Современный органический мир нашей планеты насчитывает около 2 миллионов видов животных, 500 тысяч видов растений и больше 10 миллионов микроорганизмов. Поэтому изучение такого многообразия органических особей без их систематизации и общей классификации вызывает определенные затруднения. Современная наука предлагает нам следующую систематизацию по 9 основным категориям — империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид.
Основные надцарства — прокариоты и эукариоты
Империи неклеточных и клеточных организмов также многогранна. Ее разделяют на вирусы, бактерии и грибы , растения и животные. Вирусы и бактерии принадлежат надцарству прокариотов, остальные же ученые отнесли к эукариотам. Основное их отличие друг от друга заключается в том, что первые являются безъядерными организмами. Их также называют примитивными, не имеющими ядра и многих органелл. В этих клетках принято выделять лишь ядерную зону. В ней содержится молекула ДНК, также есть наружная клеточная мембрана и рибосомы. Как уже было замечено, к прокариотам относятся вирусы, бактерии и грибы . Растения и животные можно смело отнести к надцарству эукариотов, имеющих четко оформленное ядро и другие основные структурные составляющие клетки.
Царство животных — многоклеточные кубки и кишечнополостные
В существующей систематизации царства животных принято выделять низшие и высшие многоклеточные организмы. Первые получили свое название ввиду отсутствия тканей и органов, несмотря на то, что их тело состоит из разных типов клеток. К ним относятся губки и кишечнополостные .
Губки считаются самыми низшими многоклеточными неподвижными организмами, часто образующими колонии. Они, как правило, живут в соленой воде (моря и океаны), прикрепившись к субстрату. Форма их тела, образованного двумя слоями клеток, может быть разной, но обычно она внешне напоминает мешок, который имеет много отверстий. Между этим слоями находится мезоглея, в котором образуется кремниевый или известковый скелет губки. В окружающей среде губки могут выступать в качестве фильтра, но в грязной воде они погибают.
Как и губки, кишечнополостные принято относить к простым многоклеточным организмам. В природе их насчитывается около 20 тысяч видов. Для многих из них свойственна прикрепленная форма, которая носит название полип. Как правило, это гидры, морские анемоны и др., но существуют и свободно плавающие организмы — медузы. Все они имеют единый план строения — два слоя с полостью внутри. Длительное изучение кишечнополостных показало, что дифференциация их клеток более высокая, чем у губок, а также имеются нервные клетки, которые образуют нервную систему диффузного типа.
Таким образом, систематизация и общая классификация всего органического мира на нашей планете позволяет лучше изучить его виды. Это дает возможность охарактеризовать взаимную связь между разнообразными организмами и давать им единые названия, что в свою очередь облегчает обмен научной информацией между учеными разных стран.
Методы систематики
Сравнительно-морфологический метод (основной метод систематики) - основан на данных сравнительной морфологии и дает наибольшую информацию о родстве таксонов на уровне вида и рода; с помощью данного метода изучают макроструктуру организмов; метод не требует сложного оборудования.
Сравнительно-анатомический, эмбриологический и онтогенетический методы (варианты сравнительно-анатомического метода) - с их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, особенности гаметогенеза, оплодотворения и развития зародыша, а также характер последующего развития и формирования отдельных органов растений; данные методы требуют совершенной техники (электронной и сканирующей микроскопии).
Сравнительно-цитологический и кариологический методы - позволяют анализировать признаки организмов на клеточном уровне, помогая устанавливать гибридную природу форм и изучать популяционную изменчивость видов.
Палинологический метод - использует данные палинологии (наука, изучающая строение оболочек спор и пыльцевых зерен растений) и позволяет, по хорошо сохраняющимся оболочкам спор и пыльцы, устанавливать возраст вымерших растений.
Эколого-генетический метод - связан с опытами по культуре растений; дает возможность вне зависимости от факторов природной среды изучать изменчивость, подвижность признаков и устанавливать границы фенотипической реакции таксона.
Гибридологический метод - основан на изучении гибридизации таксонов; важен при решении вопросов филогении и систематики.
Географический метод - дает возможность анализировать распространение таксонов и возможную динамику их ареалов (область географического распространения), а также изменчивость организмов, которая связана с географически меняющимися природными факторами.
Помимо указанных выше методов, в систематике используют иммунохимические и физиологические методы, а также данные энтомологии, археологии и лингвистики, которые дают информацию о насекомых вредителях и местах введения в культуру важнейших сельскохозяйственных растений.
Рис. 7.2.1. Вирус табачной мозаики (А – электронная микрофотография, Б – модель).
Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой – капсидом, состоящим из капсомеров . Размеры вириона различных вирусов - от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).
Вирусы обладают следующими характерными особенностями:
· не имеют клеточного строения;
· не способны к росту и бинарному делению;
· не имеют собственных метаболических систем;
· для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота;
· используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;
· не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме хозяина;
· не задерживаются бактериологическими фильтрами.
Вирусы микроорганизмов названы фагами. Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток (рис. 7.2.2.) .
Рис. 7.2.2. Модель фага.
Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса. При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.
Рис. 7.2.1. Вирус табачной мозаики
Вирусная частица (вирион) капсидом, состоящим из капсомеров
фагами. (рис. 7.2.2.) .
Рис. 7.2.2. Модель фага.
Рис. 7.2.1. Вирус табачной мозаики (А – электронная микрофотография, Б – модель).
Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой – капсидом, состоящим из капсомеров . Размеры вириона различных вирусов - от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).
Вирусы обладают следующими характерными особенностями:
не имеют клеточного строения;
не способны к росту и бинарному делению;
не имеют собственных метаболических систем;
для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота;
используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;
не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме хозяина;
не задерживаются бактериологическими фильтрами.
Вирусы микроорганизмов названы фагами. Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток (рис. 7.2.2.) .
Рис. 7.2.2. Модель фага.
Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса. При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.
8. Прокариоты
^ Подимперия доядерные (Procaryota )
Прокариоты – это одноклеточные, колониальные или многоклеточные организмы, которые не имеют морфологически оформленного (ограниченного мембраной) ядра и объединяют два царства – архебактерии (Archaebacteria ) и настоящие бактерии, или эубактерии (Bacteria, Eubacteria )
Общая характеристика представителей подимперии
Большинство бактерий имеют цилиндрическую или палочковидную форму. Палочковидные формы, которые не образуют спор, называются бактериями, а спорообразующие – бациллами. Палочковидные бактерии делятся на собственно палочки (одиночное расположение клеток), диплобактерии или диплобациллы (попарное расположение клеток), стрептобактерии или стрептобациллы (цепочки клеток). Нередко встречаются извитые или спиралевидные бактерии. К этой группе относятся вибрионы, спириллы, спирохеты. Встречаются и нитчатые бактерии (рис. 8.1).
Рис. 8. 1. Форма бактерий: шаровидная (а – микрококки; б – диплококки; в – тетракокки; г – стрептококки; д – стафилококки; е – сарцины); палочковидная (ж – не образующие спор; з, и, к – спорообразующие); извитая (л – вибрионы; м – спириллы; н – спирохеты).
Бактерии шаровидной формы называются кокками . Среди них выделяют: стафилококки - образующие скопления, напоминающие виноградную гроздь; тетракокки - это сочетание из четырех клеток, образующееся после деления клетки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; сарцины (скопления кубической формы) - образуются в результате деления клеток в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Кокки обычно имеют диаметр от 0,5 – 1,5 мкм, ширина палочковидных форм колеблется от 0,5 до 1 мкм, а длина от 2 до 10 мкм. Формы и размеры бактерий значительно изменяются в зависимости от возраста культуры , состава среды и ее осмотических свойств, температуры и других факторов.
Изучение ультраструктуры бактерий (рис. 8.2) стало возможным после создания электронных микроскопов.
Рис. 8. 2. Комбинированный схематический разрез бактериальной клетки: вверху – основание структуры клетки; в середине - мембранные структуры: слева – фотосинтетического микроба, справа – нефотосинтетического микроба; внизу – включения.
^ 1 – базальное тельце; 2 – жгутики; 3 – капсула; 4 – клеточная стенка; 5 – цитоплазматическая мембрана; 6 – мезосома; 7 – фимбрии; 8 – полисахаридные гранулы; 9 – полифосфаты; 10 – липидные капли; 11 – включения серы; 12 – мембранные структуры; 13 – хроматофоры; 14 – нуклеоид; 15 – рибосомы; 16 – цитоплазма.
К внешним структурам клеток прокариот относят капсулы, жгутики , фимбрии и пили , а также клеточную стенку и расположенную под ней цитоплазматическую мембрану .
Капсула . Состоит из полисахаридов, иногда из полипептидов или липидов. Имеет высокое содержание воды (до 98%) и создает дополнительный барьер, защищая клетку от высыхания и механических повреждений.
Жгутики . Представляют собой спирально закрученные нити, которые состоят из одной гиганской молекулы белка флагеллина и обеспечивают подвижность активно передвигающимся плавающим бактериям. Число жгутиков различно у разных видов бактерий (от 1 до 700). Жгутики могут прикрепляться полярно или по всей поверхности клетки (расположение жгутиков имеет таксономическое значение). Отсутствуют жгутики у скользящих бактерий, движение которых осуществляется в результате волнообразных сокращений, изменяющих форму бактерий. Жгутики не относятся к жизненно важным структурам и в разные фазы развития бактерии могут присутствовать или отсутствовать.
Передвигаются бактерии преимущественно беспорядочно, но способны они и к направленным движениям (таксис), благодаря: разнице в концентрации химических веществ в среде (хемотаксис ), разнице в содержании кислорода (аэротаксис ), различиями в интенсивности освещения (фототаксис ).
^ Фимбрии и пили . Первые встречаются как у жгутиконосных видов, так и у форм, лишенных жгутиков, и представляют собой длинные, тонкие, прямые нити. Число фимбрий может достигать нескольких тысяч. Необходимы фимбрии для прикрепления к другим клеткам и субстрату. Пили – половые фимбрии, через которые передается генетический материал от одной клетки к другой.
^ Клеточная стенка . Придает форму бактериальной клетке, защищает внутреннее содержимое от внешней среды, регулирует рост и деление бактерий. Она тонка, эластична, прочна, проницаема для солей и других низкомолекулярных соединений. Основной каркасный слой клеточной стенки формируется из пептидогликана муреина (синтезируется только прокариотной клеткой). У одних бактерий клеточная стенка имеет только один, довольно толстый, слой муреина (50-90%), связанный с полисахаридами и белками. У других – муреиновый слой тонкий (1-10%) и сверху перекрыт слоями липопротеидов, липополисахаридов и белков. Первые называются грамположительными бактериями, вторые – грамотрицательными бактериями. Название этих групп происходит от способности разных бактерий окрашиваться по методу Грама. У наиболее примитивных представителей данной империи в основе клеточной стенки содержатся кислые полисахариды без муреина.
^ Цитоплазматическая мембрана . Служит осмотическим барьером, регулируя поступление веществ внутрь клетки и наружу, является местом локализации ферментов энергетического метаболизма. Состоит из двойного слоя липидов и слоя белка. У некоторых бактерий мембрана охватывает цитоплазму без складок и впячиваний, у других - она образует впячивания (мезосомы) при делении клетки, пронизывает цитоплазму или формирует мембранные тельца.
Цитоплазма. Представляет собойколлоидную систему, состоящую из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и других веществ, соотношение которых варьирует в зависимости от вида бактерий и их возраста. Цитоплазма бактерий имеет различные структурные элементы – внутрицитоплазматические мембраны, генетический аппарат, рибосомы и включения. Остальная ее часть представлена цитозолем.
Нуклеоид . Это нитевидная молекула ДНК, выполняющая функцию ядра и располагающаяся в центральной зоне клетки. Весь наследственный материал сосредоточен в одной бактериальной хромосоме, представленной в виде кольцевой молекулы двухцепочечной ДНК.
Плазмиды . Это внехромосомная ДНК, тоже представленная двойными спиралями, замкнутыми в кольцо. Не являются обязательным элементом в клетке прокариот, выполняют дополнительные свойства, связанные, в частности, с размножением, устойчивостью к лекарственным препаратам, болезнетворностью и т. д.
Рибосомы. Служат местом синтеза белка. Число рибосом в бактериальной клетке от 5 до 50 тыс. (число тем больше, чем быстрее растет клетка).
Включения (запасные вещества или отбросы). Откладываются в определенных условиях среды внутри прокариотических клеток. Представлены полисахаридами, жирами, полифосфатами и серой. Содержатся в осмотически инертной форме, нерастворимы в воде.
Споры (приспособление для переживания неблагоприятных условий среды). Образуются внутри бактериальной клетки, когда бактерии испытывают недостаток питательных веществ, или же когда в среде в большом количестве накапливаются продукты обмена веществ бактерий. Споры могут длительное время (десятки, сотни и даже тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии. Только небольшая группа микроорганизмов способна к образованию эндоспор. Эндоспора, как правило, одна на клетку. Клетки бактерий при спорообразовании приобретают иногда необычную для них форму веретена, лимона или барабанной палочки.
Размножение. Как правило, путем деления надвое (бинарное деление). Отсюда термин – дробянки. Причем, у многих бактерий после деления, в определенных условиях среды, дочерние клетки некоторое время остаются связанными между собой, образуя характерные группы.
Прокариоты лишены хлоропластов, митохондрий, аппарата Гольджи, центриолей, а также внутриклеточного движения и процессов митоза и мейоза.
Царство архебактерии - Archaebacteria
Представители данного царства отличаются друг от друга по типу обмена веществ, физиологическим и экологическим особенностям. Среди них есть хемоавтотрофы и хемогетеротрофы, гетеротрофы, анаэробы и аэробы. При этом, архебактерии имеют много общих признаков, свойственных только им, среди которых наличие однослойных липидопротеидных мембран и клеточной стенки, не имеющей пептидогликанового состава и содержащей псевдомуреин или только белки и полисахариды. Кроме того, архебактерии не чувствительны к антибиотикам и способны существовать в местообитаниях с экстремальными условиями. Среди архебактерий выделяют три группы: метанообразующие бактерии, галобактерии и термоацидофильные бактерии.
^ Метанообразующие бактерии . Среди бактерий, образующих метан, встречаются практически все формы (кокки, палочки, спириллы, сарцины, нити). Существуют мезофильные и термофильные виды. Метанообразующие бактерии – строгие анаэробы. Они представлены автотрофами и гетеротрофами, мезофилами и термофилами, есть и галофильные виды. Метан образуется при анаэробном разложении органических веществ. Его запасы весьма значительны. К экосистемам, в которых образуется метан, относятся большие территории, занятые тундрой и болотами (отсюда другое название метана – болотный газ); также рисовые поля, осадки на дне прудов и озер, лиманы, отстойники очистных сооружений, желудки (рубцы) жвачных животных. В анаэробных условиях органические вещества сначала через ряд промежуточных этапов сбраживаются до уксусной кислоты, СО 2 и Н 2 , затем эти продукты метаболизма первичных и вторичных деструкторов используются метанообразующими (метаногенными) бактериями. Происходит превращение СО 2 и Н 2 в метан, и ацетата в метан и СО 2 .
К метанообразующим бактериям относятся роды Methanobacterium , Methanococcus , Methanosarcina , Methanospirillum и др.
Галобактерии. Это аэробы и гетеротрофы. Их находят в условиях сильного засоления: солончаках, солеварнях (где добывают морскую соль), а также в морских отложениях. Галобактерии лучше всего растут с оптимумом концентрации NaCl в среде 20-25%. Такая приспособленность к существованию в столь экстремальных условиях связана с тем, что концентрация соли внутри клетокгалобактерий так же высока, как и в окружающей среде. Во время массового размножения галобактерий, содержащих каротиноиды, вода кажется ярко-красной.
Галобактерии способны использовать в своем метаболизме и энергию света, которая является дополнением к энергии, полученной путем аэробного окисления субстрата. Некоторые галобактерии могут расти, получая энергию только в результате фотосинтеза с участием бактериородопсина – пигмента, сходного с родопсином (содержится в зрительных клетках животных).
Экстремально галофильные формы содержат роды Halobacterium и Halococcus .
Термоацидофильные бактерии . Среди них есть и автотрофы и гетеротрофы, ацидофильные и нейтрофильные, аэробные и анаэробные представители. Для термоацидофильных бактерийместом обитания могут служить кислые горячие источники, где эти бактерии окисляют соединения серы до сульфата, самонагревающиеся терриконы угольных шахт, горячие источники на склонах вулканов и на дне морей. В гидротермальных источниках архебактерии выступают в роли продуцентов органических веществ, потребляемых животной частью сообществ. Термоацидофильные бактерии входят, например, в состав родов Sulfolobus и Thermoplasma .
Царство настоящие бактерии (эубактерии) – Bacteria ( Eubacteria )
Настоящие бактериимикроскопически малы и имеют следующие характерные особенности:
двухслойные липопротеидные мембраны;
в качестве основного структурного компонента клеточной стенки - гликопептид муреин;
капсулу, окружающую клеточную стенку (состоит из полисахаридной слизи);
разного рода жгутики и разного типа фимбрии;
запасные вещества – крахмал, гликоген, волютин (вещество, включающее остатки фосфорной кислоты);
большие кольцевые ДНК и плазмиды (небольшие кольцевые ДНК);способность образовывать эндоспоры;
по форме среди бактерий выделяют несколько морфологических групп (шаровидные, палочковидные, извитые);
для полученияэнергии используют различные органические и неорганические вещества и солнечную энергию;
среди них есть автотрофы и гетеротрофы (большинство бактерий);
по отношению к кислороду бактерии делятся на: аэробы (существуют только в кислородной среде), анаэробы (отсутствие кислорода - обязательное условие существования) и факультативные анаэробы (живут как в бескислородной, так и в кислородсодержащей средах);
с помощью способа окраски анилиновыми красителями (предложен К. Грамом в1884 г.) бактерии могут быть разделены на две группы – грамположительные и грамотрицательные (способность различно окрашиваться связана с различными особенностями структуры и химизма клеточной стенки).
в отношении местообитаний многие из бактерий – космополиты.
Г р а м о т р и ц а т е л ь н ы е м и к р о о р г а н и з м ы
(не образуют эндоспор и не дают положительной реакции на окраску по Граму)
^ Подцарство оксифотобактерии – Oxyphotobacteria
Подцарство объединяет два таксона – отделы цианобактерии и хлороксибактерии.
К хлороксибактериям (Chloroxybacteria ) относятся бактерии, обитающие в симбиозе с морскими животными в тропических и субтропических морях, и свободноживущие в северной части Атлантического и Тихого океанов. Открыты в начале 70-х годов. Объединены в род Prochloron. Имеют набор фотосинтезирующих пигментов, сходный с набором пигментов зеленых водорослей и растений.
^ Цианобактерии (Cyanobacteria ) – самая обширная, наиболее богатая формами и самая распространенная группа фотосинтезирующих прокариот (существует около 2000 видов). Они также известны под названием сине-зеленых водорослей (благодаря содержанию хлорофилла и способности осуществлять фотосинтез с выделением кислорода).
Цианобактерии включают одноклеточные и многоклеточные формы (рис. 8. 3).
Рис. 8. 3. Схематическое изображение некоторых цианобактерий.
Распространены цианобактерии в различных водоемах, в почве и на рисовых полях. Их протопласт окружен клеточной стенкой, в которой поверх пептидогликанового слоя имеются «наружная мембрана» и липополисахаридный слой. Фотосинтетический аппарат представлен тилакоидами, которые либо расположены параллельно плазматической мембране, либо сильно извиты и помещаются в периферических участках цитоплазмы.
У цианобактерий имеются сильно дифференцированные клетки, которым нет аналогов ни в одной другой группе бактерий: гетероцисты – имеют толстые клеточные стенки, слабую пигментацию и полярные гранулы, являющиеся местом фиксации азота (N 2) в аэробных условиях; акинеты – покоящиеся клетки, выделяющиеся размерами, сильной пигментацией и толстой клеточной стенкой; гормогонии – короткие отрезки, служащие для размножения; баеоциты («мелкие клетки») – репродуктивные клетки, образующиеся при бинарном делении материнской клетки (из одной материнской клетки получается от 4 до 1000 баеоцитов).
Благодаря способности расти в экстремальных условиях и фиксировать молекулярный азот, цианобактерии приобрели большое значение в природе. Эти организмы первыми заселяют места, бедные питательными веществами. Невооруженным глазом их можно увидеть в виде темно-синей или черной пленки на скалах, в зоне прибоя, по берегам пресноводных озер и на морской литорали. Цианобактерии не боятся экстремальных условий. Так, некоторые из них (например, одноклеточные цианобактерии - Synechococcus lividus ) настолько устойчивы к действию кислот и термофильны, что способны расти в кислых горячих источниках (рН 4,0; t = 70 градусов).
В озерах часто бывают вспышки массового размножения цианобактерий. Данный процесс получил название « цветение воды». При этом водоемы перенасыщаются продуктами жизнедеятельности цианобактерий и лишаются запасов кислорода, что отрицательно сказывается на жизни остальных обитателей.
Цианобактерии успешно используются человеком. Пример тому - разводимые человеком на рисовых полях цианобактерии рода Anabaena . Эти организмы обитают в полостях листьев тропического водного папоротника (Azolla ) и обогащают почву соединениями азота. Кроме того, во многих странах цианобактерии выращивают для получения белковой добавки к пище человека и животных.
^ Подцарство аноксифотобактерии – Anoxyphotobacteria
В отличие от цианобактерий аноксифотобактерии не способны выделять кислород в процессе фотосинтеза. Пигменты, бактериохлорофиллы и каротиноиды, локализованы в мембранах, вогнутых (инвагинированных) внутрь клетки. К этому подцарству относятся пурпурные бактерии и хлоробиобактерии. Обитают в анаэробных условиях пресноводных и соленых водоемов.
^ Подцарство скотобактерии – Scotobacteria
Объединяет разнообразные группы хемо- и автотрофных грамотрицательных прокариот. По отношению к кислороду аэробные, анаэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы. Имеют существенное значение в плодородии почв, так как участвуют в разложении растительных остатков (минерализации), круговороте элементов в природе, обогащении почвы биологически активными соединениями. Так, бактерии семейства Pseudomonadiaceae рода Pseudomonas могут восстанавливать нитраты; семейства Azotobacteriaceae рода Azotobacter фиксируют молекулярный азот; семейства Rhizobiaceae рода Rhizobium образуют клубеньки на корнях бобовых растений, вступая с ними в симбиоз и фиксируя молекулярный азот; семейство Nitrobacteriaceae включает бактерии, проводящие процессы нитрификации (окисления аммиака и нитритов) и сульфофикации (окисления серы и её восстановленных соединений); бактерии семейства Cytophagaceae рода Cytophaga проводят аэробное разложение целлюлозы и т. д.
К этому подцарству относятся и микроорганизмы, обитающие в кишечнике человека и животных, многие из них являются болезнетворными.
^ Подцарство спирохеты – Spirochaetae
Клетки этих организмов представляют собой спирально закрученный цилиндр, вокруг которого между мембраной и клеточной стенкой закручен периплазматический жгутик – аксостиль, благодаря которому спирохеты передвигаются в жидкой среде.
Г р а м п о л о ж и т ел ь н ы е м и к р о о р г а н и з м ы
(образуют эндоспоры и дают положительную реакцию на окраску по Граму)
Грамположительные микроорганизмы включают три подцарства: лучистые бактерии, настоящие грамположительные бактерии и микоплазмы.
^ Подцарство лучистые бактерии – Actinobacteria,
отдел актиномицеты – Actinomycetales
Лучистые бактерии имеют тенденцию образовывать мицелиальные колонии. К ним относятся три отдела: микобактерии, коринебактерии, актиномицетобактерии (лучистые грибки, актиномицеты).
По строению клетки и химическому составу ее компонентов актиномицеты являются одной из своеобразных групп бактерий. Актиномицеты образуют ветвящиеся клетки, которые у многих представителей развиваются в мицелий. На мицелии могут образовываться специальные репродуктивные структуры. Диаметр клетки актиномицетов составляет от 0,5 до 2,0 мкм. В актиномицетной гифе выявлены все компоненты, свойственные бактериальной клетке. Клетки большинства актиномицетов грамположительны. Клетки некоторых – кислотоустойчивы (микобактерии, нокардии). Подвижность клетки обеспечивают жгутики. Актиномицеты хемоорганогетеротрофы, большинство из них аэробы. Актиномицеты устойчивы к высушиванию. Более устойчивы, чем другие бактерии, к действию многих фумигантов и инсектицидов. Некоторые устойчивы к антибактериальным антибиотикам.
Отличительной чертой актиномицетов является их способность к образованию разнообразных физиологически активных веществ – антибиотиков, пигментов, веществ, обусловливающих запахи почвы и воды. Мицелий актиномицетов разделяется на первичный (субстратный) и вторичный (воздушный). Актиномицеты, имеющие положительную мицелиальную стадию, обычно образуют бесполым путем специальные репродуктивные структуры – споры, которые могут формироваться на субстратном и воздушном мицелии или на одном из них. Споры расположены на гифах или спороносцах одиночно, парами, цепочками или заключены в спорангии.
Большинство актиномицет – организмы со сложным жизненным циклом, включающим стадии вегетативного роста и спор. Многие образуют сложные вегетативные и репродуктивные структуры. Другие – имеют короткую мицелиальную стадию и не образуют спор. Размножаются актиномицеты путем деления гиф, спорами, иногда почкованием. Цикл развития актиномицетов служит главным показателем в систематическом положении. Однако необходимо учитывать, что организм не в любых условиях образует только один из двух (или из нескольких) свойственных ему типов репродуктивных структур.
В настоящее время отдел Actinomycetales насчитывает свыше 60 родов. Актиномицеты обнаружены в воздухе, водоемах, почве. Часть из них – возбудители заболеваний растений и животных, аллергических реакций у человека. В почве актиномицеты синтезируют и разлагают гумусовые вещества, продуцируют антибиотики, участвуют в азотном балансе. Вызывают образование клубеньков у небобовых растений и фиксируют молекулярный азот.
Мицелий в почве составляет 1-4% биомассы популяций, структурными доминантами являются споры. Активно обнаруживается преимущественно в микрозонах с повышенным содержанием органических веществ.
^ Подцарство настоящие грамположительные бактерии – Eufirmicutobacteria
Семейство Bacillaceae включает аэробные и облигатно анаэробные бактерии, как правило, палочковидной формы, при образовании эндоспор изменяющие форму тела. Бактерии широко распространены в почвах, воде, пищеварительном тракте животных и человека. Сапротрофы, принимают участие в разложении органических веществ, могут вызывать болезни человека, животных и растений (роды Clostridium и Bacillus ). Род Desulfotomaculum представлен анаэробными серовосстанавливающими бактериями. Некоторые бактерии фиксируют молекулярный азот, некоторые способны продуцировать антибиотики.
Семейство Lactobacillaceae включает необразующие споры бактерии, сбраживающие углеводы с образованием молочной кислоты (род Lactobacillus). Распространены бактерии в почвах, на растениях, в желудочно-кишечном тракте животных и человека, молочных продуктах.
Семейство Streptococcaceae включает бактерии, играющие большую роль в получении кисломолочных продуктов, силоса, квашении овощей (роды Streptococcus, Leuconostoc и другие). Спор не образуют, клетки сферической или овальной формы, соединенные в пары или цепочки различной длины.
Семейство Micrococcaceae включает аэробные или факультативно-анаэробные, не образующие споры бактерии сферической формы, распространенные в почвах и пресных водах. Род Staphylococcus представлен болезнетворными видами, встречающимися на коже и слизистых оболочках теплокровных организмов.
^ Подцарство микоплазмы – Tenericutobacteria
Империя Клеточные:
Надцарство Прокариоты Надцарство Эукариоты
(безъядерные) (ядерные)
Царство Археи Царство Грибы
Царство Бактерии Царство Растения
Царство Животные
Царство Грибы
Шляпочные грибы(масленок, лисичка, сыроежка, ядовитые - поганки, мухоморы)
Плесневые грибы(пеницилл и мукор) и дрожжи.
Лишайники - симбиоз грибов и
Царство Растения
Низшие Высшие
(не имеют частей тела; (имеют части тела)
Тело слоевище или таллом)
Низшие: Водоросли
Одноклеточные Многоклеточные
(Хламидомонада, (Зеленые - спирогира, ульва, нителла;
Хлорелла) Бурые - ламинария, цистозейра;
Красные - порфира, родимения,
анфельция, филлофора)
1) Отдел Высшие споровые растения:
Мхи (печеночные мхи, листостебельные – зеленый мох кукушкин лен и белый мох сфагнум)
3) Отдел Покрытосеменные
Класс Однодольные Класс Двудольные
Корневая система - мочковатая стержневая
Жилкование листьев параллельное, сетчатое
1 семядоля 2 семядоли
Исключение вороний глаз Исключение подорожник
Класс Однодольные
семейство Злаки (пшеница, овес, ячмень, просо, рис, кукуруза, ковыль, сахарный тростник, мятлик, пырей ползучий)
соцветие - сложный колос, метелка;
плод - зерновка;
у многих растений стебель - соломина.
семейство Лилейные (лилия, лук, рябчик, тюльпан, пролеска, спаржа, чеснок, гиацинт, ландыш)
соцветие - кисть или одиночный цветок;
плоды - ягода.
Класс Двудольные
семейство Крестоцветные (капуста, редька, ярутка, пастушья сумка, левкой, хрен, редис, брыква, горчица, рапс)
соцветие - кисть;
плоды - стручки или стручочки.
семейство Розоцветные (яблоня, груша, рябина, слива, малина, земляникаперсик, шиповник)
соцветие - одиночный цветок;
плод - костянка, многоорешек, яблоко.
семейство Пасленовые (Паслен, картофель, томат, белена, дурман, баклажан, перец, табак, .)
соцветие - одиночный цветок;
плод - ягода или коробочка.
4) семейство Мотыльковые (Бобовые) (фасоль, горох, соя, люцерна, арахис, чечевица, люпин, клевер, акация)
Соцветие - кисть, головка;
Плод - боб.
5) семейство Сложноцветные (Астровые) (астра, пижма, василек. Девясил. Одуванчик, бодяк полевой, георгины, маргаритки, ноготки, рамашка, мать-и-мачеха, череде, подсолнечник, осот полевой)
Соцветие - корзинка
Плод - семянка.
Царство животные
Тип Простейшие
Радиолярии
Солнечники
Споровики (малярийный плазмодий)
Жгутиконосцы (эвглена зеленаяЭ трихомонада, лямблия, трипаносома)
Инфузории (инфузория - туфелька)
Тип Губки
Известковые
Стеклянные
Обыкновенные
Тип Кишечнополостные
Гидроидные (гидры)
Сцифоидные (медузы - корнерот, физалия, крестовичок, парусник, португальский кораблик, морская оса)
Коралловые полипы (полипы, актиния)
Тип Плоские черви
Ресничные черви (белая планария)
Сосальщики (печеночный сосальщик, двуустка)
Ленточные черви (бычий цепень, свиной цепень)
Тип Круглые черви
(аскарида, острицы, нематоды, коловратки)
Тип Кольчатые черви
Многощетинковые кольчецы или Полихеты (нереис, серпула)
Малощетинковые или Олигохеты (дождевой червь)
Пиявки (улитковая, медицинская, рыбья, ложноконская)
Тип Моллюски
Брюхоногие (слизень, прудовик, катушка)
Двустворчатые (тридакна, устрицы, мидии, жемчужницы)
Головоногие (кальмары, осьиминоги, каракатицы)
8) Тип Иглокожие
Морские лилии
Морские ежи
Морские звезды
Морские огурцы или Голотурии
Тип Членистоногие
Ракообразные (раки, крабы, омары, лангусты, креветки, дафнии, циклопы)
Паукообразные (скорпионы; сенокосцы; пауки - фаланги, крестоносцы, каракурт, птицеяд; клещи - таежный, степной, панцирный, амбарный)
Насекомые
Отряды насекомых:
Таракановые
Прямокрылые (кузнечики, саранча, медведки, сверчки, кобылки)
Уховертки
Поденки
Стрекозы
Жуки или жесткокрылые (колорадский, Божья коровка, усач, голиаф, скарабей и т. д)
Клопы или полужесткокрылые (водяной скорпион, гладыш, щитник, водомерка, постельный клоп, красноклоп)
Бабочки или чешуекрылые (ночные - моли и дневные - апполон, лимонница, адмирал, репница)
Равнокрылые (цикадовые, листоблошки, щитовки, тли)
Двукрылые (слепни, кровососки, комары, мошки, москиты, мухи, ктыри, оводы)
Перепончатокрылые (Оса, шмель, шершень, пилильщик, Муравьи, наездники, пчелы)
Тип Хордовые
Подтип Бесчерепные
Класс Ланцетники
Подтип Черепные или Позвоночные
Класс Круглоротые (миноги и миксины)
Рыбы - 2-камерное сердце
Класс Хрящевые рыбы(акулы, скаты, химерообразные)
Класс Костные рыбы:
Осетрообразные или костно - хрящевые (осетр, белуга, стерлядь, севрюга, калуга. Черная икра)
Сельдеобразные (сельди, шпроты, килька. Тюлька. Сардины, иваси)
Лососеобразные (кета, горбуша, нерка, чавыча, омуль, форель, ряпушка, сиг, семга, корюшка, голец, кижуч. Красная икра)
Карпообразные (пиранья, сазан, вьюн, неон, лещ, чехонь, амур, угорь, карп, карась, плотва, линь)
Окунеобразные (судак, окунь, ерш, ставрида, скумбрия, зубатка, скалярия)
Двоякодышащие рыбы - протоптер и рогозуб (в отсутствии воды переходят на легочное дыхание)
Древние кистеперые рыбы (латимерия)
……………………………………………………………………………………………
Класс Земноводные или Амфибии
3-ех камерное сердце
Отряд Безногие (цейлонский рыбозмей и кольчатая червяга)
Отряд Бесхвостые (лягушки, жабы, квакши, жерлянки, чесночницы)
Отряд Хвостатые (саламандры, тритоны, сирены, протей., аксолотль)
Класс Пресмыкающиеся
3-ех камерное сердце с неполной перегородкой в желудочке
Отряд Чешуйчатые (ящерицы - желтопузик, агама, игуана, варан, хамелеон, летучий дракон, змеи - удавы, питоны, кобры, ужи, полоз, эфа, анаконда, гадюка)
Отряд Черепахи (суповая, кожистая, средиземноморская, дальновосточная, болотная, сухопутные –слоновая, паучья)
Отряд Крокодилы (аллигатор китайский, аллигатор каймановый, гавиаловый, нильский, миссисипский) 4-ех камерное сердце
Отряд Клювоголовые (гаттария или туатара) в Новой Зеландии.
………………………………………………………………………………………………
Класс Птицы
Пингвины (императорский, королевский)
Страусообразные (африканский страус)
Нандуобразные (нанду в Юж. Америке)
Казуарообразные (казуар и эму в Австралии)
Гусеобразные (гоголь, лебедь, кряква, утки, гуси, казарка.) Есть копчиковая железа, смазывают перья жиром из этой железы.
Дневные хищники (орлы, беркуты, ястребы, соколы, луни, грифы, коршуны, кондор, пустельга)
Совы (сова, филин, сыч.)
Куриные (тетерев, глухарь, перепел, фазан, куропатка, рябчик, индейки, цесарки)
Воробьинообразные (щеглы, сойки, пеночки, мухоловки, трясогузки, скворцы, синицы, ласточки, дрозды. Грачи, воробьи, стрижи, жаворонки, снегири, козодои). Самый многочисленный отряд (60% всех птиц).
Голенастые (журавли, аисты, цапли, кваквы)
Класс Млекопитающие или Звери.
4-ех камерное сердце (два предсердия и два желудочка)
Подкласс Яйцекладущие или Первозвери
Отряд Однопроходные (утконос, 2 вида ехидн и 2 вида проехидн)
Подкласс Настоящие звери.
Отряд Сумчатые (кенгуру, коала, опоссум, сумчатые муравьеды, волки)
………………………………………………………………………………………
Отряд Насекомоядные (ежи, выхухоль, крот, белозубка)
……………………………………………………………………………………………..
Отряд Рукокрылые (крыланы - большие, размах крыльев до 180 см.,летучие мыши – маленькие)
…………………………………………………………………………………………….
Отряд Грызуны (семейство Беличьи - белка, бурундук, суслик;
семейство Бобровые - бобры;
семейство Мышиные - крысы, хомяк, ондатра, мыши)
………………………………………………………………………………………
Отряд Зайцеобразные (заяц - русак, заяц - беляк, пищуха, кролик)
………………………………………………………………………………………………..
Отряд Китообразные
(подотряд Зубатые:
Семейства - речные дельфины, дельфиновые, кашалотовые;
Подотряд Беззубые, или Усатые:
Семейства - Гладкие(гренландский, южный кит), Серые, Полосатики (синий, сейвал)
…………………………………………………………………………………………………..
Отряд Ластоногие (тюлени, моржи, морские котики, морские слоны, сивучи,
морские львы, нерпы)
………………………………………………………………………………………………
Отряд Хоботные (индийский слон, африканский слон)
………………………………………………………………………………………………….
Отряд Хищные (семейство Собачьи – волки, лисицы, енотовидные собаки, песцы, шакалы; семейство Медведи - бурый, черный, или гималайский, белый; семейство Куньи - соболь, хорь, куница, горностай, росомаха, барсук, выдра; семейство Кошачьи - кошки, львы, тигры. Пантеры, рыси, леопарды)
……………………………………………………………………………………………………
Отряд Парнокопытные – свиньи, бараны, козы, антилопы, жирафы.
подотряд нежвачные (семейства: Свиньи, Бегемоты, Пекари)
подотряд жвачные (семейства: Оленьковые, Оленевые, Жирафовые, Вилорогие, Пологие, Кабарги)
……………………………………………………………………………………………………
Отряд Непарнокопытные
семейства: Тапиры, Лошади, Носороги.
……………………………………………………………………………………………………..
Отряд Приматы
Подоторяд Полуобезьяны - лемуры, долгопяты, тупайи.
Подотряд Высшие приматы, или Обезьяны:
Широконосые обезьяны (игрунки, ревуны, паукообразные обезьяны)
Узконосые (мартышки, макаки, павианы, мадрилы)
Человекообразные (гориллы, орангутаны, шимпанзе)
Рис. 7.2.1.Вирус табачной мозаики (А – электронная микрофотография, Б – модель).
Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой –капсидом, состоящим изкапсомеров . Размеры вириона различных вирусов - от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).
Вирусы обладают следующими характерными особенностями:
не имеют клеточного строения;·
не способны к росту и бинарному делению;·
не имеют собственных метаболических систем;·
для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота;·
используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;·
не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме хозяина;·
не задерживаются бактериологическими фильтрами.·
Вирусы микроорганизмов названы фагами. Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток(рис. 7.2.2.) .
Рис. 7.2.2.Модель фага.
Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса. При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.
