§ 1.4. Клітинні форми життя. Бактерії. Археї

Назад до змісту

ДІЯЛЬНІСТЬ

Навчальне завдання

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

Р. Визначення понять:

Бактерії — це прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми зі спрощеною організацією будови, життєдіяльності та поведінки.
Археї — це мікроскопічні одноклітинні прокаріотичні організми, які відрізняються від бактерій та еукаріот за складом та особливостями організації.

В. Сутність змістових елементів порівняння:

Клітинна стінка — наявність специфічних біополімерів, що захищають клітину й надають їй сталої форми.
Клітинні мембрани — хімічна природа ліпідів та архітектура мембранного шару.
Живлення — основні шляхи отримання органічних речовин та енергії (автотрофне або гетеротрофне).
Особливості геному — будова генетичного матеріалу, наявність інтронів та плазмід.
Утворення спор — здатність формувати захисні внутрішні спори для переживання несприятливих умов.

К. Порівняльна таблиця «Бактерії та Археї»:

Ознака	Археї	Бактерії
Клітинна стінка	Складається з псевдомуреїну, псевдопептидоглікану та білків S-шару (муреїн відсутній)	Містить пептидоглікан (муреїн)
Клітинні мембрани	Утворені особливими розгалуженими жирами-археолами (можуть формувати стійкий моношар)	Утворені типовим фосфоліпідним бішаром
Живлення	Хемоавтотрофне (зокрема метаногенез), особливий безхлорофільний фотосинтез (з бактеріородопсином), гетеротрофне	Фотоавтотрофне (з хлорофілами), хемоавтотрофне, фотогетеротрофне, хемогетеротрофне
Особливості геному	Гени нуклеоїда містять інтрони; молекулярні процеси подібні до еукаріотів	Гени нуклеоїда не містять інтронів; наявні плазміди з додатковою інформацією
Утворення спор	Ендоспор для виживання в несприятливих умовах не утворюють	Деякі бактерії утворюють ендоспори (внутрішні спори) для виживання

С. Висновок про подібність та відмінності:

Спільні ознаки: належать до прокаріотів (не мають оформленого ядра та більшості мембранних органел), є одноклітинними мікроорганізмами, містять нуклеоїд і рибосоми, розмножуються бінарним поділом клітини навпіл.
Відмінні ознаки: хімічний склад клітинної стінки (муреїн у бактерій проти псевдомуреїну в архей), будова мембранних ліпідів (археоли в архей), наявність інтронів у генах архей та унікальні метаболічні процеси (метаногенез властивий лише археям, а утворення ендоспор — лише бактеріям).

Розвивальне завдання

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

прокаріотична клітина

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

Основні функції складників клітини:

Назва	Функції
джгутик	Забезпечує активний рух клітини в рідкому середовищі
слизова капсула	Захищає клітину від висихання, паразитів і механічних пошкоджень
клітинна стінка	Надає клітині сталої форми, захищає від тиску та шкідливих впливів довкілля
плазматична мембрана	Відмежовує цитоплазму, регулює транспорт речовин та бере участь в обміні речовин
цитоплазма	Слугує внутрішнім середовищем, де протікають біохімічні процеси
плазміда	Зберігає додаткову спадкову інформацію (наприклад, гени стійкості до антибіотиків)
ендоспора	Забезпечує виживання бактерії в несприятливих умовах середовища
рибосоми	Здійснюють біосинтез білків, необхідних для росту й функціонування клітини
нуклеоїд	Зберігає та передає основну генетичну інформацію під час поділу клітини

С. Аналіз результатів:
У прокаріотичній клітині кожна структура тісно пов’язана зі своєю функцією. Відсутність складних внутрішніх мембранних органел компенсується універсальністю плазматичної мембрани, цитоплазми та нуклеоїда, що забезпечує клітині високу швидкість обміну речовин, витривалість і швидке розмноження.

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».

Р. Приклади пристосувань архей до екстремальних умов існування:

Живуть у гарячих кислих джерелах за температур від +60 до +80 °С (наприклад, лінія Marsarchaeota в Єллоустоні).
Здатні отримувати енергію шляхом відновлення сполук заліза (Феруму).
Існують за відсутності кисню у водоймах з екстремальною солоністю чи наднизьким pH.

В. Пояснення адаптацій архей:

Унікальні жири-археоли в мембранах міцно зв’язуються між собою і утворюють стійкий шар, який не розпадається за температур кипіння та високої кислотності.
Оболонка з псевдомуреїну та міцних білків S-шару надійно захищає клітину від хімічних впливів і розчинення в агресивному середовищі.
Особливі стійкі ферменти зберігають свою структуру й працездатність там, де звичайні білки інших організмів миттєво руйнуються.

К. Структура інфографіки «Археї — екстремофільні організми»:

«Мембрани високої стійкості»: містять специфічні ліпіди-археоли, що формують захисний моношар.
«Міцні стінки»: побудовані з псевдопептидоглікану та білкового S-шару, нечутливих до кислот.
«Своєрідне живлення»: хемосинтез сполук заліза (лінія Marsarchaeota), метаногенез, безхлорофільне поглинання світла.
«Екстремальні біотопи»: геотермальні джерела, гейзери, концентровані соляні озера, мул дна морів.

С. Обґрунтування взаємозв’язку клітин з умовами та відкритості систем:
Клітини архей є відкритими біологічними системами: вони активно поглинають із навколишнього середовища енергію та хімічні сполуки (наприклад, сполуки Феруму чи водню) і повертають туди продукти метаболізму. Їхня унікальна біохімічна будова ідеально відповідає конкретним умовам довкілля, завдяки чому археї підтримують життєдіяльність і гомеостаз навіть у найбільш екстремальних куточках Землі.

САМОРОЗВИТОК

Самонавчання. Пізнавальне завдання. Спосіб розвитку мислення «Аналіз»

Як розвивати аналітичне мислення?

Розбивати ціле на частини, щоб зрозуміти структуру явища й виділити конкретні питання.
Оцінювати фактичну інформацію, порівнювати варіанти й обирати найвірогідніші.
Виявляти закономірності та встановлювати причинно-наслідкові зв’язки між процесами.
Розвивати критичне мислення: перевіряти правдивість даних і шукати надійні підтвердження.
Формулювати практичні висновки та знаходити ефективні рішення для досягнення цілей.

Самооцінювання. Вправа-конструювання. Археї. Бактерії

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

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ф	Е	Р	О	П	Л	А	З	М	А

Закодоване слово: Фероплазма (Ferroplasma).

1. Яка ознака відрізняє архей від бактерій?

У клітинна мембрана
Ф наявність інтронів
Х цитоплазма
Ц тип живлення
Відповідь: Ф. Гени нуклеоїда архей мають інтрони, які відсутні в структурних генах бактерій.

2. Вибираю представника архей:

В хлорела
Г кишкова паличка
Д мукор
Е метанобревібактер
Відповідь: Е. Метанобревібактер належить до метаноутворювальних архей.

3. Який таксономічний ранг архей в сучасній системі органічного світу?

П царство
Р домен
С відділ
Т тип
Відповідь: Р. Археї мають найвищий систематичний ранг — домен.

4. Називаю екологічну групу архей, які проживають в кислому середовищі:

Н термофіли
О ацидофіли
П галофіли
Р галофоби
Відповідь: О. Ацидофіли — це організми, що мешкають у середовищі з високою кислотністю (низьким pH).

5. Яка речовина утворює клітинну оболонку бактерій?

О псевдомуреїн
П муреїн
Р хітин
С целюлоза
Відповідь: П. До складу клітинної стінки бактерій обов’язково входить муреїн (пептидоглікан).

6. Який тип живлення у залізобактерій та сіркобактерій?

К фотоавтотрофний
Л хемоавтотрофний
М фотогетеротрофний
Н хемогетеротрофний
Відповідь: Л. Залізо- та сіркобактерії використовують хімічну енергію неорганічних сполук для синтезу органічних речовин.

7. Назвіть найпоширеніший спосіб розмноження бактерій:

А бінарний поділ
Б множинний поділ
В брунькування
Г спороутворення
Відповідь: А. Основним шляхом розмноження бактерій є бінарний поділ клітини навпіл.

8. Назвіть представника бактерій:

З холерний вібріон
И бактеріофаг
І пріон коров’ячого сказу
Ї віроїд веретеноподібності бульб картоплі
Відповідь: З. Холерний вібріон належить до бактерій (протеобактерій), тоді як інші є неклітинними формами.

9. Співіснування бульбочкових бактерій з бобовими рослинами є прикладом…

Л конкуренції
М мутуалізму
Н коменсалізму
О паразитизму
Відповідь: М. Це взаємовигідне співжиття (симбіоз у формі мутуалізму).

10. Явище спілкування та координації процесів життєдіяльності бактерій за участю молекулярних сигналів – це…

А відчуття кворуму
Б трансдукція
В біофільми
Г кон’югація
Відповідь: А. Відчуття кворуму дає бактеріям змогу погоджувати поведінку за допомогою сигнальних речовин.