Факторы, определяющие формирование микробных ассоциаций. Ммеханизмы адаптации микробов к окружающей среде.

Выделяют 3 основных группы факторов :

1. Физические.

2. Химические.

3. Биологические.

Среди абиотических факторов одно из особых мест принадлежит температуре. Для каждого вида микроорганизмов существует 3 кардинальные точки.

Оптимальная температура - температура, при которой микроорганизм растёт и размножается наиболее интенсивно. Вне зоны оптимума организм остаётся активным, но его конкурентоспособность снижается. Его может вытеснить др. вид.

Минимальная температура - тампература, ниже которой микроорганизмы не способны развиваться, но клетки не погибают, а переходят в состояние анабиоза.

Максимальная тампература - тампература, которая является предельной. Выше этой температуры рост микроорганизмов не происходит. Клетки как правило погибают.

Для разных микроорганизмов диапазон между минимумом и максимумом обычно составляет 20- 30 С. Эвритермные виды имеют широкий диапазон, стенотермные виды имеют узкий температурный диапазон.

По тампературе микроорганизмы делят на 3 группы :

1. Психрофилы ( холодолюбивые ).

2. Мезофилы.

3. Термофилы ( теплолюбивые ).

Психрофилы - рост в диапазоне от 0 до 20 С. Оптимум в пределах +5 - +10 С ( в холодильнике ). Психроактивные( эвритермные ) организмы существуют в широком диапазоне низких температур. Психрофилы существуют постоянно в холодных условиях, а психроактивные - в условиях низких температур не постоянно. Среди психрофилов много протистов и многоклеточных организмов.

Мезофилы - оптимум + 25 - +37 С. Температурный диапазон от + 20 до + 45 С ( цианобактерии, многие грамположительные микроорганизмы ).

Термофилы - микроорганизмы, растущие при температуре выше + 50 С. Выделяют облигатные термофилы, развивающиеся при t= + 50 С, с температурным минимумом выше + 40 С.

Экстремальные термофилы - оптимум +70 С, максимум + 85 С.

Гипертермофилы - максимум выше + 100 С - это гидротермы, нагретой подземной гидросферы, разогревающихся куч угля, торфа. Их мембраны липидами. Это микрофлора горячих источников вулканического происхождения ( архебактерии ).Жиры защищают микробы от теплового воздействия. Действие температур усиливается при изменении рН, при закислении.

Микроорганизмы плохо переносят резкие колебания температур. Наиболее чувствительны к высоким температурам вегетативные клетки, а споры – наиболее устойчивы. Высокие температуры используются человеком на практике для уничтожения микроорганизмов – стерилизация.

Низкие температуры обычно не вызывают гибели микроорганизмов. Например, холерный вибрион в течение нескольких месяцев выдерживает замораживание ( -32 С ). Вирус гриппа не теряет своей патогенности в течение года при температуре – 70 С. Микроорганизмы хранят при низких температурах. Клетки микроорганизмов при низких тампературах погибают в следствие голодания, образование кристалликов льда внутри клетки ведёт к разрушению мембран, повышение осмотического давления из-за замерзания воды.

Колебания температуры в некотором небольшом диапазоне не только не ухудшают, но и улучшают значительно рост, развитие и энергетику многих бактерий, грибов, водорослей. Флуктуация температуры ( изменение ) ОС часто приводит к генотипической и модификационной изменчивости микроорганизмов. У многих микроорганизмов в условиях пониженных температур в холодном климате наблюдается увеличение размеров клеток. Здесь работает правило Бергмана: клетки живых организмов имеют тенденцию к увеличению размеров в холодном климате, что способствует их лучшей приспособленности к экстремальным условиям ОС. Оно не универсально.

Высушивание и вакуум.

Часто влажность среды оказывает решающее влияние на организмы, т. к. все живые вещества поступают в клетки с влагой. Рост и размножение микробов зависит от количества и активности воды ( водный потенциал- aw ) – отношение давления водяного пара над раствором к давлению водяного пара над дистилированной водой.

Размножение большинства бактерий происходит при aw не менее 0,94-0,9 ; дрожжей – при 0,88 – 0,85 ; плесневых грибов – при 0,8 – 0,65.

При уменьшении влажности субстрата клетки переходят в состояние анабиоза. Наиболее устойчивы к высушиванию споры бацилл и клостридии; неспорообразующие бактерии особенно патогенные – менее устойчивы. Устойчивы к высушиваню актиномицеты, возбудители молочно-кислого брожения – ксерофильные бактерии.

Жизнеспособность микробов более длительно сохраняется при высушивании в замороженном состоянии – меофилизация. Этод метод применяют для длительного хранения музейных культур микроорганизмов.

Осмотическое давление.

Плазмолиз клетки в гипертоническом растворе.

В гипотоническом растворе – плазмолиз.

Осмофилы ( обитатели варенья, мёда ) – любят высокое давление, среди них много эукариотов – плесневые грибы, дрожжи.

Галофилы – переносят высокие концентрации солей, развиваются при солёности гораздо большей, чем в морской воде.

Истинные галофиты – 15% солёность.

Экстремальные галофиты – 30% ( архебактерии сем. Hallobakter ).

Умеренные галофиты – 10%.

35% солёность воды подавляет развитие пресноводных микроорганизмов.

Свет, лучистая энергия.

Световая энергия и ионизирующее излучение оказывают наибольшее влияние на живые организмы. Солнечный свет необходим фотосинтезирующим ( пурпурным и цианобактериям ). Для остальных он неблагоприятен например, возбудитель туберкулёза погибает через 4 часа воздействия прямого света. Рассеянный свет таким действием не обладает.Неспорообразующие бактерии и вегетативные клетки примерно в 4 раза чувствительнее к свету, чем споры. Пигментные кокки наиболее устойчивы ( меланины, каратиноиды ).

При высоких дозах радиации – гибель организмов. Если доза не летальная, то возникают изменения на генетическом уровне или изменения, которые затрагивают ферментные системы клетки.

Радиотропизм – клетки микоорганизмов ( особенно грибы ) движутся к источнику излучения. Если доза радиации мала или ее воздействие кратковременно – стимулирующие действия на микроорганизм

Длительные сотрясения клеток приводят к гибели микроорганизмов, например, при быстром течении воды в реках. Виру не бояться механических сотрясений.

Ультрозвук-упругие колебания с частотой более 20 КГц, не воспринимается ухом человека.

Может приводить клетки микроорганизмов к гибели. Внутри клетки образуется ковитационный пузырек, потом он схлопывается, в окружающей его среде повышается температура, вылетает струя, которая может прожигать клетку- ковитация.

Чем меньше размеры клетки, тем она устойчивее к ультрозвуку. Быстрее погибают палочковидные формы, медленнее кокковые.

Магнитные поля и электричествоПри изменении магнитных полей клетка может увеличиваться в размерах, изменяется патогенность микроорганизмов. С активностью солнца связаны вспышки болезней. Чежевский изучал радиацию солнца, основатель гелиобиологии.

Электрический ток не всегда оказывает непосредственное влияние на клетки микроорганизмов; если через дезинфицирующие растворы, то их действие (растворов) повышается. Используется электролиз воды, сточных вод для уничтожения микроорганизмов. СВЧ излучение – токи всрехвысокой частоты- бактерицидное действие, благодаря тепломеханическому воздействию.

Влияние химических факторов на микроорганизмы

Кислотность, pH среды. Изменение pH влияет на активность ферментов клеток микроорганизмов; на проницаемость клеточной стенки; заряд на клеточной стенке может менятся; на ход обмена веществ микроорганизмов. Большинство микроорганизмов нейтрофилы – гнилостные микробы; кислолюбивые – ацидофилы ( pH 3,6),даже при pH=1 – экстремальные ацидофилы. Например, молочно-кислые бактерии, уксксно-кислые, плесневые грибы и дрожжи. Щелочелюбивые-алколифильные (pH 8-11) – амоницикаторы мочевины, холерный вибрион.

Неодинаковое отношение pH является причиной сукцессии и фактор антогонизма между микроорганизмами.

Окислительно-восстановительный потенциал среды -соотношение окисления и восстановления соединений в среде, от 0 при насыщении среды водородом до 42 при полном насыщении среды кислородом. Облигатные анаэробы – ОВП 0-14; факультативные анаэробы ОВП 0-30; аэробы ОВП 11-35.

Регулируя ОВП можно влиять на развитие микроорганизмов, изметь биохимические процессы.

Ядовитые вещества.Сильными ядами для микроорганизмов являются соли тяжелых металлов- свинец, серебро, ртуть; сильные окислители – хлор, йод, озон;минеральные кислоты – серная кислота, озотная кислота; щелочи- гидроксид калия, гидроксид натрия. Органические соединения- формалин, фенол, карбоновая к-та; органические кислоты, смолы, дубильные вещ-ва (кора дуба).

Характер и сила воздействия ядовитых веществ зависит от конц. антисептика, условий среды и устойчивости микробов.

Ядовитые химические вещ-ва убивают только при непосредственном контакте с ними; высокая тамепратура +40 С усиливает, а низкая +5 С снижает бактерицидную активность ядов.

Механизм действия антисептиков : в результате взаимодействия яда с веществами цитоплазмы в ней происходят необратимые изменения :

- фенол и кризол повреждают клеточную стенку, затем белки цитоплазмы, образуя с ними нерастворимые в воде комплексы;

- соли тяж. Металлов вызывают сворачиваемость белка клетки;

- окислители действуют на сульфгидридные группы белков;

- формалин присоединяется к аминогруппам белков; вызывая их денатурации;

- орг.спирты разрушают клеточные стенки.

Менее чувствительны к хим.ядам стафилококки и туберкулёзная палочка.

3 тактики адаптации к условиям ОС :

1. Тактика размножения P – ведущая тактика.

2. Тактика выживания B .

3. Тактика трофических связей T.

Для успешного размножения организмы должны обладать устойчивыми трофическими связями. Идёт постоянная конкуренция за пищевые ресурсы. Естественный отбор в популяциях действует как эксперт по эффективности. Он оптимизирует использование доступных ресурсов для размножения популяции благодаря специализации видов на определённых пищевых и энергетических субстратах.