В живой природе существует группа живых существ, невидимых, но вездесущих, которые трудно отнести к животному или растительному миру, так как они предшествуют этим двум сообществам. Они имеют большое значение для поддержания биологической активности: это — микробы, преимущественно одноклеточные, постоянная деятельность которых играет важную роль в круговороте веществ и без участия которых в процессах разложения и синтеза жизнь остановилась бы.
Непрерывно возрастающая потребность в воде для человека приводит к все большему ее загрязнению. Медицина и биология изучили роль воды в возникновении и передаче некоторых болезней. В связи с этим появилась необходимость идентифицировать ряд организмов и вести борьбу с многими из тех, которые содержатся в воде. Эти организмы называются патогенными.
Однако, с другой стороны, установлено, что развитие нежелательных микробиальных процессов можно приостановить, ибо человек в состоянии «приручить» микроорганизмы и даже усилить физиологическую активность или процессы синтеза некоторых полезных микробов.
Численность патогенных организмов значительно меньше, чем полезных.
Среди наиболее важных микроорганизмов воды можно назвать бактерии. Подобно всем живым клеткам, бактериальная клетка имеет ядро, включающее главным образом хромосомы, сосредоточенные в хроматине и состоящие из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Ядро контролирует воспроизводство, сохраняет родословную клетки в генетическом коде и управляет с помощью РНК (рибонуклеиновой кислоты) синтезом белков и особенно энзимов в цитоплазме; цитоплазма содержит рибосомы, богатые РНК, а также различные органеллы — митохондрии, лизосомы и т. п., каждая из которых играет определенную роль. Бактериальная клетка окружена внешней ригидной оболочкой, придающей бактерии ее форму. Движение микроорганизмов осуществляется с помощью ворсинок или жгутиков.
Отношение площади поверхности к объему больше, чем у других организмов. Скорость метаболизма определяется этим отношением; бактерии более активные и более подвижные организмы.
Скорость деления зависит от концентрации питательных веществ в среде. В наиболее благоприятных случаях деление клеток наблюдается через 15—30 мин; иногда на этот процесс затрачивается несколько суток.
Бактерии живут в среде, удовлетворяющей определенным характеристикам по содержанию воды, pH, солесодержанию, окислительно-восстановительному потенциалу и температуре. Предпочтительная величина окислительно-восстановительного потенциала зависит от того, развиваются ли организмы в аэробных или анаэробных условиях. Эти условия тесно связаны со строением систем энзимов бактерий. Огромное разнообразие в характеристиках среды обитания способствовало селекции видов. Вследствие мутаций в генах хромосом происходят изменения в системах энзимов.
По оптимальной температуре для их энзимов бактерии могут быть разделены на термофильные (t>40 °C), мезофильные (t~30 °С), психрофильные (t=0 — 15 °С) и криофильные (t =—5 — 0 °С).
Некоторые виды бактерий обладают способностью к спорообразованию. Образующиеся споры являются клетками с таким состоянием вещества, которое более устойчиво, например, к нагреванию и обезвоживанию. Когда условия возвращаются к нормальным, споры прорастают и превращаются в активную бактерию. Поэтому комплекс бактериальной культуры может адаптировать себя посредством селекции и мутаций к небольшим изменениям в составе субстрата, на котором он развивается.
Для гетеротрофных организмов главными элементами питания являются белки, углеводы и жиры.