III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
НЕВИДИМОЕ ЦАРСТВО БАКТЕРИЙ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Недавно мне подарили микроскоп, и вся наша семья с интересом стала рассматривать всякие мельчайшие предметы: иголку кактуса, строение волоса, жилкование листьев, чешуйку луковицы (Приложение I). А когда на уроке окружающего мира мы заговорили о бактериях, мне стало интересно, можно ли с помощью микроскопа увидеть микроорганизмы, обитающие у нас в квартире. Моя любимая передача «Ревизорро», и я решила проверить нашу квартиру на чистоту и разобраться в вопросе, действительно ли нас окружают микробы, и можно ли уменьшить их численность, соблюдая правила гигиены(ПриложениеI). Это объясняет актуальность выбранной нами исследовательской работы.
Цель работы: исследование колоний микроорганизмов, находящихся вокруг нас в квартире.
Задачи работы можно сформулировать следующим образом:
1) изучить научно-популярную литературу по теме «Царство живой природы – бактерии»;
2)исследоватьсреду обитания бактерий в помещении;
3) дать полезные советы по предотвращению распространения бактерий.
Объект исследования - бактерии.
Предмет исследования– среда обитания бактерий.
Гипотеза: Если бактерии способны не только быть полезными, но и вредными, возможно ли контролировать их работу.
Так как в каждой семье заботятся о здоровье своих домочадцев, то результаты нашей работы будут иметь большую практическую значимость.
Новизну этой работы мы видим в том, что можно уживаться под одной крышей с микроорганизмами, если не допускать разрастания их колоний.
Всё это объясняет структуру работы.
Глава I «След первой бактерии» содержит сведения о возникновении первых бактерий; об их строении, поведении, способе питания, среде обитания.
Глава II «Двуликие бактерии» рассказывает нам о пользе и вреде микробов.
Глава III «Инкубатор для бактерий» включает в себя описание исследовательского проекта и посвящена анализу экспериментов, доказывающих повсеместное присутствие бактерий в квартире.
В ходе работы нами были использованы следующие методы исследования:
- поисковый – сбор информации и литературы по данной теме;
- исследовательский – обработка информации;
- практический – выполнение опыта;
Глава I
«След первой бактерии».
Возникновение жизни на Земле всегда волновало человека. Есть много гипотез на эту тему: божественная природа жизни; возникновение из космоса; жизнь рождается сама по себе. В одном учёные единодушны-первыми органическими существами на планете были бактерии. Подтверждение этому-древние осадочные отложения, на которых есть следы бактерий. Они образовались примерно 3,9 миллиарда лет назад.
Но сколько бы лет назад не возникли первые бактериальные клетки, они сформировались как организмы в тех условиях, в которых не могут существовать растения и животные. В результате геохимических процессов, происходящих в то время на Земле, в водах первичного океана и зародилась земная жизнь. Впоследствии первые бактерии образовали плодородный слой почвы, насытили атмосферу кислородом и создали предпосылки для возникновения ядерных организмов, которые затем дали начало двум царства: животным и растениям[5].
Таким образом, первые микроорганизмы включились в общий круговорот веществ в природе. Однако и на сегодняшний день бактерии не утратили своей ведущей роли в жизни на Земле.
С момента появления человечества, люди не догадывались о существовании бактерий. Первобытные люди не видели никакой связи между патогенными микроорганизмами и болезнями, которые они вызывают. Считалось, что болезнь вызывают злые духи, живущие внутри своей жертвы.Первым человеком, увидевшим бактерии в микроскоп, был Антони Ван Левенгук(ПриложениеV). Это было в 1676г. А спустя двести лет (1865 г.) Луи Пастер выдвинул теорию о том, что причиной заболеваний являются микробы(ПриложениеV).
Что же увиделАнтони Ван Левенгук в микроскоп? Рассматривая под микроскопом настой перца, он увидел, как крошечные зверьки бегали взад и вперед, сталкивались, копошились как муравьи в муравейнике. Но 340 лет назад были примитивные микроскопы, увеличение которых сравнимо с несколькими лупами. Конечно, они не позволяли рассмотреть всё в мельчайших подробностях.
Сейчас, с усовершенствованием микроскопа становится известно, как устроены бактерии, что у них внутри? Стало возможно рассмотреть их форму. Это шарообразные, палочковидные, спиралевидные и кубические микроорганизмы[3]. Бактерия состоит из одной клетки. Клетка эта устроена иначе, чем клетки растений и животных. У бактериальной клетки отсутствует ядро. ДНК у бактерий располагается в центре клетки и имеет форму кольца. Это генетический аппарат клетки, который отвечает за передачу наследственной информации от материнской к дочерней клетки. И если «раскрутить» ДНК бактерии, то длина будет 1 мм. Это в 500 раз короче, чем у человека. Многие бактерии передвигаютсяс помощью жгутиков. Бывают жёлтые, красные, синие бактерии. Английский биолог Александр Флеминг любил делать цветные рисунки, используя вместо красок бактерии (Приложение V). Он наносил на контуры рисунка питательный бульон с бактериями, помещал рисунок в тепло и получал цветное изображение.
А можно ли увидеть бактерии невооружённым глазом? Есть среди бактерий настоящие гиганты. Например, пурпурная серобакерия длиной 1/20 мм. Пару таких бактерий вполне можно увидеть невооружённым глазом. Основная масса бактерий в десятки раз меньше. Даже самые мелкие бактерии, когда образуют большие скопления, становятся видимыми. На месте одной единственной бактерии, попавшей на поверхность питательной среды, уже через несколько часов образуется колония- бугорок.
Живут ли бактерии в кипятке?
Трудно найти место на земле, где не было бы этих мельчайших существ—бактерий. Их находили в горячих гейзерах, где температура была выше 100 градусов, в солёных озёрах (в Мёртвом море). Живые бактерии были обнаружены в вечной мерзлоте Арктики. Но все же главным местом обитания микроорганизмов является почва. Поскольку в ней много питательных веществ, достаточно влаги и практически нет резких перепадов температуры. К тому же губительный солнечный свет не разрушает оболочку бактерий. Так вот и ответ на вопрос, почему же нужно мыть руки после прогулки? Я всего лишь поиграла во дворе, а на моих руках их осталось огромное количество.
Еще одна благоприятная среда для жизни микроорганизмов – вода. В воду они попадают смываемые дождями с почвы. При этом открытые водоемы содержат намного больше микроорганизмов, чем артезианская вода. По этой причине водоемы являются опасным источников заражения холерой, брюшным тифом, дизентерией и других инфекций. Вот и еще один полезный факт. Почему когда мы видим на пляже табличку с надписью «Купание запрещено», не стоит пренебрегать опасностью. Это значит, что специальные службы проверили качество воды, и нашли в ней большое количество патогенных микроорганизмов. И соответственно предупреждают нас об опасности.
В отличие от почвы и воды, воздух малопригоден для жизни бактерий. Ведь здесь нет питательных веществ и низкая влажность. Попадая в воздух с пылью, там они или погибают, или оседают в виде спор на поверхности земли, различных предметов. Больше всего микроорганизмов над сушей, в крупных городах, в теплое время года. Так что у бабушки в деревни проводить каникулы не только весело, но и полезно! А сколько за городом хвойных лесов, вырабатывающих фитонциды (вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий) – дышите на здоровье!
При неблагоприятных условиях бактерии образуют вокруг себя плотную оболочку – спору и впадают в «спячку». Это позволяет им пережить как очень низкую (до -273С), так и очень высокую температуры. Например, споры сибирской язвы могут на 30- 50 лет затаиться в вечной мерзлоте или сухой пустыне, а затем как не в чем на бывало, снова выйти на смертельную охоту.
Кожа человека, его внутренние органы являются излюбленным местом обитания микробов. К человеку микробы попадают из пищи, воды и воздуха. Больше всего микробов содержится в полости рта, поскольку наличие остатков пищи, температура и влажность – благоприятные условия для их развития. Поэтому очень актуально поддерживать чистоту ротовой полости – регулярно чистить зубы, а после приема пищи – полоскать рот.
Еда: живая и мёртвая.
Способы питаниябактерий такие же разнообразные, как и условия их обитания. Многие бактерии, подобно растениям (цианобактерии, пурпурные) в качестве источника энергии используют энергию солнца. Другие – получают энергию из неорганических веществ – серы, железа (серо- и железобактерии). Но всеже большинство этих микроскопических организмов питаются готовыми органическими веществами.Одни из них используют мертвый органический материал (сапрофиты), другие питаются органическими веществами живых организмов (паразиты, вызывающие болезни). Но не все бактерии, живущие в организме человека, являются паразитами. У новорождённого ребёнка слизистая оболочка кишечника стерильна. Но с первым глотком маминого молока в пищеварительную систему устремляются микроскопические «жильцы», на всю жизнь становясь спутниками человека. Они помогают нам переваривать пищу, производят некоторые витамины.
Поведение и размножение бактерий.
Поведение бактерий не отличается особой сложностью. Но даже бактерии поддаются «дрессировке». Учёным удалось привить некоторым бактериям «светобоязнь», подвергая их на свету электрошоку. Бактерии передвигались в менее освещённую зону. Эта светобоязнь сохранялась в течении нескольких часов. Некоторые бактерии склонны к самопожертвованию. Есть примеры индивидуального и массового самопожертвования. Например, кишечная палочка, одна из нескольких тысяч, начинает вырабатывать ядовитое вещество, если рядом с их колонией появляется колония конкурент. Нои сама бактерия- защитница погибает от самоотравления. А вот пример массового самопожертвования. При дефиците пищи, большая часть колонии бактерий самоуничтожается, а питательные вещества погибших бактерий становились пищей для уцелевших. Бактерии способны к «общению». Например, некоторые зелёные бактерии, не умеющие передвигаться, могут прилепляться к подвижным бактериям и управлять ими.
Бактерии не делятся на мужские и женские. И поэтому размножение происходит простым делением на две части. Но перед этим клетка проходит соответствующую подготовку. Увеличивается внутренняя полужидкая среда клетки (цитоплазма), удваивается замкнутая в кольцо молекула ДНК. Полученная огромная клетка, с удвоенным набором органоидов, разделяется на две идентичные клетки. В благоприятных условиях они размножаются очень быстро. Некоторые виды могут увеличить свою популяцию в 250 000 раз. Но при таком темпе деления, нам с вами не было бы места на планете? Если бы не одно обстоятельство. Безостановочно размножаясь, бактерии не просто не находят себе пищи , нои банально гибнут от голода. Дело еще и в том, что для разных видов бактерий условия размножения сильно различаются. Одним видам необходим кислород, другим нет. Оптимальная температура колеблется от 0-10 для одних, 20-40 для других 50-60 для третьих, четвертые переживут даже кипячение. Одно из общих условий размножения – наличие воды. Наличие пищи также различно: одним нужна солнечная энергия, другим – органические вещества, а третьим – определенные химические элементы. Также не маловажным условием является кислотность среды. Слишком кислая или щелочная среда губительна для бактерий. Некоторые бактерии, например молочнокислые, в процессе жизнедеятельности изменяют кислотность среды до тех пор, пока сами не начнут гибнуть. Кстати, именно нелюбовь бактерий к кислой среде дает нам возможность делать заготовки на зиму.
Глава II
«Двуликие бактерии».
Бактерии играют не последнюю роль в природе и жизни человека: принимают участие в круговороте веществ в природе; в почвообразовании; выполняют функцию санитаров, очищают сточные воды.
Существуют гнилостные бактерии, которые портят продукты. Казалось бы, они приносят вред человеку, но на самом деле они очень полезные. Это природные санитары. Разлагая продукты, они поддерживают круговорот веществ в природе. Большая польза от молочнокислых бактерий. Им мы обязаны существованием таких продуктов, как сыр, сметана, масло, кефир, квашеная капуста, маринованные овощи. Без этих бактерий не было бы и силоса, идущего на корм скоту. Различные бактерии помогают человеку получать уксус, кофе, шёлк[4].
Но бактерии выполняют не только полезные функции. Среди бактерий имеется много болезнетворных видов, вызывающих заболевания у людей, животных или растений. Сапрофитные бактерии портят пищевые продукты. И чтобы уберечь продукты от порчи, их подвергают обработке (кипячение, стерилизация, замораживание).
Болезнетворные бактерии разносятся по воздуху с капельками слюны больного человека при чихании, кашле и даже при обычном разговоре. Болезни могут быть связаны с проникновением бактерий в раны. В таком случае развивается гнойное воспаление. Для предотвращения заболеваний следует помнить, что бактерии боятся ультрафиолета, сухости, нагревания, антибиотиков и здорового иммунитета. Это значит, что все те правила, которым учили нас с пеленок, имеют под собой строго научную базу.
Но если бактерии способны не только быть нужными, но и вредными, возможно ли контролировать их работу.
Человек «приручил» многие виды бактерий и использует их в производстве кисломолочных продуктов, сыров, уксуса. Разные сорта кисломолочных продуктов (кефир, ацидофилин, ряженка, йогурт) получают введением в молоко сквашивающих бактерий разных видов.
Для борьбы со многими инфекционными заболеваниями из штаммов микроорганизмов были получены вакцины против смертельных заболеваний, т.к. оспа, бешенство, туберкулёз, полиомиелит, дифтерия[5].
Все эти способности конечно нужны для человека. И благодаря учёным, мы с вами каждый день пользуемся «подконтрольной» работой бактерий. Но это только для учёных всё так просто. Они ведь изучили их строение, и могут использовать их возможности. А как же мы с вами, обычные люди? Можем ли мы «сказать» бактериям: здесь можно жить, а здесь нет? Или они, заселив все среды обитания, так и должны размножаться где им угодно?
Глава III
«Инкубатор для бактерий».
Эксперимент №19(микробы в желе)
Мы с мамой решили проверить, действительно ли у нас в квартире живет так много зловредных «соседей».
Цель исследования: выращивание бактерий в чашках Петри.
Место наблюдения: жилая комната.
Участники исследования: 2 человека (я и мама)
Оборудование: чашки Петри (это такая стеклянная или пластиковая лабораторная посуда, состоящая из двух плоских чашек, которые входят друг в друга. Такое строение служит для защиты от внешних загрязнений или газов, выделяемых самими колониями бактерий. Чашки Петри продаются в магазине медицинской техники), порошок агар-агара , лупа, микроскоп, ватные палочки.
Ход эксперимента:
Из литературного источника мы узнали, что питательной средой для размножения бактерий служит желеобразная субстанция из агар-агара. Его можно приобрести в интернет-магазинах.
Сначала мы приготовили раствор агар-агара из расчета 0,5 чайной ложки и 50 мл воды на каждую чашку Петри. Мы взяли 20 граммов агар-агара растворили в0.5 л воды до полного растворения. После чего полученный раствор довели до кипения на медленном огне и кипятили 1 минуту (ПриложениеIII).
Горячий раствор разлили в заранее стерилизованные чашки Петри и накрыли крышкой, для того чтобы не попали бактерии из воздуха. Когда готовая питательная среда остыла, она затвердела и стала похожа на желе. Теперь когда «инкубатор» готов, можно заселять жильцов.
Для нашего исследования мы взяли смывы с различных поверхностей: письменный стол, денежные монеты, ладонь, полость рта, почва с цветочного горшка, вода из аквариума. «Заселение» проводили двумя способами. Поверхности ладони и монет мы прижимали непосредственно к субстанции - это метод прямого контакта. С остальных поверхностей мы отобрали образцы ватной палочкой, после чего перенесли в питательную среду. Чашки Петри перевернули вверх дном, для того, чтобы капли воды из конденсата не портили колонию новоиспеченных микробов.Все образцы подписали и поместили в теплое темное место.
Лишь спустя две недели мы рассмотрели колонии бактерий, но, к сожалению, они были малочисленны. Некоторые образцы содержали также колонии плесневых грибовмукора и пенецила, так как домашние условия далеки от стерильных лабораторных (ПриложениеII). Поэтому нами было решено провести второй эксперимент с использованием мясного бульона. Это нам подсказала учительница биологии.
Эксперимент №2 (агар-агар + мясной бульон)
Цель исследования: выращивание бактерий на мясном бульоне в чашках Петри.
Место наблюдения: жилая комната.
Участники исследования: 2 человека (я и мама)
Оборудование: чашки Петри, порошок агар-агар,лупа, микроскоп, ватные палочки, жирное мясо (50 г.), вода (0,5 л.)
Ход эксперимента:
Из мяса и воды мы сварили бульон, остудили его, добавили порошок агар-агара и снова довели до кипения, кипятили на медленном огне минуту, снова остудили. Для нашего исследования мы повторно взяли смывы с различных поверхностей: письменный стол, денежные монеты, ладонь, полость рта, почва с цветочного горшка, вода из аквариума.
Чашки Петри так же, как и в первом эксперименте, перевернули вверх дном, все образцы подписали и поместили в теплое темное место.
Можно выращивать бактерии и в более прохладных условиях, но тогда процесс будет идти гораздо медленнее.
Через несколько дней мы зафиксировали результаты: колонии разросшихся бактерий, плесени на дне чашек. (ПриложениеIII). Численность бактерий была больше на образцах смывов с полости рта, ладоней, денежных монет.
Вывод: микробы любят заселять, как живую, так и неживую среду; также им нравится жить в организме человека.
Для подтверждения нашей гипотезы (если бактерии способны не только быть нужными, но и вредными, то возможно ли контролировать их работу) мы провели третий заключительный эксперимент.
Эксперимент №3 (антибактериальное мыло)
Цель исследования: наблюдение за влиянием санитарно-гигиенических средств на рост бактериальных колоний.
Место наблюдения: жилая комната.
Участники исследования: 2 человека (я и мама)
Оборудование: чашки Петри с бактериальными колониями, антибактериальное жидкое мыло, лупа, микроскоп.
Ход эксперимента:
В одну чашку Петри, где развилась жизнь, мы нанесли ватной палочкой каплю мыла между двух колониальных островков. Закрыли чашку и оставили её ещё на сутки в тёплом и тёмном месте. На следующий день мы обнаружили, что области заселения стали разрастаться вокруг капли на некотором отдалении от неё (ПриложениеIII).
Вывод: санитарно-гигиенического средства влияют на рост бактериальных колоний, а именно не дают образовываться им на обработанных участках.
Заключение.
На наших пальцах, в полости рта, на разных предметах, в почве, воде и т.д. обитают самые разные виды микроорганизмов, и определить, что в каком месте выросло, очень сложно. Это могут быть микробы разных видов:
-
разные виды стафилококков (золотистый цвет);
-
розовый микрококк (розовый);
-
Pseudomonasaeruginosa (синий);
-
хромобактер(фиолетовый);
-
микобактерии туберкулёза (оранжевый);
-
некоторые виды плесени (плесень — это разновидность грибов, а не бактерий) образуют чёрные мохнатые колонии (ПриложениеIV ).
Опыты, проделанные нами, помогли убедиться в том, что можно контролировать распространение бактерий у себя в квартире, на своём теле. Для этого надо с малых лет следовать простым заповедям: чистить зубки утром и вечером, как можно чаще мыть руки, регулярно проводить уборку с санитарными средствами (Приложение IV).
После проведения исследовательской работы мы решили провести опрос-наблюдение. Нас заинтересовал вопрос: « Как часто ученики моют руки перед едой». Для этого мы сначала опросили учащихся начальной школы и узнали, нужно ли, по их мнению, мыть руки? 90% учащихся ответили, что моют руки и понимают, что это необходимо.
Во время перемены мы стали наблюдать у входа в столовую, моют ли учащиеся руки перед едой. Каково же было наше разочарование, когда, понаблюдав за школьниками, мы выяснили, что руки перед едой моют около 30%.
Чтобы учащиеся школы относились к своему здоровью не так безалаберно, мы рассказали о результатах своего исследования на классном часе и оформили информационный стенд в рекреации школы. (Приложение VI)
Спустя 2 недели мы провели повторное наблюдение за учениками, и результатом стало увеличение количества детей, моющих руки без напоминания ( 80% учащихся).
В заключении хочется сказать словами из одного стихотворения: Нужно, друзья, за здоровьем следить. И потому полагается мыть фрукты и овощи перед едой чисто и тщательно тёплой водой. Чтоб не тревожить врачей-докторов ,смоешь микробы - и будешь здоров! Мытое яблоко ярче блестит, да и живот от него не болит. (Г.П. Шалаева, О.М. Журавлёва)
Список литературы.
-
Багрова Л.А. «Я познаю мир: растения». Москва, «Издательство АСТ» 2002г.,стр.89-92.
-
Журнал «Новейшие технологии». 2009г.
-
Ликум А. «Всё обо всём» энциклопедия для детей. Москва 1993г., стр.87 - 88.
-
Ликум А. «Всё обо всём» энциклопедия для детей. Москва 1994г., стр.435 - 436.
-
Майсурян А. «Энциклопедия для детей: биология» том2. Москва, «Аванта+» 1994г.,стр.15 78 140.
-
Павлович С.А. «Микробиология с микробиологическими исследованиями». Учебное пособие. Минск: Высш.шк., 2009.-502с.
-
Плерников С.Н., Корзяк А.Б. «Удивительное рядом». Познавательная энциклопедия. 2005г.
-
Речиц Л.В. «Санитарная биология». Учебное издание. Гомель. Высш. шк., 2009.-320с.
9. Энциклопедии: БСЭ, Кругосвет.
9.http://ru.wikipedia.org/,http://sbio.info/page.php?id=10531/,http://www.eurolab.ua/anatomy/272/
Приложение I
Приложение II
Приложение III
Приложение IV
Приложение V
Приложение VI