Бактериофаги – это вирусы, поражающие клетки бактерий (пожиратели бактерий). Тело бактериофага (см. рис. 58) состоит из белковой головки, в центре которой находится вирусная ДНК, и хвостика. На конце хвоста располагаются хвостовые отростки, служащие для закрепления на поверхности клетки бактерии, и фермент, разрушающий бактериальную стенку.
По каналу в хвостике ДНК вируса вспрыскивается в клетку бактерии и подавляет синтез бактериальных белков, вместо которых синтезируются ДНК и белки вируса. В клетке происходит сборка новых вирусов, которые покидают погибшую бактерию и внедряются в новые клетки. Бактериофаги могут использоваться как лекарства против возбудителей инфекционных заболеваний (холеры, брюшного тифа).
§ 51. Бактерии. Грибы. Лишайники
Бактерии. Это одноклеточные прокариотические организмы. Величина их колеблется от 0,5 до 10–13 мкм. Впервые бактерии наблюдал в микроскоп Антони ван Левенгук в XVII в.
Клетка бактерии имеет оболочку (клеточную стенку) подобно клетке растения. Но у бактерии она упругая, нецеллюлозная. Под оболочкой находится клеточная мембрана, обеспечивающая избирательное поступление веществ в клетку. Она впячивается внутрь цитоплазмы, увеличивая поверхность мембранных образований, на которых идут многие реакции обмена веществ. Существенным отличием бактериальной клетки от клеток других организмов является отсутствие оформленного ядра. В ядерной зоне располагается кольцевая молекула ДНК, которая является носителем генетической информации и регулирует все процессы жизнедеятельности клетки. Из других органелл в клетках бактерий присутствуют только рибосомы, на которых протекает синтез белка. Все остальные органеллы у прокариот отсутствуют.
Рис. 59. Различные формы бактерий
Форма бактерий весьма разнообразна и лежит в основе их классификации (рис. 59). Это шарообразные – кокки, палочкообразные – бациллы, изогнутые – вибрионы, закрученные – спириллы и спирохеты. Некоторые бактерии имеют жгутики, с помощью которых они движутся. Размножаются бактерии путем простого деления клетки на две. При благоприятных условиях клетка бактерии делится каждые 20 мин. Если условия неблагоприятны, дальнейшее размножение колонии бактерий приостанавливается или замедляется. Бактерии плохо переносят низкие и высокие температуры: при нагревании до 80 °C многие погибают, а некоторые при неблагоприятных условиях образуют споры – покоящиеся стадии, покрытые плотной оболочкой. В таком состоянии они сохраняют жизнеспособность довольно долго, иногда несколько лет. Споры некоторых бактерий выдерживают замораживание и повышение температуры до 129 °C. Спорообразование свойственно бациллам, например возбудителям сибирской язвы, туберкулеза.
Бактерии живут повсеместно – в почве, воде, воздухе, в организмах растений, животных и человека. Многие бактерии по способу питания являются гетеротрофными организмами, т. е. используют готовые органические вещества. Часть из них, являясь сапрофитами, разрушает остатки мертвых растений и животных, участвует в разложении навоза, способствует минерализации почвы. Бактериальные процессы спиртового, молочнокислого брожения используются человеком. Есть виды, которые могут жить в организме человека, не принося вреда. Так, например, в кишечнике человека обитает кишечная палочка. Отдельные виды бактерий, поселяясь на продуктах питания, вызывают их порчу. К сапрофитам относятся бактерии гниения и брожения.
Многие бактерии – паразиты внутри организма человека и животных, вызывающие различные заболевания. Это патогенные, болезнетворные бактерии. Особенно опасны бациллы туберкулеза, дифтерита, брюшного тифа, сибирской язвы, столбняка. В состоянии споры они много лет сохраняют свою жизнеспособность. Например, бациллы столбняка десятилетиями живут в жирной, унавоженной почве. Заражение человека происходит при попадании их в кровь через царапины или порезы во время сельскохозяйственных работ. Стрептококки и стафилококки вызывают у человека ангину, воспаление различных органов. Холерный вибрион является причиной эпидемий холеры.
Кроме гетеротрофов существуют и автотрофные бактерии, способные окислять неорганические вещества, а выделяющуюся энергию использовать для синтеза органических веществ. Так, например, почвенные азотобактерии обогащают ее азотом, повышая плодородие. На корнях бобовых растений – клевера, люпина, гороха – можно увидеть клубеньки, содержащие такие бактерии. К автотрофам относятся серобактерии и железобактерии.
К прокариотам относится еще одна группа микроорганизмов – цианобактерии. Цианобактерии – автотрофы, имеют фотосинтезирующую систему и соответствующие пигменты. Поэтому они зеленого или сине-зеленого цвета. Цианобактерии могут быть одиночными, колониальными, нитчатыми (многоклеточными).
Они внешне сходны с водорослями. Цианобактерии распространены в воде, почве, горячих источниках, входят в состав лишайников.
Грибы. Это группа гетеротрофных организмов, которая имеет признаки сходства с растениями и животными.
Как и растения, грибы имеют клеточную оболочку, неограниченный рост, они неподвижны, размножаются спорами, питаются путем всасывания растворенных в воде питательных веществ.
Как и животные, грибы не способны синтезировать органические вещества из неорганических, не имеют пластид и фотосинтезирующих пигментов, в качестве запасного питательного вещества накапливают гликоген, а не крахмал, клеточную оболочку строят из хитина, а не из целлюлозы.
Именно поэтому грибы выделяют в отдельное царство. Царство грибов объединяет около 100 тыс. видов, широко распространенных на Земле.
Рис. 60. Строение грибов: 1 – мукор; 2 – дрожжи; 3 – пеницилл
Тело гриба (рис. 60) – таллом состоит из тонких нитей – гифов. Совокупность гифов называется мицелием или грибницей. Гифы могут иметь перегородки, образуя отдельные клетки. Но в некоторых случаях перегородки отсутствуют (у мукора). Поэтому клетки грибов могут содержать одно или множество ядер.
Мицелий развивается на субстрате, при этом гифы проникают внутрь субстрата и разрастаются, многократно ветвясь. Размножаются грибы вегетативно – частями мицелия и спорами, которые созревают в специализированных клетках – спорангиях.
Грибы делятся на два класса: низшие и высшие грибы.
1. Низшие грибы часто имеют многоядерный мицелий или состоят из одной клетки. Представителями низших грибов являются плесневые грибы: мукор, пеницилл, аспергилл. У пеницилла, в отличие от мукора, мицелий многоклеточный, разделен на перегородки. Плесневые грибы развиваются в почве, на влажных продуктах питания, в плодах, овощах, вызывая их порчу. Одна часть гифов гриба проникает внутрь субстрата, а другая часть поднимается вверх над поверхностью. На концах вертикальных гифов созревают споры.
Дрожжи – это низшие одноклеточные грибы. Дрожжи не образуют мицелия, размножаются почкованием. Они вызывают спиртовое брожение, разлагая сахар в процессе своей жизнедеятельности. Их используют в пивоварении, хлебопечении, виноделии.
2. К высшим грибам относятся шляпочные грибы. Для них характерен многоклеточный мицелий, который развивается в почве, а на поверхности образуются плодовые тела, состоящие из плотно переплетенных гифов, в которых созревают споры. Плодовые тела состоят из ножки и шляпки. У одних грибов нижний слой шляпки образован радиально расположенными пластинками – это пластинчатые грибы. К ним относятся сыроежки, лисички, шампиньоны, бледная поганка и т. д. У других грибов на нижней стороне шляпки имеются многочисленные трубочки – это трубчатые грибы. К ним относятся белый гриб, подберезовик, подосиновик, мухоморы и т. д. В трубочках и на пластинках созревают споры гриба. Часто мицелий гриба образует микоризу, прорастая гифами в корни растений. Растение снабжает гриб органическими питательными веществами, а гриб обеспечивает минеральное питание растения. Такое взаимовыгодное сожительство называется симбиозом. Многие шляпочные грибы съедобны, но среди них есть и ядовитые.
По способу питания грибы делят на сапрофитов и паразитов.
1. Грибы-сапрофиты питаются отмершими организмами, органическими остатками, пищевыми продуктами, созревшими плодами, вызывая их гниение и распад. К сапрофитам относятся мукор, пеницилл, аспергилл, большинство шляпочных грибов.
2. Грибы-паразиты поселяются на живых организмах (растениях и животных), разрушая их, вызывая заболевания и иногда приводя к гибели. Фитофтора – опасный вредитель картофеля и томатов. Она поражает ботву и клубни картофеля, плоды томата, отчего они чернеют и отмирают. Головня и спорынья – паразиты хлебных злаков. Сферотека вызывает мучнистую росу у крыжовника, смородины. Многие низшие грибы являются возбудителями заболеваний человека и животных (стригущий лишай, парша, микозы). Трутовики поражают деревья, повреждают древесину, чем наносят большой вред лесному хозяйству.
