Organizmy prokariotyczne - bakterie i archeowce

Bakterie i archeowce to organizmy prokariotyczne, które mimo podobnej morfologii pełnią różne funkcje w ekosystemach. Występują powszechnie w glebach, zbiornikach wodnych oraz na powierzchni i wewnątrz innych organizmów. Archeowce żyjące w ekstremalnych warunkach nazywamy ekstremofilami.

Bakterie to jednokomórkowce lub organizmy kolonijne, widoczne tylko pod mikroskopem (z wyjątkiem sinic). Ich charakterystyczną cechą jest brak jądra komórkowego. Posiadają błonę komórkową i sztywną ścianę komórkową, która chroni je przed pęknięciem w środowisku hipotonicznym. Wiele bakterii ma dodatkowe struktury, jak fimbrie (umożliwiające przyczepianie się do podłoża), pilusy (uczestniczące w procesach płciowych) i rzęski (służące do poruszania się).

W cytozolu bakterii znajduje się chromosom z genami niezbędnymi do funkcjonowania komórki, plazmidy z dodatkowymi informacjami genetycznymi i rybosomy uczestniczące w syntezie białek. Ściana komórkowa bakterii może mieć różną budowę - bakterie Gram-dodatnie mają grubszą ścianę z wieloma warstwami mureiny, natomiast Gram-ujemne posiadają cieńszą ścianę z jedną warstwą mureiny i dodatkową błoną zewnętrzną.

Warto zapamiętać! Niektóre bakterie, jak sinice i bakterie glebowe, potrafią wiązać azot atmosferyczny (N₂) i przekształcać go w amoniak (NH₃), który następnie bakterie nitryfikacyjne mogą utlenić do azotanów (NO₃⁻). Ten proces zachodzi tylko w warunkach beztlenowych!

Odżywianie i oddychanie bakterii

Bakterie wykształciły różnorodne strategie odżywiania, dzięki czemu zasiedlają praktycznie każde środowisko. Bakterie heterotroficzne odżywiają się osmotroficznie - rozkładają związki organiczne do prostszych form rozpuszczalnych w wodzie. Wśród nich wyróżniamy pasożyty (czerpią korzyści kosztem żywiciela), symbionty (obaj partnerzy odnoszą korzyści) i saprobionty (rozkładają martwą materię organiczną).

Bakterie autotroficzne samodzielnie wytwarzają związki organiczne. Fotoautotrofy przeprowadzają fotosyntezę, która może być tlenowa (wydziela tlen) lub beztlenowa (wydziela siarkę). Chemoautotrofy wykorzystują energię chemiczną do produkcji związków organicznych w procesie chemosyntezy, przetwarzając m.in. związki azotu.

Bakterie tlenowe przeprowadzają oddychanie komórkowe podobne do oddychania u organizmów eukariotycznych (glikoliza, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy). Bakterie beztlenowe wykorzystują dwa główne procesy: oddychanie beztlenowe (z innym niż tlen akceptorem elektronów) oraz fermentację (alkoholową lub mleczanową).

W niekorzystnych warunkach bakterie przechodzą w stan anabiozy, wytwarzając formy przetrwalnikowe: cysty (odwodnione komórki z grubą ścianą) lub endospory (powstające przez nierównomierny podział komórki). Bakterie reagują na bodźce środowiskowe: chemotaksja (reakcja na związki chemiczne), fototaksja (reakcja na światło) i termotaksja (reakcja na temperaturę).

Ciekawostka! Ruch bakterii nie jest przypadkowy - dzięki chemotaksji potrafią one "wędrować" w kierunku korzystnych dla nich substancji i uciekać od związków szkodliwych!

Procesy płciowe bakterii i archeowce

Bakterie, choć rozmnażają się bezpłciowo, mogą wymieniać materiał genetyczny przez procesy płciowe. Nie prowadzą one do zwiększenia liczby bakterii, ale zapewniają rekombinację DNA. Koniugacja to bezpośrednie przekazanie fragmentu DNA między komórkami łączącymi się za pomocą pilusów. W transformacji bakterie pobierają wolne DNA z podłoża, a w transdukcji materiał genetyczny przenoszony jest między bakteriami za pomocą bakteriofagów (wirusów infekujących bakterie).

Archeowce to prokarionty przystosowane do życia w ekstremalnych warunkach. Ekstremofile zasiedlają środowiska niedostępne dla innych organizmów: gorące i zimne źródła, środowiska silnie zasolone i kwaśne. Ich budowa przypomina komórki bakterii, ale struktury komórkowe mają odmienny skład chemiczny. Przykładem są metanogeny, które uzyskują energię z utleniania wodoru dwutlenkiem węgla, uwalniając metan.

Archeowce wykształciły liczne przystosowania do ekstremalnych warunków. Halofile (żyjące w środowiskach silnie zasolonych) posiadają liczne pompy potasowe transportujące jony K⁺ do cytozolu, białka odporne na koagulację i otoczki wiążące wodę. Termofile (żyjące w gorących źródłach) mają białka odporne na denaturację termiczną i mechanizmy chroniące kwasy nukleinowe.

Choroby bakteryjne leczymy antybiotykami - związkami pochodzenia naturalnego, izolowanymi z komórek niektórych grzybów lub bakterii. Działają one bakteriobójczo (powodując śmierć bakterii) lub bakteriostatycznie (hamując wzrost i rozmnażanie bakterii). Wrażliwość bakterii na antybiotyki określa się wykonując antybiogram.

Na egzaminie! Mechanizmy działania antybiotyków to: łączenie się z rybosomami bakterii (uniemożliwianie syntezy białek), hamowanie replikacji DNA i zaburzanie produkcji mureiny (prowadzące do śmierci bakterii).

Grzyby - organizmy heterotroficzne

Grzyby to fascynujący świat organizmów zbudowanych z długich, nitkowatych strzępek, które razem tworzą grzybnię. Strzępki podzielone są ścianami poprzecznymi (septami) z otworami, przez które przemieszcza się cytoplazma i organelle. Wyróżniamy grzybnię komórkową (jednokomórkową, jednojądrową), wielokomórkową jednojądrową oraz wielokomórkową wielojądrową.

Wszystkie grzyby są heterotrofami odżywiającymi się osmotycznie - wydzielają do środowiska enzymy rozkładające złożone związki organiczne, a następnie wchłaniają prostsze związki. Ze względu na sposób odżywiania wyróżniamy grzyby: saprobiontyczne (rozkładające martwą materię), pasożytnicze (atakujące inne organizmy), symbiotyczne (żyjące w mutualizmie z innymi organizmami) i drapieżne (chwytające niewielkie zwierzęta glebowe).

Szczególnie ważną formą symbiozy jest mikoryza - współżycie grzybów z korzeniami roślin. Grzyby otrzymują produkty fotosyntezy, a rośliny zyskują zwiększoną powierzchnię chłonną korzeni. Mikoryza może być zewnętrzna (strzępki wnikają między komórki korzenia) lub wewnętrzna (strzępki wnikają do wnętrza komórek).

Grzyby rozmnażają się bezpłciowo przez fragmentację plechy, pączkowanie lub rozsiewanie mitospor $aplanospory - nieruchliwe lub zoospory - ruchliwe$. Rozmnażanie płciowe odbywa się przez gametogamię (łączenie gamet), gametangiogamię (łączenie całych gametangiów) lub somatogamię (łączenie zróżnicowanych płciowo strzępek). Ich oddychanie może być tlenowe lub beztlenowe (fermentacja alkoholowa lub mleczanowa).

Zapamiętaj! Mimo podobieństwa do roślin, grzyby zawsze są heterotrofami - nie potrafią samodzielnie wytwarzać związków organicznych i muszą je pobierać z otoczenia.

Porosty - organizmy dwuskładnikowe

Porosty to fascynujące organizmy dwuskładnikowe, składające się ze strzępek grzybów oraz komórek zielenic lub sinic. Mają budowę plechową i reprezentują unikatowy przykład symbiozy. Składnik autotroficzny (zielenice lub sinice) przeprowadza fotosyntezę, dostarczając związki organiczne, natomiast grzyb zapewnia wodę z solami mineralnymi, ochronę i kontroluje życie partnera.

W zależności od ułożenia składników wyróżniamy dwa typy plech porostów. W plesze niewarstwowanej zielenice lub sinice rozmieszczone są równomiernie w obrębie całej plechy. Natomiast w plesze warstwowanej zielenice lub sinice skupione są w wyraźne warstwy: warstwa korowa górna, warstwa zielenic/sinic, warstwa rdzeniowa i warstwa korowa dolna.

Porosty rozmnażają się wyłącznie bezpłciowo za pomocą specjalnych struktur zwanych rozmnóżkami. Urwistki formują się wewnątrz plechy i wydostają się przez jej pęknięcie, a wyrostki powstają na powierzchni plechy jako łatwo odrywające się wypuklenia. Warto zaznaczyć, że same grzyby wchodzące w skład porostów mogą rozmnażać się płciowo.

Uwaga! Porosty są wyjątkowo czułymi bioindykatorami jakości powietrza - ich obecność świadczy o niskim poziomie zanieczyszczeń, ponieważ są bardzo wrażliwe na dwutlenek siarki i inne zanieczyszczenia przemysłowe.

Protisty - proste organizmy eukariotyczne

Protisty to grupa organizmów eukariotycznych tworzących takson parafiletyczny, co oznacza, że protisty są przodkami roślin, zwierząt i grzybów. Mogą występować jako formy jednokomórkowe, kolonijne lub wielokomórkowe o budowie plechowej. Zasiedlają głównie środowiska wodne, wilgotne miejsca lub organizmy zwierząt.

Wyróżniamy trzy główne grupy protistów. Protisty zwierzęce są jednokomórkowe lub kolonijne, ich komórki przypominają budową komórki zwierzęce (brak ściany komórkowej, obecność lizosomów). Odżywiają się heterotroficznie. Protisty roślinopodobne mają komórki podobne do roślinnych (chloroplasty, celulozowa ściana komórkowa) i odżywiają się autotroficznie. Protisty grzybopodobne tworzą plechy w postaci śluzu lub nitkowatych strzępek, ich ściana komórkowa zawiera celulozę, a nie chitynę jak u grzybów.

Protisty wykazują różnorodne sposoby odżywiania. Protisty zwierzęce i grzybopodobne są heterotrofami - pobierają pokarm na drodze endocytozy: przez fagocytozę (wchłanianie cząstek stałych) lub pinocytozę (wchłanianie kropli płynów). Protisty roślinopodobne są głównie autotrofami - przeprowadzają fotosyntezę, magazynując skrobię lub tłuszcze jako materiał zapasowy. Istnieją też miksotrofy łączące odżywianie autotroficzne i heterotroficzne.

Pamiętaj! Protisty to bardzo zróżnicowana grupa, która pokazuje ewolucyjne przejście od form prokariotycznych do bardziej złożonych organizmów eukariotycznych. Właśnie ta grupa dała początek roślinom, zwierzętom i grzybom!

Rozmnażanie się protistów

Protisty rozmnażają się zarówno bezpłciowo jak i płciowo, co zapewnia im ogromną różnorodność genetyczną. W rozmnażaniu bezpłciowym komórki potomne są identyczne pod względem genetycznym. U jednokomórkowców zachodzi ono przez podział poprzeczny lub podłużny komórki macierzystej, a u wielokomórkowców przez fragmentację plechy lub wytwarzanie mitospor $aplanospory - nieruchliwe, zoospory - ruchliwe$.

Rozmnażanie płciowe prowadzi do powstania nowych kombinacji genów. Wyróżniamy trzy główne typy: mejozę postgamiczną (prowadzi do wytworzenia postaci troficznych lub mejospor), mejozę pregamiczną (prowadzi do wytworzenia gamet) oraz mejozę pośrednią (prowadzi do wytworzenia mejospor). W zależności od typu mejozy dominować może faza haploidalna, diploidalna lub występować przemiana pokoleń.

Szczególnym przypadkiem rozmnażania płciowego jest cykl pantofelka, gdzie dochodzi do koniugacji, wymiany jąder między komórkami i fuzji jądrowej. W procesie tym makronukleus zanika, mikronukleus dzieli się mejotycznie, komórki wymieniają się jądrami, a po koniugacji zachodzi zapłodnienie. Jądro diploidalne dzieli się mitotycznie, tworząc nowe makronukleusy i mikronukleusy.

Gamety protistów mogą łączyć się na trzy sposoby: przez izogamię (obie gamety są zdolne do ruchu i identyczne morfologicznie), anizogamię (obie gamety ruchliwe, ale różniące się wielkością) lub oogamię (tylko gameta męska jest ruchliwa, a gamety różnią się wielkością).

Na sprawdzianie! Przemiana pokoleń u protistów to zapowiedź zjawiska, które będzie kluczowe u roślin. Obserwując te mikroorganizmy, można zrozumieć, jak ewoluowały bardziej złożone cykle życiowe roślin!