Микроорганизмы

Микрооргани́змы (микробы), название сборной группы мельчайших, преимущественно одноклеточных, организмов, не видимых невооружённым глазом (размером менее 0,1 мм). К микроорганизмам относятся все прокариоты (бактерии и археи), а также микроскопические представители эукариотических организмов: грибы и протисты (водоросли, простейшие). Иногда к микроорганизмам относят также вирусы, которые обычно выделяют в особую группу. Микроскопические размеры микроорганизмов обусловливают необходимость специфических методов их исследования – использование микроскопической техники, специальные приёмы культивирования и выделение в виде чистых культур. Поэтому все они являются объектами одной науки – микробиологии. Микроорганизмы характеризуются очень высокой скоростью размножения. Прокариотические микроорганизмы размножаются только простым делением клетки. У эукариотических микроорганизмов наряду с простым делением может осуществляться половое размножение, свойственное большинству высших многоклеточных. Основные метаболические процессы протекают у микроорганизмов так же, как в клетках высших растений и животных. Наряду с этим микроорганизмам присущи специфические ферментные системы и биохимические реакции, не встречающиеся у высших форм жизни. К ним относится способность микроорганизмов разрушать многие устойчивые к разложению полимеры (целлюлоза, лигнин, хитин, кератин и др.), углеводороды нефти. Очень разнообразны у микроорганизмов, особенно прокариотических, пути получения энергии. Большинство микроорганизмов – гетеротрофы, получающие энергию за счёт окисления органических соединений. Однако существуют и хемоавтотрофные микроорганизмы, получающие её окислением неорганических веществ (например, нитрифицирующие и сероокисляющие бактерии), фотоавтотрофные микроорганизмы, использующие энергию света (цианобактерии, зелёные и пурпурные бактерии). Большинство бактерий обладают способностью к усвоению молекулярного азота – азотфиксации. В процессе метаболизма микроорганизмы часто образуют разнообразные биологически активные вещества (антибиотики, ферменты, витамины, стимуляторы роста, токсины и др.). В целом микроорганизмы характеризуются значительно бо́льшим разнообразием физиологических процессов и биохимических реакций, чем растения и животные. Поэтому их систематика основана не столько на морфологических признаках, как у растений и животных, сколько на физиологических и биохимических характеристиках. Для разграничения видов микроорганизмов и определения их таксономической принадлежности широко используются молекулярно-биологические критерии, в частности нуклеотидные последовательности генов, кодирующих рибосомную РНК.

Полагают, что современной микробиологии известна лишь ограниченная часть видов микроорганизмов, существующих в природе. Ежегодно описываются новые роды и виды бактерий и микроскопических эукариот. Микроорганизмы распространены повсеместно, включая почвы, водоёмы, дно Мирового океана, верхние слои атмосферы, ледники Арктики и Антарктики, а также глубины земной коры. В 1 г почвы может содержаться несколько миллиардов клеток микроорганизмов. Многие из них способны расти и размножаться в условиях, непригодных для жизни других организмов. Например, существуют микроорганизмы, обитающие в горячих вулканических источниках при температуре до 100 °C, в кислых рудных водах (pH <2), содовых солончаках (pH > 8), солёных озёрах при концентрации NaCl до 30%, при высоком уровне радиации (например, в воде, охлаждающей ядерные реакторы).

Широкое распространение, разнообразие физиологических возможностей и высокая скорость размножения микроорганизмов определяют их чрезвычайно важную роль в биогеохимическом круговороте веществ и поддержании равновесия в биосфере. Прокариотические микроорганизмы, вероятно, были первыми живыми организмами, появившимися на Земле и сформировавшими основные биогеохимические циклы уже на ранних этапах биологической эволюции. В экосистемах микроорганизмы играют главным образом роль редуцентов, обеспечивая минерализацию разнообразных органических соединений; в то же время в некоторых экосистемах они являются единственными продуцентами, например, в цианобактериальных матах. Результатом геологической функции микроорганизмов является разрушение (выщелачивание) горных пород и образование месторождений некоторых полезных ископаемых (в том числе серы, сульфидов). Деятельность микроорганизмов – важнейший фактор почвообразования. Вместе с тем среди микроорганизмов много патогенных видов, вызывающих болезни человека, животных и растений.

Исключительно велико практическое значение микроорганизмов. Человек на протяжении тысячелетий научился широко использовать в своих целях процессы жизнедеятельности многих микроорганизмов (для получения хлеба, вина, пива, кисломолочных продуктов, уксуса, силосования кормов, дубления кож, мочки льна и др.). Возникновение и быстрое развитие биотехнологий основано прежде всего на использовании микроорганизмов как продуцентов множества полезных веществ – кормового белка, многих ферментов, антибиотиков, стероидных препаратов, аминокислот, витаминов, полисахаридов и др. Микроорганизмы используют для обогащения некоторых руд, очистки сточных вод, получения биогаза. Некоторые микроорганизмы стали излюбленными объектами биологических исследований (например, кишечная палочка, дрожжи). В основном благодаря исследованиям на микроорганизмах происходило развитие молекулярной биологии и молекулярной генетики, были сделаны открытия многих фундаментальных биологических закономерностей. На использовании микроорганизмов основаны методы генетической инженерии.