Микроорганизмы не имеют специальных органов питания. Они поглощают питательные вещества и выделяют продукты жизнедеятельности через всю поверхность тела путем осмоса (осмос — это диффузия через полупроницаемую перего­родку). Осмос возникает под действием разных осмотических давлений, т. е. различий в концентрации, в двух соседних точках раствора или по обе стороны полупроницаемой перегородки. Осмотическое давление — это та энергия, с которой вещества стремятся выравнять концентрацию.

Проникновение через полупроницаемую перегородку воды и растворенных в ней веществ происходит по-разному. Вода преодолевает ее быстрее, чем растворенные вещества. Скорость проникновения веществ находится в обратной зависимости от величины частиц, находящихся в растворе.

Вода движется через перегородку в ту сторону, где концентрация веществ выше. Каждое растворенное вещество движется в ту сторону, где концентрация его ниже. Таким образом, концентрация веществ по обе стороны перегородки постепенно выравнивается.

Величина осмотического давления может быть измерена с помощью специального прибора осмометра (рис. 11). Наиболее простой моделью осмометра может служить прибор, состоящий из стеклянного резервуара, герметично закрытого с широкой стороны животным пузырем, коллоидиевой пленкой или целлофаном и имеющего отходящую вверх длинную трубку. Резервуар заполняют сахарным раствором большой концентрации и погружают в воду.

 

Рис. 11. Осмометр

Рис. 11. Осмометр:
1 — сосуд с водой; 2 — резервуар с сахарным раствором;
3 — целлофановая пленка; 4 — уровень раствора в трубке
через некоторое время после погружения резервуара в воду

 

После погружения уровень сахарного раствора в трубке постепенно поднимается. Происходит это в результате того, что сахар медленно проникает через животный пузырь в воду, тогда как вода довольно быстро осмо– тирует внутрь колокола и, увеличивая объем раствора, повышает уровень его над колоколом. Высота подъема раствора в трубке характеризует разность осмотических давлений внутри и вне резервуара.

В принципе таков же механизм проникновения веществ из внешней среды в клетки микроорганизмов и выделения в нее из клеток продуктов жизнедеятельности. Однако в связи с громадной удельной поверхностью (поверхность единицы массы) клеток микробов вещества из внешней среды и обратно проникают очень быстро. В значительной мере именно этим объясняется быстрое размножение микробов и быстрая порча товаров, на которых они развиваются. Так как оболочка микробных клеток непроницаема для многих веществ пищи, нерастворимых в воде (жиры, крахмал, белки), они могут поступать в клетку только после расщепления ферментами микробов до растворимых соединений.

В жизнедеятельную микробную клетку вещества пищи поступают непрерывно, так как часть из них, проникнув в нее, вовлекается в различные биохимические процессы и под влиянием ферментов, содержащихся в клетке, превращается в другие более сложные нерастворимые или слаборастворимые вещества, которые входят в состав тела клетки. Другая же часть веществ в процессе диссимиляции превращается в более простые соединения.

Таким образом, концентрация каждого вещества в нормальных условиях никогда не уравнивается внутри и вне клетки в процессе питания, и поступление его в клетку осуществляется непрерывно. Иногда проникновение веществ в клетки микробов не может быть полностью объяснено явлениями осмоса. Установлено, что оболочка живых клеток и прилегающий к ней слой цитоплазмы обладают избирательной способностью отличать нужные вещества от ненужных. Этим объясняется способность микробов извлекать необходимые им вещества даже из растворов с чрезвычайно малой концентрацией и не пропускать внутрь клетки вредные вещества, 'содержащиеся в среде в значительных количествах.

Внутри клеток, находящихся в нормальном состоянии, суммарное осмотическое давление, как правило, выше, чем в питательной среде. Внутриклеточное суммарное давление создается веществами, поступившими в клетку, но еще не ассимилированными, а также продуктами жизнедеятельности, еще не выделившимися из клетки, и частично веществами клеточного синтеза. Поэтому одновременно с питательными веществами в клетки поступает и необходимая им вода.

Высоким суммарным осмотическим давлением в клетках микроорганизмов (до 20—150 атм) можно объяснить их способность развиваться на сравнительно сухих средах. Так, плесневые грибы могут поражать товары и материалы, имеющие влажность 15% и даже меньшую.

В связи с высоким осмотическим давлением внутри каждой клетки создается постоянный приток в нее воды. Как бы набухшая цитоплазма клетки с определенным напряжением давит на оболочку. Такое состояние является нормальным и называется тургором. В этом состоянии микробы, находясь на пищевых продуктах, проявляют большую активность и быстро вызывают их порчу. Если клетка оказывается в среде, где суммарная концентрация растворенных веществ намного выше, чем в клетке (растворы сахара, поваренной соли), происходит обратное явление — постепенное обезвоживание клетки: цитоплазма ее сжимается и отстает от оболочки. Такое состояние называется плазмолизом. Длительное нахождение в таком состоянии делает микробов нежизнедеятельными и даже приводит их к гибели. Этим пользуются в практике консервирования (приготовление солений, варенья и др.).

В клетки, находящиеся в среде с малой концентрацией растворенных веществ, проникает много воды, что приводит их в состояние плазмоптиса (переполненности). При этом оболочка может даже разорваться.

Требования большинства микроорганизмов к источникам питания очень разнообразны. Однако, учитывая некоторые общие особенности питания микроорганизмов, их принято делить на две группы: аутотрофы, питающиеся по типу высших растений, и гетеротрофы, питающиеся по типу животных организмов.

Аутотрофы способны усваивать углерод из углекислоты и минеральных, соединений, использовать элементарный азот. В эту группу входят многие почвенные бактерии: нитрифицирующие, клубеньковые азотофиксирующие, серо– и железобактерии и др.

Все необходимые им для построения тела вещества, в том числе белковые, они синтезируют из простых соединений.

Источниками энергии для построения сложных веществ некоторым аутотрофным микробам служат химические реакции, например окисление водорода, окисление аммиака до азотистой и азотной кислот, сероводорода до серной кислоты, окисление метана, железа и др. Эта группа микроорганизмов называется хемосинтезирующими аутотрофами.

Другие аутотрофные микробы (железобактерии, пурпурные серобактерии), а также водоросли наподобие высших зеленых растений используют для синтеза энергию солнечного света. В клетках у них есть пигменты, которые выполняют роль, сходную с ролью хлорофилла зеленых растений.

Гетеротрофы нуждаются в органических соединениях, которые служат источником углерода. К этой группе относятся многочисленные микроорганизмы, использующие органические вещества мертвой природы: сапрофиты, в частности гнилостные бактерии и возбудители различных брожений. К этой же группе относятся и паратрофы (паразиты), например многие болезнетворные микробы.

Группа гетеротрофных микробов использует для питания углеводы, спирты, белки, жиры, разнообразные органические кислоты. Некоторые из них способны усваивать парафин, а также циклические углеводороды. Под их влиянием происходит разрушение нефти и керосина.

Такое же разнообразие имеется и в отношении источников азотистого питания. В качестве таковых для разных микроорганизмов могут служить разнообразные азотистые вещества и даже молекулярный азот атмосферы.

Большинство сапрофитов используют в качестве источников азота различные белковые вещества и продукты их распада, а также минеральные азотистые соединения, например аммонийные соли, нитраты. Другие способны развиваться лишь при наличии какого-нибудь определенного источника азота. Например, для развития молочнокислых бактерий необходимы сложные органические соединения азота (растворимые белки, пептоны, аминокислоты). Еще более требовательны к источникам азота микроорганизмы- паразиты, которые развиваются только за счет белков того организма, в котором они паразитируют. Некоторые могут усваивать азот даже из цианистых соединений.

Одни и те же вещества, являясь источником питания для одних микроорганизмов, совершенно непригодны и даже ядовиты для других. Так, нитрифицирующие бактерии совершенно не развиваются в присутствии даже незначительных количеств пептонов, глюкозы.