Сообщества микроорганизмов в естественной среде

Оглавление

Введение…………………………………………………….2

1. Среды обитания микроорганизмов……………………..6

     1.1 Органы и ткани высших организмов………………7

     1.2  Абиогенные субстраты

            1.21 Микрофлора воды……………………………..13

            1.22 Микрофлора воздуха………………………….16

            1.23 Почва как среда обитания  микробов…………17

2. Микроорганизмы  и окружающая среда

     2.1 Влажность среды………………………………….....21

     2.2 Температурный режим……………………………....22

     2.3 Кислотность среды…………………………………..25

     2.4 Присутствие молекулярного кислорода в среде…...26

     2.5 Излучения…………………………………………….27

3. Взаимоотношения  микроорганизмов…………………...29

4. Значение микроорганизмов……………………………...33

Заключение…………………………………………………..36

Список литературы………………………………………….37

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                      
 
 

                                    ВВЕДЕНИЕ

    

     Микроорганизмы  являются самыми древними организмами,  появившимися около 3,5 млрд. лет  назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле,  формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

     Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почвах, водоёмах, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т.п. Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоёмах, они обусловливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти, многих других полезных ископаемых.

     В экологическом плане микрофлора представляет собой часть наземной экосистемы (биогеоценоза). Роль её определяется местом в потоке энергии и круговороте веществ. Активное участие микроорганизмов в аккумуляции энергии и трансформации биогенных элементов обеспечивает жизнедеятельность других звеньев биоценоза и функционирование экосистемы в целом. Наличие микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экосистем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, микроорганизмы могут представлять единственную форму жизни.

     Микроорганизмы  оказывают положительное влияние  на процессы разложения веществ неприродного происхождения – ксенобиотиков, попадающих в почвы и водоёмы и загрязняющих их.

     Полученные  в последние десятилетия научные  данные не только существенно  расширили представления о почвенных  микроорганизмах и процессах,  вызываемых ими в окружающей среде, но и позволили создать новые отрасли в промышленности и сельскохозяйственном производстве. Например, открыты антибиотики, выделяемые почвенными микроорганизмами, и показана возможность их использования для лечения человека, животных и растений, а также при хранении сельскохозяйственных продуктов. Обнаружена способность почвенных микроорганизмов образовывать биологически активные вещества: витамины, аминокислоты, стимуляторы роста растений и т.д. Найдены пути использования белка микроорганизмов для кормления сельскохозяйственных животных. Созданы микробные препараты, усиливающие поступление в почву азота из воздуха.

     Открытие  новых методов получения наследственно  изменённых форм микроорганизмов  позволило шире применять микроорганизмы в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Особенно перспективно развитие генной инженерии. Её достижения обеспечили развитие биотехнологии, появление высокопродуктивных микроорганизмов, синтезирующих белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие необходимые для животноводства и растениеводства продукты.

     Поэтому возникает необходимость глубокого анализа характера микробиологических процессов, знания функций, присущих микроорганизмам, умения ориентироваться и оценивать возможные последствия воздействия на микрофлору. Вот почему тема данной курсовой работы  «Сообщества микроорганизмов в естественной среде» является очень актуальной.

     Исследования  микробного мира в природной  обстановке находятся в сфере экологии микроорганизмов. Основная суть этой науки улавливается даже из самого термина «экология» (от греч. «ойкос» - дом, местообитание). Экологические исследования микроорганизмов проводятся в их «доме», т.е. естественной среде. Ни на каком ином уровне, изучая наследственные свойства микробов, химический состав и тонкое строение клетки, нельзя получить тех сведений, которые добываются при экологических исследованиях.

     Именно  поэтому изучение сообществ микроорганизмов  в естественной среде по-прежнему актуально. Дальнейшее изучение

этой темы позволит наиболее широко и эффективно использовать микроорганизмы на благо человечества.

    

      
 
 

     При  написании данной курсовой работы  я пользовалась большим количеством  литературных источников. Следует отметить, что данная тема хорошо изучена и достаточно полно освещена в литературе. Тем не менее, исследования микробных сообществ в естественной среде продолжаются на самых разных уровнях и в самых разных направлениях. Об этом можно судить из периодической печати и материалов Интернета.

     Основные  сведения о микроорганизмах можно  почерпнуть из справочной литературы: Большой Российской энциклопедии  и Большого энциклопедического  словаря «Биология». Исчерпывающая  информация по теме курсовой  работы содержится в учебных пособиях по микробиологии. Множество полезных материалов, в частности о природных средах обитания микроорганизмов, содержится и в шеститомных изданиях «Жизнь растений» и «Жизнь животных», в томах, посвящённых микроорганизмам.

    Помимо справочной и учебной литературы я ознакомилась с рядом изданий специального характера.

    Так,  в монографии Ю.В.Круглова «Микрофлора  почвы и пестициды» рассматриваются  два аспекта взаимодействия пестицидов  и микроорганизмов в почве: 

1. Влияние пестицидов на микрофлору и биохимические процессы трансформации биогенных элементов.

2. Трансформация  и деградация пестицидов микроорганизмами, обусловливающие самоочищение почвы  или отравление её метаболитами.

     В  книге «Молекулярные основы взаимоотношений  ассоциативных микроорганизмов с растениями» обобщён многолетний труд учёных Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, связанный с исследованиями молекулярно-генетических и эколого-биохимических аспектов взаимоотношений ассоциативных и симбиотических микроорганизмов с растениями. Из книги ясно, что при таком симбиотическом сосуществовании взаимодействие партнёров помогает им выживать в среде обитания. Здесь же приводятся оценки эффективности взаимодействий.

     Для  более полного изучения темы я обратилась  к периодическим изданиям. Статьи, относящиеся к теме данной курсовой работы, наиболее часто встречаются в журнале «Почвоведение». Так, в статье «Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв» авторы анализируют, как характер и интенсивность антропогенного вмешательства сказываются на численности и биомассе почвенных организмов и их распределение по почвенному профилю. Исследования показывают, что антропогенные факторы наиболее сильно влияют на биомассу грибов и в гораздо меньшей степени на биомассу бактерий. Общее количество микробной биомассы, распределение её по профилю, доля прокариотного комплекса во всей биомассе, соотношение спор и мицелия в комплексе грибов являются важнейшими индикаторами экологического состояния почвы.

     В  другой статье «Репрезентативность  данных о структуре микробных  сообществ» приводятся данные  о влиянии различных факторов  на численность основных групп  микроорганизмов в почве. Показано, что наиболее значимым фактором является время. Отмечена тенденция к периодичности колебаний численности некоторых групп микроорганизмов с периодом в 7 суток. Однако этот вопрос ещё нуждается в дальнейшем изучении.

     Интересна  статья А.Волкова «Таинственный  космос бактерий», опубликованная в журнале «Знание – сила» под рубрикой «Биография научной проблемы». В ней рассказывается о языке бактерий, на котором они могут обмениваться информацией, и некоторых других последних открытиях, связанных с миром бактерий. В статье сообщается и о новых, весьма перспективных областях использования микробных сообществ в практических целях. Например, при реставрации памятников старины, для переработки урана, для выработки электрического тока, причём минуя промежуточную стадию – получение водорода.

     Этой же теме – практическому применению микробов – посвящены  материалы Агентства ИнформНаука, приведённые в экологическом журнале для молодёжи «Лазурь».

     Новости  о последних достижениях и  открытиях как российских, так  и зарубежных микробиологов, в  том числе и касающиеся темы данной курсовой работы, были взяты мной из Интернета.

    

      
 
 
 

     Прежде, чем приступить к рассмотрению темы, выясним, что называют сообществом или ассоциацией у микроорганизмов. Вот какое определение дано в Большом энциклопедическом словаре «Биология»:

     «АССОЦИАЦИЯ у микроорганизмов, сообщество микроорганизмов, постоянно встречающихся вместе и (или) развивающихся взаимообусловленно. В основе формирования ассоциации лежат: последовательность разложения субстрата различными микроорганизмами (метабиотическая ассоциация); обмен между ними факторами роста, например, витаминами (протокооперация); удаление токсичных продуктов обмена (амменсализм); обмен энергетическим субстратом (синтрофные ассоциации). Ассоциации микроорганизмов могут переходить в морфологически оформленные сообщества совместно развивающихся бактерий, например, сульфатредуцирующих и зелёных фототрофных бактерий. В широком смысле ассоциации у микроорганизмов - постоянно встречающееся вместе в определенном субстрате микробное население, физиологическая взаимосвязь компонентов которого не всегда бывает ясной, например ассоциации микроорганизмов луговой, подзолистой и др. почв.»  

     1.СРЕДЫ ОБИТАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

     Микроорганизмы  распространены повсеместно. Весь земной шар «укутан» в живую плёнку, большая доля в которой приходится на микробы. Нет места на нашей планете, где бы не было микроорганизмов. Исключения составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни сверхнизкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни резкие колебания кислотности среды, ни многое другое не мешают существованию и развитию микрофлоры в природных субстратах, правда, в каждом случае разной по составу. Все живые существа – растения, животные и люди – постоянно взаимодействуют с микробами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Горные породы, вода, иловые осадки и почвы также довольно плотно заселены микроорганизмами. Иначе говоря, микроорганизмы – это типичные обитатели – аборигены нашей планеты. Более того, они являются её первопоселенцами, активно осваивающими самые неподатливые природные субстраты.

          1.1 Органы и ткани высших организмов

     Одной из природных сред обитания микробов являются организмы животных и человека. Прежде всего микробы заселяют кожные покровы, составляя нормальную микрофлору кожи. Кишечник человека также заселён микроорганизмами, не вызывающими заболеваний. Особенно благотворную роль играют молочнокислые бактерии. Мирные взаимоотношения часто нарушаются. Неопасный для человека и животных эпибионт (проживающий на поверхности другого организма) проникает в ткани (через раны, царапины), вызывая нагноения. Это свойственно многим неспороносным бактериям, в том числе псевдомонадам.

     Совершенно  иным субстратом оказывается  больной организм человека и  животного. Некоторые или многие  защитные механизмы и барьеры  нарушены, и ослабленный организм становится подобием питательной среды, где развиваются патогенные микробы. Они поражают ткани человека и животных. Даже краткий перечень болезней, вызываемых микробами, заставит любого содрогнуться. Очень мелкие бактерии – риккетсии, внутриклеточные паразиты – возбудители сыпного тифа. В кровяном русле развиваются пастереллы – возбудители чумы. Холера вызывается вибрионом, поселяющимся в кишечнике. Туда же попадают и развиваются сальмонеллы, приводящие к развитию тяжёлых заболеваний типа брюшного тифа. Эпидимический цереброспинальный менингит, опасный своими осложнениями, вызывается мелкими кокками из рода Neisseria – организмами в высшей степени адаптированными к паразитическому образу жизни. Многие кокки являются возбудителями пневмонии, вызывают повреждение клапанов сердца. Дифтерия (коринебактерии), туберкулёз и проказа (микобактерии) и многие другие болезни вызваны развитием микроба-возбудителя в среде его обитания – в клетках, тканях и органах человеческого и животного организмов. Тяжелейшие болезни вызываются спорообразующими бактериями, среди них газовая гангрена (Cl. perfringens), столбняк (Cl. tetani), сибирская язва (Bac. anthracis) и др.