Одно из трех царств эукариот (наддомена, в который входят организмы с обособленным ядром в клетках) – грибы. Они находятся на границе между растениями и животными. Сегодня их насчитывается порядка 100 тысяч видов, большая часть из которых – микроскопические грибы. Об особенностях их строения и размножения, значении в природе и хозяйственной деятельности человека рассказывает данная статья.
Почти растения и не совсем животные
Царство Mycota включает как одноклеточные, так и многоклеточные организмы с весьма своеобразной организацией. Они имеют черты сходства как с животными, так и с растениями, а именно:
- У них имеется клеточная стенка, но не из целлюлозы, как у растений, а из хитина, как у животных.
- В клетках грибов имеются вакуоли, заполненные клеточным соком. Но не крахмалом (у растений), а гликогеном (у животных).
- Грибы не способны к активному движению. Они ведут прикрепленный образ жизни.
- Грибы – гетеротрофы, у них нет хлорофилла и они не способны к фотосинтезу. Поэтому питаются готовыми органическими веществами отмерших организмов (сапротрофы) или живых организмов (паразиты).
- В отличие и от животных, и от растений у грибов клетки практически не дифференцированы на ткани, а ткани на органы.
Загадочные порождения дьявола
Именно таковыми считали грибы в Средневековье. Один из французских натуралистов - Веньян, в 1727 году написал, что грибы существуют для того, чтобы нарушать гармонию всего живого.
Вопрос с происхождением грибов и сегодня остается открытым. Хотя еще в 18-м веке выдающийся ботаник Карл Линней отнес эти организмы к отельному царству. Грибы, которые возникли на заре зарождения жизни на планете (около миллиарда лет назад), ждут разгадки своего происхождения от биологов, биохимиков, генетиков и систематиков.
Систематика грибов
Все грибы делятся на 4 класса (низшие грибы – Оомицеты и Зигомицеты, высшие – Аскомицеты и Базидомицеты). Главным критерием при разделении является наличие или отсутствие жгутиков у гамет и типа полового размножения. Кроме того, у низших грибов грибница похожа на одну многоядерную клетку, а у высших – мицелий имеет межклеточные перегородки.
Большинство грибов имеют микроскопические размеры. Чаще всего их грибницы не видны без увеличения или заметны в виде тонких нитей. О присутствии микроскопических грибов говорят результаты их жизнедеятельности – разрушении растительных, животных тканей или материалов. Совсем небольшая группа грибов может образовывать плодовые тела – плотные скопления мицелия.
Строение микроскопических грибов
Микромицеты не образуют плодовых тел, могут быть одноклеточные и многоклеточные. Соответственно, и морфология микроскопических грибов довольно разнообразна.
Тело многоклеточных грибов образуют последовательно размещенные клетки, которые составляют гифы (нити) толщиной от 0,15 до 1 мкм. Гифы растут апикально (верхушкой) и могут иметь разветвленную структуру. Вся совокупность гифов гриба называется мицелий или грибница.
Гифы грибов очень быстро растут. У некоторых экземпляров всего за сутки грибница может вырастать на десятки метров.
Одноклеточные грибы (например, Дрожжи) представляют собой одну клетку, мицелия не образуют. В ней имеется ядро, вакуоли с органическими и неорганическими веществами, митохондрии.
Особенности питания и жизнедеятельности
Микробиология микроскопических грибов имеет свои особенности. Клетки гиф поверх цитоплазматической мембраны содержат оболочку, которая состоит из полисахарида хитина. В цитоплазме клетки находится ядро (одно или несколько) и органеллы.
Питательные вещества грибы всасывают всей поверхностью мицелия, который пронизывает весь субстрат (субстратный мицелий) или находится на его поверхности (поверхностный мицелий).
Пищей для гриба являются органические соединения – сахар, многоатомные спирты, жиры, белки. При этом богатый и разнообразный ферментативный аппарат позволяет в полном объеме использовать весь субстрат для построения тела микроскопических грибов.
Микробиология выделяет грибы, которым присущ сапротрофный (питаются мертвой органикой) и паразитический (питаются живой органикой) типы питания. Кроме того, грибы могут вступать в симбиотические отношения с растениями. Так, гифы грибов и водоросли образуют симбиотические организмы – лишайники.
Микроскопические патогенные грибы могут развиваться в животных и растительных организмах и вызывать заболевания, называемые микозами.
Особенности размножения
Для микромицетов характерно три типа размножения: вегетативное, бесполое и половое.
Вегетативное размножение микроскопических грибов осуществляется частичками грибницы. Например, кусочек гифы дает начало новому мицелию гриба.
Бесполое размножение осуществляется при помощи спор – микроскопических зачатков, которые образуются в спорангиях (специализированных частях мицелия). Главная функция спор – выживание в неблагоприятных условиях. А для ряда микроскопических грибов, которые ведут паразитический образ жизни, споры служат для заражения организма хозяина.
Формы полового процесса у грибов разнообразны и делятся на три группы:
- Гаметогамия – тип полового размножения с образованием половых клеток (гамет).
- Соматогамия – слияние вегетативных клеток грибницы или одноклеточных грибов.
- Гаметангиогамия – тип полового размножения, когда сливаются структуры, в которых гаметы еще не дифференцированы.
При слиянии гамет (оплодотворении) у грибов образуется зигота с одним или несколькими ядрами. Чаще всего зигота прорастает не сразу, а после периода покоя. Так грибы тоже могут пережить неблагоприятные условия среды.
Микромицеты в природе
Значение микроскопических грибов в природе огромно. Они участвуют в круговороте веществ, разлагая органические останки наряду с бактериями.
Почвенные грибы участвуют в образовании плодородного слоя. В симбиозе с водорослями в составе лишайников они первыми заселяют бедные грунты и принимают активное участие в разрушении горных пород.
Стоит отметить такое явление, как микориза – клетки микроскопического гриба вступают в симбиотические отношения с растениями. При этом растения дают грибу органические питательные вещества, а гриб продуцирует необходимые для роста и развития растений витамины и азотсодержащие вещества.
Микроскопические грибы присутствуют во всех биоценозах и выполняют важную экологическую функцию. Они являются важным детритным звеном пищевых цепочек и регуляторами численности других организмов. Во многих биогеоценозах доля биомассы грибов от биомассы всех микроорганизмов составляет до 90 % и сопоставима с биомассой корней высших растений.
Нельзя не отметить и роль в природе микроскопических патогенных грибов. Они регулируют численность других организмов и участвуют в сменах биоценозов на планете.
Микромицеты и человек
В своей деятельности человек с давних времен использует некоторые низшие грибы.
В хлебопекарской, молочной, пивоваренной, винодельческой и спиртовой промышленности используются плесневые микроскопические грибы белая плесень и аспергилл, все виды дрожжей.
В фармацевтической промышленности широко используются микромицеты для получения антибиотиков, витаминов, гормонов, ферментов и физиологически активных веществ.
Многие микромицеты разрушают бумагу и продукты из целлюлозы, портят масла и нефтяные продукты, повреждают оптику и произведения искусства.
Плесневые и дрожжевые грибы – главные виновники порчи продуктов питания. Также они дереворазрушающие - наносят ущерб древесине.
Микроскопические патогенные грибы вызывают заболевания сельскохозяйственных культур, домашних животных и человека. Благодаря способности к токсинообразованию грибы часто становятся причинами отравлений.
Микотоксины
Опасные биологические вещества, которые синтезируют микроскопические грибы, являются метаболитами (продуктами жизнедеятельности) с самым разным химическим строением и воздействием на организм человека.
Сегодня известно более 250 видов микромицетов. Они синтезируют порядка 100 токсинов и аллергенов. Микроскопические грибы разных видов могут синтезировать один и тот же токсин. А сами яды чаще всего обладают кумулятивным (накопительным) воздействием на организм человека, а именно:
- Яфлатоксины – оказывают на организм человека гепатотоксическое, мутагенное, иммунодепрессивное воздействие.
- Трихотецены – нейротоксины, угнетают иммунную систему, вызывают различные дерматиты.
- Охратоксины – воздействуют в первую очередь на канальцы нефронов почек.
- Патулины – нейротоксины и мутагены.
При отравлениях токсинами микромицет в первую очередь следует промыть желудок.
Паразитические микромицеты
К этой группе относится огромное количество грибов, которые вызывают различные патологии у людей, растений, животных, рыб. Патологии кожных покровов называются дерматомикозы, а органов – микозы.
Самыми распространенными болезнями человека, вызванными грибами-паразитами являются:
- Дерматофития (парша или стригущий лишай), который проявляется красными зудящими пятнами на коже и разрушением луковиц волос.
- Кандидоз (молочница) вызывается представителями рода Candida, которые являются факультативно патогенными и входят в состав нормальной микрофлоры ротовой полости, половых путей и толстого кишечника.
- Онихомикоз (грибок ногтей) вызывают различные грибы, которые поражают подногтевое пространство.
- Споротрихоз – грибы-паразиты разрушают подкожную клетчатку, слизистые оболочки, внутренние органы.
- Черная и белая пьедра – заболевание, при котором поражаются волосяные луковицы усов и бровей. Возбудитель - грибок рода Piedraia.
И это далеко не полный перечень заболеваний, вызванных микромицетами. При этом пути попадания в организм грибка разнообразны (воздух, вода, контакты), а устойчивость их к различным средам довольно высока.
Самые известные микромицеты
К микроскопическим грибам относится Мукор, Пеницилл и Дрожжи.
Грибы рода Mucor – это 60 видов грибов, которые мы называем белой плесенью. Образуют колонии белого и серого цвета, которые по мере созревания спор становятся черными. Мицелий у мукора одноклеточный, в состав клеточной стенки входит азотосодержащий углевод хитозан, который обладает аллергенными особенностями. Среди них есть паразиты, но имеются и те, которые активно используются в изготовлении антибиотиков. Гриб Мукор китайский – основа закваски «раги» на основе сои и злаков.
Пеницилл (Penicillium) – род микроскопических грибов, которые распространены повсюду – в почве, воде, морях, воздухе, помещениях, на всех поверхностях. Образует колонии зеленоватого цвета. Пеницилл золотистый или зеленая кистевидная плесень – самый распространенный представитель рода и источник пенициллина. Эти грибы имеют ветвящийся многоклеточный мицелий.
Дрожжи – группа разнообразных одноклеточных грибов из разных классов (1 500 видов из класса аскомицетов и базидомицетов). Эти грибы не образуют мицелия, а их клетки имеют размер до 40 мкм. В общую группу их объединяют за особенности метаболизма – все они получают энергию во время брожения (окислительно-восстановительного процесса, в результате которого разлагаются углеводы, а продуктами распада являются спирты). Хлебопечение, виноделие, пивоварение и квасоварение – не полный перечень отраслей, где человек использует данные грибы. И в то же время – это один из главных факторов порчи пищевых продуктов, а некоторые – паразиты, вызывающие заболевания у человека (кандидоз, криптококкоз, питириаз, фолликулит, себорейный дерматит).
«Охотничьи» наклонности
Как это ни странно, но среди микроскопических грибов есть активные «хищники».
Так, гриб Arthrobotrys oligospora создает своими гифами сеть, стенки которой покрыты липким веществом. Жертвами гриба являются круглые черви (нематоды), живущие в почве. Прилипший к гифам червь лишен возможности освободиться, а гифы быстро прорастают в его тело. Нематода становится пищей и через 24 часа от нее остается лишь оболочка.
Другой плесневый гриб Dactylaria Candida образует из гиф ловчее кольцо по типу лассо. Нематода попадает в него и кольцо смыкается. Эпилог драмы такой же, как и в предыдущем варианте.
Эти особенности почвенных микромицет давно изучаются биологами для использования в виде биологической защиты сельскохозяйственных культур.
Экологические биоиндикаторы
Последние исследования биологов доказали, что микроскопические грибы обладают особенностью менять свою численность и состав в зависимости от состояния среды обитания.
В норме численность почвенных микромицетов составляет порядка 10 тонн на гектар, и при этом многообразна. При исследовании почв, загрязненных нефтью и ее продуктами, экологи установили, что при высоких дозах токсинов количество и видовой состав почвенных микроскопических грибов резко меняется. В таком случае видовое разнообразие резко снижается, начинают преобладать микромицеты с быстрым ростом, которые в подобных почвах не характерны. Кроме того, многие из этих грибов фитопатогенны – они продуцируют биологически активные вещества, которые нарушают внутриклеточные процессы в растительных организмах, что приводит к угнетению их жизнедеятельности и гибели.
Таким образом, показатели численности и видового состава микроскопических грибов могут быть достоверными индикаторами загрязненности почв нефтью и ее производными.
Подведем итог
На протяжении тысячелетий удаление жира с кожи считалось самым трудоемким процессом в кожевенной промышленности. Процесс был долгим и грязным – использовали голубиный помет и экскременты собак. Сегодня протеиназа - фермент, который добывают из грибов Aspergillus, сократила этот процесс до 24 часов, кроме того, сделала кожу более мягкой и легкой в окрашивании.
Это только один пример того, насколько полезны могут быть микроскопические организмы. Несмотря на развитие биологии, многие особенности жизнедеятельности этих организмов еще остаются тайной.
Ежегодно систематики описывают более тысячи новых видов микроскопических грибов. Роль почвенных микромицет остается самой неизученной отраслью как биоэкологии, так и биогеографии. И связано это в первую очередь со сложностями наблюдения подобных организмов в естественной среде обитания.
Новый раздел в микологии – учение о токсинах грибов - уже сегодня дает нам надежду победы над раком. Например, токсин гриба Чага многократно повышает сопротивляемость организма к развитию раковых клеток. А псилобицин дает хорошие предпосылки в лечении нервных расстройств. Даже изученный пеницилл продолжает удивлять микробиологов - совсем недавно ученым удалось выделить из него вещества, близкие по химическому составу к гормонам либеринам.
Не останутся в стороне грибы и при разработке новых биологических средств защиты посевов сельскохозяйственных растений, и в разработке новых «зеленых» способов утилизации отходов.
