генетически близких разновидностей бактерий, ученые выбрали штамм, который уничтожает пестицид метилпаратион в 25 раз эффективнее, чем исходные почвенные бактерии. Чтобы пожиратели токсинов не "разбежались", их закрепили на матрице из целлюлозы - неизвестно, как поведет себя трансгенная кишечная палочка, оказавшись на свободе.

Бактерии с удовольствием съедят пластик с сахаром
Полиэтилен, полистирол и полипропилен, которые составляют пятую часть городских отходов, стали привлекательными для почвенных бактерий. При смешивании стироловых единиц полистирола с небольшим количеством другой субстанции образуются "крючки", за которые могут зацепиться частицы сахарозы или глюкозы. Сахара "висят" на стироловых цепочках, как подвески, составляя всего 3% от общего веса полученного полимера. Но бактерии Pseudomonas и Bacillus замечают присутствие сахаров и, съедая их, разрушают цепи полимера. В результате в течение нескольких дней пластики начинают разлагаться. Окончательные продукты переработки - двуокись углерода и вода, но на пути к ним возникают органические кислоты и альдегиды.

Янтарная кислота от бактерий
В рубце - отдел пищеварительного тракта жвачных животных – был обнаружен новый вид бактерий, производящих янтарную кислоту. Микробы прекрасно живут и размножаются без кислорода, в атмосфере углекислого газа. Кроме янтарной кислоты они производят уксусную и муравьиную. Основным питательным ресурсом для них служит глюкоза; из 20 грамм глюкозы бактерии создают почти 14 грамм янтарной кислоты.

Крем из глубоководных бактерий
Бактерии, собранные в гидротермальной трещине на двухкилометровой глубине тихоокеанского залива Калифорнии помогут создать лосьон для эффективной защиты кожи от губительных солнечных лучей. Среди микробов, обитающих здесь при высоких температурах и давлении, есть и Thermus thermophilus. Их колонии процветают при температуре 75 градусов Цельсия. Ученые собираются использовать процесс брожения этих бактерий. Результатом будет "коктейль из белков", включая энзимы, которые особенно рьяно уничтожают высокоактивные химические соединения, образующиеся при воздействии ультрафиолетовых лучей и участвующие в реакциях, разрушающих кожу. По словам разработчиков, новые компоненты могут уничтожать перекись водорода в три раза быстрее при 40 градусах Цельсия, чем при 25.

Люди - это гибриды человека разумного и бактерий
Человек - это собрание, собственно, человеческих клеток, а также бактериальных, грибковых и вирусных форм жизни, говорят англичане, и человеческий геном в этом конгломерате вовсе не преобладает. В теле человека несколько триллионов клеток и более 100 триллионов бактерий, пятисот, кстати, видов. По количеству ДНК в наших телах лидируют именно бактерии, а не человеческие клетки. Это биологическое сожительство выгодно обеим сторонам.

Бактерии накапливают уран
Один из штаммов бактерии псевдомонас способен эффективно улавливать из окружающей среды уран и другие тяжёлые металлы. Исследователи выделили эту разновидность бактерий из сточных вод одного из тегеранских металлургических заводов. Успешность работы по очистке зависят от температуры, кислотности среды и содержания тяжёлых металлов. Наилучшие результаты были при 30 градусах Цельсия в слабокислой среде при концентрации урана 0,2 грамма на литр. Его гранулы накапливаются в стенках бактерий, достигая 174 мг на грамм сухого веса бактерий. Кроме того, бактерия захватывает из окружающей среды медь, свинец и кадмий и другие тяжёлые металлы. Открытие может служить основой для разработки новых методов очистки сточных вод от тяжёлых металлов.

В Антарктике найдены два неизвестных науке вида бактерий
Новые микроорганизмы Sejongia jeonnii и Sejongia antarctica - это грамотрицательные бактерии, содержащие желтый пигмент.

Столько бактерий на коже!
На коже грызунов землекопов насчитывается до 516 000 бактерий на квадратный дюйм, на сухих участках кожи этого же животного, например, на передних лапах, всего 13 000 бактерий на квадратный дюйм.

Бактерии против ионизирующего излучения
Микроорганизм Deinococcus radiodurans способен выдержать 1.5 миллионов рад. ионизирующего излучения, превышающий смертельный уровень для других форм жизни более чем в 1000 раз. В то время как ДНК других организмов будет разрушен и уничтожен, геном этого микроорганизма не будет поврежден. Секрет подобной устойчивости заключается в специфической форме генома, которая напоминаете окружность. Именно этот факт способствует подобной устойчивости к воздействию радиации.

Микроорганизмы против термитов
Препарат для борьбы с термитами "Формосан" (США) использует природных врагов термитов - несколько видов бактерий и грибов, которые заражают и убивают их. После заражения насекомого грибы и бактерии поселяются в его теле, образуя колонии. Когда насекомое гибнет, его останки становятся источником спор, которые заражают собратьев. Были отобраны микроорганизмы, которые размножаются сравнительно медленно - у зараженного насекомого должно остаться время вернуться в гнездо, где инфекция передастся всем членам колонии.

Микроорганизмы живут на полюсе
Колонии микробов обнаружены на камнях в районе северного и южного полюсов. Места эти не слишком подходят для жизни - сочетание крайне низких температур, сильных ветров и жесткого ультрафиолетового излучения выглядят устрашающе. Но 95 процентов исследованных учеными каменистых равнин заселены микроорганизмами!

Этим микроорганизмам хватает того света, который попадает под камни через щели между ними, отражаясь от поверхностей соседних камней. Из-за перепадов температур (камни нагреваются солнцем и остывают, когда его нет) происходят подвижки в каменных россыпях, некоторые камни оказываются в полной темноте, а другие, наоборот, попадают на свет. После таких подвижек микроорганизмы "мигрируют" с затемненных камней на освещенные.

Бактерии живут в шлаковых отвалах
Самые щелочелюбивые живые организмы на планете живут в загрязненной воде в США. Ученые обнаружили микробиальные сообщества, благоденствующие в шлаковых отвалах в области озера Калюме на юго-западе Чикаго, где уровень кислотности воды (рН) составляет 12,8. Жизнь в такой среде сравнима с обитанием в каустической соде или жидкости для мытья пола. В подобных отвалах воздух и вода вступают в реакцию со шлаками, в которой возникает гидроксид кальция (каустическая сода), повышающая рН. Бактерий обнаружили в ходе изучения загрязненных грунтовых вод, накопившихся за более чем столетие хранения промышленных железных отвалов, поступающих из Индианы и Иллинойса.

Генетический анализ показал, что часть этих бактерий – близкие родственники видов Clostridium и Bacillus. Эти виды ранее обнаруживали в кислотных водах озера Моно в Калифорнии, туфовых столбах в Гренландии и загрязненных цементом водах глубинного золотого рудника в Африке. Некоторые из этих организмов используют водород, выделяющийся при коррозии металлических железных шлаков. Как именно необычные бактерии попали в шлаковые отвалы, осталось загадкой. Не исключено, что местные бактерии приспособились к своей экстремальной среде обитания за последний век.

Микробы определяют загрязнение воды
Модифицированные бактерии кишечной палочки выращивают в среде с загрязняющими веществами и определяют их количество в разные моменты времени. У бактерий есть встроенный ген, который позволяет клеткам светиться в темноте. По яркости свечения можно судить об их числе. Бактерии замораживают в поливиниловом спирте, тогда они выдерживают низкие температуры без серьезных повреждений. Затем их размораживают, выращивают в суспензии и используют в исследованиях. В загрязненной среде клетки растут хуже, чаще погибают. Количество мертвых клеток зависит от времени и степени загрязнения. Эти показатели отличаются для тяжелых металлов и органических веществ. Для любого вещества скорость гибели и зависимость числа погибших бактерий от дозы различны.

Вирусы обладают
...сложной структурой из органических молекул, что ещё важнее - присутствие собственного, вирусного генетического кода и способность к размножению.

Происхождение вирусов
Принято считать, что вирусы произошли в результате обособления (автономизации) отдельных генетических элементов клетки, получивших, кроме того, способность передаваться от организма к организму. Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 109 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии. Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии.

Вирусы - форма перехода от просто химии к живому на Земле
Есть версия, что вирусы возникли когда-то очень давно - благодаря получившим свободу внутриклеточным комплексам. Внутри нормальной клетки происходит движение множества разных генетических структур (информационные РНК, и прочее, и прочее…), которые могут являться прародителями вирусов. Но, может быть, всё было совсем наоборот - и вирусы - старейшая форма жизни, точнее переходного этапа от "просто химии" к живому на Земле.
Даже происхождение самих эукариотов (а, значит, и всех одно- и многоклеточных организмов, включая нас с вами) некоторые учёные связывают с вирусами. Возможно, что мы появились в результате "сотрудничества" вирусов и бактерий. Первые предоставили генетический материал, а вторые - рибосомы - белковые внутриклеточные фабрики.

Вирусы не способны
... размножаться самостоятельно - за них это делают внутренние механизмы клетки, которую вирус заражает. Сам работать со своими генами вирус также не может - не в состоянии синтезировать белки, хотя имеет белковую оболочку. Он просто похищает готовые белки у клеток. В состав некоторых вирусов даже входят углеводы и жиры - но опять-таки ворованные. Вне клетки-жертвы вирус - это просто гигантское скопление пусть и очень сложных молекул, но ни тебе обмена веществ, ни каких-либо ещё активных действий.

Удивительно, но самые простые существа на планете (мы условно всё же будем именовать вирусы существами) - одна из самых больших загадок науки.

Самый большой вирус Mimi, или Mimivirus
...(вызывающий вспышку гриппа) больше других вирусов в 3, иных - в 40 раз. Он несёт в себе 1260 генов (1,2 миллиона "букв"-оснований, что больше, чем у иных бактерий), в то время как известные вирусы имеют всего-то от трёх до ста генов. При этом генетический код вируса состоит из ДНК и РНК, в то время как все известные вирусы пользуются лишь одной из этих "скрижалей жизни", но никогда - обеими вместе. 50 генов Mimi отвечают за такие вещи, которые ранее в вирусах никогда не были замечены. В частности, Mimi способен на самостоятельный синтез 150 видов белков и даже на ремонт собственной повреждённой ДНК, что для вирусов является вообще нонсенсом.

Изменения в генетическом коде вирусов могут сделать их смертельно опасными
Американские ученые экспериментировали с современным вирусом гриппа - неприятной и тяжелой, но не слишком летальной болезни - скрестив его с вирусом печально знаменитой "испанки" 1918 года. Модифицированный вирус убивал мышей наповал с симптомами, характерными для "испанки" (острое воспаление легких и внутренние кровотечения). При этом его отличия от современного вируса на генетическом уровне оказались минимальными.

От эпидемии "испанки" в 1918 году погибло больше людей, чем во время самых страшных средневековых эпидемий чумы и холеры, и даже больше, чем фронтовые потери в Первую мировую войну. Ученые предполагают, что вирус "испанки" мог возникнуть из вируса так называемого "птичьего гриппа", соединившись с обычным вирусом, например, в организме свиней. Если же птичий грипп успешно скрещивается с человеческим и получает возможность переходить от человека к человеку, то мы получаем болезнь, которая способна вызвать глобальную пандемию и убить несколько миллионов человек.

Самым сильным ядом
...сейчас считается токсин бациллы D. 20 мг его достаточно, чтобы отравить все население Земли.

Вирусы умеют плавать
В ладожских водах обитают вирусы-фаги восьми типов, различающихся по форме, размерам и длине ножек. Их число значительно выше характерного для пресной воды: от двух до двенадцати миллиардов частиц в литре пробы. В некоторых пробах было только три типа фагов, самое высокое их содержание и разнообразие - в центральной части водоема, все восемь типов. Обычно бывает наоборот, микроорганизмов больше в прибрежных районах озер.

Молчание вирусов
Многие вирусы, например, герпеса, имеют в своем развитии две фазы. Первая наступает сразу после заражения нового хозяина и длится недолго. Потом вирус как бы "замолкает" и тихо накапливается в организме. Вторая может начаться через несколько дней, недель или лет, когда "молчавший" до поры до времени вирус начинает лавинообразно размножаться и вызывает заболевание. Наличие "латентной" фазы предохраняет вирус защищает вирус от вымирания, когда популяция хозяина быстро приобретает иммунитет к нему. Чем более непредсказуема внешняя среда с точки зрения вируса, тем важнее для него иметь период "молчания".

Вирусы играют важную роль
В жизни любого водоема вирусы играют важную роль. Их численность достигает нескольких миллиардов частиц на литр морской воды в полярных, умеренных и тропических широтах. В пресноводных озерах содержание вирусов обычно ниже раз в 100. Почему в Ладоге так много вирусов и они столь необычно распределены, еще предстоит выяснить. Но исследователи не сомневаются, что микроорганизмы оказывает существенное влияние на экологическое состояние природной воды.

У обыкновенной амебы обнаружена положительная реакция на источник механические колебания
Amoeba proteus – пресноводная амеба длиной около 0,25 мм, один из самых распространенных видов группы. Его часто используют в школьных опытах и для лабораторных исследований. Обыкновенная амеба встречается в иле на дне прудов с загрязненной водой. Она похожа на маленький, едва заметный простым глазом бесцветный студенистый комочек.

У обыкновенной амебы (Amoeba proteus) обнаружен так называемый вибротаксис в виде положительной реакции на источник механических колебаний частотой 50 Гц. Это становится понятны, если учесть, что у некоторых видов инфузорий, служащих амебе пищей, частота биения ресничек колеблется как раз между 40 и 60 Гц. У амебы наблюдается также отрицательный фототаксис. Это явление заключается в том, что животное старается переместиться из освещенной области в тень. Термотаксис у амебы также отрицательный: она перебирается из более теплой в менее нагретую часть водоеа. Интересно наблюдать гальванотаксис амебы. Если через воду пропустить слабый электрический ток, амеба выпускает ложноножки только с той стороны, которая обращена к отрицательному полюсу – катоду.

Самая крупная амеба
Одна из самых крупных амеб – пресноводный вид Pelomyxa (Chaos) carolinensis длиной 2–5 мм.

Амеба передвигается
Цитоплазма клетки находится в постоянном движении. Если ток цитоплазмы устремлется к одной какой-то точке поверхности амёбы, в этом месте на ее теле появляется выпячивание. Оно увеличивается, становится выростом тела - ложноножкой, в него перетекает цитолазма, и амёба таким способом передвигается.

Акушерка для амебы
Амеба - очень простой организм, состоящий из одной клетки, которая размножается простым делением. Сначала клетка амебы удваивает свой генетический материал, создавая второе ядро, а затем меняет форму, образуя посередине перетяжку, которая постепенно делит ее на две дочерние клетки. Между ними остается тонкая связка, которую они тянут в разные стороны. В конце концов связка рвется, и дочерние клетки начинают самостоятельную жизнь.

Но у некоторых видов амебы процесс размножения происходит совсем не так просто. Их дочерние клетки не могут самостоятельно разорвать связку и иногда вновь сливаются в одну клетку с двумя ядрами. Делящиеся амебы взывают о помощи, выделяя особое химическое вещество, на которое реагирует "амеба-акушерка". Ученые считают, что, скорее всего, это комплекс веществ, включающий фрагменты белков, липиды и сахара. По-видимому, когда клетка амебы делится, ее мембрана испытывает напряжение, что и вызывает выделение химического сигнала во внешнюю среду. Тогда делящейся амебе помогает другая, которая приходит по специальному химическому сигналу. Она внедряется между делящимися клетками и давит на связку, пока та не разорвется.

Живые ископаемые
Самые древние из них - радиолярии, одноклеточные организмы, покрытые панциревидным наростом с примесью кремнезема, останки которых были обнаружены в докембрийских отложениях, чей возраст насчитывает от одного до двух миллиардов лет.

Самая выносливая
Тихоходка, животное размером меньше чем полмиллиметра в длину, считается самой выносливой формой жизни на Земле. Это животное выдерживает температуру от 270 градусов Цельсия до 151, воздействие рентгеновского излучения, условия вакуума и давление, шесть раз превышающее давление на дне самого глубокого океана. Тихоходки могут обитать в водосточных желобах и в трещинах каменной кладки. Некоторые их этих маленьких созданий оживали после столетней спячки в сухом мхе музейных коллекций.

Акантарии (Acantharia), простейшие организмы, относящиеся к радиоляриям, достигают длины 0,3 мм. Их скелет состоит из сульфата стронция.

Суммарная масса фитопланктона всего 1,5 млрд т, тогда как масса зоопалнктона – 20 млрд т.

Скорость движения инфузории-туфельки (Paramecium caudatum) составляет 2 мм в сек. Это означает, что туфелька проплывает за секунду расстояние в 10-15 раз большее, чем длина ее тела. На поверхности инфузории-туфельки находятся 12 тыс. ресничек.

Эвглена зеленая (Euglena viridis) может служить хорошим индикатором степени биологической очистки воды. При снижении бактериальных загрязнений ее численность резко возрастает.

Какими были ранние формы жизни на Земле
Существа, которые не относятся ни к растениям, ни к животным, называются рангеоморфами. Они впервые поселились на океанском дне около 575 миллионов лет назад, после последнего глобального оледенения (это время называют периодом Эдиакар), и были одними из первых мягкотелых существ. Эта группа существовала до 542 миллионов лет назад, когда стремительно размножающиеся современные животные вытеснили большинство этих видов.

Организмы собирались во фрактальные узоры из разветвляющихся частей. Они были неспособны двигаться и не имели репродуктивных органов, а размножались, по-видимому, создавая новые ответвления. Каждый ветвящийся элемент состоял их множества трубок, удерживаемых вместе полужестким органическим скелетом. Ученые обнаружили рангеоморфы, собранные в несколько разных форм, которые, как он полагает, собирали пищу в разных слоях водяного столба. Фрактальный рисунок представляется достаточно сложным, но, по словам исследователя, сходство организмов друг с другом делало достаточным простой геном для создания новых свободно плавающих ответвлений и для соединения ответвлений в более сложные структуры.

Фрактальный организм, найденный на Ньюфаундленде, имел 1,5 сантиметра в ширину и 2,5 сантиметра в длину.
Такие организмы составляли до 80% всех живущих в Эдиакаре, когда не было подвижных животных. Однако с появлением более мобильных организмов начался их упадок, и в результате они были полностью вытеснены.

Глубоко под океанским дном существует бессмертная жизнь
Под поверхностью дна морей и океанов существует целая биосфера. Оказывается, на глубинах в 400-800 метров ниже дна, в толще древних отложений и пород живут мириады бактерий. Возраст некоторых конкретных экземпляров оценивается в 16 миллионов лет. Они практически бессметрны - считают учёные.

Исследователи полагают, что именно в подобных условиях, в глубинах донных пород, более чем 3,8 миллиарда лет назад зародилась жизнь и лишь позднее, когда среда на поверхности стала пригодной для обитания - освоила океан и сушу. Следы жизни (окаменелости) в донных породах, взятых с очень большой глубины под поверхностью дна, учёные находили давно. Собрана масса образцов, в которых они нашли живые микроорганизмы. В том числе - в породах, поднятых с глубин более 800 метров ниже уровня океанского дна. Некоторые образцы отложений насчитывали возраст во много миллионов лет, а это означало, что, к примеру, запертая в таком образце бактерия - имеет тот же возраст. Около трети бактерий, которые учёные обнаруживали в глубоких донных породах - живы. В отсутствии солнечного света источником энергии для этих существ являются различные геохимические процессы.

Бактериальная биосфера, расположенная под морским дном, очень велика и по численности превосходит все бактерии, живущие на суше. Потому она оказывает заметное влияние на геологичечские процессы, на баланс диоксида углерода и так далее. Возможно, предполагают исследователи, без таких подземных бактерий у нас не было бы нефти и газа.

Содержание статьи

обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место – зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами («доядерными») в отличие от всех остальных – эукариот («истинно ядерных»), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре.

Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Monera – одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами.

Ископаемые свидетельства.

Вероятно, бактерии – древнейшая известная группа организмов. Слоистые каменные структуры – строматолиты, – датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, – результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей . Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски . В наши дни строматолиты растут в основном там, где эти животные отсутствуют из-за высокой солености воды или по другим причинам, однако до появления в ходе эволюции растительноядных форм они могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. В некоторых древних горных породах обнаружены крохотные обугленные сферы, которые также считаются остатками бактерий. Первые ядерные, т.е. эукариотические, клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.

Экология.

Бактерий много в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море . В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.

Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ

Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5–2,0 мкм, а длина – 1,0–8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства.

Строение.

По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну – спириллы.

Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы – очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез . У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь – клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм – заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры – рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы – важные компоненты мембран эукариотической клетки.

Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

Сенсорные функции и поведение.

Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких «вкусовых» рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной «вкусовой слепоте». Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды – на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка – Fe 3 O 4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды.

МЕТАБОЛИЗМ

Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма гораздо выше, чем у эукариот. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии – секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.

Питание.

Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы («сами себя питающие») не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид (CO 2). Включая CO 2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак (NH 3), нитраты (NO – 3) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты.

Гетеротрофы («питающиеся другим») используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и CO 2) органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком.

Главные источники энергии.

Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом , а способные к нему виды – фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения – органические или неорганические – служат для них главным источником углерода.

Фотоавтотрофные цианобактерии (сине-зеленые водоросли), как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды (H 2 O). При этом выделяется свободный кислород (1 / 2 O 2) и образуется водород (2H +), который, можно сказать, превращает диоксид углерода (CO 2) в углеводы. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода (H 2 S). В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным.

Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H 2 .

Если основной источник энергии в клетке – окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода – органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, например водорода (до воды: 2H 4 + O 2 ® 2H 2 O), железа (Fe 2+ ® Fe 3+) или серы (2S + 3O 2 + 2H 2 O ® 2SO 4 2– + 4H +), а углерод – из СO 2 . Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами.

Дыхание.

Клеточное дыхание – процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода – образуется вода.

Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или (при одной из форм такого дыхания – брожении) к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе.

КЛАССИФИКАЦИЯ

У большинства организмов видом принято считать репродуктивно изолированную группу особей. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов.

ЦАРСТВО MONERA

Тип I . Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии)

Класс 1. Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии)

Класс 2. Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии)

Класс 3. Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии)

Тип II . Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии)

Класс 1. Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии)

Класс 2. Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты)

Тип III . Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки)

Класс 1. Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы)

Тип IV . Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой)

Класс 1. Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие)

Домены.

Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria – «древние бактерии») и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria – «истинные бактерии»). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК (pРНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ.

В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена – Eucarya (эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии).

ЭКОЛОГИЯ

Две важнейшие экологические функции бактерий – фиксация азота и минерализация органических остатков.

Азотфиксация.

Связывание молекулярного азота (N 2) с образованием аммиака (NH 3) называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита (NO – 2) и нитрата (NO – 3) – нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. В настоящее время примерно 90% (ок. 90 млн. т) годового количества такого «фиксированного» азота дают бактерии. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. 80% атмосферы, связывается в основном грамотрицательным родом ризобиум (Rhizobium ) и цианобактериями. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений (семейство Leguminosae), к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т.н. клубеньках – вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества (питание), а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха.

Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем.

Минерализация.

Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода (CO 2), воды (H 2 O) и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами , в первую очередь – дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул.

Пищевая промышленность.

В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь – образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов .

Выщелачивание руд.

Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т.е. переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди (Cu) и урана (U). Пример – переработка халькопирита, или медного колчедана (CuFeS 2). Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus . В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу (S), образуя растворимые сульфаты меди и железа:CuFeS 2 + 4O 2 ® CuSO 4 + FeSO 4 . Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород.

Переработка отходов.

Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды – одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их «обезвреживания» уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах (аэротенках): в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии.

Другие пути использования.

К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, т.е. отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина (бактериями рода Streptomyces ).

БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности.

Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз («самопереваривание») ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов.

Одна из наиболее распространенных технологий – пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Молоко выдерживают при 61–63° С в течение 30 мин или при 72–73° С всего 15 с. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии. Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки.

Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда, при замораживании, например, до –25° С численность бактерий через несколько месяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все же выживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно. Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долго после лиофилизации (замораживания – высушивания) в среде, содержащей белок, например в сыворотке крови.

К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятся высушивание (вяление и копчение), добавка больших количеств соли или сахара, что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение в концентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей pH 4 и ниже, жизнедеятельность бактерий обычно сильно тормозится или прекращается.

БАКТЕРИИ И БОЛЕЗНИ

Бактерии были открыты А.Левенгуком в конце 17 в., и еще долгое время считалось, что они способны самозарождаться в гниющих остатках. Это мешало пониманию связи прокариот с возникновением и распространением болезней, препятствуя одновременно разработке адекватных лечебных и профилактических мероприятий. Л.Пастер первым установил, что бактерии происходят только от других живых бактерий и могут вызывать определенные заболевания. В конце 19 в. Р.Кох и другие ученые значительно усовершенствовали методы идентификации этих патогенов и описали множество их видов. Для установления того, что наблюдаемое заболевание вызывается вполне определенной бактерией, до сих пор пользуются (с небольшими модификациями) «постулатами Коха»: 1) данный патоген должен присутствовать у всех больных; 2) можно получить его чистую культуру; 3) он должен при инокуляции вызывать ту же болезнь у здорового человека; 4) его можно обнаружить у вновь заболевшего. Дальнейший прогресс в этой области связан с развитием иммунологии, основы которой заложил еще Пастер (на первых порах тут много сделали французские ученые), и с открытием в 1928 А.Флемингом пенициллина.

Окрашивание по Граму.

Для идентификации болезнетворных бактерий крайне полезным оказался метод окрашивания препаратов, разработанный в 1884 датским бактериологом Х.Грамом. Он основан на устойчивости бактериальной клеточной стенки к обесцвечиванию после обработки особыми красителями. Если она не обесцвечивается, бактерию называют грамположительной, в противном случае – грамотрицательной. Это различие связано с особенностями строения клеточной стенки и некоторыми метаболическими признаками микроорганизмов. Отнесение патогенной бактерии к одной из двух данных групп помогает врачам назначить нужный антибиотик или другое лекарство. Так, бактерии, вызывающие фурункулы, всегда грамположительны, а возбудители бактериальной дизентерии – грамотрицательны.

Типы патогенов.

Бактерии не могут преодолеть барьер, создаваемый неповрежденной кожей; они проникают внутрь организма через раны и тонкие слизистые оболочки, выстилающие изнутри ротовую полость, пищеварительный тракт, дыхательные и мочеполовые пути и проч. Поэтому от человека к человеку они передаются с зараженной пищей или питьевой водой (брюшной тиф, бруцеллез, холера, дизентерия), с вдыхаемыми капельками влаги, попавшими в воздух при чихании, кашле или просто разговоре больного (дифтерия, легочная чума, туберкулез, стрептококковые инфекции, пневмония) или при прямом контакте слизистых оболочек двух людей (гонорея, сифилис, бруцеллез). Попав на слизистую оболочку, патогены могут поражать только ее (например, возбудители дифтерии в дыхательных путях) или проникать глубже, как, скажем, трепонема при сифилисе.

Симптомы заражения бактериями часто объясняют действием токсичных веществ, вырабатываемых этими микроорганизмами. Их принято подразделять на две группы. Экзотоксины выделяются из бактериальной клетки, например, при дифтерии, столбняке, скарлатине (причина красной сыпи). Интересно, что во многих случаях экзотоксины вырабатываются только бактериями, которые сами заражены вирусами, содержащими соответствующие гены. Эндотоксины входят в состав бактериальной клеточной стенки и высвобождаются лишь после гибели и разрушения патогена.

Пищевые отравления.

Анаэробная бактерия Clostridium botulinum , обычно живущая в почве и иле, – причина ботулизма. Она образует очень устойчивые к нагреванию споры, которые могут прорастать после пастеризации и копчения продуктов. В ходе своей жизнедеятельности бактерия образует несколько близких по строению токсинов, относящихся к сильнейшим из известных ядов. Убить человека может меньше 1/10 000 мг такого вещества. Эта бактерия изредка заражает фабричные консервы и несколько чаще – домашние. Выявить на глаз ее присутствие в овощных или мясных продуктах обычно невозможно. В США ежегодно регистрируется несколько десятков случаев ботулизма, смертность при которых составляет 30–40%. К счастью, ботулинотоксин – это белок, поэтому его можно инактивировать непродолжительным кипячением.

Гораздо шире распространены пищевые отравления, вызываемые токсином, который вырабатывается некоторыми штаммами золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus ). Симптомы – понос и упадок сил; смертельные исходы редки. Этот токсин – также белок, но, к сожалению, очень термостойкий, поэтому кипячением пищи его инактивировать трудно. Если продукты не сильно им отравлены, то, чтобы предотвратить размножение стафилококка, рекомендуется хранить их до употребления при температуре либо ниже 4° С, либо выше 60° С.

Бактерии рода Salmonella также способны, заражая пищу, причинять вред здоровью. Строго говоря, это не пищевое отравление, а кишечная инфекция (сальмонеллез), симптомы которой обычно возникают через 12–24 ч после попадания патогена в организм. Смертность от нее довольно высокая.

Стафилококковые отравления и сальмонеллез связаны в основном с потреблением постоявших при комнатной температуре мясных продуктов и салатов, особенно на пикниках и праздничных застольях.

Естественная защита организма.

В организме животных существует несколько «линий обороны» против патогенных микроорганизмов. Одну из них образуют белые кровяные тельца, фагоцитирующие, т.е. поглощающие, бактерии и вообще чужеродные частицы, другую – иммунная система. Обе они действуют взаимосвязанно.

Иммунная система очень сложна и существует только у позвоночных. Если в кровь животного проникает чужеродный белок или высокомолекулярный углевод, то он становится здесь антигеном, т.е. веществом, стимулирующим выработку организмом «противодействующего» вещества – антитела. Антитело – это белок, который связывает, т.е. инактивирует, специфический для него антиген, часто вызывая его преципитацию (осаждение) и удаление из кровотока. Каждому антигену соответствует строго определенное антитело.

Бактерии, как правило, тоже вызывают образование антител, которые стимулируют лизис, т.е. разрушение, их клеток и делают их более доступными для фагоцитоза. Часто можно заранее иммунизировать индивида, повысив его естественную сопротивляемость бактериальной инфекции.

Кроме «гуморального иммунитета», обеспечиваемого циркулирующими в крови антителами, существует иммунитет «клеточный», связанный со специализированными белыми кровяными тельцами, т.н. T-клетками, которые убивают бактерии при прямом контакте с ними и с помощью токсичных веществ. T-клетки нужны и для активации макрофагов – белых кровяных телец другого типа, также уничтожающих бактерии.

Химиотерапия и антибиотики.

Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств (химиотерапевтических препаратов). Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное. Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию. Кроме того, рибосомы прокариот, несколько отличные от наших (эукариотических), специфически инактивируются антибиотиками типа стрептомицина и хлоромицетина. Далее, некоторые бактерии должны сами обеспечивать себя одним из витаминов – фолиевой кислотой, а ее синтез в их клетках подавляют синтетические сульфамидные препараты. Сами мы получаем этот витамин с пищей, поэтому при таком лечении не страдаем. Сейчас против почти всех бактериальных патогенов существуют природные или синтетические лекарственные средства.

Здравоохранение.

Борьба с патогенами на уровне индивидуального больного – только один из аспектов применения медицинской бактериологии. Не менее важно изучение развития бактериальных популяций вне организма больного, их экологии, биологии и эпидемиологии, т.е. распространения и динамики численности. Известно, например, что возбудитель чумы Yersinia pestis живет в теле грызунов, служащих «природным резервуаром» этой инфекции, и переносчиками ее между животными являются блохи.Если в водоем попадают канализационные стоки, там в течение некоторого периода времени, зависящего от различных условий, сохраняют жизнеспособность возбудители ряда кишечных инфекций. Так, щелочные водохранилища Индии, где pH среды меняется в зависимости от времени года, – весьма благоприятная среда для выживания холерного вибриона (Vibrio cholerae ) ().

Информация такого рода крайне важна для работников здравоохранения, занимающихся выявлением очагов распространения болезней, прерыванием путей их передачи, осуществлением программ иммунизации и другими профилактическими мероприятиями.

ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной.

Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар – полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде «косячков», т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри – плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов.

Чтобы рассмотреть выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную петлю, прикасаются ею сначала к колонии или мазку, а затем – к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом.

Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

 , обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место - зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами («доядерными») в отличие от всех остальных - эукариот («истинно ядерных»), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре.

Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство

Monera - одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами. Ископаемые свидетельства . Вероятно, бактерии - древнейшая известная группа организмов. Слоистые каменные структуры - строматолиты, - датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, - результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. В наши дни строматолиты растут в основном там, где эти животные отсутствуют из-за высокой солености воды или по другим причинам, однако до появления в ходе эволюции растительноядных форм они могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. В некоторых древних горных породах обнаружены крохотные обугленные сферы, которые также считаются остатками бактерий. Первые ядерные, т.е. эукариотические, клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад. Экология . Бактерий много в почве, на дне озер и океанов - повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90 ° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км.

Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная «флора» кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5-2,0 мкм, а длина - 1,0-8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства. Строение . По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну - спириллы.

Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы - очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез

(см. также КЛЕТКА) . У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь - клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм - заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры - рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы - важные компоненты мембран эукариотической клетки.

Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

Сенсорные функции и поведение . Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких «вкусовых» рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной «вкусовой слепоте». Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды - на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка - Fe 3 O 4 ). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды.

Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.

Размножение и генетика . Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния (как у эукариот) не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома (полного набора генов), в отличие от «настоящего» полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя.

Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды «голую» ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно «подсунутую» экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению (трансформации) таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами - бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из «мужской» клетки в «женскую».

Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы - плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.

МЕТАБОЛИЗМ Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма гораздо выше, чем у эукариот. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии - секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней. Питание . Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы («сами себя питающие») не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид (CO 2 ). Включая CO 2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак (NH 3 ), нитраты (NO - 3 ) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты.

Гетеротрофы («питающиеся другим») используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и

CO 2 ) органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком. Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды - фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения - органические или неорганические - служат для них главным источником углерода.

Фотоавтотрофные цианобактерии (сине-зеленые водоросли), как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды (

H 2 O ). При этом выделяется свободный кислород ( 1 / 2 O 2 ) и образуется водород (2H + ), который, можно сказать, превращает диоксид углерода (CO 2 ) в углеводы. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода (H 2 S ). В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным.

Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный

H 2 . Если основной источник энергии в клетке - окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода - органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, например водорода (до воды: 2H 4 + O 2 ® 2H 2 O ), железа (Fe 2+ ® Fe 3+ ) или серы (2S + 3O 2 + 2H 2 O ® 2SO 4 2- + 4H + ), а углерод - из С O 2 . Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они «питаются» горными породами. Дыхание . Клеточное дыхание - процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода - образуется вода.

Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или (при одной из форм такого дыхания - брожении) к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе.

См. также МЕТАБОЛИЗМ. КЛАССИФИКАЦИЯ У большинства организмов видом принято считать репродуктивно изолированную группу особей. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов. ЦАРСТВО MONERA Тип I . Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии) Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии) Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии) . Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии) Тип II . Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии) Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии) Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты) Тип III . Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки) Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы) Тип IV . Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой) Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие) Домены . Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria - «древние бактерии») и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria - «истинные бактерии»). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК (p РНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ.

В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе

Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена - Eucarya (эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии). ЭКОЛОГИЯ Две важнейшие экологические функции бактерий - фиксация азота и минерализация органических остатков. Азотфиксация . Связывание молекулярного азота (N 2 ) с образованием аммиака (NH 3 ) называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита (NO - 2 ) и нитрата (NO - 3 ) - нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. В настоящее время примерно 90% (ок. 90 млн. т) годового количества такого «фиксированного» азота дают бактерии. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. 80% атмосферы, связывается в основном грамотрицательным родом ризобиум (Rhizobium ) и цианобактериями. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений (семейство Leguminosae ), к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т.н. клубеньках - вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества (питание), а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха.

Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем.

Минерализация . Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода (CO 2 ), воды (H 2 O ) и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства. БАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами, в первую очередь - дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. См. также ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Пищевая промышленность . В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь - образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов. Выщелачивание руд . Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т.е. переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди (Cu ) и урана (U ). Пример - переработка халькопирита, или медного колчедана (CuFeS 2 ). Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus . В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу (S ), образуя растворимые сульфаты меди и железа: CuFeS 2 + 4O 2 ® CuSO 4 + FeSO 4 . Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород. Переработка отходов . Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды - одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их «обезвреживания» уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах (аэротенках): в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии. Другие пути использования . К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, т.е. отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина (бактериями рода Streptomyces ). БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности.

Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз («самопереваривание») ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов.

Одна из наиболее распространенных технологий - пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Молоко выдерживают при 61-63

° С в течение 30 мин или при 72-73 ° С всего 15 с. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии. Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки.

Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда, при замораживании, например, до -25

° С численность бактерий через несколько месяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все же выживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно. Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долго после лиофилизации (замораживания - высушивания) в среде, содержащей белок, например в сыворотке крови.

К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятся высушивание (вяление и копчение), добавка больших количеств соли или сахара, что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение в концентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей

Бактерии не могут преодолеть барьер, создаваемый неповрежденной кожей; они проникают внутрь организма через раны и тонкие слизистые оболочки, выстилающие изнутри ротовую полость, пищеварительный тракт, дыхательные и мочеполовые пути и проч. Поэтому от человека к человеку они передаются с зараженной пищей или питьевой водой (брюшной тиф, бруцеллез, холера, дизентерия), с вдыхаемыми капельками влаги, попавшими в воздух при чихании, кашле или просто разговоре больного (дифтерия, легочная чума, туберкулез, стрептококковые инфекции, пневмония) или при прямом контакте слизистых оболочек двух людей (гонорея, сифилис, бруцеллез). Попав на слизистую оболочку, патогены могут поражать только ее (например, возбудители дифтерии в дыхательных путях) или проникать глубже, как, скажем, трепонема при сифилисе.

Симптомы заражения бактериями часто объясняют действием токсичных веществ, вырабатываемых этими микроорганизмами. Их принято подразделять на две группы. Экзотоксины выделяются из бактериальной клетки, например, при дифтерии, столбняке, скарлатине (причина красной сыпи). Интересно, что во многих случаях экзотоксины вырабатываются только бактериями, которые сами заражены вирусами, содержащими соответствующие гены. Эндотоксины входят в состав бактериальной клеточной стенки и высвобождаются лишь после гибели и разрушения патогена.

Пищевые отравления . Анаэробная бактерия Clostridium botulinum , обычно живущая в почве и иле, - причина ботулизма. Она образует очень устойчивые к нагреванию споры, которые могут прорастать после пастеризации и копчения продуктов. В ходе своей жизнедеятельности бактерия образует несколько близких по строению токсинов, относящихся к сильнейшим из известных ядов. Убить человека может меньше 1/10 000 мг такого вещества. Эта бактерия изредка заражает фабричные консервы и несколько чаще - домашние. Выявить на глаз ее присутствие в овощных или мясных продуктах обычно невозможно. В США ежегодно регистрируется несколько десятков случаев ботулизма, смертность при которых составляет 30-40%. К счастью, ботулинотоксин - это белок, поэтому его можно инактивировать непродолжительным кипячением.

Гораздо шире распространены пищевые отравления, вызываемые токсином, который вырабатывается некоторыми штаммами золотистого стафилококка (

Staphylococcus aureus ). Симптомы - понос и упадок сил; смертельные исходы редки. Этот токсин - также белок, но, к сожалению, очень термостойкий, поэтому кипячением пищи его инактивировать трудно. Если продукты не сильно им отравлены, то, чтобы предотвратить размножение стафилококка, рекомендуется хранить их до употребления при температуре либо ниже 4 ° С, либо выше 60 ° С.

Бактерии рода

Salmonella также способны, заражая пищу, причинять вред здоровью. Строго говоря, это не пищевое отравление, а кишечная инфекция (сальмонеллез), симптомы которой обычно возникают через 12-24 ч после попадания патогена в организм. Смертность от нее довольно высокая.

Стафилококковые отравления и сальмонеллез связаны в основном с потреблением постоявших при комнатной температуре мясных продуктов и салатов, особенно на пикниках и праздничных застольях.

Естественная защита организма . В организме животных существует несколько «линий обороны» против патогенных микроорганизмов. Одну из них образуют белые кровяные тельца, фагоцитирующие, т.е. поглощающие, бактерии и вообще чужеродные частицы, другую - иммунная система. Обе они действуют взаимосвязанно.

Иммунная система очень сложна и существует только у позвоночных. Если в кровь животного проникает чужеродный белок или высокомолекулярный углевод, то он становится здесь антигеном, т.е. веществом, стимулирующим выработку организмом «противодействующего» вещества - антитела. Антитело - это белок, который связывает, т.е. инактивирует, специфический для него антиген, часто вызывая его преципитацию (осаждение) и удаление из кровотока. Каждому антигену соответствует строго определенное антитело.

Бактерии, как правило, тоже вызывают образование антител, которые стимулируют лизис, т.е. разрушение, их клеток и делают их более доступными для фагоцитоза. Часто можно заранее иммунизировать индивида, повысив его естественную сопротивляемость бактериальной инфекции.

Кроме «гуморального иммунитета», обеспечиваемого циркулирующими в крови антителами, существует иммунитет «клеточный», связанный со специализированными белыми кровяными тельцами, т.н.

T -клетками, которые убивают бактерии при прямом контакте с ними и с помощью токсичных веществ. T -клетки нужны и для активации макрофагов - белых кровяных телец другого типа, также уничтожающих бактерии. Химиотерапия и антибиотики . Поначалу для борьбы с бактериями применялось очень мало лекарств (химиотерапевтических препаратов). Трудность заключалась в том, что, хотя эти препараты легко убивают микробов, зачастую такое лечение вредно для самого больного. К счастью биохимическое сходство человека и микробов, как теперь известно, все же неполное. Например, антибиотики группы пенициллина, синтезируемые определенными грибами и используемые ими для борьбы с бактериями-конкурентами, нарушают образование бактериальной клеточной стенки. Поскольку у клеток человека такой стенки нет, эти вещества губительны только для бактерий, хотя иногда они и вызывают у нас аллергическую реакцию. Кроме того, рибосомы прокариот, несколько отличные от наших (эукариотических), специфически инактивируются антибиотиками типа стрептомицина и хлоромицетина. Далее, некоторые бактерии должны сами обеспечивать себя одним из витаминов - фолиевой кислотой, а ее синтез в их клетках подавляют синтетические сульфамидные препараты. Сами мы получаем этот витамин с пищей, поэтому при таком лечении не страдаем. Сейчас против почти всех бактериальных патогенов существуют природные или синтетические лекарственные средства. Здравоохранение . Борьба с патогенами на уровне индивидуального больного - только один из аспектов применения медицинской бактериологии. Не менее важно изучение развития бактериальных популяций вне организма больного, их экологии, биологии и эпидемиологии, т.е. распространения и динамики численности. Известно, например, что возбудитель чумы Yersinia pestis живет в теле грызунов, служащих «природным резервуаром» этой инфекции, и переносчиками ее между животными являются блохи. См. также ЭПИДЕМИЯ.

Если в водоем попадают канализационные стоки, там в течение некоторого периода времени, зависящего от различных условий, сохраняют жизнеспособность возбудители ряда кишечных инфекций. Так, щелочные водохранилища Индии, где

pH среды меняется в зависимости от времени года, - весьма благоприятная среда для выживания холерного вибриона (Vibrio cholerae ). Информация такого рода крайне важна для работников здравоохранения, занимающихся выявлением очагов распространения болезней, прерыванием путей их передачи, осуществлением программ иммунизации и другими профилактическими мероприятиями. ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной.

Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар - полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде «косячков», т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри - плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов.

Чтобы рассмотреть выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную петлю, прикасаются ею сначала к колонии или мазку, а затем - к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом.

Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

Закончи фразу.

1) Генетический код несет информацию о …

2) Так как синтез белка не происходит непосредственно на ДНК, то в роли ДНК выступает …., которая и направляется к месту синтеза белка.

3) Процесс переписывания информации с ДНК на и-РНК называется…..

4) Трансляция при биосинтезе белка в клетке осуществляется в …..

5) Заключительную стадию синтеза белка контролирует кодон, называемый …..

6) Размер участка и-РНК, занятого одной рибосомой во время трансляции, соответствует ……..нуклеотидам.

7) Все необходимые им органические вещества за счет энергии света синтезируют …..

8) Фотосистемы 1 и 2 отличаются друг от друга, в первую очередь…..

9) Световые реакции фотосинтеза протекают ……

10) Конечными продуктами темновых реакций фотосинтеза являются …

11) Нитрифицирующие бактерии почвы, осуществляющие хемосинтез, получают энергию для своей жизнедеятельности за счет реакций …

12) Суть клеточного дыхания заключается в …

13) В большинстве случаев при клеточном дыхании в первую очередь используются …

14) На кислородном этапе при аэробном дыхании пировиноградная кислота окисляется до …

15) Чистый выход молекул АТФ в реакциях гликолиза при расщеплении одной молекулы глюкозы составляет …

1. Совокупность особей одного вида, обитающих в определенном пространстве, свободно скрещивающихся между собой и дающих потомство, составляет

генетическую систему.

2. Какое определение дал Ч. Дарвин наследственной изменчивости?

3. Современное название индивидуальной изменчивости (неопределенная).

4. Предок собаки по определению Ч. Дарвина.

5. К какому виду искусственного отбора относится бессознательный отбор?

6. Борьба за существование между видами.

7. Борьба за местообитание между птицами одного вида перед размножением.

8. Как называется борьба между особями одного вида за пищу, место, свет, влагу?

9. Орган кактуса, выполняющий фотосинтезирующую функцию.

10. Организм, впадающий в летнюю спячку в результате приспособления к условиям окружающей среды для сохранения своей жизнедеятельности.

11. Что образуется в результате естественного отбора?

12. Возникновение определенных признаков у организмов для существования в условиях окружающей среды.

13. К какой окраске относится приспособленность организмов, которые живут в открытой местности и могут оказаться доступными для врагов?

14. К какому виду приспособленности относится яркая привлекающая окраска организмов?

15. К какому виду приспособленности относится сходство формы морского конька и рыбы-иглы с водорослью?

16. К какому виду приспособленности относятся запасание корма на зиму, забота о потомстве?

17. Критерий, показывающий сходство внешних и внутренних признаков особей одного вида.

18. Критерий, определяющий занимаемое местообитание каждого вида.

19. Критерий вида, показывающий нескрещиваемость между собой особей разных видов.

20. Критерий, определяющий отличие в поведении организмов.

21. Результат микроэволюнии.

кроссворд:

4.Организмы, использующие для своей жизнедеятельности энергию неорганических веществ.
5.Организмы, использующие для питания органические вещества.
6.Клетка бактерии плотная оболочка,приспособленная для перенесения неблагоприятных условий.
7.Бактерии, имеющие извитую форму.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Биология, МЭ_МО–2012, 11 класс

Задания
муниципального этапа XXVIII Всероссийской олимпиады
школьников по биологии. Московская область – 2011-12 уч. год

11 класс

Часть II. Вам предлагаются тестовые задания с одним вариантом ответа из четырех возможных, но требующих предварительного множественного выбора. Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 30 (по 2 балла за каждое тестовое задание). Индекс ответа, который вы считаете наиболее полным и правильным, укажите в матрице ответов.

1. Общими, для грибов и растений, являются следующие признаки:
   1) гетеротрофность; 2) наличие хорошо выраженной клеточной стенки, включающей хитин; 3) наличие хлоропластов; 4) накапливание гликогена, как запасного вещества; 5) способность к размножению спорами.
   а) только 1;
   б) только 1, 2;
   в) только 1, 2, 5;
   г) только 1, 3, 4, 5;
   д) 1, 2, 3, 4, 5.
2. Лишайники:
   1) могут поселяться на голых скалах и способны поглощать влагу всей поверхностью тела;
   2) могут восстанавливаться из части слоевища;
   3) имеют стебель с листьями;
   4) с помощью придаточных нитевидных корней удерживаются на скалах;
   5) представляют собой симбиотический организм.
   а) только 1;
   б) только 1, 2;
   в) только 1, 2, 5;
   г) только 1, 3, 4, 5;
   д) 1, 2, 3, 4, 5.
3. Из перечисленных организмов могут производить шелкоподобные нити:
   1) пауки; 2) клещи; 3) насекомые; 4) мечехвосты; 5) многоножки.
   а) 1, 2, 4;
   б) 1, 2, 3;
   в) 1, 3, 5;
   г) 1, 4, 5;
   д) 2, 3, 4.
4. Известно, что в процессе изготовления краски для окрашивания ткани, человек использовал животных: 1) насекомых; 2) иглокожих; 3) брюхоногих моллюсков;
   4) головоногих моллюсков; 5) простейших.
   а) 1, 3;
   б) 2, 5;
   в) 1, 3, 4;
   г) 3, 4, 5;
   д) 2, 3, 5.
5. Не встречаются в пресных водоёмах представители следующих групп беспозвоночных: 1) губки; 2) плоские черви; 3) головоногие моллюски; 4) иглокожие;
   5) кольчатые черви.
   а) 1, 2;
   б) 2, 5;
   в) 3, 4;
   г) 1, 4, 5;
   д) 2, 3, 4.
6. Насекомые, у которых передняя пара крыльев не используется для полёта:
   1) уховёртки; 2) стрекозы; 3) перепончатокрылые; 4) двукрылые; 5) жесткокрылые.
   а) 1, 2;
   б) 2, 4;
   в) 1, 5;
   г) 1, 2, 5;
   д) 3, 4, 5.
7. На лапках у комнатной мухи находятся органы чувств:
   1) зрения; 2) обоняния; 3) осязания; 4) вкуса; 5) слуха.
   а) 2, 3;
   б) 3, 4;
   в) 1, 4, 5;
   г) 2, 3, 5;
   д) 1, 2, 3, 4, 5.
8. Из перечисленных организмов в состоянии зиготы зимуют:
   1) гидра
   2) речной рак
   3) дафния
   4) стрекоза
   5) серебряный карась.
   а) 1, 2;
   б) 1, 3;
   в) 2, 4;
   г) 3, 5;
   д) 1, 3, 4.
9. Четырехкамерное сердце встречается у представителей классов:
   1) костные рыбы; 2) земноводные, 3) пресмыкающиеся; 4) птицы; 5) млекопитающие.
   а) 1, 2;
   б) 1, 2, 3;
   в) 2, 3;
   г) 2, 3, 4;
   д) 3, 4, 5.
10. Для осуществления свертывания крови необходимы вещества:
    1) калий; 2) кальций; 3) протромбин; 4) фибриноген; 5) гепарин.
    а) 1, 2, 3;
    б) 2, 3, 4;
    в) 2, 3, 5;
    г) 1, 3, 4;
    д) 2, 4, 5.
11. При спокойном выдохе воздух «покидает» легкие, потому что:
    1) уменьшается объем грудной клетки;
    2) сокращаются мышечные волокна в стенках легких;
    3) диафрагма расслабляется и выпячивается в грудную полость;
    4) расслабляются мышцы грудной клетки;
    5) сокращаются мышцы грудной клетки.
    а) 1, 2;
    б) 1, 3;
    в) 1, 3, 5;
    г) 1, 3, 4, 5;
    д) 1, 2, 3, 4, 5.
12. Из перечисленных веществ полимерами являются: 1) аденин; 2) целлюлоза;
    3) аланин; 4) тимин; д) инсулин.
    а) 1, 2;
    б) 2, 3;
    в) 2, 5;
    г) 1, 3, 4;
    д) 2, 4, 5.
13. Из аппарата Гольджи белки могут поступать: 1) в лизосомы; 2) в митохондрии;
    3) в ядро; 4) на наружную мембрану; 5) во внеклеточную среду.
    а) 1, 2, 4;
    б) 1, 3, 5;
    в) 1, 4, 5;
    г) 1, 2, 4, 5;
    д) 1, 3, 4, 5.
14. РНК содержится в:
    1) цитоплазматической мембране;
    2) гладком эндоплазматическом ретикулуме;
    3) шероховатом эндоплазматическом ретикулуме;
    4) аппарате Гольджи;
    5) ядре.
    а) 1, 2;
    б) 1, 3;
    в) 3, 4;
    г) 3, 5;
    д) 1, 3, 4.
15. Кроссинговер обычно происходит в мейозе при конъюгации:
    1) у мужчин и женщин в любой из 22 пар аутосом;
    2) у женщин в паре половых хромосом; 3) у мужчин в паре половых хромосом;
    4) у кур в паре половых хромосом;
    5) у петухов в паре половых хромосом.
    а) 1, 2, 4;
    б) 1, 3, 5;
    в) 1, 2, 5;
    г) 2, 4, 5;
    д) 3, 4, 5.

Часть 3. Вам предлагаются тестовые задания в виде суждений, с каждым из которых следует либо согласиться, либо отклонить. В матрице ответов укажите вариант ответа «да» или «нет». Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 25 (по 1 баллу за каждое тестовое задание).

1. Всем папоротниковидным для оплодотворения нужна вода.
2. Черешок выполняет важнейшую функцию – ориентирует листовую пластинку относительно света.
3. Фотосинтез характерен для всех клеток зеленых растений.
4. Все простейшие имеют локомоторные органы, обеспечивающие их активность.
5. Эвглена зеленая размножается только вегетативно.
6. Кровеносная система кольчатых червей замкнутая.
7. Характерной чертой пресмыкающихся является дыхание только при помощи легких и постоянная температура тела.
8. Земноводные обладают трехкамерным сердцем и одним кругом кровообращения.
9. Иглы ежа – видоизмененные волосы.
10. Приспособление к ночному образу жизни у животных выражается прежде всего в строении глаза.
11. У летучих мышей на грудине имеется киль.
12. Стенка правого желудочка сердца человека имеет большую толщину, чем у левого желудочка.
13. В организме мужчины при отсутствии патологий никогда не образуются женские половые гормоны.
14. Резервный объем выдоха – объем воздуха, который можно выдохнуть после спокойного вдоха.
15. Длина пищевой цепи живых организмов в экосистеме лимитируется количеством пищи на каждом трофическом уровне.
16. При сильном похолодании некоторые птицы могут впадать в спячку.
17. Доказано, что искусственная селекция может приводить к образованию новых видов.
18. Млекопитающие появились после вымирания динозавров.
19. Паутинные бородавки у пауков гомологичны брюшным конечностям.
20. Актин и миозин встречаются не только в мышечных клетках.
21. Каждому кодону соответствует не более одной аминокислоты.
22. Молекула сахарозы состоит из двух остатков глюкозы.
23. Водородные связи участвуют в образовании первичной структуры белка.
24. Белки – это неразветвленные полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
25. Катаболизм – это совокупность реакций распада и окисления различных соединений в организме.

Часть 4. Вам предлагаются тестовые задания, требующие установления соответствия. Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 14,5. Заполните матрицы ответов в соответствии с требованиями заданий.

Задание 1. [мах. 3 балла] На рисунке изображены листовые пластинки двух типов – простые (А) и сложные (Б). Соотносите их цифровые обозначения (1-12) с типом листовой пластинки, к которому они относятся.

Задание 2. [мах. 3 балла] Кровь (гемолимфа) у беспозвоночных животных имеет различную окраску. Выберите для объектов (1–6) характерный цвет крови/гемолимфы (А–Е).

Задание 3. [мах. 3 балла] Соотнесите отряды насекомых (А, Б) с признаками (1 – 6), характерными для их представителей.

Признаки отряда
Отряд насекомых

Задание 4. [мах. 3 балла] Соотнесите форменные элементы крови человека (А, Б) с признаками (1 – 6), характерными для них.

Задание 5. [мах. 2,5 балла] Соотнесите органическое вещество (А-Д) и название биологического материала, в котором его можно обнаружить (1–5).

Предварительный просмотр:

10 класс

Задание 1. На каждый вопрос выберите только один ответ, который вы считаете наиболее полным и правильным. Около индекса выбранного ответа поставьте знак «+». В случае исправления знак «+» должен быть продублирован.

1. Гибкость протокутикулы членистоногих обеспечивает:

а) резилин;

б) хитин;

в) артроподин;

в) известь.

2. Выходу первых позвоночных на сушу в процессе эволюции способствовало появление у них:

а) питания готовыми органическими веществами и полового размножения;

б) пятипалых конечностей и теплокровности;

в)приспособлений для дыхания атмосферным кислородом и передвижения по поверхности суши;

г) легочного дыхания и полового процесса.

3. Плацента млекопитающих – это:

а) орган, в котором развивается зародыш;

б) орган дыхания зародыша;

в) участок стенки матки, в который врастают ворсинки оболочки зародыша;

г) участок стенки брюшной полости, в котором развивается зародыш.

4. К рыбам, способным выдерживать очень слабое содержание в воде кислорода относятся:

а) линь;

б) хариус;

в) кумжа;

г) гольян.

5. Барсук, хорь, выдра относятся к отряду:

а) хищных;

б) грызунов;

в) насекомоядных;

г) неполнозубых.

6. Общие черты организации осетровых и хрящевых рыб:

а) нижний поперечный рот, рострум, равнолопастной хвостовой плавник;

б) рострум, парные плавники располагаются горизонтально, осевой скелет хорда;

в) артериальный конус у сердца, спиральный клапан в кишечнике, неравнолопастной хвостовой плавник, рострум;

г) длинный тонкий кишечник, луковица аорты, хорда, пилорические отростки.

7. К перепончатокрылым насекомым относятся;

а) саранча;

б) наездник;

в) богомол;

г) слепни.

8. Смена в жизненном цикле двух промежуточных хозяев: первого – веслоногого рачка, второго – рыбы:

а) печеночного сосальщика;

б) бычьего цепня;

в) эхинококка;

г) широкого лентеца.

9. Зачатки подкожной мускулатуры впервые появляются у:

а) земноводных;

б) пресмыкающихся;

в) птиц;

г) млекопитающих.

10. В отличие от амфибий глаза рептилий:

а) могут втягиваться;

б) могут вращаться;

в) проталкивают пищу;

г) имеют мигательную перепонку.

11. Функции корневого чехлика:

а) играет роль смазки;

б) выделительную функцию;

в) образовательную функцию;

г) всасывающую функцию.

12. Половой процесс, называемый конъюгацией происходит у:

а) кладофоры;

б) хламидомонады;

б) спирогиры;

г) хлореллы.

13. Непарноперистосложный лист имеет:

а) шиповник;

б) береза;

в) чина;

г) рябина.

14. Кокки – это:

а) вирусы;

б) бактерии;

в) водоросли;

г) грибы.

15. Молочно-кислые бактерии – это:

а) никрофиты;

б) сапрофиты;

г) свободно-живущие.

16. Сине-зеленые водоросли – это:

а) гетеротрофы;

в) автотрофы;

г) никрофиты.

17. Грибы это:

а) сапрофиты;

б) гетеротрофы;

в) автотрофы;

18. Шляпочные грибы:

а) головневые;

б) ржавчинные

в) подберезовики;

г) плесневые.

19. Воздухоносные клетки у:

а) кукушкина льна;

б) кукурузы;

в) сфагнума;

г) золотнянки.

20. Ч 4 Л 4 Т 9+1 П 1 – это формула относится к:

а) сосне;

б) шиповнику;

в) редьке;

г) картофелю.

21. ДНК содержится:

а) в ядре;

б) митохондриях;

в) лизосомах;

г) ядре, митохондриях, цитоплазме.

22. Триплеты кодируют:

а) белки;

б) аминокислоты;

в) активность;

г) синтез.

23. Норма реакции:

а) ограничивает адаптацию;

б) расширяет адаптацию;

в) характеризует вариационный размах признака;

г) стабилизирует признаки.

24 Неклеточные формы жизни это:

а) черви;

б) человек;

в) вирусы;

г) бактерии.

25. Между аденином и тимином:

а) 2 водородные связи;

б) 1 водородная связь;

в) 3 водородные связи;

г) нет водородных связей.

26. Кристы – это образования:

а) мембраны ядра;

б) слепые ветви ЭПС;

в) мембраны лизосом;

г) внутренней мембраны митохондрий.

27. Негомологичные хромосомы различаются по:

а) цвету;

б) размеру;

в) форме;

г) строению, размеру, форме.

28. Человек существует как вид с:

а) мезозойской эры

б) палеозойской эры

в) кайнозойской эры

г) протерозойской эры

29. Мезосома – это:

а) оболочка кольцевой хромосомы

б) ядерное вещество

в) многослойный мембранный комплекс

г) часть рибосомы

30. Двухмембранные органеллы:

а) митохондрии

б) клеточный центр

в) лизосомы

г) ЭПС

31. Необратимые процессы клетки:

а) дыхание

б) раздражимость

в) движение

г) рост и развитие

32. Триплет:

а) сочетание 3-х нуклеотидов

б) сочетание рибосомы, фермента и РНК

в) связь ДНК, белка и фермента

г) 3 участка гена

33. Симпатической иннервации нет в:

а) сердце;

б) легких;

в) потовых железах;

г) сфинктерах.

34. Обязательный фактор свертывания крови:

а) фибрин;

б) гемоглобин;

в) ион кальция;

г) хлористый натрий.

35. Какой процесс происходит в толстом кишечнике:

а) всасывание основной части воды;

б) расщепление желчных пигментов;

в) сбраживание углеводов;

г) интенсивное всасывание питательных веществ.

а) одним суставом;

б) двумя суставами;

в) тремя суставами;

г) четырмя суставами.

37. Антитело – это:

а) молекула фермента;

б) молекула белка;

в) клетки костного мозга;

г) один из видов лейкоцитов.

38. Первичные центры рефлекса мочеиспускания находятся в:

а) передних рогах спинного мозга;

б) продолговатом мозге;

в) среднем мозге;

г) боковых рогах спинного мозга.

39. Функцией извитого канальца является:

а) обратное всасывание веществ в кровь;

б) выведение мочи во внешнюю среду;

в) фильтрация крови;

г) образование первичной мочи.

40. Вторая сигнальная система:

а) обеспечивает конкретное мышление

б) имеется у млекопитающих и человека

в) осуществляет анализ конкретных сигналов внешнего мира

г) обеспечивает абстрактное мышление

Задание 2. Задание с несколькими вариантами ответа (от 0-я до 5-ти). Около индексов выбранных ответов поставьте знак «+». В случае исправлений знак «+» должен быть продублирован.

1. Кровеносная система моллюсков:

а) замкнутая;

б) имеет капилляры, из которых кровь выходит в пространство между органами;

в) незамкнутая;

г) имеет сердце, состоящее из камер;

д) сердце имеет только предсердие.

2. Жировое тело насекомых выполняет функцию:

а) запасания питательных веществ;

б) запасания воды;

в) накопления продуктов жизнедеятельности;

г) выведения продуктов обмена веществ;

д) железа внутренней секреции.

3. Двустворчатые моллюски:

а) слизни,

б) устрицы;

в) мидии;

г) гребешки;

д) катушки.

а) первичная полость тела, заполненная паренхимой;

б) тело покрыто ресничным эпителием;

в) имеются органы чувств;

г) гермафродитизм;

д) протонефридиальная выделительная система.

5. Бамбуковый медведь:

а) обитает в Китае;

б) от настоящих медведей отличается строением зубов и более длинным хвостом;

в) занесен в международную Красную книгу;

г) имеет длинные конечности;

д) обитает в Северной Америке.

6. Органы дыхания растений:

а) устье;

б) трахеи;

в) чечевички;

г) ситовидные трубки;

д) склереиды.

7. Лес представляет собой:

а) биогеоценоз;

б) биоценоз;

в) систему ярусов;

г) независимую структуру;

д) агроценоз.

8. Сфагнум обладает:

а) бактерицидными свойствами;

б) способностью резервировать воду;

в) фотосинтезом;

г) гетеротрофностью;

д) активным перемещением в пространстве.

9. В цикле развития кукушкина льна имеют место:

а) заросток;

б) предросток;

в) гаметофиты;

г) спорофит;

д) споры.

10. Конъюгация хромосом:

а) происходит в интерфазе;

б) происходит в период деления клеток;

в) приводит к кроссинговеру;

г) обеспечивает обмен аллельными генами;

д) имеет место в гомологичной паре.

11. Гетерозис:

а) обеспечивает гибридную мощь;

б) возможен при гибридизации;

в) обеспечивает устойчивость чистой линии;

г) имеет место только у животных;

д) может быть достигнут только при клонировании.

12. Прокариоты отличаются от эукариот отсутствием

а) ядра;

б) рибосом;

в) ЭПС;

г) оболочки;

д) ядерной мембраны

13. Для пептидной цепочки характерно наличие:

а) пептидной связи;

Б) аминокислот;

в) аминогруппы;

г) карбоксильной группы;

д) цитрохром

14. Расстояние между двумя соседними генами:

а) измеряется в Морганидах;

б) рассчитывается в %;

в) определяет вероятность кроссинговера;

г) указывает на сцепленность ген;

д) характеризует целостность хромосомы.

15. Работу скелетных мышц контролируют отделы нервной системы:

а) спинной мозг;

б) соматическая;

в) кора больших полушарий головного мозга;

г) мозжечок;

д) вегетативная нервная система.

16. Речь:

а) носит рефлекторный характер;

б) 2-ая сигнальная система;

в) 3-ая сигнальная система;

г) условно-рефлекторная функция;

д) обусловлена деятельностью больших полушарий.

17. Академик И.П.Павлов является основоположником учений:

а) уловные рефлексы;

б) анализаторы;

в) функциональные системы;

г) фагоцитоз;

д) типы ВНД.

Задание 3. Задание на определение правильности суждений (Поставьте знак «+» рядом с номерами правильных суждений).

1. Развитие с полным метаморфозом представляет собой непрямое развитие и характерно для медведки.
2. Сообщение плавательного пузыря с органом равновесия называют аппаратом Вебера.
3. В антеридиях, как правило, образуется большое количество мелких мужских гамет – сперматозоидов.
4. Соматические клетки отличаются между собой, т.к. у них разные генотипы.
5. Нейрон и сперматозоид содержат одинаковое количество хромосом.
6. Болезнь Дауна обусловлена полиплоидностью в хромосомном наборе.
7. Геномные мутации – это изменение числа хромосом.
8. p 2 – 2pq + q 2 =1 - математическая модель популяционной генетики по Четверикову.
9. В растущем организме преобладают процессы диссимиляции, в связи с этим необходимо потребление большого количества белка
10. У спортсменов при выполнении физической нагрузки параллельно возрастает частота и глубина дыхания, у болельщиков такая реакция отсутствует и наступает кислородное голодание сердечной мышцы.
11. На долю корковых центров приходится большая часть площади коры больших полушарий.
12. Паратгормон, введенный в организм человека вызывает уменьшение концентрации кальция в крови.

Ответ: 2, 5, 6, 10, 11 – (+)

Задание 4. Распределите перечисленные признаки в соответствии с их принадлежностью к типам:

Кишечнополостные_____ 01, 03, 04

Плоские черви __________ 02, 05, 06, 09 .

Круглые черви ___________ 02, 05, 07, 0,9.

Членистоногие ____________ 02, 05, 08, 09

Хордовые _________________ 02, 05, 08, 10

Признаки:

1. радиальносимметричные;
2. билатеральносимметричные;
3. низшие многоклеточные;
4. двухслойные;
5. трехслойные;
6. бесполостные;
7. первичнополостные;
8. вторичнополостные;
9. первичноротые;
10. вторичноротые.

Задание 5. Решите биологическую задачу.

Ребенок получил от родителей разные группы ген. От матери – 2% пенетрантных, 5% комплементарных, 40% доминантных и 15% полимерных. От отца - 1 % пенетрантных, 5% полимерных, 20% доминантных 10% полимерных ген. Пенетрантные и комплементарные гены имели аллельное расположение. С кем из родителей больше фенотипического сходства у ребенка? Укажите в %.

Ответ:

1. с матерью (0,5 баллов)
2. на 26% больше, чем с отцом (0,5 баллов)

Предварительный просмотр:

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ

В.В.Пасечник, А.М.Рубцов, Г.Г.Швецов

Москва 2012

всероссийской олимпиады школьников по биологии в 2012/2013 учебном году

ЧАСТЬ II.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ВСЕРОССИЙСКОЙ ОЛИМПИАДЫ

ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ

Часть I. Вам предлагаются тестовые задания, требующие выбора только одного ответа

из четырех возможных. Максимальное количество баллов, которое можно набрать –

60 (по 1 баллу за каждое тестовое задание). Индекс ответа, который вы считаете наиболее

полным и правильным, укажите в матрице ответов.

1. В благоприятных условиях спора бактерии:

а) делится, образуя 3 – 6 новых спор;

б) сливается с другой спорой с последующим делением;

в) погибает;

г) прорастает в новую бактериальную клетку. +

2. Оформленных оболочкой ядер нет в клетках водорослей:

а) зеленых;

б) красных;

в) бурых;

г) сине-зеленых. +

3. В клетках грибов нельзя обнаружить:

а) вакуоли;

б) митохондрии;

в) пластиды; +

г) рибосомы.

4. Сфагнум размножается:

а) семенами;

б) пыльцой;

в) спорами; +

г) зооспорами.

5. Большинство клеток зародышевого мешка цветковых растений имеет:

а) гаплоидный набор хромосом; +

б) диплоидный набор хромосом;

в) триплоидный набор хромосом;

г) тетраплоидный набор хромосом.

6. Человек употребляет в пишу орган(-ы) цветной капусты:

а) видоизмененную верхушечную почку;

б) утолщенный реповидный стебель;

в) видоизмененное соцветие; +

г) боковые видоизмененные почки.

7. Соцветие колос характерно для:

а) ландыша;

б) сирени;

в) ржи;

г) подорожника. +

8. Семена без эндосперма у:

а) клещевины;

б) липы;

в) томата;

г) частухи подорожниковой. +

9. Корневые шишки – это сильно утолщенные:

а) придаточные корни; +

б) корневые волоски;

в) главные корни;

г) воздушные клубни.

10. Соплодие характерно для:

а) груши;

б) ананаса; +

в) банана;

г) айвы.

11. К корнеотпрысковым растениям относят:

а) облепиху крушиновидную;

б) осот полевой;

в) осину дрожащую;

г) все перечисленные растения. +

12. Ваниль душистая – многолетняя цепляющаяся лиана сем. Орхидные. В

кондитерском производстве используют ее:

а) стебли;

б) стебли и листья;

в) соцветия;

г) плоды. +

13. Манную крупу изготовляют из:

а) пшеницы; +

б) проса;

в) овса;

г) ячменя.

а) развитие из спор;

б) наличие цветка;

в) развитие из семени; +

г) редукция спорофита.

а) корненожки;

б) жгутиконосцы;

в) солнечники;

г) споровики. +

16. Муха цеце является переносчиком трипанозом, вызывающих у человека:

а) сонную болезнь; +

б) восточную язву;

в) малярию;

г) кокцидиоз.

17. Изучение добытого экземпляра губки выявило наличие у нее прочного,

но хрупкого кремниевого скелета. Наиболее вероятно, что данная губка является:

а) мелководным обитателем;

б) глубоководным обитателем; +

в) наземным обитателем;

г) обитателем приливно-отливной зоны.

18. Спектр цветового зрения у медоносной пчелы:

а) такой же, как у человека;

б) сдвинут в инфракрасную часть спектра;

в) сдвинут в ультрафиолетовую часть спектра; +

г) значительно шире, чем у человека, в обе стороны спектра.

19. Развитие личинок из яиц, отложенных аскаридами происходит:

а) при температуре 37оС, высокой концентрации СО2, в течение двух недель;

б) при температуре 20-30оС, высокой концентрации СО2, в течение двух недель;

в) при температуре 37оС, высокой концентрации О2, в течение недели;

г) при температуре 20-30оС, высокой концентрации О2, в течение двух недель. +

20. В отличие от круглых червей, у кольчатых червей появилась:

а) пищеварительная система;

б) выделительная система;

в) кровеносная система; +

г) нервная система.

21. Крылья у насекомых находятся на спинной стороне:

а) груди и брюшка;

б) груди; +

в) головогруди и брюшка;

г) головогруди.

22. Рабочие пчелы являются:

а) самками, отложившими яйца и приступившими к уходу за потомством;

б) самками, у которых на развиты половые железы; +

в) молодыми самками, способными через год отложить яйца;

г) самцами, развившимися из неоплодотворенных яиц.

23. Морские игуаны, живущие на Галапагосских островах, выводят избыток

соли из организма:

а) с мочой;

б) через солевые железы; +

в) через поры в коже;

г) с экскрементами.

24. У страуса нанду насиживает яйца и опекает птенцов:

а) только самка;

б) только самец; +

в) по очереди оба родителя;

г) приемные родители, в гнездо которых подброшены яйца.

25. Самые большие гнезда среди птиц строят:

а) орлы;

б) пеликаны;

в) страусы;

г) африканские ткачики. +

26. Из перечисленных организмов наиболее прогрессивными чертами

строения обладают:

а) амеба;

б) дождевой червь; +

в) гидра;

г) вольвокс.

27. Усложнение кровеносной системы соответствует эволюции хордовых в

ряду следующих животных:

а) жаба – кролик – крокодил – акула;

б) акула – лягушка – крокодил – кролик; +

в) акула – крокодил – лягушка – кролик;

г) крокодил – акула – жаба – собака.

28. Наибольшее видовое многообразие обитателей Мирового океана наблюдается:

а) на коралловых рифах; +

б) в открытом океане в тропиках;

в) в приполярных областях;

г) в глубоководных впадинах.

29. Считается, что при переносе информации из кратковременной памяти в

долговременную теряется информации:

а) 5%;

б) 10%;

в) 50%;

г) более 90%. +

30. Целлюлоза, попавшая в желудочно-кишечный тракт человека:

а) не расщепляется из-за отсутствия специфического фермента;

б) частично расщепляется бактериями в толстом кишечнике; +

в) расщепляется.-амилазой слюны;

г) расщепляется панкреатической.-амилазой.

31. Какова реакция среды в двенадцатиперстной кишке:

а) слабокислая;

б) нейтральная;

в) слабощелочная; +

г) щелочная.

32. Не известны гормоны, которые являются производными:

а) белков;

б) аминокислот;

в) липидов;

г) углеводов. +

33. В процессе пищеварения переваривании белки расщепляются до:

а) глицерола;

б) жирных кислот;

в) моносахаридов;

г) аминокислот. +

34. Такие симптомы как поражение слизистой оболочки рта, шелушение

кожи, трещины губ, слезоточивость, светобоязнь, указывают на недостаток:

а) токоферола;

б) пиридоксина;

в) рибофлавина; +

г) фолиевой кислоты.

35. Рецептор кожи, реагирующий на холод:

а) тельце Пчини;

б) тельце Мейснера;

в) нервное сплетение вокруг волосяной луковицы;

г) колба Краузе. +

36. К вирусным заболеваниям не относится:

а) корь;

б) клещевой энцефалит;

в) краснуха;

г) дифтерия. +

37. Пищевая цепь – это:

а) последовательность организмов в природном сообществе, каждый элемент которой является

пищей для следующего; +

б) последовательное прохождение пищи по различным разделам пищеварительного тракта;

в) зависимость растений от травоядных животных, их, в свою очередь, от хищников;

г) совокупность всех пищевых связей в экосистеме.

38. Постоянное вмешательство со стороны человека требуется для существования:

а) экосистем пресных вод;

б) природных экосистем суши;

в) экосистемы Мирового океана;

г) агроценозов. +

39. В природных условиях естественными носителями возбудителя чумы

являются:

а) птицы;

б) грызуны; +

в) копытные;

г) человек.

40. В обширных лесных массивах Севера часто проводятся так называемые

концентрированные рубки с использованием тяжелой техники, которые приводят:

а) к смене лесных экосистем болотными; +

б) к опустыниванию или полному разрушению экосистем;

в) к увеличению доли более ценных с точки зрения хозяйства пород деревьев;

г) к процессу превращения в почве органических остатков в гумус.

41. Листья суккулентов – растений засушливых местообитаний – характеризуются:

а) редуцированными устьицами; недифференцированным мезофиллом; отсутствием кутикулы;

развитой аэренхимой;

б) частым рассечением, отсутствием механической ткани;

в) толстой кутикулой; мощным восковым налётом; клетками с крупными вакуолями; погружёнными

устьицами; +

г) хорошо развитой склеренхимой; преобладанием связанной воды.

42. Из названных организмов к надцарству прокариот относится:

а) эвглена зеленая;

б) инфузория-туфелька;

в) амеба;

г) стафилококк. +

43. Две породы собак, например, болонка и немецкая овчарка, это животные:

а) одного вида, но с разными внешними признаками; +

б) двух видов, одного рода и одного семейства;

в) двух видов, двух родов, но одного семейства;

г) одного вида, но обитающие в разных условиях окружающей среды.

44. Наука, изучающая развитие живой природы по отпечаткам и окаменелостям,

которые находят в земной коре:

а) систематика;

б) история;

в) палеонтология; +

г) эволюция.

45. Первые наземные позвоночные произошли от рыб:

а) лучеперых;

б) кистеперых; +

в) цельноголовых;

г) двоякодышащих.

46. Контуры тела летяги, сумчатой летяги, шерстокрыла очень сходны.

Это является следствием:

а) дивергенции;

б) конвергенции; +

в) параллелизма;

г) случайного совпадения.

47. Число хромосом при половом размножении в каждом поколении возрастало

бы вдвое, если бы в ходе эволюции не сформировался процесс:

а) митоза;

б) мейоза; +

в) оплодотворения;

г) опыления.

48. Одно из положений клеточной теории гласит:

а) при делении клетки хромосомы способны к самоудвоению;

б) новые клетки образуются при делении исходных клеток; +

в) в цитоплазме клеток содержатся различные органоиды;

г) клетки способны к росту и обмену веществ.

49. При партеногенезе организм развивается из:

а) зиготы;

б) вегетативной клетки;

в) соматической клетки;

г) неоплодотворенной яйцеклетки. +

50. Матрицей для трансляции служит молекула:

а) тРНК;

б) ДНК;

в) рРНК;

г) иРНК. +

51. Кольцевая ДНК характерна для:

а) ядер грибов;

б) клеток бактерий; +

в) ядер животных;

г) ядер растений.

52. Разделить клетки, органоиды или органические макромолекулы по их

плотности можно с помощью метода:

а) хроматография;

б) центрифугирование; +

в) электрофорез;

53. Мономерами нуклеиновых кислот являются:

а) азотистые основания;

б) нуклеозиды;

в) нуклеотиды; +

г) динуклеотиды.

54. Ионы магния входят в состав:

а) вакуоли;

б) аминокислот;

в) хлорофилла; +

г) цитоплазмы.

55. В процессе фотосинтеза источником кислорода (побочного продукта)

является:

а) АТФ

б) глюкоза;

в) вода; +

г) углекислый газ.

56. Из компонентов растительной клетки вирус табачной мозаики поражает:

а) митохондрии;

б) хлоропласты; +

в) ядро;

г) вакуоли.

57. Из названных белков ферментом является:

а) инсулин;

б) кератин;

в) тромбин; +

г) миоглобин.

58. В хлоропластах растительных клеток светособирающие комплексы

расположены

а) на наружной мембране;

б) на внутренней мембране;

в) на мембране тилакоидов; +

г) в строме.

59. Неаллельное взаимодействие генов при дигибридном скрещивании может

дать во втором поколении расщепление:

а) 1:1;

б) 3:1;

в) 5:1;

г) 9:7. +

60. При браках между людьми европеоидной и негроидной расы во втором

поколении обычно не бывает людей с белым цветом кожи. Это связано с:

а) неполным доминированием гена пигментации кожи;

б) полимерностью генов пигментации кожи; +

в) эпигеномной наследственностью;

г) нехромосомной наследственностью.

Часть II. Вам предлагаются тестовые задания с одним вариантом ответа из четырех

возможных, но требующих предварительного множественного выбора. Максимальное количество

баллов, которое можно набрать – 30 (по 2 балла за каждое тестовое задание).

Индекс ответа, который вы считаете наиболее полным и правильным, укажите в матрице

ответов.

1. Бактерии вызывают заболевания:

I. возвратный тиф. +

II. сыпной тиф. +

III. малярия.

IV. туляремия. +

V. гепатит.

а) II, IV;

б) I, IV, V;

в) I, II, IV; +

г) II, III, IV, V.

2. Корни могут выполнять функции:

I. образования почек. +

II. образования листьев.

III. вегетативного размножения. +

IV. поглощения воды и минеральных веществ. +

V. синтеза гормонов, аминокислот и алкалоидов. +

а) II, III, IV;

б) I, II, IV, V;

в) I, III, IV, V; +

г) I, II, III, IV.

3. Если оборвать (обрезать) кончик главного корня:

I. корень погибнет.

II. все растение погибнет.

III. рост корня в длину прекратится. +

IV. растение выживет, но будет слабым.

V. начнут расти боковые и придаточные корни. +

а) III, IV, V;

б) III, V; +

в) I, IV, V;

г) II, IV, V.

4. Среди паукообразных развитие с метаморфозом характерно для:

I. пауков.

II. клещей. +

III. сольпуг.

IV. сенокосцев.

V. скорпионов.

а) II; +

б) II, III;

в) I, IV;

г) I, II, III, V.

5. Животными, ведущими прикрепленный (сидячий) образ жизни, но

имеющими свободноплавающих личинок, являются:

I. кораллы. +

II. губки. +

III. асцидии. +

IV. коловратки.

V. усоногие раки. +

а) I, II, III, IV;

б) I, II, III, V; +

в) I, III, IV;

г) I, II, III, IV, V.

6. Хорда сохраняется в течение всей жизни у:

I. окуня.

II. осетра. +

III. акулы.

IV. миноги. +

V. ланцетника. +

а) I, II, III, IV;

б) III, IV, V;

в) II, III, V;

г) II, IV, V. +

7. Нерестится только один раз в жизни:

I. севрюга.

II. сардина.

III. горбуша. +

IV. красноперка.

V. речной угорь. +

а) II, III, V;

б) III, V; +

в) I, III, V;

г) I, II, III, V.

8. Аллантоис выполняет у амниот функцию:

I. газообмена. +

II. терморегуляции.

III. запасания воды.

IV. накопления мочи. +

V. пищеварения.

а) I, III, IV;

б) I, IV; +

в) I, II, IV, V;

г) I, II, III, IV.

9. В почечном клубочке в норме практически не фильтруются:

I. вода.

II. глюкоза.

III. мочевина.

IV. гемоглобин. +

V. альбумин плазмы. +

а) I, II, III;

б) I, III, IV, V;

в) II, IV, V;

г) IV, V. +

10. Каждая популяция характеризуется:

I. плотностью. +

II. численностью. +

III. степенью изоляции.

IV. независимой эволюционной судьбой.

V. характером пространственного распределения. +

а) I, II, V; +

б) I, IV, V;

в) II, V;

г) II, III, IV.

11. К хищникам, как правило охотящимся из засады, относятся:

I. волк.

II. рысь. +

III. ягуар. +

IV. гепард.

V. медведь. +

а) II, III, IV, V;

б) I, IV;

в) I, II, III, V;

г) II, III, V. +

12. Из перечисленных животных в состав тундрового биоценоза входят:

I. белка.

II. хорек.

III. песец. +

IV. лемминг. +

V. зеленая жаба.

а) I, II, III, IV;

б) II, III, IV, V;

в) III, IV; +

г) III, IV, V.

13. Аналогичные органы, развившиеся в ходе эволюции:

I. жабры рыбы и жабры рака. +

II. крылья бабочки и крылья птицы. +

III. усики гороха и усики винограда. +

IV. волосы млекопитающих и перья птицы.

V. колючки кактуса и колючки боярышника. +

а) I, III, IV, V;

б) I, II, IV, V;

в) I, II, III, V; +

г) I, II, III, IV.

14. Из названных полимеров к неразветвленным относятся:

I. хитин. +

II. амилоза. +

III. гликоген.

IV. целлюлоза. +

V. амилопектин.

а) I, II, IV; +

б) I, II, III, IV;

в) II, IV, V;

г) III, IV, V.

15. В организме человека гормональные функции выполняют соединения:

I. белки и пептиды. +

II. производные нуклеотидов.

III. производные холестерина. +

IV. производные аминокислот. +

V. производные жирных кислот. +

а) III, IV, V;

б) I, III, IV, V; +

в) III, V;

г) II.

Часть III. Вам предлагаются тестовые задания в виде суждений, с каждым из которых

следует либо согласиться, либо отклонить. В матрице ответов укажите вариант ответа

«да» или «нет». Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 25.

1. Печеночные мхи – низшие растения.

2. Гаметы у мхов образуются в результате мейоза.

3. Крахмальные зерна – это лейкопласты с накопленным в них крахмалом. +

4. После оплодотворения семязачатки превращаются в семена, а завязь в плод.

5. У всех беспозвоночных животных оплодотворение внешнее.

6. Гемолимфа насекомых выполняет те же функции, что и кровь позвоночных

животных.

7. У всех представителей отряда пресмыкающихся сердце трехкамерное.

8. У домашних животных головной мозг, как правило, больше, чем у их диких

предков.

9. Первые крокодилы были сухопутными рептилиями. +

10. Характерной особенностью всех млекопитающих является живорождение.

11. В отличие от большинства млекопитающих для человека характерно наличие

семи шейных позвонков и двух затылочных мыщелков.

12. В желудочно-кишечном тракте человека все белки перевариваются полностью.

13. Гипервитаминоз известен только для жирорастворимых витаминов. +

14. Мозг человека потребляет примерно вдвое больше энергии на грамм веса,

чем у крысы.

15. При тяжелой физической работе температура тела может подниматься до 39

градусов. +

16. С вирусными инфекциями обычно борются с помощью антибиотиков.

17. Можно изучать кругообороты питательных веществ посредством ввода радиоактивных

маркеров в природные или искусственные экосистемы. +

18. Суккуленты легко переносят обезвоживание.

19. Сукцессия после вырубки леса является примером вторичной сукцессии. +

20. Дрейф генов может играть роль эволюционного фактора только в очень малочисленных

популяциях. +

21. Генетическая информация у всех живых организмов хранится в виде ДНК.

22. Каждой аминокислоте соответствует один кодон.

23. У прокариот процессы трансляции и транскрипции происходят одновременно

и в одном и том же месте. +

24. Самые крупные молекулы в живых клетках – молекулы ДНК. +

25. Все наследственные заболевания связаны с мутациями в хромосомах.

Часть IV. Вам предлагаются тестовые задания, требующие установления соответствия.

Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 13. Заполните матрицы

ответов в соответствии с требованиями заданий.

1. [мах. 3 балла] Кровь (гемолимфа) у беспозвоночных животных имеет

различную окраску. Выберите для объектов (1–6) характерный цвет крови/

гемолимфы (А–Е).

1) дождевой червь; А – красная;

2) многощетинковый червь серпула; Б – голубая;

3) каракатица; В – зеленая;

4) речной рак; Г – оранжево-желтая;

5) личинка комара-толкунца (род Chironomus); Д – черная;

6) марокканская саранча. Е – бесцветная.

2. Известно, что высокое содержание солей в почве создает в

ней резко отрицательный водный потенциал, что ведет к нарушению поступления

воды в клетки корня растения, а иногда и к повреждению клеточных мембран. Выберите

приспособления, встречающиеся у растений, произрастающих на засоленных

почвах.

01. Клетки корня солеустойчивых растений способны поглощать соли и выделять их через

секретирующие клетки на листьях и стебле;

02. Содержимое клеток солеустойчивых растений обладает более отрицательным водным

потенциалом, по сравнению с клетками других растений;

03. Клетки характеризуются высоким содержанием солей;

04. Цитоплазма клеток этих растений обладает низкой гидрофильностью;

05. Цитоплазма клеток солеустойчивых растений обладает большой гидрофильностью;

06. Клетки солеустойчивых растений характеризуются менее отрицательным водным потенциалом,

нежели в окружающем их почвенном растворе;

07. Интенсивность фотосинтеза у растений, произрастающих на засоленных почвах, низкая;

08. Интенсивность фотосинтеза у этих растений высокая.

3. На рисунке изображен поперечный

срез проводящего пучка картофеля (Solanum tuberosum).

Соотнесите основные структуры проводящего пучка (А–Д)

с их обозначениями на рисунке.

А – основная паренхима;

Б – наружная флоэма;

В – камбий;

Г – ксилема;

Д – внутренняя флоэма.

4. Установите, в какой последовательности (1 – 5) происходит

процесс редупликации ДНК.

А) раскручивание спирали молекулы

Б) воздействие ферментов на молекулу

В) отделение одной цепи от другой на части молекулы ДНК

Г) присоединение к каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов

Д) образование двух молекул ДНК из одной

5. Установите соответствие между органическим соединением

(А – Д) и выполняемой им функцией (1 – 5).

1. Компонент клеточной стенки грибов А. Крахмал

2. Компонент клеточной стенки растений Б. Гликоген

3. Компонент клеточной стенки бактерий В. Целлюлоза

4. Запасной полисахарид растений Г. Муреин

5. Запасной полисахарид грибов Д. Хитин

Интернет-ресурсы

1. Задания всероссийской олимпиады школьников по биологии прошлых лет, а также

2. Официальный сайт Международной биологической олимпиады www.ibo-info.org

3. Региональный сайт всероссийской олимпиады школьников (Московская область)

по биологии, химии, географии и экологии – www.olimpmgou.narod.ru

1. Биология: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы./ –

М.; Дрофа, 1998 и другие переиздания.

2. Дмитриева Т.А., Кучменко B.C. и др. Биология: Сборник тестов, задач и заданий.

9 -11 кл. -М.: Мнемозина, 1999 и другие переиздания;

3. Драгомилов В.Н., Маш Р. Д. "Биология. VIII класс. Человек", –М.: ВентанаГраф,

1997 и другие переиздания;

4. Захаров В. Б., Сонин Н. И. "Биология. Многообразие живых организмов. 7

класс", М.: Дрофа, 1998 и другие переиздания;

5. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10-11кл.

–М.; Дрофа, 2001 и другие переиздания;

6. Каменский А. А.. Криксунов Е. А., Пасечник В. В. "Введение в общую биологию

и экологию. 9 класс", –М.: Дрофа, 2000 и другие переиздания;

7. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10–11

классы, –М: Дрофа, 2006 и другие переиздания;

8. Колесов Д. В. и др. "Биология. Человек. 8 класс", –М.: Дрофа, 1997 и другие

переиздания;

9. Константинов В. М. и др. "Биология. Животные. 7 класс", –М.; ВентанаГраф,

1999 и другие переиздания;

10. Латюшин В. В., Шапкин В. А. "Животные. 7 класс". –М.: Дрофа, 2000 и другие

переиздания;

11. Мамонтов С. Г., Захаров Б. Н., Сонин Н. И. "Биология. Общие закономерности.

9 класс", –М.: Дрофа, 2000 и другие переиздания;

12. Общая биология. 10-11 кл. / Д.К.Беляев, Н.Н.Воронцов, Г.М.Дымшиц и др.

Под ред. Д.К.Беляева. –М.: Просвещение, 1998-2002 и другие переиздания;

13. Общая биология. 10-11 кл. для шк. углуб. изуч. биол. Под ред. А.О. Рувинского.

–М: Посвещение, 1997 – 2001 и другие переиздания;

14. Пасечник В. В. "Биология. Бактерии. Грибы. Растения. 6 класс", –М.: Дрофа,

1997 и другие переиздания;

15. Пономарева И. Н. и др. "Биология, 6 класс. Растения. Бактерии. Грибы. Лишайники,

М.: Вентана-Граф, 1999 и другие переиздания;

16. Пономарева И. Н., Корнилова О.А., Чернова Н. М. "Основы общей биологии.

9 класс", –М.: Вентана-Граф, 2000 и другие переиздания.

17. Сонин Н. И. "Биология. Живой организм. 6 класс", –М.: Дрофа, 1997 и другие

переиздания;

18. Сонин Н. И., Сапин М. Р. "Биология. Человек. 8 класс", –М.: Дрофа, 2000 и

другие переиздания;

19. Хрипкова А. Г., Колесов Д. В. "Биология. Человек и его здоровье. 9 класс",

М.: Просвещение, 1997 и другие переиздания.

20. Пасечник В.В., Калинова Г.С., Суматохин С.В. Биология 6 класс. Учебник

для общеобразовательных учреждений. –М.: Просвещение, 2008.

21. Пасечник В.В., Калинова Г.С., Суматохин С.В. Биология 7 класс. Учебник

для общеобразовательных учреждений. –М.: Просвещение, 2009.

22. Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г. Биология 8 класс. Учебник для

общеобразовательных учреждений. –М.: Просвещение, 2010.

Интернет-источник