Нижчі форми клітинного життя

 

Дроб’янки

 

Царство Дроб’янки, як згадувалося раніше, об’єднує три відділи прокаріотних організмів: Бактерії, Ціанобактерії та Актиноміцети. Найбільш численними та поширеними є бактерії (від гр. bactēria – паличка). Менш численними і розповсюдженими є ціанобактерії (від гр. kyanos – блакитний), які деякими своїми властивостями нагадують водорості, внаслідок чого раніше вони називалися синьо-зеленими водоростями. Актиноміцети (від гр. aktis – промінь та mykēs – гриб) – це група мікроскопічних організмів, які поєднують у собі риси організації бактерій та нижчих грибів. Вони мають ниткоподібні клітини, а деякі види формують розвинутий повітряний або субстратний міцелій.

Дроб’янки мають надзвичайно широке розповсюдження на Землі. Вони здатні існувати в найрізноманітніших умовах середовища: в повітрі, воді, ґрунті, в глибоких товщах земної кори, в інших організмах (грибах, рослинах, тваринах). За формою дроб’янки бувають кулястими, паличкоподібними, звивистими, нитчастими, галузистими тощо.

Загальні особливості будови та функціонування прокаріотної клітини було розглянуто вище. Тут же ми познайомимося з властивостями дроб’янок як організмів.

Звичайно дроб’янки – нерухомі організми, але численні види бактерій здатні самостійно рухатись за допомогою джгутиків або в результаті скорочення клітини. Джгутики починаються в цитоплазмі і є тонкими довгими нитками білкової природи.

Живлення дроб’янок здійснюється шляхом всмоктування поживних речовин всією поверхнею клітини. Дихання у них відбувається таким же шляхом за допомогою дихальних ферментів. За відношенням до кисню дроб’янки поділяються на аеробні (використовують вільний кисень повітря) та анаеробні (не потребують молекулярного кисню). Прикладами аеробних прокаріотів можуть бути азотобактер, міксобактерії, ціанобактерії, більшість актиноміцетів. Анаеробних дроб’янок значно менше. Це – переважно бактерії: окремі види спірохет, спороносні бактерії, рикетсії, окремі види актиноміцетів тощо.

Дроб’янки звичайно розмножуються шляхом амітозу, але ряд видів паличкоподібних бактерій та актиноміцети утворюють спори або інші „вегетативні” клітини розмноження, наприклад, гонідії у хламідобактрій.

Крім того, деякі види актиноміцетів та бактерій здатні до кон’югації (від лат. conjugatio – злягання), під час якої здійснюється обмін генетичним матеріалом між двома клітинами-особинами. Таке явище нагадує спрощений статевий процес.

За несприятливих умов клітини прокаріотів покриваються товстою оболонкою, утворюючи цисту (від лат. cista – ящик), і переходять у стан спокою. У сприятливих умовах циста проростає і утворює нову бактерію. Цисти здатні формувати різні групи бактерій (азотобактер, спірохети, міксобактерії, рикетсії) та деякі нитчасті ціанобактерії.

За джерелом живлення, або за місцем існування прокаріотні організми можна розділити на сапротрофи, симбіонти та паразити.

Сапротрофами є значна частина бактерій (міксобактерії, псевдомонади та ін.) та більшість видів актиноміцетів. Ці організми здійснюють мінералізацію органічних речовин решток мертвих організмів, спричинюючи їх гниття. Завдяки цьому вони є важливою ланкою кругообігу речовин і енергії у природі. Сапротрофні прокаріоти досить часто завдають збитків людині, псуючи продукти харчування та різноманітні матеріали природного органічного походження (деревину та вироби з неї, шкіру тварин та вироби з неї тощо). Але значна кількість видів цієї групи організмів є добрими помічниками людини. Види бактерій, які спричинюють молочнокисле бродіння (молочний стрептокок, сирна паличка, болгарська паличка, ацидофільна паличка, деякі види лейконостока тощо) використовуються для приготування кислого молока, сметани, кефіру, сиру, для засолювання огірків, квашення капусти, силосування кормів. Збудники цього процесу дуже поширені у природі. Їх можна знайти скрізь – у повітрі й ґрунті, у молоці і на поверхні овочів та фруктів. Багато їх на поверхні тіла і в кишечнику людини і тварин.

Молочнокислі бактерії, що існують у кишечнику людини чи тварини, є симбіонтами (наприклад, Clostridium perfringens), бо вони сприяють перетравлюванню їжі, продукуючи цілий ряд ферментів. Іншою симбіотичною бактерією кишечника людини є відома Escherichia Coli, яка продукує необхідні для організму людини вітаміни (тіамін, рибофлавін та ін.). Ацидофільна і болгарська палички, а також деякі актиноміцети запобігають розвиткові патогенних та гнильних бактерій. Крім того, в товстій кишці людини виявлено понад 260 видів мікроорганізмів, переважно дроб’янок, частина з яких спричиняють гниття органічних решток фекальних мас або є збудниками хвороб, а роль інших не з’ясована. Не буде перебільшенням сказати, що організм людини та тварин буквально напакований бактеріями та актиноміцетами – гнильними, патогенними (від гр. pathos – страждання та genos - породження) та нейтральними. Їх багато на шкірі, в ротовій порожнині, горлі, травному каналі, дихальних шляхах, на слизових оболонках очей тощо.

Досить розповсюджене явище симбіозу актиноміцетів та бактерій з рослинними організмами. Так, бульбочкові бактерії (ризобіум) живуть у потовщеннях (бульбочках) на коренях рослин родини бобових і здатні асимілювати атмосферний молекулярний азот і синтезувати амінокислоти, які використовує рослина. Виявлено багато випадків подібного симбіозу бактерій не лише з бобовими рослинами. Наприклад, бактерії роду азоспірилум, які теж активно фіксують азот повітря, асоціюються з коренями злаків, а у кореневих бульбочках вільхи знайдено актиноміцети роду франкія.

Використовуючи подібні властивості, людина застосовує культури ряду бактерій у вигляді так званих бактеріальних добрив – нітрагін (бульбочкова бактерія), азотобактерин (вільноживуча азотфіксуюча бактерія азотобактер), фосфоробактерин (вільноживуча бактерія роду бацил, здатна розщеплювати органічні фосфоромісткі сполуки ґрунту до розчинного, доступного рослинам стану).

На поверхні рослин теж живуть різноманітні мікроорганізми, частина з яких виявляється корисними для хазяїна. Наприклад, сапротрофна мікрофлора ризосфери (від гр. rhiza – корінь та sphaira – середовище) і надземних частин рослини можуть служити бар’єром для проникнення в її тканини збудників хвороб.

Цілий ряд видів дроб’янок людина використовує для промислового одержання антибіотиків, вітамінів та інших корисних речовин. Наприклад, ряд видів бактерій псевдомонад застосовується у мікробіологічній промисловості для виробництва амінокислот, ферментів тощо. Численні види актиноміцетів роду стрептоміцетів є продуцентами цінних антибіотиків, які згубно діють на патогенні бактерії, гриби та інші мікроорганізми. З ціанобактерії спіруліни одержують харчовий білок, який використовують як додаток до їжі.

Паразитуючі форми дроб’янок спричинюють велику кількість захворювань людини, тварин, рослин та грибів. Це – численні види бактерій та актиноміцетів. Вони називаються патогенами. В основі патогенності переважної більшості цих мікроорганізмів лежить їх токсикогенність, тобто здатність утворювати отруйні для зараженого організму речовини.

Найбільше паразитуючих видів серед бактерій. Ці види спричинюють такі хвороби людини як сифіліс (бліда спірохета), поворотний тиф (борелія поворотна), холера (холерний вібріон), пневмонія (диплокок легеневий), стафілококові інфекції (стафілококи золотавий, білий, жовтий та ін.). Бактеріальними хворобами тварин є сибірка, сап тощо.

У рослин паразитуючі бактерії викликають захворювання, які називаються бактеріозами. Це, наприклад, - чорна плямистість томатів (ксантомонас судинний), бактеріози яблуні, груші, сливи, квасолі, огірків, капусти, пшениці та інших культурних рослин.

Така відома хвороба людини та тварин як туберкульоз викликається актиноміцетом туберкульозною мікобактерією, а дифтерія – теж актиноміцетом дифтерійною коринебактерією. Численні ураження шкіри (дерматози) людини і тварин спричинюються актиноміцетами роду дерматофіли.

Окремо слід зупинитися на екологічному значенні ціанобактерій. Ці прокаріотні організми невибагливі до умов існування і в природі виконують роль піонерів у освоєнні безжиттєвих територій. Вони першими оселяються на згарищах, асфальті, залізобетонних спорудах, у відпрацьованих атомних реакторах тощо. Найбільш розповсюдженими в наших умовах є мікроцистіс, анабена, носток та деякі інші ціанобактерії, що живуть у прісних водоймах. Інколи вони розмножуються у величезних кількостях і спричинюють так зване цвітіння води, яке може завдавати шкоду рибному господарству.

 

 

Гриби

 

Царство Гриби об’єднує три відділи: Слизовики, Справжні гриби та Лишайники, серед яких найбільш чисельним є відділ справжніх грибів (близько 100 тис. видів). Лишайників описано біля 25 тис. видів, а слизовиків відомо всього 450 видів. Організми цих відділів настільки різняться між собою як за будовою, так і за способами існування, що їх необхідно розглядати нарізно.

 

 

Слизовики

 

Вегетативне тіло слизовиків, або слизистих грибів називається плазмодієм (від гр. plasma – виліплене, оформлене) і представляє собою слизоподібну масу цитоплазми з великою кількістю ядер. Постійної форми плазмодій не має, а розміри його варіюють від кількох міліметрів до 1 метра.

За способом живлення більшість цих організмів відносять до сапротрофів, які живляться органічними рештками рослин (опале листя, тіло трав’янистих рослин після закінчення вегетаційного періоду тощо). Серед слизовиків є справжні паразити, які викликають хвороби квіткових рослин, папоротей, водоростей та справжніх грибів. Наприклад, плазмодіофора капустяна спричинює утворення на коренях капусти великих здуттів (кіла капусти). У хворих рослин не розвиваються головки. Слизовик спонгоспора уражує бульби, столони та корені картоплі і викликає захворювання, відоме під назвою парші. Крім картоплі цей паразит уражає також помідори та інші види пасльонових.

Життєвий цикл слизовиків складається з окремих стадій: плазмодія, який за певних умов може переходити до стану спокою (склеротизація; від гр. skleros – сухий, твердий); утворення спор і плодових тіл; проростання спор; утворення “амеб” та їх агрегації в плазмодій.

Розмноження слизовиків досить різноманітне. У вегетативному стані більшість слизовиків, представлених амебоїдними клітинами, розмножується поділом клітин. У деяких слизовиків від плазмодію відділяються невеликі його частинки, які далі існують у вигляді дводжгутикових зооспор. Безстатеве розмноження здійснюється за допомогою спор, які у сапротрофних та паразитуючих видів утворюються по-різному. У слизовиків-сапротрофів формуються спорангії (від гр. spora – насінина та angeion – посудина), або плодові тіла, а у паразитів – багатоядерний вміст плазмодію в клітинах хазяїна розпадається на спори.

 

 

Справжні гриби

 

Відділ Справжні гриби умовно ділиться на дві групи: нижчі гриби та вищі гриби.

Нижчі гриби об’єднують 5 класів: Хітридіоміцети, Гіфохітридіоміцети, Ооміцети, Зигоміцети та Трихоміцети, а вищі – 3 класи: Аскоміцети, Базидіоміцети та Дейтероміцети.

Вегетативне тіло грибів буває одноклітинним (дріжджі, цвіль) та багатоклітинним (білий гриб, трутовик тощо). Тіло багатоклітинного гриба називається міцелієм (від гр. mykēs – гриб), або грибницею. Міцелій складається з гіфів (від гр. hyphē – тканина) – ниткоподібних багатоклітинних утворень. Справжній міцелій мають вищі гриби. У таких нижчих грибів як Ооміцети та Зигоміцети він неклітинний (одна багатоядерна клітина) чи зачатковий (невелика кількість багатоядерних клітин). Нижчі гриби решти класів взагалі позбавлені міцелію.

Міцелій буває поверхневим та внутрішнім, який розвивається всередині субстрату (від лат. substratum – основа, підкладка). Внутрішній міцелій більш розповсюджений. Органи спороутворення завжди розташовані на поверхні субстрату. Живлення грибів здійснюється всією поверхнею міцелію шляхом осмосу.

Характерною особливістю грибів є велика різноманітність органів та способів розмноження, завдяки чому вони добре пристосовані до мінливих умов існування. Причому той чи інший вид грибів здатен розмножуватись декількома шляхами. Гриби можуть розмножуватись вегетативним, нестатевим та статевим способами.

Вегетативний спосіб полягає у розмноженні частинами міцелію, брунькуванням, хламідоспорами чи склероціями. Хламідоспори являють собою клітини з щільною оболонкою, на які розпадаються гіфи у процесі вегетативного розмноження. Склер оцій – це маса ущільнених, переплетених між собою гіфів, покрита зовні твердою темною оболонкою.

Нестатеве розмноження грибів здійснюється за допомогою спор. Якщо при цьому спори формуються в особливих органах нестатевого розмноження – спорангіях, то вони називаються спорангіоспорами. У деяких видів грибів спори утворюються на кінцях особливих відгалужень міцелію і називаються конідіями (від гр. konia – пил та eidos – подібність). Спори окремих видів грибів мають джгутики і можуть рухатись.

Надзвичайною різноманітністю характеризується статеве розмноження грибів.

У нижчих грибів це – ізогамія (гамети, що зливаються, одинакові за формою, розмірами та рухливістю), гетерогамія (гамети одинакові за формою, але жіноча більша і менш рухлива за чоловічу), оогамія (жіноча гамета велика, куляста, нерухома – яйцеклітина, а чоловіча – дуже мала й рухлива – сперматозоон), зигогамія (зливаються вегетативні клітини різних особин). Зигота проростає і утворює зооспори або коротку гіфу із зооспорангієм чи спорангієм на кінці.

У вищих грибів відомі такі види статевого розмноження: гаметангіогамія (злиття двох спеціальних багатоядерних клітин різних особин), соматогамія (злиття двох вегетативних клітин двох різних особин), сперматизація (запліднення жіночого статевого органу нерухливими клітинами – спермаціями). У результаті статевого процесу у вищих грибів утворюються сумки, або аски, в яких формуються аскоспори, чи базидії (від гр. basidion – фундамент, основа), на яких з’являються базидіоспори.

Таким чином, у грибів спороутворення може бути нестатевим та статевим. Спора являє собою спеціальну клітину з одним або декількома ядрами, яка за сприятливих умов дає початок новому організму гриба. Спори розповсюджуються за допомогою вітру, води та тварин.

Гриби досить широко розповсюджені в біосфері: у воді, у ґрунті, на мертвих організмах, сировині та продуктах харчування, на живих організмах тощо.

До водяних грибів належить майже увесь клас хітридіоміцетів, окремі види ооміцетів та дейтероміцетів. Одні з них паразитують на водоростях, водяних рослинах та тваринах, інші ведуть сапротрофний спосіб життя на рештках мертвих організмів.

У ґрунті розповсюджені окремі види аскоміцетів, базидіоміцетів та дейтероміцетів, які здійснюють мінералізацію органічних решток мертвих рослин. Деякі види ґрунтових базидіоміцетів є мікоризоутворювачами. Мікоризою називається співжиття грибів з вищими рослинами у вигляді коренів рослини, обплутаних гіфами гриба.

На мертвих організмах, сировині та продуктах харчування виявлені представники майже всіх класів грибів.

Усі згадані вище гриби, окрім паразитуючих водяних, є сапротрофами. Вони відіграють у природі досить позитивну роль, бо завдяки здатності мінералізувати органічні рештки мертвих організмів беруть активну участь у ґрунтоутворювальному процесі та кругообігу речовин та енергії.

Окремі види грибів, наприклад, дріжджі (аскоміцети) використовуються людиною у спиртовій, виноробній та хлібопекарській промисловості. Плодові тіла деяких грибів (шампіньйони, боровик та багато інших видів базидіоміцетів, а також окремі види аскоміцетів, наприклад, сморчки, трюфеля) вживаються в їжу людиною та тваринами. За допомогою окремих видів (декілька сот) зигоміцетів, аскоміцетів та дейтероміцетів одержують цілу низку корисних речовин (антибіотики, ферменти, вітаміни, органічні кислоти). Так, наприклад, антибіотики патулін, пеніцилін, грізеовульфин та інші одержують із окремих видів роду пеніциллум (дейтероміцети); ферменти амілази, які розщеплюють крохмаль, – за допомогою видів роду аспергіллус (дейтероміцети); вітамін В₂ (рибофлавін) виділяють із ашбії (аскоміцети); лимонну кислоту – із аспергіллуса чорного або продуцентів пеніциліну (дейтероміцети) тощо.

Однак значна частина видів сапротрофних грибів має для людини негативне значення. Ці гриби псують органічну сировину, особливо деревину (домовий гриб класу Базидіоміцети), продукти харчування (біла цвіль класу Зигоміцети, чорна та зелена цвілі класу Аскоміцети, пеніцили класу Дейтероміцети), що спричиняє великі збитки у господарстві.

Паразитуючі гриби широко представлені в усіх класах. Це – збудники злісних хвороб рослин: фітофтороз картоплі та помідорів (фітофтора класу Ооміцети), парша яблуні та груші (вентурія класу Аскоміцети), іржа та сажка злакових (відповідно пуцинія та устілаго класу Базидіоміцети), фузаріоз багатьох видів рослин, церкоспороз цукрових буряків (фузаріум та церкоспора класу Дейтероміцети) та багато інших. Треба зазначити, що серед збудників хвороб рослин абсолютно домінують гриби (понад 90% усіх захворювань). Найбільшу кількість хвороб рослин спричинюють дейтероміцети (50%), а також аскоміцети та базидіоміцети (по 20%).

Паразитують гриби також на тваринах, комахах та інших грибах. Деякі види дейтероміцетів є збудниками серйозних хвороб людини: пліснявки (оідіум), афтозного стоматиту (молінія), дерматозів (трихофітон, епідермофітон) тощо.

Інколи людина деяку частину паразитуючих грибів розцінює як корисну. Оскільки окремі їх види, наприклад, ентомофтора (Зигоміцети), кордицепс (Аскоміцети), септобазидіум (Базидіоміцети), аспергілус (Дейтероміцети) паразитують на комахах, то цю властивість можна використати у розробці біологічного методу боротьби з шкідниками культурних рослин.

Окремі види аскоміцетів та базидіоміцетів ведуть симбіотичний спосіб життя. Вище вже згадувалося, що деякі базидіоміцети (білий гриб, боровик та інші) на коренях вищих рослин (дерев) із гіфів утворюють мікоризу. Таке співжиття значно покращує мінеральне живлення рослини, а гриб використовує вуглеводи, синтезовані рослиною. Ряд видів аскоміцетів та базидіоміцетів є симбіонтами у тілі лишайників.

Зустрічаються також гриби-хижаки (артроботрис, дактиларія класу дейтероміцетів), що живляться дрібними комахами, нематодами, найпростішими.

 

Лишайники

 

Лишайники – це своєрідні організми, які є результатом симбіозу (співжиття) деяких видів сумчастих і базидіальних грибів та водоростей або ціанобактерій. Відомо близько 25 тис. видів лишайників. Вони поширені по всій земній кулі і живуть на ґрунті, каменях, стовбурах дерев і навіть на склі та металі.

Слань лишайника утворена переплетенням гіфів гриба, які на її поверхні ущільнюються, формуючи кірку. Від нижнього шару гіфів відходять ризоїди, за допомогою яких лишайники прикріплюються до субстрату. Всередині слані гіфи розташовані менш щільно, і між ними знаходяться клітини водоростей чи ціанобактерій.

За формою слані розрізняють накипні, листоподібні та кущисті лишайники. Забарвлення лишайників різноманітне і зумовлюється наявністю так званих лишайникових кислот.

Живляться лишайники симбіотично: гіфи гриба забезпечують водорості водою та мінеральними речовинами, а водорості (або ціанобактерії) у процесі фотосинтезу утворюють органічні речовини, які частково використовуються грибами.

Розмножуються лишайники звичайно вегетативно: частинами слані та особливими утворами (соредіями та ізидіями), які складаються з клітин водорості, обплетених гіфами гриба.

Вони відіграють визначальну роль у ґрунтоутворенні, бо першими поселяються там, де не можуть жити рослини.

Лишайники дуже чутливі до забруднення атмосфери, через що їх використовують як індикатори чистоти повітря. Вони також використовуються людиною для одержання різноманітних речовин – глюкози, харчового цукру, спирту, желатини, вітамінів, антибіотиків, фарбників тощо. Вони є кормом для оленів та деяких інших свійських тварин (кладонія, цетрарія). Окремі види лишайників людина споживає у їжу, наприклад, леканору їстівну та гірофору.

 

 

Рослини

 

Вище вже йшла мова про те, що рослини є автотрофними організмами. Вони містять зелений пігмент хлорофіл, за допомогою якого здатні використовувати світлову енергію для синтезу органічних речовин із неорганічних.

На Земній кулі сьогодні визначено понад 400 тисяч видів рослин. Усі вони об’єднані у два підцарства: Нижчі рослин, або Сланеві, та Вищі рослин, або Листкостебельні.