Размножение прокариот. Чаще всего прокариоты размножаются бесполым путём: ДНК удваивается, и далее клетка делится в поперечной плоскости пополам. В благоприятных условиях бактерии способны делиться каждые 20 мин; при этом потомство от одной клетки через трое суток теоретически имело бы массу 7500 т! К счастью, таких условий в принципе быть не может.
Половое размножение у прокариот наблюдается гораздо реже, чем бесполое, однако оно очень важно, так как при обмене генетической информацией бактерии передают друг другу устойчивость к неблагоприятным воздействиям (например, к лекарствам). При половом процессе бактерии могут обмениваться как участками бактериальной хромосомы, так и особыми маленькими кольцевыми двуцепочечными молекулами ДНК – плазмидами. Обмен может происходить через цитоплазматический мостик между двумя бактериями или с помощью вирусов, усваивающих участки ДНК одной бактерии и переносящих их в другие бактериальные клетки, которые они заражают.
Основные различия между прокариотической и эукариотической клетками приведены в таблице 3.
Таблица 3. Сравнение клеток прокариот и эукариот
Мезосома. Аэробы. Анаэробы. Споры. Плазмиды.
1. Какую форму имеет ДНК у бактерий?
2. Могут ли бактерии размножаться половым путём?
3. Когда у бактерий образуются споры и какова их функция?
4. Что такое мезосомы и какие функции они выполняют?
Рассмотрите таблицу 3. Выделите основные отличия прокариотических и эукариотических клеток.
По-видимому, прокариоты были первыми живыми существами на Земле, и возникли они миллиарды лет тому назад. Однако, несмотря на свои кажущиеся простоту и примитивность, прокариоты прекрасно приспосабливаются к изменениям в окружающей среде, заселив все оболочки Земли. Жизнеспособные споры бактерий были обнаружены во льдах Антарктиды на глубине 30 м, в атмосфере на высоте 41 км. Бактерии обитают в воде, охлаждающей ядерные реакторы, а один из «рекордсменов» выдерживает дозу облучения 6,5 млн рентген, что в 10 000 раз больше дозы, смертельной для человека.
Некоторые бактерии могут активно двигаться, вращаясь вокруг своей оси с огромной скоростью. При этом они преодолевают за секунду расстояние в 100 мкм, тогда как длина их не превышает 2 мкм. Если бы человек мог так двигаться, он развивал бы скорость до 350 км/ч!
§ 19. Сходство и различия в строении клеток растений, животных и грибов
1. Какие царства живых существ вы знаете?
2. Какое питание называется автотрофным?
3. Какое питание называется гетеротрофным?
4. Приведите примеры сапротрофов, паразитов, симбионтов.
Сходство в строении клеток эукариот. Сейчас нельзя с полной уверенностью сказать, когда и как возникла на Земле жизнь. Мы также точно не знаем, как питались первые живые существа на Земле: автотрофно или гетеротрофно. Но в настоящее время на нашей планете мирно сосуществуют представители нескольких царств живых существ. Несмотря на большое различие в строении и образе жизни, очевидно, что между ними сходств больше, чем различий, и все они, вероятно, имеют общих предков, живших в далёкой архейской эре. О наличии общих «дедушек» и «бабушек» свидетельствует целый ряд общих признаков у клеток эукариот: простейших, растений, грибов и животных. К этим признакам можно отнести:
– общий план строения клетки: наличие клеточной мембраны, цитоплазмы, ядра, органоидов;
– принципиальное сходство процессов обмена веществ и энергии в клетке;
– кодирование наследственной информации при помощи нуклеиновых кислот;
– единство химического состава клеток;
– сходные процессы деления клеток.
Различия в строении клеток растений и животных. В процессе эволюции, в связи с неодинаковыми условиями существования клеток представителей различных царств живых существ, возникло множество отличий. Сравним строение и жизнедеятельность клеток растений и животных (табл. 4).
Таблица 4. Сравнение клеток растений и животных
Главное отличие между клетками этих двух царств заключается в способе их питания. Клетки растений, содержащие хлоропласты, являются автотрофами, т. е. сами синтезируют необходимые для жизнедеятельности органические вещества за счёт энергии света в процессе фотосинтеза. Для обеспечения фотосинтеза в клетках растений содержатся пластиды, несущие хлорофилл и другие пигменты. Клетки животных – гетеротрофы, т. е. источником углерода для синтеза собственных органических веществ для них являются органические вещества, поступающие с пищей. Эти же пищевые вещества, например углеводы, служат для животных источником энергии. Есть и исключения, такие как зелёные жгутиконосцы, которые на свету способны к фотосинтезу, а в темноте питаются готовыми органическими веществами.
Так как растительная клетка имеет клеточную стенку, защищающую её содержимое и обеспечивающую постоянную её форму, то при делении между дочерними клетками образуется перегородка, а животная клетка, не имеющая такой стенки, делится с образованием перетяжки.
Особенности клеток грибов. Ещё совсем недавно грибы относили к растениям, однако сейчас эта весьма своеобразная и большая по числу видов группа живых существ выделена в отдельное царство. Грибы, так же как и животные, – гетеротрофы, питаются готовыми органическими соединениями. Они могут быть сапротрофами, т. е. питаться органикой мёртвых существ, паразитами, т. е. питаться живой органикой, или симбионтами высших растений, находясь с ними во взаимовыгодной связи. Пластид и хлорофилла клетки грибов не содержат. Среди грибов существуют и «хищники», образующие в почве клейкие петли, в которых запутываются мелкие круглые черви. После этого клетки грибницы проникают в пойманного червя, разрастаются в нём и высасывают его содержимое. У клеток грибов, как и у растений, есть клеточная стенка поверх плазматической мембраны. Часто в состав клеточной стенки у грибов входит хитин – вещество, образующее наружные покровы у членистоногих. Запасным питательным веществом в клетках грибов является углевод гликоген, как у животных, а не крахмал, как у растений. Тело гриба образовано нитевидными структурами в один ряд клеток – гифами. У некоторых грибов перегородки между клетками утрачиваются, и возникает грибница, состоящая из одной гигантской многоядерной клетки. Грибы не способны к активному движению, зато они могут расти неограниченно – это признаки, которые объединяют грибы с растениями. Способы размножения грибов многообразны. Они могут размножаться бесполым путём (частями грибницы, спорами), а также половым путём.
Таким образом, выделение грибов в самостоятельное царство, насчитывающее более 100 тыс. видов, абсолютно оправдано. Своё происхождение грибы ведут или от древнейших нитчатых водорослей, утерявших хлорофилл, т. е. от растений, или от каких-то неведомых нам древнейших гетеротрофов, т. е. животных.
Сапротрофы. Паразиты. Симбионты. Гифы.
1. Чем растительная клетка отличается от животной?
2. Каковы различия в делении растительных и животных клеток?
3. Почему грибы выделены в самостоятельное царство?
4. Что общего и какие различия в строении и жизнедеятельности можно выделить, сравнивая грибы с растениями и животными?
5. На основании каких признаков можно предположить, что все эукариоты имели общих предков?
§ 20. Неклеточные формы жизни. Вирусы и бактериофаги
1. Чем вирусы отличаются от других живых организмов?
2. Какие болезни могут вызывать вирусы?
Открытие вирусов. Как уже говорилось, универсальной единицей жизни на Земле является клетка. Однако на рубеже XIX и XX вв. было обнаружено, что существует целый ряд болезней растений, животных и бактерий, возбудители которых явно имеют неклеточную природу: они слишком малы и проходят через мельчайшие фильтры, которые задерживают даже самые маленькие клетки. Так были открыты вирусы.
Строение вирусов. Вирусные частицы представляют собой мельчайшие (20–300 нм) симметричные структуры, построенные из повторяющихся элементов. Каждый вирус является частицей нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключённой в белковую оболочку, которую называют капсидом (рис. 38). Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности: они могут проявлять свойства живого существа, только проникнув в клетку и используя для своих нужд её структуры и энергию. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами. Некоторые вирусы, например вирус гриппа или герпеса, покидая клетку-хозяина, захватывают участок клеточной мембраны и образуют из неё дополнительную оболочку поверх своего капсида.
