Положение микроорганизмов в системе живого мира. Принципы их систематики

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Микромир объединяет организмы, относящиеся к раз­личным систематическим группам. Это бактерии, простей­шие, водоросли, грибы, риккетсии, вирусы. Каждая систе­матическая группа в свою очередь представлена микроор­ганизмами, достаточно разнообразными по строению и спо­собам существования. Однако в основе этого удивительного многообразия микромира лежит принцип биохимического глпнства жизни, сформулированный А. Кдюйвером и К. ван Нилем. Этот принцип утверждает, что для всех живых организмов характерны единый механизм передачи наследст­венной информации, единство энергетических процессов и процессов синтеза клеточного вещества. Это значит, что как бы ни были сложны и разнообразны биохимические процессы в клетках различных микробов, все они могут быть представлены цепью элементарных реакций нескольких типов.

1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИКРООРГАНИЗМАХ

Положение микроорганизмов в системе живого мира. Принципы их систематики

Еще на ранних этапах развития биологии мир живых организмов ученые делили на два царства: царство растений и царство животных. Принадлежность к тому или другому опрелелялась по ряду структурных и функциональных признаков. С открытием микроорганизмов делались попытки распределить их между этими царствами. Основой для определення принадлежности микроорганизмов к животным или растительным организмам служили два признака: подвижность и способность к фотосинтезу. Однако постепенное накопление знаний о микроорганизмах, их чрезвычайном разнообразии сделало затруднительным и часто нелогичным отнесение некоторых видов к определенному царству. Ока­залось, что клетки одних микробов по своей структуре на­поминают клетки животных, у других они сходны с расти­тельными, третьи могут сочетать признаки тех и других кле­ток или существенно отличаться от них.

В 1866 г. немецкий биолог Э. Геккель предложил выде­лить микроорганизмы в третье царство живой природы и дал ему название «царство протестов». Основу строения клеток всех протистов, как и клеток высших животных и растений, составляют цитоплазма и ядро.

Однако развитие электронной микроскопии и совершен­ствование методов приготовления биохимических препара­тов позволили выявить принципиально важные отличия во внутренней структуре клеток протистов. Оказалось, что несмотря на общность структурной, биохимической и фи­зиологической организации, присущую всем живым орга­низмам, царство протистов четко делится на две группы.

Первую составляют высшие протисты — эукариоты, клетки которых по своему строению сходны с клетками выс­ших животных и растений. Важнейшие отличительные особенности эукариотической клетки — структурная орга­низация ядра и способ его деления. Клетки эукариот имеют обособленное ядро, отделенное от цитоплазмы мембраной. Наследственная информация заключена в хромосомах, со­держащих дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и бел­ки особого типа. Деление ядра при размножении клеток происходит в результате сложного процесса — митоза. Из микроорганизмов к эукариотам относятся простейшие, грибы, водоросли (кроме синезеленых).

Вторая группа объединяет низших протистов, называе­мых прокариотами (доядерными). В клетках прокариот сформированное ядро отсутствует, но есть ядролодобные образования — нуклеоиды (от лат. «nucleus» — ядро). По сравнению с ядрами клеток эукариот нуклеоиды имеют бо­лее простое строение и не отделены от цитоплазмы оболоч­кой. Наследственную информацию несет одна хромосома, представляющая собой длинную молекулу ДНК.

Таким образом, граница, разделяющая все клеточные формы жизни на две группы, соответствующие двум типам клеточной организации, проходит через царство протистов.

Наука; о распределении живых организмов по отдельным группам — таксонам — называется систематикой. Класси­фикация и номенклатура — две основные области система­тики. Задачей классификации является объединение живых организмов, обладающих общими признаками и свойствами, в определенный таксон.

Основная единица в систематике живых организмов — вид. Под видом подразумевают совокупность организмов, имеющих общее происхождение, характеризующихся об­щими морфологическими и физиологическими признаками и приспособленных к существованию в определенных усло­виях внешней среды. Виды объединяют в .таксоны более высокого ранга — роды. Роды в свою, очередь группируют в семейства, семейства — в порядки (или отряды в царстве животных), порядки — в классы и т. д. Высшим уровнем таксономической иерархии является царство.

Номенклатура как отрасль систематики обеспечивает единство и стабильность названий отдельных таксонов и ор­ганизмов, принадлежащих к ним. Для наименования вида принята бинарная номенклатура, предложенная К. Лин­неем в XVIII в. Видовое название складывается из двух слов. Первое обозначает род и пишется с прописной буквы, второе — вид, к которому принадлежит организм,— пишется со строчной буквы.

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение микробиологии. 2.Что такое микроорганизмы и чем они отличаются от других существ? 3.Какова роль микроорганизмов в природе и деятельности микроорганизмов? 4. На какие две группы делится царство протистов? 5.Что такое «классификация» и «номенклатура»? 6.Что принято за единицу классификации? 7.Из чего складывается видовое название микроорганизма?

Прокариоты (бактерии)

Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в

отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии. Большинство бакте­рий - это одноклеточные организмы, но имеются и многоклеточные.

Форма и размеры бактерий. По внешнему виду (форме) однокле­точные бактерии разделяются на три основные группы: шаровидные, палочковидные и извитые (рис.1).

Шаровидные бактерии - кокки (рис. 1.1 – 1.6) могут быть одиночными - микрококки; диплококки соединены попарно, делятся в одной плоскости; стрептококки образуют цепочки различной длины в результате деления в одной плоскости, как и диплококки; тетракокки соединены по четыре вследствие деления в двух взаимно перпендикулярных плос­костях; сарцины располагаются в форме правильных пакетов вследствие деления в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. При деле­нии кокков неравномерно в нескольких плоскостях образуются скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда, стафи­лококки.

Палочковидные бактерии (рис.1.7 – 1.8 ) имеют форму вытянутого ци­линдра, могут быть одиночными или соединены попарно, а также в виде цепочек из трех и более клеток. Извитые (рис.1.9 – 1.14) бактерии бывают трех типов: вибрионы-палочки, изогнутые в виде запятой; спириллы имеют один или несколько завитков, и спирохеты, имеющие вид мелких спиралей с многочисленными завитками.

Кроме этих наиболее распространенных в природе форм бактерий имеется небольшое количество нитчатых форм (рис.1.12). Они представляют собой многоклеточные организмы в виде нитей, состоящих из одинаковых цилиндрических или дисковых клеток, и являются типичными водными организмами.

Рис.1. Основные формы бактерий

1 – микрококки; 2 – диплококки; 3 – стрептококки; 4 – тетракокки; 5 – стафилококки; 6 – сарцины; 7 – палочковидные неспорообразующие бактерии; 8 – палочковидные споро-образующие бактерии; 9 – вибрионы;10 – спириллы; 11 – спирохеты; 12 – нитчатые бактерии; 13 – тороид; 14 – бактерии, образующие простеки; 15 – червеподобные;

16 - звездоподобные

Сравнительно недавно в почве и водоемах были обнаружены но­вые формы бактерий, клетки которых имеют вид разомкнутого или замкнутого кольца (тороиды), шестиугольной звезды, розетки, а также клетки с выростами (простеками) и червеобразной формы (рис.1.15).

К бактериям относится еще одна, особая группа микроорганизмов - актиномицеты. Их клетки в основном имеют вид тонких длинных пря­мых ветвящихся нитей (рис. 2).Они обитают в воде, почве и на растительных остатках, придавая им специфический землистый запах.

Размеры бактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большинства бактерий не превышает 0,5 - 0,8 мкм, средняя длина па­лочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм. Наиболее мелкие из микроорганизмов - микоплазмы, не имеющие клеточной стенки, имеют размер 0,1-0,15 мкм.

Объем бактериальной клетки в среднем составляет 0,07 мкм³, масса - 5 х 10-¹² г. В 1 мм³ может содержаться до 10⁹ бактериальных клеток.

В пищевых производствах основное значение имеют шаровидные и палочковидные бактерии.

Рис. 2. Актиномицеты: а - мицелии; б - спороносцы