§ 1.4. Клітинні форми життя. Бактерії. Археї

• Назад до змісту

НАВЧАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Що спільного та відмінного між прокаріотичними організмами? Самостійне перетворення знань у таблицю. Порівняльна характеристика. БАКТЕРІЇ та АРХЕЇ.

Визначення понять:

• Бактерії — це прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми зі спрощеною організацією будови, життєдіяльності та поведінки, клітинна стінка яких містить пептидоглікан.
• Археї — це мікроскопічні одноклітинні прокаріотичні організми, які відрізняються від бактерій та еукаріотів за хімічним складом клітинних оболонок, ліпідів мембран та особливостями молекулярної організації геному.

Порівняльна таблиця «Бактерії та Археї»:

Висновок про подібність та відмінності:
Спільними ознаками бактерій та архей є прокаріотичний план будови (відсутність оформленого ядра та більшості мембранних органел, наявність нуклеоїда, рибосом і плазмід, наявність клітинної стінки), розмноження бінарним поділом клітини навпіл і мікроскопічні розміри.
Відмінності полягають у біохімічному складі клітинних покривів (муреїн у бактерій проти псевдомуреїну й S-шарів у архей), будові ліпідів мембран (археоли в архей), наявності інтронів у генах архей та специфічних метаболічних процесах (наприклад, метаногенез властивий лише археям, а утворення ендоспор — бактеріям).

РОЗВИВАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Як функціонує прокаріотична клітина? Практична вправа. Будова прокаріотичної клітини у взаємозв’язку з життєдіяльністю.

1. Розпізнавання та позначення структур прокаріотичної клітини на ілюстрації:

• 1 — джгутик
• 2 — слизова капсула
• 3 — клітинна стінка
• 4 — плазматична мембрана
• 5 — цитоплазма
• 6 — плазміда
• 7 — ендоспора
• 8 — рибосоми
• 9 — нуклеоїд

2. Основні функції складників прокаріотичної клітини:

Аналіз результатів:
Будова прокаріотичної клітини перебуває у нерозривному взаємозв’язку з її життєдіяльністю: кожна органела чи компартмент забезпечує реалізацію життєвих функцій (рух, захист, метаболізм, синтез білків, збереження інформації) в умовах відсутності внутрішньоклітинних мембранних органел, властивих еукаріотам.

ЦІННІСНЕ ЗАВДАННЯ

Які особливості клітин архей забезпечують їхнє життя в екстремальних умовах? Вправа для переконаності. Аналіз статті «Marsarchaeota: Microbiologists Discover New Lineage of Archaea in Yellowstone».

Приклади та адаптації архей до екстремальних умов існування:

1. Клітинна оболонка зі стійкого білкового S-шару та псевдомуреїну, яка не руйнується за високих температур, екстремального pH чи високої солоності.
2. Мембранні жири-археоли, що містять етерні (прості ефірні) зв’язки та здатні з’єднуватися своїми хвостами, формуючи суцільний і стабільний моношар, стійкий до високих температур і кислотності (як у гарячих залізистих джерелах Єллоустона для Marsarchaeota).
3. Термостабільні та кислотостійкі ферменти й білки, які не піддаються швидкій денатурації.
4. Наявність унікальних шляхів отримання енергії (зокрема відновлення/окиснення сполук Феруму, бактеріородопсиновий фотосинтез, метаногенез).

Структура інфографіки «Археї — екстремофільні організми»:

• «Унікальна мембрана»: ліпіди-археоли з етерними зв’язками, здатність утворювати моношар проти екстремального нагрівання.
• «Міцний захист»: стінка з псевдопептидоглікану та захисного S-шару білків, стійка до дії агресивних середовищ.
• «Особливий метаболізм»: використання хемосинтезу заліза (лінія Marsarchaeota), метаногенезу, виживання за температур понад +100 °С.
• «Екологічні ніші»: гарячі джерела, чорні курці, пересолені водойми, безкисневі мули.

Обґрунтування взаємозв’язку клітин з умовами та відкритості систем:

Прокаріотичні клітини архей є класичними відкритими біологічними системами: вони існують лише завдяки постійному потоку речовин, енергії та інформації з навколишнім середовищем. Навіть у найжорсткіших умовах геотермальних джерел чи надсолоних озер археї підтримують сталість внутрішнього середовища (гомеостаз) завдяки структурно-функціональній узгодженості своїх унікальних клітинних оболонок і метаболічних систем із конкретними чинниками довкілля.

Саморозвиток

САМОНАВЧАННЯ. ПІЗНАВАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ. СПОСІБ РОЗВИТКУ МИСЛЕННЯ «АНАЛІЗ»

Як розвивати аналітичне мислення?

Для розвитку аналітичного мислення застосовують такі підходи:

1. Розбивати ціле на частини для кращого розуміння структури проблеми та виділення питань, що потребують окремого вивчення.
2. Оцінювати інформацію через ретельне вивчення фактів і визначення найбільш імовірних та значущих варіантів розвитку подій.
3. Визначати закономірності та формувати системне мислення для прогнозування поведінки явищ і систем.
4. Розвивати критичне мислення, перевіряючи надійність і достовірність фактів.
5. Встановлювати причинно-наслідкові зв’язки та розвивати логіку для розуміння взаємовпливу елементів системи.
6. Знаходити практичні рішення, оптимізувати процеси та виправляти помилки для досягнення поставленої мети.

САМООЦІНЮВАННЯ. ВПРАВА-КОНСТРУЮВАННЯ. АРХЕЇ. БАКТЕРІЇ

Розв’язую вправу та отримую назву роду архей, здатних перетворювати воду на кислоту з pH близьким до 0.

Отримана назва роду архей: Фероплазма (Ferroplasma).

1. Яка ознака відрізняє архей від бактерій?
У клітинна мембрана
Ф наявність інтронів
Х цитоплазма
Ц тип живлення

Правильна відповідь: Ф (наявність інтронів).
Гени нуклеоїда архей містять унікальні ділянки — інтрони, які відсутні в структурних генах бактерій.

2. Вибираю представника архей:
В хлорела
Г кишкова паличка
Д мукор
Е метанобревібактер

Правильна відповідь: Е (метанобревібактер).
Метанобревібактер належить до метаноутворювальних архей (домен Археї).

3. Який таксономічний ранг архей в сучасній системі органічного світу?
П царство
Р домен
С відділ
Т тип

Правильна відповідь: Р (домен).
У сучасній системі трьох доменів Археї (Archaea) мають найвищий таксономічний ранг — домен.

4. Називаю екологічну групу архей, які проживають в кислому середовищі:
Н термофіли
О ацидофіли
П галофіли
Р галофоби

Правильна відповідь: О (ацидофіли).
Організми, пристосовані до життя в умовах високої кислотності (низького рівня pH), називаються ацидофілами.

5. Яка речовина утворює клітинну оболонку бактерій?
О псевдомуреїн
П муреїн
Р хітин
С целюлоза

Правильна відповідь: П (муреїн).
Клітинна стінка бактерій містить унікальний біополімер пептидоглікан (муреїн), тоді як клітинні стінки архей містять псевдомуреїн.

6. Який тип живлення у залізобактерій та сіркобактерій?
К фотоавтотрофний
Л хемоавтотрофний
М фотогетеротрофний
Н хемогетеротрофний

Правильна відповідь: Л (хемоавтотрофний).
Залізобактерії та сіркобактерії синтезують органічні речовини з неорганічних, використовуючи хімічну енергію окисно-відновних реакцій.

7. Назвіть найпоширеніший спосіб розмноження бактерій:
А бінарний поділ
Б множинний поділ
В брунькування
Г спороутворення

Правильна відповідь: А (бінарний поділ).
Основним і найпоширенішим способом розмноження бактеріальних клітин є бінарний поділ (поділ клітини навпіл).

8. Назвіть представника бактерій:
З холерний вібріон
И бактеріофаг
І пріон коров’ячого сказу
Ї віроїд веретеноподібності бульб картоплі

Правильна відповідь: З (холерний вібріон).
Холерний вібріон є представником протеобактерій (домен Бактерії), тоді як бактеріофаг належить до вірусів, а пріони та віроїди є субвірусними неклітинними частинками.

9. Співіснування бульбочкових бактерій з бобовими рослинами є прикладом…
Л конкуренції
М мутуалізму
Н коменсалізму
О паразитизму

Правильна відповідь: М (мутуалізму).
Взаємодія між бульбочковими азотфіксуючими бактеріями та кореневою системою бобових рослин є формою взаємовигідного співіснування (мутуалізму).

10. Явище спілкування та координації процесів життєдіяльності бактерій за участю молекулярних сигналів – це…
А відчуття кворуму
Б трансдукція
В біофільми
Г кон’югація

Правильна відповідь: А (відчуття кворуму).
Відчуття кворуму — це механізм координації поведінки та фізіологічної активності бактерій у популяції через виділення й сприйняття сигнальних молекул.