Mikroorganizmy to drobnoustroje – organizmy o mikroskopijnych rozmiarach, których nie można zobaczyć gołym okiem. Mogą być jednokomórkowe lub tworzyć proste kolonie, a ich budowa i funkcje są niezwykle zróżnicowane. Mimo niewielkich rozmiarów odgrywają kluczową rolę w podtrzymywaniu życia na Ziemi – uczestniczą w obiegu materii, procesach rozkładu, a także w ochronie zdrowia ludzi i zwierząt. Zachęcamy do lektury naszego wpisu, który jest cennym uzupełnieniem wiedzy dla wszystkich, którzy planują podejść do matury z biologii!
Najważniejsze informacje, których dowiesz się z tego artykułu:
Chcesz napisać maturę z biologii? Wszystkie najważniejsze informacje znajdziesz w naszej bazie wiedzy: Matura z biologii – informacje!
Mikroorganizmy to jeden z tych tematów, który regularnie pojawia się w arkuszach maturalnych z biologii – zarówno w zadaniach otwartych, jak i zamkniętych. Mogą być punktem wyjścia do pytań o:
Często wymagają od maturzystów połączenia wiedzy teoretycznej z umiejętnością analizy schematów, zdjęć mikroskopowych i opisów eksperymentów. Egzaminatorzy chętnie sięgają po przykłady mikroorganizmów mniej oczywistych, dlatego oprócz znajomości bakterii czy wirusów warto kojarzyć również archeony, grzyby mikroskopijne i protisty. Solidne przygotowanie w tym zakresie zwiększa szanse na zdobycie punktów w zadaniach problemowych i opisowych.
Źródło: www.pixabay.com
Co łączy bakterie, archeony oraz jednokomórkowe grzyby? A oprócz mikroskopowych rozmiarów? Powszechnie powtarzany, utarty stereotyp traktuje jednokomórkowce jako organizmy pierwotne, wręcz prymitywne, o minimalnym stopniu skomplikowania strukturalnego i metabolicznego – bo przecież bycie Bacillus subtilis, której długość nie przekracza 3 mikrometrów, nie może być trudne (w porównaniu z funkcjonowaniem wieloskładnikowego organizmu niedźwiedzia brunatnego czy społeczności pszczół miodnych).
Powyższy sposób myślenia ukrywa w sobie jednak pewne paradoksy, bo czy znacie ssaka lub owada, który będzie mieć się dobrze w pH naszego żołądka, w temperaturze komina hydrotermalnego lub w bezpośrednim kontakcie rud uranu? Mikroorganizmy tworzą niezwykle zróżnicowaną grupę organizmów, które różnią się budową, sposobem odżywiania, rozmnażania i rolą w ekosystemach.
Świadomość różnic między tymi grupami ma kluczowe znaczenie w biologii – nie tylko ułatwia rozpoznanie mikroorganizmu w zadaniu maturalnym, ale też pozwala zrozumieć jego funkcję w przyrodzie, potencjalne zastosowania i zagrożenia, jakie może stwarzać.
Jak donosi Nature News [1], na dnie Oceanu Indyjskiego, na jednym z najgłębiej położonych podwodnych grzbietów naszej planety, naukowcy zidentyfikowali nieznane dotąd mikroorganizmy. To odkrycie pokazuje, że życie może istnieć nawet tam, gdzie warunki wydają się całkowicie nieprzyjazne – w ekstremalnie ubogich w składniki odżywcze szczelinach pokrywy dna oceanu, pozbawionych światła i z ograniczonym dostępem do energii.
Zespół badawczy prowadzony przez mikrobiologa środowisk morskich Virginię Edgcomb (Woods Hole Oceanographic Institution w Massachusetts) zidentyfikował komórki bakterii, grzybów i archeonów. Co niezwykłe, ich dieta opiera się głównie na węglu pozyskiwanym z fragmentów aminokwasów i innych związków organicznych opadających na dno oceanu z górnych warstw wody. Oznacza to, że mikroorganizmy te potrafią maksymalnie wykorzystywać minimalne zasoby, które dla większości znanych form życia byłyby niewystarczające.
Jak podkreśla sama Virginia Edgcomb, wyjątkowość odkrytych mikroorganizmów polega na tym, że ich strategia ewolucyjna opiera się na efektywnym recyklingu węgla – procesie kluczowym nie tylko dla ich przetrwania, ale i dla globalnego obiegu pierwiastków. Badacze podkreślają, że takie zdolności metaboliczne mogą poszerzyć nasze rozumienie tego, gdzie i w jaki sposób życie może powstawać oraz trwać – zarówno na Ziemi, jak i potencjalnie na innych planetach.
Źródło: www.napkin.ai (grafika wygenerowana przez Indeks w Kieszeni)
Mikroorganizmy są niewidocznymi architektami życia na Ziemi – bez ich pracy ekosystemy po prostu by się załamały. Odgrywają kluczową rolę w obiegach pierwiastków, takich jak węgiel, azot czy siarka, rozkładając materię organiczną na prostsze związki, które następnie mogą być ponownie wykorzystane przez rośliny. Dzięki bakteriom nitryfikacyjnym i denitryfikacyjnym w glebie możliwe jest utrzymanie równowagi azotowej, a cyjanobakterie w wodach produkują tlen niezbędny dla życia.
W życiu człowieka mikroorganizmy pełnią podwójną rolę – są zarówno sprzymierzeńcami, jak i potencjalnymi wrogami.
Z drugiej strony, niektóre mikroorganizmy wywołują groźne choroby – od banalnych infekcji po poważne epidemie. Wirusy, bakterie i pasożytnicze protisty są odpowiedzialne za schorzenia takie jak grypa, gruźlica, malaria czy COVID-19. Dlatego tak ważna jest znajomość ich biologii – umożliwia to opracowywanie skutecznych metod leczenia i profilaktyki.
Świat mikroorganizmów to nie tylko mikroskopijna biologia – to także fundament funkcjonowania przyrody i cywilizacji. Zrozumienie ich roli pozwala lepiej docenić delikatną sieć powiązań między wszystkimi formami życia na naszej planecie.
Czy można określić zidentyfikowane mikroorganizmy jako ekstremalne? I tak, i nie. Patrząc z antropologicznego punktu widzenia, życie oparte na maksymalnym recyklingu węgla można określić jako zjawisko ekstremalne – i właśnie tak przez wiele dekad podchodzono do metabolizmu bakterii, archeonów i grzybów.
Jednak z drugiej strony, nie jest to odpowiednie kryterium dla ekstremalnych z natury jednokomórkowców Badania na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat donoszą, że około 70% zidentyfikowanych na Ziemi mikroorganizmów zamieszkuje środowiska trudne, wręcz niemożliwe do przetrwania człowieka. Ponadto, okazało się, że życie jest powszechne w miejscach do niedawna uważane za niezamieszkane jak np.:
Biorąc pod uwagę różnorodność tzw. ekstremofili, ich kreatywność adaptacyjna naprawdę oszałamia! Mikroorganizmy potrafią funkcjonować tam, gdzie inne formy życia dawno by się poddały. Szczególnie dobrze widać to na przykładzie ich przystosowania do skrajnych temperatur [2].
Źródło: www.pixabay.com
Na przeciwnym biegunie znajdują się mikroorganizmy zwane psychrofilami, które najlepiej radzą sobie w temperaturach poniżej 15°C.
Spotykane są w glebach polarnych, wysokogórskich, a także w zimnych wodach oceanicznych.
Bakterie barotolerancyjne dobrze radzą sobie w warunkach ciśnienia do 50 atmosfer. Photobacterium profundum występuje w zimnych (również jest psychrofilem) głębokich morzach. Jednak ile atmosfer są w stanie wytrzymać bardziej ekstremalne bakterie? Podbijamy stawkę? 300-400 atm. – to idealne ciśnienie dla bazofili (piezofili), których habitatem są dna morskie na głębokości 5.000-6.000 metrów. Niektórzy przedstawiciele rodzaju Pseudomonas nie mają z tym najmniejszych problemów.
Czy jednak jest to absolutna granica? Nie, bakterie są ambitnymi organizmami. Ich przedstawiciele, określane jako bezwzględne barofile, wymagają do wzrostu ciśnienia z zakresu 700-800 atm. Warunki takie występują na głębokości 10-11 km poniżej poziomu morza.
Badanie mikroorganizmów to fascynująca, ale też wymagająca dziedzina biologii, w której precyzja i sterylność odgrywają kluczową rolę. Ponieważ mikroorganizmy są niewidoczne gołym okiem, podstawowym narzędziem w ich analizie jest mikroskop optyczny lub elektronowy. Pierwszy pozwala na obserwację ogólnego kształtu i układu komórki, drugi – na dostrzeżenie szczegółów ultrastruktury, takich jak organella czy elementy ściany komórkowej.
W laboratoriach mikrobiolodzy często posługują się hodowlami na podłożach stałych lub płynnych. Dzięki temu można izolować poszczególne gatunki, badać ich wzrost, cechy morfologiczne i reakcje na różne warunki środowiska. Podłoża mogą być selektywne (sprzyjające rozwojowi wybranych grup mikroorganizmów) lub różnicujące (umożliwiające odróżnienie gatunków na podstawie reakcji barwnych).
Badania mikroorganizmów nie ograniczają się tylko do wykrywania i opisywania gatunków. To także eksperymenty nad ich wykorzystaniem – w bioremediacji (oczyszczanie środowiska), produkcji leków czy inżynierii genetycznej. Właśnie dlatego mikrobiologia łączy w sobie elementy biologii, chemii, medycyny i technologii, stając się jedną z najbardziej interdyscyplinarnych gałęzi nauki.
Stężenie jonów wodorowych jest trzecim ważnym czynnikiem różnicującym ekstremofile na dwa bieguny. Acidofile to bakterie świetnie przystosowane do pH niższego niż 3, czyli skrajnie kwaśnych środowisk jak gorące źródła czy hałdy przy kopalniach węgla. Idealnym przedstawicielem acidofili jest Thiobacillus tiooxibacillus – chemolitoautotrof uzyskujący energię z redukcji nieorganicznych związków siarki.
Środowiska ekstremalnie zasadowe (o pH powyżej 10) jak gleby o wysokiej zawartości węglanów i jeziora sodowe są zasiedlane przez bakterie alkalofilne. W tak wysokim pH są w stanie przeżyć powszechnie znane bakterie, takie jak:
Jednak aktualnie tytuł mistrzowski przypada Plectonema nostrocorum, dla której optymalne pH wynosi około 13. Na podstawie zdobytych do tej pory informacji trudno wątpić w niezwykłą kreatywność metaboliczną mikroorganizmów. Choć często określane są mianem „prymitywnych”, ich możliwości daleko wykraczają poza nasze wyobrażenia.
Przedstawiciele rodzaju Halobacteriaceae (skrajne halofile) potrafią funkcjonować w wodach o stężeniu soli (NaCl) sięgającym nawet 30%.
Spotykane są m.in. w:
Niektóre mikroorganizmy radzą sobie świetnie w środowiskach bogatych w toksyczne metale ciężkie, takie jak ołów, miedź czy rtęć. Należą do nich m.in.:
Ich unikalne zdolności metaboliczne wykorzystuje się w procesach bioremediacji, czyli oczyszczania skażonych i zdewastowanych gleb.
Najbardziej spektakularnym przykładem jest bakteria Desulforudis audaxviator, należąca do grupy radiofili. Jej niezwykłość polega na tym, że:
Źródło: www.pixabay.com
Powyższy przegląd pokazuje jedynie fragment świata ekstremofili. Na standardowych podłożach mikrobiologicznych możemy hodować jedynie niewielki procent znanych bakterii, a jeszcze mniej archeonów. Ogromna liczba ekosystemów wciąż pozostaje dla nas tajemnicą – dlatego lista niezwykłych mikroorganizmów będzie się z czasem wydłużać, a każde nowe odkrycie zaskoczy biologów jeszcze bardziej.
Skuteczne przygotowanie do zadań o mikroorganizmach wymaga zarówno solidnej wiedzy teoretycznej, jak i umiejętności jej praktycznego zastosowania.
W przygotowaniach do matury pomogą Ci organizowane przez nas kursy! Z nami uporządkujesz wiedzę i zrozumiesz schematy typowych zagadnień o mikroorganizmach, które pojawiają się w arkuszach maturalnych. Dzięki temu, bez problemu znajdziesz „ukryte” w pytaniu tropy i unikniesz pułapek.
Systematyczne utrwalanie wiedzy, łączenie teorii z praktyką i analiza przykładowych zadań to najlepsza droga do tego, by temat mikroorganizmów na maturze nie sprawił Ci żadnych problemów. Nie czekaj dłużej i już dziś dołącz do Indeksu w Kieszeni!
To drobnoustroje o mikroskopijnych rozmiarach, do których należą m.in.: bakterie, archeony, protisty, grzyby mikroskopijne i wirusy.
Nie – wiele z nich jest niezbędnych do życia, wspiera trawienie, produkuje tlen i chroni przed patogenami.
Bakterie są komórkami prokariotycznymi zdolnymi do samodzielnego życia i rozmnażania, natomiast wirusy wymagają gospodarza do namnażania.
Nie – są zbyt małe, dlatego do ich obserwacji potrzebny jest mikroskop.
[1] Brouillette M, These microbial communities have learned to live at Ear- th’s most extreme reaches, 12.03.2020, Nature News, https://www.na- ture.com/articles/d41586-020-00697-y#ref-CR1
[2] https://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/Ekstremofile/, autor tekstu: Paulina Smaruj
Strona przygotowana przez Zyskowni.pl