Но вернемся к микроорганизмам и посмотрим, есть ли у них клетки. За исключением некоторых вирусов и бактериофагов (подробнее мы познакомимся с ними в третьей части нашей книги), все микробы представляют собой одноклеточные организмы. Уже со времен Спалланцани мы знаем, что каждая микробная клетка происходит от себе подобной. Значит, и здесь можно говорить о родителях и их потомстве (в отношении бактерий принято использовать термины «материнские» и «дочерние» клетки).
Растения, животные и микроорганизмы имеют одну очень важную общую черту строения — клеточную организацию. Клетка — это наименьшая форма организованной живой материи, способная в подходящих для нее среде и условиях существовать самостоятельно.
Наш организм состоит из многих миллиардов клеток, объединенных в более крупные элементы — ткани. Последние составляют еще более высокие по уровню (имеется в виду строение и функция) единицы — органы, связанные в свою очередь многими сложными взаимоотношениями в одно целое — организм. В настоящее время биологам уже хорошо известно, как «приучать к самостоятельности» и некоторые клетки человеческого, животного или растительного организма (фото 2).
В мире микробов мы найдем множество фактов, говорящих о способности отдельных клеток выполнять основные жизненные функции: движение, обмен веществ, размножение, реакции на раздражение и пр. Если животные и растения в громадном большинстве являются многоклеточными организмами, мир микробов представлен, как правило, одноклеточными существами. Бактерии, дрожжи, некоторые микроскопические грибы, простейшие и многие водоросли — все это одноклеточные представители мира микроорганизмов (фото 3).
Микробиологические меры длины и веса
Астрономы измеряют огромные пространства Вселенной такой мерой длины, как световой год, подразумевая под этим расстояние, проходимое лучом света за один год. Он равен приблизительно девяти с половиной биллионам километров.
Моряки в своих плаваниях измеряют расстояния в морских милях; мы, путешествуя, используем в качестве меры длины километр, а в повседневной жизни обходимся метрами, дециметрами, сантиметрами и миллиметрами.
Но для микроорганизмов все эти меры слишком велики. Ведь бактериальная клетка средних размеров достигает в длину лишь тысячной доли миллиметра! Поэтому микробиологи применяют еще более мелкие единицы измерения: микрометр (мкм), или тысячная доля миллиметра, нанометр (нм), или миллионная доля миллиметра. При работе с электронным микроскопом используется еще более мелкая единица — ангстрем (Å), или десятимиллионная часть миллиметра. Таким образом,
1 мм = 1000 мкм = 1 000 000 нм = 10 000 000 Å.
Громадное большинство клеток бактерий имеет в среднем величину 0,5—1 мкм, клетки дрожжевых грибов или красных кровяных телец человека достигают 5—10 мкм. Поэтому-то их нельзя увидеть невооруженным глазом и долгое время они оставались скрытыми для человека, пока на помощь ему не пришел микроскоп.
Как же измерить длину такой клетки? Самый первый способ придумал еще Левенгук в 1684 году. Он подобрал несколько одинаковых песчинок, положил их одну за другой на отрезке прямой, равном ширине большого пальца, и пересчитал. А потом сравнил величину красных кровяных телец с этими песчинками. Таков был этот простой метод. С тех пор измерение при помощи микроскопа прошло путь длительного усовершенствования. Сейчас величину клеток мы измеряем под микроскопом специальными приборами; кроме того, существуют полуавтоматические и автоматические устройства для измерения не только величины, но и объема клетки!
Самые мелкие бактерии имеют в диаметре около десятой доли микрометра, но есть и такие, волокнообразные клетки которых достигают в длину нескольких сантиметров, а в ширину всего 40 мкм. Если величина клеток дрожжей, как мы уже знаем, 5—10 мкм, то волокнистые клетки других грибов достигают в длину нескольких миллиметров. Большая часть одноклеточных водорослей имеет также микроскопические размеры, хотя известны случаи, когда их длина составляет не меньше нескольких сантиметров. Вообще же можно считать, что клетки микроорганизмов — это живые существа бесконечно малых размеров. Чтобы лучше понять, сколь ничтожны эти размеры, можно представить их себе увеличенными во много раз и сравнить с видимыми предметами, увеличенными во столько же раз. Если, например, клетку бактерии величиной в полмикрометра микроскоп увеличит до размеров макового зернышка, то само зернышко, увеличенное во столько же раз, представляло бы собою «шарик» до двух метров в диаметре, а человек среднего роста при таком увеличении превратился бы в гиганта, которому Герлаховски-Штит[4] не доходил бы до плеча.
Различные объекты в световом и электронном микроскопах.
Вполне понятно, что такие маленькие существа, как бактерии, должны быть и необычайно легкими. На один миллиграмм веса приходится 5 миллиардов бактерий. При этом такое астрономическое количество клеток занимает крохотное пространство. Если в одном кубическом сантиметре питательной среды насчитывается миллиард бактерий размером 1x5 нанометров, то указанное выше количество займет всего одну двухсотую долю этого объема!
Хаос и наведение в нем порядка
Известный современный английский физик Джон Бернал назвал XVIII век веком путешествий, коллекционирования и классификации.
Шведский ученый Карл Линней, много путешествовавший по свету и собравший гигантские коллекции, создал систему классификации минералов и животных. Но наибольшего успеха он достиг в классификации растений. Лишь «зверушкам» Левенгука он не уделил большого внимания, хотя и выделил для них в своей системе особую клеточку, объединив их всех под названием «хаос инфузорий» и отметив, что эти мельчайшие живые существа не нуждаются в дальнейшей классификации, поскольку не имеют особого значения.
Хаос в отношении места микробов в живой природе царил еще и во времена Пастера, хотя тогда уже многое было известно об их деятельности. Но в гниющем мясе, бродивших жидкостях и других объектах, в которых ученым приходилось наблюдать этот таинственный мир мельчайших существ, находилось такое фантастическое разнообразие «зверушек», что возникло даже особое понятие «плеоморфизм», означавшее безграничную изменчивость микробов.
В противовес «плеоморфистам» вокруг Коха сгруппировались ученые, твердо отстаивавшие иную точку зрения и способствовавшие своими открытиями интенсивному развитию микробиологии.
На основании работ с чистыми культурами Кох пришел к заключению, что микробы неизменны, что шарообразные бактерии всегда дадут потомство такой же шаровидной формы и принимать иной облик и превращаться в иные виды микробов они не способны. Это направление в микробиологии получило название «мономорфизма». Если немецкий плеоморфист Ханс Галлир утверждал, что более мелкие микробы, бактерии и дрожжи являются лишь низшей ступенью развития более сложных грибов и могут превращаться в них под влиянием факторов внешней среды, то мономорфисты с не меньшим упорством доказывали, что внешняя форма микробов неизменна и каждый вид имеет особое место и назначение в природе.
Дальнейшее развитие микробиологии показало справедливость взглядов мономорфистов, но кое-что из положений плеоморфистов об изменчивости микробов мы принимаем и в настоящее время. Однако победа мономорфистов была в то время важной, поскольку дала толчок к попыткам создать из «микробиотического хаоса» систему, связанную с системой всех живых организмов.
Всю живую природу натуралисты разделили на два крупных царства — растительное и животное. В каждом царстве различают несколько типов, подразделяющихся на отряды; в отрядах — несколько классов, в каждом классе содержатся порядки; последние делятся на семейства, состоящие из родов, а роды в свою очередь — на виды. Каждый вид имеет свое название, которое состоит из двух слов. Такую «бинарную номенклатуру» ввел еще Линней. Первое слово, пишущееся с заглавной буквы, представляет название рода данного организма, а второе является его видовым эпитетом (в границах рода), подобно тому как у людей фамилия означает принадлежность к той или иной семье, а имя отличает их друг от друга в кругу семьи. Бацилла туберкулеза, например, носит научное название Mycobacterium tuberculosis, дрожжи — Saccharomyces cerevisiae, бацилла столбняка — Clostridium tetani; дрозд называется Turdus musicus, сахарная свекла — Beta vulgaris.
Одни микробы напоминают своими свойствами и особенно характером питания зеленые растения, другие — животных. Таким образом, мир микроорганизмов объединяет очень разнообразных представителей. Мы относим к ним вирусы, риккетсии, бактерии, микроскопические грибы, сине-зеленые и другие микроскопические водоросли и простейшие. Часто приходится встречаться с тенденцией объединять все микроорганизмы в одно особое царство под названием Protista в отличие от царств растений (Plantae) и животных (Animalia).
