Бактерии под микроскопом


Две пресноводные бактерии развлекаются под микроскопом

Бактерии могут жить практически в любой среде, однако, самое большое разнообразие их форм и размеров можно встретить в водоемах.

Пресноводные бактерии отличаются удивительно разнообразной морфологией — они могут быть одиночные, нитчатые или формировать причудливые колонии. Они бывают бесцветные или же могут содержать пигменты, придающие им яркий цвет. Они могут питаться как сапрофиты, разлагая останки других организмов, или же могут синтезировать органические вещества в процессе хемо- или фотосинтеза:

Бактерии разлагают мертвую тихоходку. Увеличение микроскопа 400х и 1000х
Колония фотосинтезирующих пурпурных бактерий на увеличении микроскопа 1000х. Они содержат пигменты бактериохлорофиллами, которые позволяют осуществлять фотосинтез, используя свет в диапазонах недоступных растениям и цианобактериям. В процессе фотосинтеза они выделяют не кислород, а серу и ее соединения. Данный вид фотосинтеза считается наиболее древним.

Размер пресноводных бактерий тоже может значительно варьировать — от очень мелких, видимых только на максимальном увеличении микроскопа, до огромных, которых можно увидеть даже невооруженным взглядом (как, например, #Achromatium).

В отличие от бактерий в привычным их понимании, пресноводные представители часто имеют уникальную морфологию, поэтому нередко можно лишь по внешнему виду определить их род, а иногда и вид. Обычные же бактерии, живущие в других средах, не поддаются идентификации визуальным способом — при микроскопии можно определить лишь их форму (кокки, палочки, диплококки и т.д.), а если окрасить, то — выявить их принадлежность к грамположительным или грамотрицательным видам. Для определения вида бактерий в подавляющем большинстве случаев используют не микроскопию, а другие методы (посевы, ПЦР и т.д.).

Бактерии Ахроматиум (Achromatium oxaliferum).

Скопление бактерий Achromatium на увеличении микроскопа 400х. Вверху видна бактерия в процессе бинарного деления. Здесь наглядно показано, что бактериальные клетки могут быть сопоставимыми по размеру с эукариотическими (т.е. имеющими ядро) или даже превышать их по размеру в несколько раз. Эукариоты на видео: движущиеся диатомовые водоросли, одиночная треугольная клетка зеленой водоросли, а также колониальная зеленая водоросль в виде цветочка, состоящая из нескольких клеток.

Achromatium — серная бактерия гигантского размера. Она может достигать размера 0,125 мм, что делает ее видимой даже невооруженным взглядом. Это крупнейшая пресноводная бактерия.

2 гигантские бактерии в сравнении с бактериями обычного размера (палочками), которые видны на фоне. Увеличение микроскопа 400х


Внутри этих бактерий видны крупные включения коллоидного кальцита.

Наряду с гигантским размером и уникальной способностью накапливать карбонат кальция, у Achromatium недавно обнаружилось еще одно поразительное свойство.

Выяснилось, что эта бактерия обладает неслыханным ранее, просто парадоксальным типом генетической организации. Каждая бактериальная клетка содержит множество копий очень сильно различающихся геномов. Они отличаются друг от друга как геномы разных видов. Уровень генетического разнообразия в одной клетке сопоставим с уровнем разнообразия целой популяции и даже многовидового бактериального сообщества.

Растворение бактерии Achromatium в кислоте

Achromatium oxaliferum — единственная бактерия, содержащая включения карбоната кальция(кальцита), гранулы которого занимают почти весь объем клетки. Функция этих включений пока не известна.

Изначально предполагалось, что данные гранулы состоят из оксалата кальция, что и отразилось в названии вида (oxaliferum), а когда обнаружилось, что это карбонат, то переименовывать уже не стали.

Есть простой способ выяснить, что это точно не оксалат — добавить уксусной кислоты. Оксалат кальция в ней не растворяется, а карбонат — очень быстро, что и можно увидеть на видео (растворяется продукт реакции кислоты с карбонатом кальция).

После растворения крупных гранул кальцита стали хорошо видны множественные мелкие включения. Это скопления элементарной серы. Они образуются в результате реакции, за счёт которой живёт эта бактерия — окисления сероводорода.

Опыт растворение в кислоте бактерии ахроматиум, доказывающий, что внутриклеточные включения представляют собой карбонат кальция, а не оксалат.

Несмотря на то, что эти бактерии не очень питательны, т.к. почти весь их объем занимают гранулы неорганического вещества, они являются пищей многих простейших, которые с удовольствием их поглощают:

Инфузория стентор проглатывает бактерию ахроматиум. Внутри стентора можно рассмотреть двух ранее съеденных таких же бактерий. Также в цитоплазме видны пурпурные бактерии #Chromatium

Бактерии Macromonas

Бактерии Macromonas на увеличении микроскопа 400х

Бактерии Macromonas, также как и бактерии #Achromatium, живут за счет окисления сероводорода. И они так же содержат гранулы неорганического вещества, однако, в данном случае это не карбонат, а оксалат кальция.

Макромонас — это очень крупные бактерии, однако, они в несколько раз меньше гигантов #Achromatium, и в отличие от них имеют жгутики и могут активно двигаться:

Бактерии Macromonas и Achromatium на увеличении микроскопа 400х.
Эти бактерии похожи на Macromonas (но я не уверена). Удивительно, что все они двигаются по кругу и по часовой стрелке.

Бактерии Chromatium okenii

Бактерии Chromatium okenii на увеличении микроскопа 200х и 400х

Chromatium okenii — это достаточно крупные пресноводные бактерии. Они относятся к пурпурным серным бактериям, т.е. имеют естественный фиолетовый цвет, поэтому их хорошо видно и без окраски.

Внутри клеток можно рассмотреть включения. Это капли серы. Эти бактерии способны к фотосинтезу, но в отличие от растений, в качестве донора электронов используют не воду, а сероводород, поэтому в ходе процесса выделяется не кислород, а сера, которая потом и накапливается в цитоплазме.

Бактерии Chromatium okenii на увеличении микроскопа 600х. Внутри клеток видны включения элементарной серы — конечного продукта фотосинтеза.

Живут они в пресных водоемах, где предпочитают бескислородные зоны. Там они могут размножаться в огромных количествах, чему очень радуются простейшие и многоклеточные организмы, которые с удовольствием едят таких больших и толстых бактерий, после чего сами становятся красивого фиолетового цвета:

Инфузория Euplotes полакомилась пурпурными бактериями и стала зелено-фиолетовой.
Зелёный же цвет обеспечивается постоянно присутствующими в цитоплазме симбиотическими зелёными водорослями.
Эта коловратка обычно питается мелкими бактериями и очень маленькими частицами детрита, но здесь ей попалась крупная бактерия Chromatium okenii. Благодаря большому размеру и яркой окраске этой бактерии, здесь наглядно виден процесс питания коловратки и работа челюстного аппарата при жевании.
Маленькая амеба, объевшаяся бактерий Chromatium, рядом с пустой раковиной, в которой жила гораздо более крупная амеба.
Гастротриха, наевшаяся пурпурных бактерий Chromatium

Бактериальный жгутик

Считается, что увидеть жгутики бактерий в обычный микроскоп невозможно, так как их толщина намного меньше предельной разрешающей способности светового микроскопа.

Чтобы их разглядеть, применяют специальные красители, которые испаряясь оставляют осадок вокруг жгутиков и тем самым делают их косвенно видимыми в обычный световой микроскоп.
Для непосредственного же их наблюдения используют электронную микроскопию.

Жгутики прокариот(бактерий) принципиально отличаются от жгутиков эукариот(напр., эвглен). Они имеют совершенно разное строение и эволюционно появились независимо друг от друга.

Бактерии же Chromatium okenii значительно крупнее большинства бактерий. Они примерно в 10 раз больше кишечной палочки, соответственно и жгутики у них больше, поэтому эта бактерия представляет почти уникальную возможность их хорошо разглядеть без применения специальных средств:

Жгутики бактерии Chromatium okenii на увеличении микроскопа 1000х. Хорошо виден жгутик.

Бактерии Beggiatoa

Бактерии Beggiatoa на увеличении микроскопа 200х, ускоренно в 16 раз

Бактерии Beggiatoa — бесцветные нитчатые бактерии, обитающие в различных водоемах, богатых сероводородом. Они живут за счет окисления сульфида до элементарной серы. Каждая нить — это длинный ряд цилиндрических клеток. Нити могут иметь длину до нескольких сантиметров и способны к активному скользящему движению по субстрату. Обладают хемотаксисом по градиенту концентраций значимых химических веществ.

На большом увеличении внутри клеток можно рассмотреть многочисленные капельки серы, являющиеся результатом окисления сероводорода — процесса, за счет которого бактерии получают энергию и живут:  2H2S + O2 → 2S + 2H2O

Филаменты бактерий Beggiatoa на увеличении микроскопа 1000х. Внутри видны включения элементарной серы.

Бактерии спириллы

Обычно являются сапрофитами, т.е. они разлагают отмершее органическое вещество. Массово развиваются в загнивающей пресной воде. Хороший способ их развести — просто оставить на несколько дней емкость с прудовой водой и большим количеством органики (растений, водорослей, листьев, детрита).

Двигаются с помощью жгутиков, которые сложно увидеть даже на максимальном увеличении.

Бактерии спириллы в окружении диатомовых водорослей. Увеличение микроскопа 1000х.
Инфузория-туфелька питается мелкими спириллами. Увеличение микроскопа 400х.

Бактерии спирохеты

Спирохета — спирально извитая очень подвижная бактерия.

Движение бактерии обеспечивается жгутиками. Но в отличие от спирилл(см.выше), их жгутики не внешние, а внутренние (эндожгутики). Они находятся в периплазматическом пространстве (между телом клетки и наружной мембраной) и обвивают клетку по всей длине. Их может быть от 2 до 100 в зависимости от вида спирохет.

Перемещение жгутиков относительно друг друга вызывает вращение и сгибание тела этих бактерий.

Бактерия спирохета. Увеличение микроскопа 1000х.

Палочковидные бактерии, или бациллы.