Строение микробов и бактерий

По форме и по строению микробы отличаются друг от друга, пожалуй, не меньше, чем по величине. Несомненно, самые красивые и причудливые из них это простейшие» особенно инфузории.

ЕСЛИ вам когда-нибудь представится случай побывать в лаборатории или в доме, где есть нехитрый прибор — бинокулярная лупа, или микроскоп, то не поленитесь раздобыть несколько капель несвежей воды и рассмотрите эту воду при увеличении в 50—100 раз. Воду можно взять из стакана о давно стоящими цветами, из аквариума, еще лучше — летом из зацветшего пруда. Хорошо, если в воде будут одна- две веточки водорослей. В бинокулярную лупу смотрят двумя глазами сразу (в обычный микроскоп — одним), и поэтому изображение кажется не плоским, а объемным.

Если в воде есть инфузории, то вы увидите нечто вроде хорошо подсвеченного аквариума с множеством необычных существ. Через поле зрения будут быстро проплывать овальные инфузории — парамеции, или туфельки. Они и вправду похожи на туфлю или на мужской полуботинок с острым носом. В бинокулярную лупу плохо видны тончайшие реснички, окаймляющие все тело инфузории (их легче заметить, если предварительно окрасить инфузорий специальными красками). Сокращающиеся реснички служат для передвижения. Такой способ движения весьма распространен в мире микроорганизмов, в том числе и у бактерий.

Примерно в середине тела туфельки, чуть ближе к переднему концу, есть углубление, также окаймленное ресничками, — «рот», который заканчивается «желудком» —- пищеварительной вакуолью. Это маленький пузырек, куда поступают и где перевариваются бактерии и другие съедобные частицы, которыми питается туфелька. Непереваренные остатки скапливаются в другой полости — выделительной вакуоли — и оттуда выбрасываются наружу. Все это можно увидеть, если накормить туфельку тушью. Каплю туши добавляют в жидкость с инфузориями. Частицы туши заполняют пищеварительные вакуоли, и они становятся похожими на темные шарики в светлом прозрачном теле туфельки.

Соотношение между микроорганизмами может быть таким.

Туфелек или похожих на них инфузорий найти нетрудно. Но если вам повезет, то вы встретите другую, крупную и красивую инфузорию — стентора, или трубача. Трубачи живут в прудовой воде. Они действительно похожи на трубу, и обычно не плавают свободно, а прикрепляются к водорослям тем концом тела, который соответствует мундштуку трубы. Передний конец тела трубача напоминает воронку или раструб и снабжен ресничками, которые загоняют воду вместе с мелкими инфузориями и бактериями внутрь «трубы». Так трубач питается. Если в воду с трубачами добавить каплю туши, то можно видеть, как частицы туши крутятся около раструба в вихрях и водоворотах, созданных ресничками. Иногда трубач отделяется от водоросли и носится в воде, как маленькая торпеда. Это крупная инфузория, и ее легко заметить невооруженным глазом.

Мы сказали, что инфузории — это класс простейших. Но оказалось, что этот «простейший» трубач обладает фантастической способностью к регенерации — восстановлению органа или всего организма из участка тела. Всем известно, например, что у ящерицы на месте оторванного хвоста вырастает новый, у рака отрастают новые клешни и т. д. Если же разрезать трубача на несколько частей, то. из каждой вырастет новый трубач. Правда, для этого нужно одно обязательное условие: в такой кусок должен попасть участок клеточного ядра; об удивительных свойствах ядра мы поговорим позднее.

Может быть, на водоросли или на веточке, попавшей в воду, вы увидите колонию сувоек. Сувойки тоже инфузории; они похожи на колокольчики. Колокольчик сидит на длинном стебельке, его раструб окружен венцом ресничек. Реснички, как и у трубача, гонят воду внутрь инфузории. Стебелек может сокращаться: постучите по столу, на котором стоит лупа, или даже громко крикните — сувойки, почувствовав сотрясение, съежатся, а потом постепенно расправятся и станут похожи на связку воздушных шаров.

Уксус — тоже продукт деятельности микробов. Только они очень капризны: им необходима температура 30°—не больше и не меньше. Поэтому за условиями их «труда» внимательно следят специальные автоматы. Раньше считалось, что для производства уксуса нужен сахар и дрожжи — довольно ценное пищевое сырье. Но позже ученые подобрали другую, не столь привередливую группу бактерий, которая довольствуется более дешевым сырьем.

Дрожжевые грибки очень прожорливы. За сутки 56 килограммов грибков «съедают» полторы тонны питательных веществ, выпивают 27 тысяч литров воды и используют для дыхания 765 кубометров воздуха. После этого они увеличивают свой вес до 450 килограммов.

Если приглядеться к такому комочку, то можно увидеть, как на одном его конце образуется выпуклость, которая растет, растягивается, и постепенно все тело амебы переливается туда. Такое движение получило название амебоидного. Сходным образом передвигаются многие клетки, в том числе и лейкоциты — белые клетки крови. Есть амебы, двигающиеся очень быстро: они как бы шагают, подтягивая все тело к переднему концу, и напоминают гусениц-землемеров.

Вряд ли с первого раза вам удастся увидеть, как питается амеба. Для этого нужно долго и терпеливо следить за ней. Но зрелище стоит того. Если на ее пути попалась какая-либо частица, то амеба обтекает эту частицу со всех сторон своим студенистым телом и в конце концов «заглатывает» и переваривает ее (конечно, если частица съедобна). В этом процессе участвует весь организм амебы, ведь у нее нет «рта», как у туфельки, и вообще все участки поверхности ее тела одинаковы.

Простейшие не полностью оправдывают свое название и устроены довольно сложно. У них есть органы движения — реснички; своеобразная пищеварительная и выделительная система, сокращающиеся волокна, напоминающие мышцы. Сложно и поведение простейших — в движении ресничек инфузорий есть строгий порядок; некоторые исследователи находят у них да^ке начало психической деятельности. Например, можно «обучить» инфузорию туфельку двигаться в определенной последовательности. Инфузорию поместили в тончайшую стеклянную трубочку, чуть шире ее тела, и запаяли эту трубочку с обоих концов. Туфелька доплывала до одного конца, затем начинала изгибаться и после нескольких попыток поворачивалась передней частью тела к другому концу, снова доплывала до запаянного места, поворачивалась, и так далее. После нескольких рейсов туда и обратно туфелька тратила на поворот гораздо меньше движений, чем в начале опыта.

Пожалуй, самая главная особенность простейших — это их «широкая специализация». В любом многоклеточном организме — у человека, у воробья, у блохи — клетки выполняют какую-то одну функцию. Например, лейкоциты заглатывают посторонние частицы, мышечные клетки сокращаются, клетки многочисленных желез вырабатывают и выделяют различные вещества. Инфузория же — одна- единственная клетка, но она «умеет все». Поэтому отнеситесь с уважением к этим маленьким созданиям. Может быть, вам станет понятна одержимость первых микроскопистов, которые просиживали, глядя на них, многие часы, забывая про еду и сон.

Строение бактерий много проще и однообразнее, чем строение простейших, и здесь нет такого богатства форм, как у инфузорий. Однако это единообразие и простота строения делают бактерии очень хорошей моделью для многих опытов. Еще проще устроены, и поэтому еще лучше, как модель, вирусы. Но о них — после, в особой главе.

Чтобы посмотреть на живые бактерии, нам с вами придется поискать более сильные и сложные микроскопы, чем те, в которые мы рассматривали инфузории. Без увеличения в 600—800 раз тут не обойтись. Зато источник, в котором всегда можно найти множество разнообразных бактерий, доступен всегда. Это— ваш собственный рот. Соскребите зубной налет и размешайте его в капельке воды или слюны на предметном стекле. Этого вам хватит для ознакомления с основными формами бактерий.

Если вы посмотрите на них в обычный микроскоп, употребляющийся в медицинских и биологических лабораториях, то, наверное, разочаруетесь. Будут видны сероватые, с нечеткими контурами, очень маленькие палочки, шарики, нити. Разве их сравнить с причудливыми, как тропические рыбы, инфузориями?

В так называемый фазово-контрастный микроскоп вы сможете увидеть больше. Отличие этого микроскопа от обычного сводится к тому, что частицы, одинаково прозрачные для световых лучей, но с разной плотностью выглядят здесь по-разному: более плотные — темнее, менее плотные — светлее.

Интересно наблюдать живых бактерий в так называемый темнопольный микроскоп. Лучи света здесь идут не через объект наблюдения в объектив микроскопа, а сбоку. Вы, наверное, видели, как ярко светятся пылинки в солнечном луче, пробившемся из-за штор или ставни в темной комнате. Примерно так же выглядят в темнополь- ном микроскопе и бактерии — как светлые точки на угольно-черном или коричневатом фоне. Общие очертания их при этом немного смазываются, но зато хорошо видно движение бактерий. А характер движения позволяет распознавать возбудителей некоторых болезней.

Иные бактерии не имеют жгутиков, нужных для передвижения. Но это не значит, что в поле зрения микроскопа они будут неподвижны. Нет, вам покажется, что бактерии движутся, причем все разом, как муравьи в развороченном муравейнике. Однако это — не самостоятельное, активное движение микроба, а так называемое броуновское движение. Броуновское движение любых мелких частиц, плавающих в жидкости (отнюдь не только микробов),— следствие беспорядочного теплового движения молекул этой жидкости. Молекулы давят на частицу со всех сторон, и она, так сказать, «топчется на месте»,

Зато если под микроскопом подвижные бактерии, то вы увидите, как быстро они пересекают поле зрения, замирают на месте, а затем снова устремляются дальше. Особенно интересно наблюдать за спирохетами, похожими на ожившую спираль от электрической плитки. Они настолько тонки, что под обычным микроскопом живую спирохету трудно разглядеть. В темнопольном микроскопе они видны гораздо лучше. Вы, наверное, найдете их в зубном налете; только хорошенько приглядитесь — лучше всего искать спирохет во время их движения. Они или плывут, извиваясь, как змейки, или дергаются на месте и даже складываются пополам.

Живых бактерий, однако, рассматривать не столь удобно, как мертвых и окрашенных. Детали строения этих организмов были изучены именно на окрашенных препаратах. Чтобы окрасить бактерии, нужно нанести их на стекло (как говорят, сделать мазок), высушить его, прогреть на пламени горелки (чтобы клетки впоследствии лучше покрасились) и капнуть на мазок каплю специальной краски. Если вы попадете в микробиологическую лабораторию, то там, конечно, найдется набор разнообразных красок. Одна из самых распространенных — метилено- вая сдняя. Так как она входит в состав чернил для авторучки, то за неимением лучшего можно брызнуть на мазок каплю чернил. Через 6—8 минут краску надо смыть водой и высушить мазок.

В зависимости от того, какой вид бактерий был окрашен, вы увидите под микроскопом шарики или палочки — прямые, изогнутые или похожие на запятую. Из палочек и шариков могут образовываться цепочки. Шарики иногда

объединены в группы по четыре, восемь и шестнадцать. У некоторых палочек на концах есть утолщения вроде спичечной головки. Таковы основные формы бактерий.

Однако столь краткое описание напоминает слова одного философа, который определил человека как двуногое без перьев. У бактерий, даже окрашенных самым простым способом, можно найти довольно много особенностей их строения. О некоторых из этих особенностей мы здесь расскажем.

Палочковидных бактерий в природе больше всего. Само слово «бактерия» по-гречески значит «палочка». Один из самых распространенных микробов, так называемая кишечная палочка, имеет форму длинного овала. Кишечная палочка обитает в толстых кишках; в одном грамме человеческих испражнений может содержаться 2—3 миллиарда этих микроорганизмов (представляете, сколько их попадает во внешнюю среду в населенной местности!).

По форме от кишечной палочки неотличимы и болезнетворные микробы — возбудители дизентерии, тифа, паратифа. Возбудитель сибирской язвы — тоже палочка, но с обрубленными концами. Бактерии сибирской язвы часто располагаются в виде длинных нитей-цепочек.

Форму палочки имеют возбудители столбняка, газовой гангрены и многих других болезней.

Иногда можно встретить название «холерная запятая». Действительно, так называемые вибрионы похожи на запятую. К ним относится и возбудитель холеры. Только не представляйте себе холерную запятую в виде головастика,

как любил ее рисовать в «Окнах РОСТА» Маяковский. Это скорее изогнутая палочка равномерной толщины. Строго говоря, это даже не палочка, а отрезок спирали, один ее неполный виток.

Шаровидные бактерии называются кокками. Кокки, собранные в гроздья, напоминающие виноградные, носят название стафилококков. Некоторые из них, попадая в ранки или царапины, служат причиной нагноений и вызывают тяжелые заболевания у детей раннего возраста. Много несчастий причиняют человеку стрептококки — микробы, похожие на нитки бус или четки. Они вызывают и рожистое воспаление, и ангину, й даже заболевание сердца — эндокардит. Коккам, расположенным по два — диплококкам, — человек обязан такими болезнями, как менингит, воспаление легких, гонорея.

Снаружи многие бактерии одеты в капсулу: она предохраняет бактерию от неблагоприятных воздействий, например от высыхания. Капсула состоит из Сахаров или жи- роподобных веществ и в ка- кой-то мере соответствует домику-чехлу, какой строят себе личинки насекомых ручейников или некоторые гусеницы. Можно растворить капсулу, но бактерия останется живой и «отрастит» новую.

Следующий слой называется клеточной стенкой. Если первый слой состоит из «мертвого» вещества, то второй, так сказать, «живая кожа» бактерии. Она тоньше капсулы, плотная и упругая. Если удалить участок клеточной стенки и проделать отверстие в клетке, содержимое ее вытечет, а пустая клеточная стенка сохранит контуры бактерии, как скорлупа выеденного яйца. Именно благодаря второму слою бактерии всегда имеют постоянную форму — палочек, шариков, спиралей. Бактерий, которые могли бы менять свои очертания так же, как амебы, не существует; амебоидное движение им несвойственно.

Под клеточной стенкой лежит тонкая, эластичная клеточная мембрана. Ее увидели только в электронный микроскоп, но о том, что она существует, догадывались и раньше. Дело в том, что если бактерии поместить в так называемый гипертонический раствор с концентрацией солей, значительно большей, чем в бактериальной клетке, то жидкость будет уходить из клетки в среду. Клеточная стенка сохранит форму бактерии — круглую или овальную, но внутри нее будет виден съежившийся комочек протоплазмы — самого тела бактерии. Между этим комочком и оболочкой клетки образуются зазоры. Такое явление может произойти только в том случае, если протоплазма одета, кроме клеточной стенки, еще одной пленкой — клеточной мембраной; в противном случае было бы по- другому: протоплазма вытекла бы вместе с водой через клеточную стенку.

Существование клеточной мембраны, ее отличие от клеточной стенки выявляется и в опытах с образованием так называемых протопластов.