Самые маленькие размеры имеют бактерии вирусы грибы растения

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (906,8 кБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель: формирование знаний о вирусах как неклеточной форме жизни, их строении, особенностях жизнедеятельности.

Образовательные:

• расширить знания о строении и функционировании вирусов
• углубить знания о значении вирусов в эволюции, природе и жизни человека

Развивающие:

• продолжить развитие познавательных процессов
• развитие умений работать в группах, анализировать, сравнивать, делать выводы, подводить итоги

Воспитательные:

• формирование патриотического воспитания через гордость за отечественного ученого, сделавшего величайшее открытие в области вирусологии
• осуществление санитарно-гигиенического воспитания

Оборудование: интерактивная доска, компьютер, интерактивная презентация к уроку (презентация 1) или (презентация 2), опорный лист (приложение 3)

Тип урока: изучение нового материала; первичное закрепление знаний и способов деятельности.

Используемая технология: информационно-коммуникационная технология, технология опорных схем и конспектов.

1. Организационный момент.

Приветствие учащихся. Проверка готовности к уроку. Постановка темы и целей урока.

Здравствуйте, ребята! На уроках биологии, изучая молекулярный уровень, вы познакомились с органическими веществами. Назовите их (Белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты). Какие функции выполняют данные вещества? (Энергетическую, структурную, транспортную, запасающую, особая роль у нуклеиновых кислот - хранение наследственной информации). Может ли одно или два органических веществ быть самостоятельным организмом? В природе существуют такие формы - вирусы. И сегодня мы найдем ответ на вопрос: это вещества или существа, - рассмотрев их строение и процессы.

2. Изучение нового материала.

1. История открытия вирусов.

В 1892 году русский микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский изучал табачную мозаику - болезнь растения табака, при которой его листья становятся пятнистыми. Ивановский обнаружил, что сок, полученный из пораженных листьев, при нанесении его на здоровые растения способен передавать им болезнь. Желая выделить микроорганизмы, вызывающие табачную мозаику, Ивановский решил пропустить сок из больных листьев через фарфоровые фильтры, поры которых столь малы, что через них не могут пройти даже самые мелкие бактерии. Профильтрованный сок по-прежнему инфицировал здоровые растения, и Ивановский решил, что его фильтры имеют дефекты и поэтому пропускают сквозь себя бактерии, вызывающие табачную мозаику. Нидерландский микробиолог Мартинус Бейеринк в 1897 году, повторив эксперимент Ивановского, пришел к выводу, что агент, вызывающий болезнь табака, слишком мал, это некое вещество, молекула которого примерно такого же размера, как и молекула сахара. Бейеринк назвал этот инфицирующий агент фильтрующимся вирусом (слово "вирус" латинское, оно переводится как "отрава", "яд"). Увидеть вирусы удалось лишь в электронный микроскоп спустя 50 лет после их открытия. В знак признания выдающихся заслуг Д.И.Ивановского перед вирусологической наукой Институту вирусологии АМН СССР в 1950 году было присвоено его имя, в Академии медицинских наук учреждена премия имени Д.И.Ивановского, присуждаемая один раз в три года.

2. Размеры и формы вирусов.

Число вирусов, выявленных на сегодня, превышает тысячу. Все они объединены в царство Vira. Их изучает наука вирусология. Все они настолько малы, что, по словам одного из ученых, коллекция, собранная из всех известных вирусов, "поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко"!

Самые крупные вирусы (например, вирус оспы) достигают величины 400-700 нм и приближаются по размерам к небольшим бактериям; самые мелкие (возбудители полиомиелита, энцефалита, ящура) измеряются всего десятками нанометров, близки к крупным белковым молекулам, в частности молекулам гемоглобина крови; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий (слайд 1).

Вирусы имеют разнообразные формы: палочковидные (ВТМ); пулевидные (вирус бешенства); сферические (полиомиелит, ВИЧ); нитевидные (филовирусы); в виде многогранников.

Что же входит в состав вируса?

3. Строение вирусной частицы.

Просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды, то есть состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих капсид (слайд 2). Пример такого строения - вирус табачной мозаики. Сложноорганизованные вирусы имеют дополнительную оболочку, состоящую из липидов, углеводов, а некоторые вирусы имеют фрагмент мембраны клетки-хозяина. Геном вируса представлен однонитчатой (РНК - краснуха, корь, грипп, ВИЧ, ДНК - крысиный) или двунитчатой (ДНК - оспа, РНК - вирусы насекомых) молекулой ДНК или РНК. Так просто не устроен ни один живой организм. Какой вывод по этой части работы можно сделать? Является ли вирус клеткой? Чем отличаются вирусы по строению от клеток растений, животных, грибов и бактерий?

Сравним строение вирусной частицы с клеткой бактерии (слайд 3).

Заполним вторую колонку таблицы "Отличие от живых организмов", используя данный материал и текст параграфа № 10 (страница 38).

4. Процессы жизнедеятельности.

Что можно сказать о значении вирусов, обратив внимание на их названия?

- К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, грипп, полимиелит, герпес, клещевой энцефалит, оспа, бешенство, корь, желтая лихорадка, инфекционный насморк, СПИД, гепатит А,В,С.

- У животных - ящур, коровья оспа, бешенство, грипп и др.

- У растений - МБТ (мозаичная болезнь табака), вирусы могут определять пятнистость окраски цветков (например, у тюльпана), изменения окраски листьев у многих растений.

Вирусы ведут паразитический образ жизни. Вирусы вне клетки являются просто веществом. Эта фаза жизни - внеклеточная, покоящаяся, нет признаков жизни, фаза вириона. Вторая фаза - внутриклеточная, размножающаяся в клетке хозяина. Обратите внимание на то, что вирус способен прикрепляться лишь к определенным клеткам, имеющим на своей поверхности специальные рецепторы. Вирусы бактерий - бактериофаги, имеют специальное приспособление, несколько напоминающее шприц. Просмотрев модель заражения клетки вирусной частицей проранжируйте этапы (слайд 4).

• Лизис - растворение бактериальных клеток
• Матурация - созревание вирусных частиц
• Пенетрация - проникновение вируса в клетку
• Выход размножившегося вируса из инфицированной клетки
• Адсорбция - прикрепление вируса к клеточной стенке
• Эклипс - синтез ферментов, необходимых для синтеза и репликации нуклеиновых кислот вируса

- Этап 1. Прикрепление вируса к клетке. На поверхности клеток имеются специальные рецепторы, с которыми бактериофаг связывается хвостовыми нитями. Этим объясняется строгая "прописка" вирусов в тех или иных клетках. (Например, грипп - эпителиальные клетки верхних дыхательных путей, гепатит - печень, ВИЧ - лимфоциты).

- Этап 2. Проникновение вируса в клетку. Обратите внимание на экран. Бактериофаг вводит внутрь клетки хвост, который представляет собой полый стержень. И, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь клетки, а капсид остается снаружи. Вирус работает как своеобразный генетический шприц.

- Этап 3. Размножение вируса, т.е. редупликация вирусного генома. Проникнув внутрь клетки, вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки хозяина. Проникает в святая святых клетки, в центр управления жизнедеятельностью - в ядро.

- Этап 4. Синтез вирусных белков и самосборка капсида. Клетка, сама того не желая, начинает синтезировать вирусные белки вместо собственных. При этом используются структуры и энергия самой клетки. Из этих вирусных белков и образуются новые вирусные оболочки - капсиды. Этот процесс размножения не сравним с размножением других биологических видов. "Происходит смерть ради жизни" - при попадании в клетку вирус сначала разрушается. Но ему достаточно одной нуклеиновой кислоты, чтобы через 10 минут внутри клетки хозяина образовалось сотни новых вирусных частиц.

- Этап 5. Выход вирусов из клетки. А что происходит с самой клеткой? Она гибнет. А вирусные частицы уже готовы к очередной атаке, готовы разрушить сотни других клеток.

Некоторые вирусы успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая и разрушая клетки, Иногда вирус живет мирно и размножается вместе с клеткой. такое перемирие может длиться годами. но в любой момент может быть нарушено.

Таким образом, мы рассмотрели основные этапы жизнедеятельности вирусов. Какой вывод можно сделать? Заполним первую колонку таблицы "Сходство с живыми организмами".

Какими специфическими чертами обладают вирусы? Так к какой группе принадлежат вирусы? Правильно - это живая система, ведущая паразитический образ жизни.

Почему трудно бороться с вирусами, попавшими внутрь клетки?

Вирусы очень малы, они действуют на клеточном и молекулярном уровне. Человечество сегодня имеет мало возможностей борьбы с вирусами.

Основными путями передачи вирусной инфекции являются:

1) Пищевой путь, при котором вирус попадает в организм человека с загрязненными продуктами питания и водой (вирусный гепатит А, Е и др.)

2) Парентеральный (или через кровь), при котором вирус попадает непосредственно в кровь или внутреннюю среду человека. Главным образом это происходит при манипуляции зараженными хирургическими инструментами или шприцами, при незащищенном половом контакте, а также трансплацентарно от матери к ребенку. Таким путем передаются хрупкие вирусы, быстро разрушающиеся в окружающей среде (вирус гепатита В, ВИЧ, вирус бешенства и др.).

3) Дыхательный путь, для которого свойственен воздушно-капельный механизм передачи, при котором вирус попадает в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, который содержит частицы мокроты и слизи выброшенных больным человеком или животным. Это наиболее опасный путь передачи, так как с воздухом вирус может переноситься на значительные расстояния и вызывать целые эпидемии. Так передаются вирусы гриппа, парагриппа, свинки, ветряной оспы и др.

В результате адаптации к окружающей среде и применения лекарственных препаратов вирусы постоянно изменяют свою наследственную информацию. Постоянно приходится разрабатывать новые лекарственные препараты, но разработка их и внедрение - дело весьма сложное, дорогое и не быстрое. И если для борьбы с бактериальными инфекциями человечество располагает обширным арсеналом антибиотиков, то аналогичных лекарств для борьбы с вирусными болезнями практически нет. Можно сделать вывод, что основным методом борьбы с вирусами является профилактика.

Какие профилактические меры необходимо соблюдать человеку, чтобы избежать заражения?

Выскажите свое мнение о мерах профилактики вирусных заболеваний. Обменяемся мнениями. Общие правила:

• строгий контроль за донорской кровью и ее препаратами;
• использование одноразовых инструментов и тщательная стерилизация аппаратов и приборов многократного использования;
• использование индивидуальных защитных приспособлений (перчаток, специальной одежды и др.);
• вакцинация;
• документальная регистрация всех случаев заражения;
• личная и общественная гигиена;
• соблюдение правил здорового образа жизни: рациональное питание, занятие физкультурой, закаливание, искоренение вредных привычек.
• соблюдение морально - нравственных норм

Данный комплекс мер позволяет избежать проникновения вируса в человеческий организм и, как следствие,- возникновение болезни. Предлагаю продолжить фразу : "Я считаю, что :. - это самый эффективный способ в борьбе с вирусами, потому что. " (слайд 5).

3. Закрепление нового материала.

1. Заполнена таблица (слайд 6):

Характерные особенности вирусов
Сходство с живыми организмами	Отличие от живых организмов	Специфические черты
1) Способность к размножению.

4) Характерна приспособляемость к меняющимся условиям окружающей среды. 1) Во внешней среде имеют форму кристаллов, не проявляя никаких свойств живого.

2) Не потребляют пищи.

3) Не вырабатывают энергию. 4)Не растут.

5) Нет обмена веществ.

6) Имеют неклеточное строение. 1) Очень маленькие размеры.

2) Простота организации

(нуклеиновая кислота + белки).

3) Занимают пограничное

положение между неживой и живой материей.

4) Высокая скорость размножения.

5) Носитель наследственной информации или ДНК, или РНК.

2. Дайте определения понятиям: капсид, вирус, СПИД, вирусология, бактериофаг, ДНК (слайд 7).

3. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, объясните их.

1. В переводе с латинского "вирус" означает маленький.
2. Вирусы имеют клеточное строение.
3. По отношению к бактериям вирусы меньше по размеру.
4. Вирус представляет собой мельчайшую на Земле живую систему биомолекулярного уровня.
5. Капсид у всех вирусов состоит из одной оболочки.
6. Один и тот же вирус может жить в клетках разного вида.
7. ВИЧ имеет палочковидную форму.
8. Туберкулез - это вирусное заболевание.
9. Вирусы являются возбудителями заболеваний растений.
10. Вирусы были открыты в 19 веке.

Ошибочные утверждения: 1, 2, 5, 6, 7, 8(слайд 8).

Стихийным злом эволюции назвали ученые сверхмельчайшие формы жизни, не имеющие клеточного строения, значение их огромно, и многое еще неизвестно об этих загадочных существах нашей планеты.

В настоящее время на Земле описано более 2,5 млн видов живых организмов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, так как многие виды микроорганизмов, насекомых и др. не учтены. Кроме того, считается, что современный видовой состав — это лишь около 5% от видового разнообразия жизни за период ее существования на Земле.
Для упорядочения такого многообразия живых организмов служат систематика, классификация и таксономия.

Систематика — раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам.
Классификация — распределение всего множества живых организмов по определённой системе иерархически соподчинённых групп — таксонов.
Таксономия — раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон — искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства, и в то же время достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определённую таксономическую категорию того или иного ранга.

В современной классификации существует следующая иерархия таксонов:

• царство;
• отдел (тип в систематике животных);
• класс;
• порядок (отряд в систематике животных);
• семейство;
• род;
• вид.

Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и подцарства, над- и подотделы, над- и подклассы и т. д.

Систематика живых организмов постоянно изменяется и обновляется. В настоящее время она имеет следующий вид:

• Неклеточные формы
  • Царство Вирусы
• Клеточные формы
  • Надцарство Прокариоты (Procariota):
    • царство Бактерии (Bacteria, Bacteriobionta),
    • царство Архебактерии (Archaebacteria, Archaebacteriobionta),
    • царство Прокариотические водоросли
      • отдел Сине-зелёные водоросли, или Цианеи (Cyanobionta);
      • отдел Прохлорофитовые водоросли, или Прохлорофиты (Prochlororhyta).
  • Надцарство Эукариоты (Eycariota)
    • царство Растения (Vegetabilia, Phitobiota или Plantae):
      • подцарство Багрянки (Rhodobionta);
      • подцарство Настоящие водоросли (Phycobionta);
      • подцарство Высшие растения (Embryobionta);
    • царство Грибы (Fungi, Mycobionta, Mycetalia или Mycota):
      • подцарство Низшие грибы (одноклеточные) (Myxobionta);
      • подцарство Высшие грибы (многоклеточные) (Mycobionta);
    • царство Животные (Animalia, Zoobionta)
      • подцарство Простейшие, или Одноклеточные (Protozoa, Protozoobionta);
      • подцарство Многоклеточные (Metazoa, Metazoobionta).

Ряд учёных выделяет в надцарстве Прокариоты одно царство Дробянки, которое включает три подцарства: Бактерии, Архебактерии и Цианобактерии.

Вирусы, бактерии, грибы, лишайники

Вирусы были открыты в 1892 г. русским биологом Д. И. Ивановским, ставшим основоположником вирусологии. Они являются неклеточной формой жизни и занимают пограничное положение между неживой и живой материей. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых организмов, только попав внутрь клетки.

• способность к размножению;
• наследственность и изменчивость

• не имеют клеточного строения;
• не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма);
• могут существовать только как внутриклеточные паразиты;
• не увеличиваются в размерах (не растут);
• имеют особый способ размножения;
• имеют только одну нуклеиновую кислоту — либо ДНК, либо РНК.

Вирусы существуют в двух формах: покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются, и внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов. Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки — капсида.

Некоторые более сложные вирусы (гриппа, герпеса и др.), помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты, могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и ряд ферментов. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов. Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др.

В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Нуклеиновая кислота содержит генетическую информацию, обычно о строении белков капсида. Она может быть линейная или кольцевидная, в виде одно- или двуцепочечной ДНК, одно- или двуцепочечной РНК.

При проникновении вируса внутрь клетки специальные белки вирусной частицы связываются с белками-рецепторами клеточной оболочки. В животную клетку вирус может проникать при процессах пино- и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки. Бактериофаги (вирусы, паразитирующие на бактериях), как правило, не попадают внутрь клетки, так как этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота вируса.
Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки разрушаются и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.
Полагают, что происхождение вирусов связано с эволюцией каких-то клеточных форм, которые в ходе приспособления к паразитическому образу жизни вторично утратили клеточное строение.
Вирусы способны поражать различные живые организмы. Первым открытым вирусом был вирус табачной мозаики, поражающий растения. Вирусную природу имеют такие заболевания животных и человека, как натуральная оспа, бешенство, энцефалиты, лихорадки, инфекционные гепатиты, грипп, корь, бородавки, многие злокачественные опухоли, СПИД и др. Кроме того, вирусы способны вызывать генные мутации.

Вирус, вызывающий заболевание СПИДом (синдром приобретённого иммунодефицита), поражает клетки крови, обеспечивающие иммунитет организма. В результате больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции. Вирусы СПИДа могут проникнуть в организм человека во время половых сношений, во время инъекций или операций при несоблюдении условий стерилизации. Профилактика СПИДа заключается в избегании случайных половых связей, использовании презервативов, применении одноразовых шприцев.

Все прокариоты принадлежат к одному царству Дробянки. В его состав входят бактерии и сине-зелёные водоросли.

Прокариотические клетки не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоидом, единственная молекула ДНК замкнута в кольцо и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин, поверх клеточной стенки располагается слизистый слой, выполняющий защитную функцию, отсутствуют мембранные органоиды (хлоропласты, митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи), их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, нет центриолей и веретена деления, реснички и жгутики имеют особую структуру. Деление клеток осуществляется путём перетяжки (митоза и мейоза нет). Этому предшествует репликация ДНК, затем две копии расходятся, увлекаемые растущей клеточной мембраной.

Выделяют три группы бактерий: архебактерии, эубактерии и цианобактерии.

Архебактерии — древнейшие бактерии (метанообразующие и др., всего известно около 40 видов). Имеют общие черты строения прокариот, но значительно отличаются по ряду физиологических и биохимических свойств от эубактерий. Эубактерии — истинные бактерии, более поздняя форма в эволюционном отношении. Цианобактерии (цианеи, сине-зелёные водоросли) — фототрофные прокариотические организмы, осуществляющие фотосинтез подобно высшим растениям и водорослям с выделением молекулярного кислорода.

По форме клеток различают следующие группы бактерий: шаровидные — кокки, палочковидные — бациллы, дугообразно изогнутые — вибрионы, спиралеобразные — спириллы и спирохеты. Многие бактерии способны к самостоятельному движению за счёт жгутиков или благодаря сокращению клеток. Бактерии — одноклеточные организмы. Некоторые способны образовывать колонии, но клетки в них существуют независимо друг от друга.

В неблагоприятных условиях некоторые бактерии способны образовывать споры за счёт формирования плотной оболочки вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. Споры бактерий служат не для размножения, как у растений и грибов, а для защиты организма от воздействия неблагоприятных условий (засухи, нагревания и др.).

По отношению к кислороду бактерии делят на аэробов (обязательно нуждающиеся в кислороде), анаэробов (погибающие в присутствие кислорода) и факультативные формы.

По способу питания бактерии делятся на автотрофные (в качестве источника углерода используют углекислый газ) и гетеротрофные (используют органические вещества). Автотрофные, в свою очередь, делятся на фототрофов (используют энергию солнечного света) и хемотрофов (используют энергию окисления неорганических веществ). К фототрофам относят цианобактерии (сине-зелёные водоросли), которые осуществляют фотосинтез, как и растения, с выделением кислорода, и зелёные и пурпурные бактерии, которые осуществляют фотосинтез без выделения кислорода. Хемотрофы окисляют неорганические вещества (нитрифицирующие бактерии, азотфиксирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.).

Гетеротрофы делятся на сапрофитов (используют органические вещества мёртвой массы) и паразитов (используют органические вещества живых организмов). Гетеротрофы могут окислять органические вещества при участии кислорода (дыхание) или в анаэробных условиях (брожение). Выделяют несколько типов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксусное, маслянокислое и др.

Бактерии размножаются бесполым путём — делением клетки (у прокариот митоза и мейоза нет) при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.

Благодаря очень разнообразному метаболизму бактерии могут существовать в самых различных условиях среды: в воде, воздухе, почве, живых организмах. Велика роль бактерий в образовании нефти, каменного угля, торфа, природного газа, в почвообразовании, в круговоротах азота, фосфора, серы и других элементов в природе. Сапротрофные бактерии участвуют в разложении органических останков растений и животных и в их минерализации до СО₂, Н₂О, H₂S, NH₃ и других неорганических веществ. Вместе с грибами они являются редуцентами. Клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) образуют симбиоз с бобовыми растениями и участвуют в фиксации атмосферного азота в минеральные соединения, доступные растениям. Сами растения такой способностью не обладают.

Человек использует бактерии в микробиологическом синтезе, в очистных сооружениях, для получения ряда лекарств (стрептомицин), в быту и пищевой промышленности (получение кисломолочных продуктов, виноделие).

Однако бактерии приносят не только пользу, но и вред. Бактерии-паразиты разрушают клетки хозяина или выделяют токсические вещества. Они являются возбудителями опасных инфекционных заболеваний, таких как чума, холера, дифтерия, дизентерия, туберкулез и др. Для борьбы с ними проводят вакцинации населения, дезинфекцию предметов, стерилизацию или пастеризацию воды и продуктов питания.

Общая характеристика грибов. Грибы выделяют в особое царство, насчитывающее около 100 тыс. видов.

Отличия грибов от растений:

• гетеротрофный способ питания
• запасное питательное вещество гликоген
• наличие в клеточных стенках хитина

Отличия грибов от животных:

• неограниченный рост
• поглощение пищи путём всасывания
• размножение с помощью спор
• наличие клеточной стенки
• отсутствие способности активно передвигаться
• Строение грибов разнообразно — от одноклеточных форм до сложноустроенных шляпочных форм

Строение лишайников. Лишайники насчитывают более 20 тыс. видов. Это симбиотические организмы, образованные грибом и водорослью. При этом лишайники представляют собой морфологически и физиологически целостный организм. Тело лишайника состоит из переплетённых гиф гриба, между которыми располагаются водоросли (зелёные или сине-зелёные). Водоросли осуществляют синтез органических веществ, а грибы поглощают воду и минеральные соли. В зависимости от строения тела (слоевища) различают три группы лишайников: накипные, или корковые (слоевище имеет вид налётов или корочек, плотно срастающихся с субстратом); листовидные (в форме пластинок, прикреплённых к субстрату пучками гиф); кустистые (в форме стволиков или лент, обычно разветвлённых и срастающихся с субстратом только основанием). Рост лишайников осуществляется крайне медленно — всего по несколько миллиметров в год.

05 февраля 2019

• 1022
• 0,8
• 0
• 1

Стоило микробиологам смириться с тем, что некоторые вирусы, например, мимивирусы, по размерам превосходят многих бактерий, как выяснилось, что существует огромное количество бактерий и архей, которые столь малы, что могут проходить через фильтры с порами диаметром менее 0,45 мкм (450 нм), считавшиеся ранее непроницаемыми для клеток. Где же обитают эти загадочные пигмеи микробного мира, и каковы особенности их физиологии?

Кто же они, эти мельчайшие микроорганизмы?

Пока что известно, что клетки некоторых бактерий при определенных условиях действительно сильно мельчают. Речь идет об условиях недостатка питательных веществ. Дело в том, что при уменьшении размера клетки отношение площади ее поверхности к объему увеличивается, поэтому она эффективнее удовлетворяет свои потребности в питательных веществах, впитываемых из окружающей среды. По этой причине многие микроорганизмы мельчают, когда жизнь становится тяжелой. Например, клетки Staphylococcus aureus при недостатке питательных веществ уменьшаются почти на 40%, а бактерии Pseudomonas syringae могут становиться вполовину меньше при неблагоприятных условиях.

В то же время некоторые микробы, имеющие весьма скромные размеры в природе, разрастаются на благодатных лабораторных средах. Например, пелагическая (то есть обитающая в толще океана) бактерия Sphignomonas alaskensis в естественной среде обитания достигает 0,2–0,5 мкм в диаметре и 0,5–3 мкм в длину, а в лаборатории ее клетки увеличиваются до 0,8 мкм в диаметре и 2–3 мкм в длину.

Интересно, что некоторые микроорганизмы, хотя и превышают 220 или 450 нм в диаметре, каким-то образом ухитряются протискиваться через поры фильтра. Как правило, это микробы, лишенные плотной клеточной стенки.

Наконец следует признать, что действительно существуют виды бактерий и архей, размеры клеток которых в любых условиях не превышают 50–400 нм в диаметре (около 0,1 мкм 3 в объеме), и именно этих микробов мы рассмотрим подробно.

Особенности физиологии и образа жизни клеток-пигмеев

Многие наномикробы ведут симбиотический образ жизни, а иногда даже паразитируют на других микроорганизмах. Так как часть необходимых для жизни соединений они получают от симбионта или хозяина, многие гены нанобактерий, отвечающие за различные метаболические процессы, становятся ненужными и утрачиваются. Так, в 2002 году был описан случай паразитирования одного вида архей, Nanoarchaeum equitans, на археях другого вида — Ignicoccus hospitalis [2]. Геном N. equitans содержит всего лишь полмиллиона пар оснований, и эта архея не может существовать без своего хозяина, а вот клеткам I. hospitalis, похоже, нахлебник и не причиняет вреда, и не приносит пользы (рис. 1).

Рисунок 1. Наноархея Nanoarchaeum equitans (маленькие шарики) паразитирует на архее Ignicoccus hospitalis (большие шары). Фотографии получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. На некоторых изображениях видны мембранные контакты клеток.

Более сложные паразитические отношения сложились у бактерии Actinomyces odontolyticus subsp. actinosynbacter XN00, обитающей в полости рта человека, с маленькой бактерией, обозначаемой TM7x (ее относят к предполагаемому отделу Saccharibacteria). Клетки TM7x имеют сферическую форму 200–300 нм в диаметре, а геном этой бактерии включает всего лишь 0,705 миллиона пар оснований. В нормальных условиях TM7x просто прикрепляется к клеткам A. odontolyticus subsp. actinosynbacter XN00 и получает от них некую долю аминокислот, которые сама не может синтезировать. Однако в условиях голодания TM7x становится паразитом, буквально высасывает все соки из своего хозяина и убивает его. Но оказалось, что TM7x в нормальных условиях приносит своему хозяину и пользу, подавляя активность атакующих его макрофагов ротовой полости [3].

Свободноживущие наномикроорганизмы удалось найти в самых разных местообитаниях. Многие из них были обнаружены с помощью метагеномики, то есть секвенирования всех молекул ДНК, содержащихся в образце из окружающей среды. Многие из собранных таким образом геномов имеют крайне малые размеры, что свидетельствует об их вероятной принадлежности очень маленьким микроорганизмам. Изучение микробов в их естественной среде обитания, без культивирования, также возможно с помощью проточной цитометрии [4] и флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). С помощью FISH можно флуоресцентно метить организмы с определенными последовательностями рРНК и, следовательно, относящиеся к одной таксономической группе, а затем отделять флуоресцирующие клетки с помощью цитометра. Такой подход позволил, например, описать кладу ультрамикробактерий, обозначаемую как LD12, которая обитает в пресной воде.

Рисунок 2. Клетка археи группы ARMAN

Особую группу архей, известную как ARMAN (от Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganism, ацидофильные наноархеи Ричмондских рудников), обнаружили в образце кислых шахтных вод (рис. 2). Криоэлектронная микроскопия [5] показала, что эти микробы представляют собой клетки объемом всего лишь 0,03 мкм 3 , однако с четко выраженными клеточными стенками.

Некоторых наномикробов даже удалось вырастить в культуре. Бактерию Ca. Pelagibacter ubique удалось вырастить на нестандартной среде, состоящей из метионина, глицина, пирувата и искусственной морской воды (рис. 3) [1]. Выяснилось, что в условиях недостатка глицина эта бактерия может потреблять гликолат, который превращает в глицин, а глицин, в свою очередь, использует для биосинтеза серина. Вероятно, способность превращать гликолат в глицин возникла в ходе эволюции в ответ на избыток гликолата, который появляется в фикопланктоне в условиях углеродного голодания.

Рисунок 3. Клетка Ca. Pelagibacter ubique под электронным микроскопом

Некоторые ультрамикробактерии освоили бедные кислородом пелагические воды. Так, с помощью проточной цитометрии выделили группу бактерий SUP05, способных метаболизировать серу и, по-видимому, играющих важную роль в круговороте углерода, серы и азота.

Наномикробы приспособились даже к условиям торфяных болот, где, хотя и нет недостатка в органическом углероде, очень мало минеральных веществ. Например, в сфагновом болоте на севере России удалось выделить множество видов нанобактерий и наноархей из самых разных систематических групп.

Мельчайшие микроорганизмы сумели освоить даже льды Гренландии, размножаясь при отрицательных температурах и крайне низких концентрациях питательных веществ. Живые клетки были обнаружены даже в образце гренландского льда возрастом 120 тысяч лет! Примечательно, что, помимо бактерий и архей, в образцах льда найдены даже споры грибов.

В 2015 году представители трех предполагаемых отделов бактерий (WWE3, OD11 и OP1) были найдены в окрестностях реки Колорадо — в подземных водах, расположенных на глубине нескольких метров от поверхности [6]. С помощью криоэлектронной микроскопии у них удалось идентифицировать пили, клеточные стенки и даже пронаблюдать клеточное деление и заражение вирусами. Последующий метагеномный анализ показал, что у этих бактерий имеется фермент Рубиско (рибулозобисфосфаткарбоксилаза), с помощью которого растения фиксируют углекислый газ и в цикле Кальвина включают его в углеводы. Однако у формы Рубиско, найденной у ультрамикробактерий, фиксация углекислого газа сопряжена с непосредственным образованием АТФ из АМФ [7].

Заключение

Несмотря на очень малые размеры, нанобактерии и наноархеи освоили самые разнообразные, зачастую даже экстремальные местообитания. У них обнаруживаются уникальные метаболические пути, они способны к сложным взаимодействиям с другими организмами — чего стоит одна крошечная бактерия TM7x, которая научилась даже усмирять макрофагов в ротовой полости человека! Бурное описание сотен и тысяч новых видов микроорганизмов, ставшее возможным благодаря распространению метагеномики, несомненно, приведет к открытию еще более удивительных свойств самых маленьких живых клеток на Земле.