Мир на кончике иглы бактерии и вирусы

Мир на кончике иглы бактерии и вирусы

Такие разные, такие похожие

Растения, грибы, лишайники, бактерии, вирусы, простейшие – все они так сильно отличаются друг от друга, что на первый взгляд кажется – между ними нет ничего общего. Ну, по крайней мере, в одном эти организмы сходны – все они являются живыми существами. Кстати, быть живыми – это значит обладать очень многими способностями, поэтому общих признаков у, скажем, вируса гриппа и раскидистого дуба довольно много.

Предполагаемое родословное древо царств живой природы

Основные свойства живых организмов – это обмен веществ, способность к росту, размножению и, конечно, наследственность, способность производить потомков, похожих на своих родителей. Так вот, прежде чем перейти к знакомству с разными и непохожими друг на друга представителями живого мира, нам придется немного остановиться на их общих свойствах. Здесь вам, возможно, встретится много новых, незнакомых понятий – не пугайтесь, они с нетерпением ждут возможности подружиться с вами и быть вашими помощниками в исследовании ботаники. Не испугались? Тогда в путь!

Итак, самое главное свойство жизни – обмен веществ: любое живое существо, будь то бактерия или человек, представляет собой нечто вроде самоуправляющейся фабрики по переработке веществ: одни вещества поступают в организм, где с ними происходят всевозможные превращения, другие выделяются наружу. Целью такого непрерывного движения веществ в живом организме является получение энергии, которая идет на обеспечение процессов его роста, развития и размножения.

Химии известно огромное количество веществ, но далеко не все они входят в состав живого организма. Основу тела любого организма составляют органические вещества: белки, углеводы, жиры и витамины. Из неорганических веществ особую роль играют вода, кислород, углекислый газ, соединения азота (они входят в состав белков), серы, фосфора, кальции, калии, натрии и микроэлементы, необходимые в небольших количествах. ;

В организме между органическими и неорганическими веществами постоянно происходят разные превращения: органические соединения разрушаются до неорганических с выделением энергии, простые неорганические вещества входят в состав сложных органических молекул.

Обобщенная схема обмена веществ в клетке

1 – поступление в клетку питательных веществ; 2 – поступление воды и кислорода; 3 – лизосома (пищеварительная вакуоль); 4 – аминокислоты; 5 – рибосомы; 6 – синтез белка; 7 – жиры, углеводы и др.; 8 – митохондрия; 9 – запасание энергии; 10 – удаление побочных продуктов; 11 – ядро.

Переработка веществ и получение энергии в живом организме происходит в клетках. Живую клетку можно сравнить с фабричным цехом, на котором безостановочно производятся необходимые клетке вещества и разрушаются другие, ненужные.

Все живые существа на Земле, за исключением вирусов, состоят из клеток. Клетки любого организма, будь то гриб, бактерия или животное в общих чертах устроены очень похоже. Снаружи клетку одевает мембрана – тонкая оболочка, отделяющая содержимое клетки от внешней среды. Если бы не мембрана, содержимое клетки – цитоплазма – просто вытекло бы. Основную часть цитоплазмы составляет вода с растворенными органическими и неорганическими веществами.

Мембрана и цитоплазма есть в любой клетке, отличия между клетками разных организмов начинаются дальше. В цитоплазме клеток животных, растений, простейших и грибов находятся органеллы – «органы» клетки, каждый из которых выполняет свои функции: рибосомы производят белки, лизосомы разрушают вредные и ненужные вещества или поврежденные структуры самой клетки, митохондрии обеспечивают дыхание клетки, вырабатывают и накапливают энергию. Все органеллы за исключением рибосом покрыты собственными мембранами. Кроме этого, клетки животных, растений, простейших и грибов содержат особую органеллу – ядро, поэтому все эти организмы называют ядерными. Сверху ядро покрывает ядерная мембрана, а внутри него находятся молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, или сокращенно ДНК, на которых зашифрована наследственная информация клетки, т. е. вся информация о том, как должна выглядеть клетка, какие она несет признаки и свойства, как должна расти и развиваться.

В отличие от ядерных организмов в клетках бактерий нет ни одной органеллы, покрытой собственной мембраной, а значит, нет и ядра (посмотрите на рисунке). Молекула ДНК бактерий не защищена ядерной оболочкой и свободно плавает в цитоплазме клетки, поэтому бактерий называют доядерными организмами.

Схема строения клетки бактерий (а) и ядерных организмов (б): 1 – клеточная мембрана; 2 – цитоплазма; 3 – рибосомы; 4 – митохондрии; 5 – лизосомы; 6 – хлоропласты; 7 – кольцевая молекула ДНК бактерий; 8 – ядро; 9 – клеточная стенка ( бактерии, грибы, растения)

Однако различия между ядерными и доядерными организмами не заканчиваются отсутствием у бактерий ядра. Если вы сравните клетки, изображенные на рисунке, вы увидите, насколько сложнее устроена клетка ядерных организмов по сравнению с бактериальной.

В клеточном цехе ядерных организмов превращения одних веществ в другие осуществляются с помощью отдельных органелл: дыхание происходит в митохондриях, фотосинтез – в хлоропластах, разрушение веществ – в лизосомах. У бактерий нет других органелл, кроме рибосом, а все процессы, которые у ядерных организмов выполняют отдельные органеллы, у бактерий происходят на складках наружной мембраны клетки.

Но больше всего ядёрные и доядерные организмы отличаются количеством наследственной информации, которая содержится в их клетках. Вы уже знаете, что наследственная информация клетки записана в молекуле ДНК. Эту молекулу можно сравнить с гигантской библиотекой, имеющей на полках тысячи томов. В каждом таком томе зашифрован какой–то один признак организма. Например, том № 1 содержит информацию о размерах и форме клеток, том №2 – о строении одного из белков мембраны клетки и так далее. Эти «тома» называются генами. Каждый ген – это кусочек молекулы

ДНК, на котором записана небольшая часть общей информации об устройстве организма.

Легко представить, что чем богаче «генетическая библиотека» молекулы ДНК, тем сложнее устроен организм, тем разнообразнее его свойства и больше набор веществ, которые’он может производить для своих целей. У бактерий вся информация о строении их единственной клетки и ее свойствах заключена в одной единственной кольцевой молекуле ДНК. У ядерных организмов таких молекул может быть несколько десятков (например, у подсолнечника – 34, у человека – 46, а у одного из видов папоротников – 1250!). Судите сами, насколько больше наследственной информации содержится в библиотеке ядерных организмов!

Функции основных органелл клетки

Итак, вы уже знаете, что бактерии относятся к доядерным организмам. Это означает, что в их клетках отсутствует ядро и покрытые мембраной органеллы, свойственные всем ядерным организмам. Вся наследственная информация бактерий помещается на одной молекуле ДНК. Бактерии уступают ядерным организмам не только размерами «генетической библиотеки», а следовательно, и сложностью строения, но и размерами самой клетки. В среднем объем клетки бактерии в 2000 раз меньше клетки растения, животного или гриба.

Абсолютное большинство бактерий – одноклеточные организмы, однако многие способны образовывать колонии: цепочки, нити и грозди, окруженные общей слизистой оболочкой. Слизистая оболочка удерживает клетки колониальных бактерий вместе, помогает им закрепляться на субстрате, защищает от высыхания и проникновения бактериальных вирусов – бактериофагов (см. с. 56). Бактерии, лишенные слизистой оболочки, гораздо быстрее погибают от антибиотиков (подробнее об антибиотиках рассказывается на с. 139).

Разнообразие форм клеток бактерийЗаражение стафилококками (1) приводит к нагноениям и сепсису. Сферическую форму имеет возбудитель бактериальной пневмонии (2). Молочнокислый стрептококк, сквашивающий молоко, похож на цепочку шариков (3). Спирохета (4) является возбудителем сифилиса. Холерный вибрион (5) вызывает холеру. Палочковидную форму (6) имеет возбудитель столбняка, уксуснокислые бактерии и кишечная палочка.

Клетки бактерий, хотя они и очень мелкие, можно разглядеть даже в обычный световой микроскоп при сильном увеличении. Правда, часто приходится окрашивать бактерий специальными красителями, чтобы они стали заметны. Ну, а колонии микроорганизмов, выращенные на искусственной питательной среде можно увидеть и невооруженным глазом.

Настоящим исключением среди бактерий являются зеленые фотосинтезирующие цианобактерии. Цепочки клеток некоторых цианобактерий могут достигать длины 1 м! Ничего себе микроорганизмы! Внешне эти бактерии настолько напоминают водоросли, что до недавнего времени их и называли синезелёными водорослями («циану с» по–латыни и означает «сине–зеленый»). Ошибка обнаружилась только после того, как на клетки «водорослей» навели окуляр электронного микроскопа: отсутствие ядра, единственная кольцевая молекула ДНК, практически полное отсутствие органелл, за исключением рибосом, не оставляет сомнений – перед нами представители царства бактерий!

Нитчатая колония цианобактерий