Пресноводные бактерии под микроскопом

Бактерии могут жить практически в любой среде, однако, самое большое многообразие 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.

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 размером до 0,125 мм).

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.).

Палочковидные бактерии, спириллы, спирохеты

Палочки, спириллы, спирохеты – это бактерии в привычном их понимании (в отличии от свободноживущих типично пресноводных видов, о которых речь пойдет далее).

Наиболее простой способ их увидеть – подготовить водную среду с высокой их концентрацией. Это может быть любая протухшая вода с бактериальным разложением органических веществ. Я часто наблюдаю обилие бактерий в постоявших испортившихся пробах воды из пруда, содержащих большое количество органики – водорослей, детрита, листьев.

Это достаточно мелкие бактерии, но при высокой их концентрации они очень хорошо видны под микроскопом уже на увеличении 400х (c объективом 40x), поэтому их можно наблюдать и без окраски в живом подвижном (не зафиксированном) виде.

Палочки, или бациллы

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.

Спирохеты

Спирохеты – спирально извитые очень подвижные бактерии.

Движение этих бактерий 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.

Пурпурные бактерии

Пурпурные бактерии содержат пигменты бактериохлорофиллы, 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.

Бактерии Ахроматиум (Achromatium oxaliferum)

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

Эта бактерия отличается не только огромным размером, но и уникальной способностью накапливать карбонат кальция.

Крупные включения коллоидного кальцита хорошо видны в клетке и занимают почти весь ее объем.
Никто точно не знает, зачем они нужны, но есть несколько версий – как буфер для контроля кислотности, как источник диоксида углерода или для того, чтоб регулировать плавучесть.

Последний вариант кажется наиболее вероятным. Эти бактерии живут в донных осадках пресных водоемов на границе кислородной и бескислородной зон, получая энергию за счёт окисления сероводорода. У них нет жгутиков и других явных органоидов передвижения, поэтому им очень даже надо регулировать плавучесть, чтоб всегда оставаться в нужном слое воды.

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

Изначально предполагалось, что данные крупные внутриклеточные 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 не вступает с ней в реакцию, а карбонат – очень быстро растворяется, что и можно увидеть на видео (растворяется продукт реакции кислоты с карбонатом кальция).

После добавления уксуса, карбонат кальция моментально исчезает, и от бактерии остается лишь оболочка и хорошо заметные множественные мелкие включения элементарной серы.  Они образуются в результате реакции, за счёт которой живёт эта бактерия – окисления сероводорода: 2Н₂S + О₂ = 2H₂O + S₂

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

Бактерии Macromonas

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 Chromatium okenii

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.

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:

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:

Бактерии Beggiatoa

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