Особенности строения примитивных организмов: бактерии и вирусы

Примитивные организмы, такие как бактерии и вирусы, отличаются высокой простотой строения. Бактерии представляют собой одноклеточные организмы, имеющие клеточную стенку, мембрану и генетический материал в виде кольцевой ДНК, который не содержит ядерной оболочки. Они способны к самостоятельному размножению и обладают метаболической активностью, что позволяет им выживать в различных условиях.

Вирусы, в отличие от бактерий, не являются клеточными организмами и представляют собой сложные структурные единицы, состоящие лишь из генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в белковую оболочку. Вирусы не могут размножаться самостоятельно и нуждаются в живых клетках-хозяевах, чтобы реплицироваться, что делает их паразитами. Эти особенности существенно различают бактерии и вирусы в контексте их биологии и взаимодействия с окружающей средой.

Доклеточные формы жизни

Сегодняшняя биосфера преимущественно состоит из клеточных структур. Исключение составляют лишь некоторые простейшие организмы, к которым относятся вирусы и фаги, которые не имеют клеточного устройства. Именно с учетом этого важного аспекта все живые существа классифицируются на две крупные группы: неклеточные (включая вирусы и фаги) и клеточные (в которые входят все остальные живые организмы: бактерии, грибы, зеленые растения и животные).

Существующие представления о делении живого на два царства — животные и растения — больше не актуальны. Современная биология делит всю жизнь на пять царств: прокариоты (дробянки), зеленые растения, грибы, животные, а также отдельно выделяет царство вирусов, относящееся к неклеточным формам существования.

Неклеточные формы жизни — вирусы и фаги

Империя доклеточных состоит из единственного царства — вирусов. Это мельчайшие организмы, их размеры колеблются от ‘2 до 500 мкм. Лишь самые крупные вирусы (например, вирус оспы) можно увидеть при очень большом увеличении (в 1800—2200 раз) оптического микроскопа. Размеры мелких вирусов равны крупным молекулам белка. Большинство вирусов так мелки, что могут проходить через поры специальных бактериальных фильтров.

Вирусы обладают уникальными чертами, которые отличают их от других живых существ. Рассмотрим основные характеристики:

1. Они существуют исключительно как внутриклеточные паразиты; вне клеток организмов, в которых они обитают, их размножение невозможно.

2. Содержат лишь один из типов нуклеиновых кислот — либо РНК, либо ДНК (все клеточные организмы содержат и ДНК, и РНК одновременно).

3. Вирусы имеют строго ограниченное количество ферментов и используют обмен веществ своего хозяина, включая его ферменты и полученную энергию для своих нужд.

4. Зрелые вирусные частицы в форме «вироспор» могут находиться вне клетки хозяина, но в этот период не проявляют признаков жизни.

Сегодня ученые идентифицировали около 200 видов вирусов, воздействующих на животных, 170 видов, нацеленных на растения, а также 50 вирусов, паразитирующих на бактериях.

Вирусы впервые были открыты в 1892 г. выдающимся русским биологом Д. И. Ивановским, который стал основателем новой биологической дисциплины — вирусологии.

Происхождение вирусов остается загадкой. Одни исследователи считают их древнейшими живыми существами на планете, однако вирусы не могут существовать без заражения более сложных организмов, что ставит под сомнение такую точку зрения. Поэтому большинство ученых не согласны с гипотезой о том, что вирусы были первыми формами жизни.

Согласно другой точке зрения вирусы — это потомки предъядерных сине-зеленых и бактерий, испытавших сильное упрощение в связи с переходом к паразитизму. Утрата многих биологически важных свойств, согласно этой точке зрения, рассматривается как вторичное явление.

Существует и третья точка зрения на вирусы — некоторые описывают их как «заблудившиеся» или «одичавшие» гены. Действительно, участок молекулы ДНК (ген) отвечает за синтез определенных белков, и для этого ему необходима энергия, которая поступает извне от митохондрий — своеобразных энергетических станций клетки.

Эти энергетические станции отсутствуют у вирусов, вследствие чего для синтеза белковой оболочки необходимо использовать энергию, вырабатываемую той клеткой, в которой они паразитируют. Несомненное сходство функционирования гена и нуклеиновых кислот вируса дает основание рассматривать их как производные «заблудившихся» или «одичавших» генов-Роль вирусов в эволюции клеточных организмов. Данные, накопленные в середине 70-х годов, говорят о том, что вирусы могут играть большую роль в эволюции клеточных организмов, в клетках которых они паразитируют,— прокариот, растений и животных.

Во-первых, вирусы действуют как сильные мутагенные агенты. После вирусных инфекций (таких как инфекционная желтуха, корь, грипп, энцефалит и другие) у людей и животных наблюдается резкое увеличение пораженных хромосом. Это указывает на то, что вирусы могут способствовать возникновению новых мутаций, играющих значительную роль в процессе естественного отбора. Во-вторых, вирусный геном может интегрироваться в геном хозяина, позволяя вирусам переносить генетическую информацию не только между особями одного вида, но и между различными видами. Эксперименты показывают, что фрагменты ДНК от одного вида могут передаваться другому с помощью вирусов.

Организмы с клеточным строением объединяются в империю клеточных, или кариот (от греч. ка-рион — ядро). Типичная структура клетки, свойственная большинству организмов, возникла не сразу. В клетке представителей древнейших из современных типов организмов (сине-зеленых и бактерий) цитоплазма и ядерный материал с ДНК еще не отделены друг от друга.

Клеточные организмы можно разделить на две большие группы по наличию или отсутствию ядра: безъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты), что происходит от греческих слов «протос» — первый и «эу» — настоящий. К первой группе включаются сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и бактерии, ко второй — все существующие животные, высшие растения и грибы.

К прокариотам относят наиболее просто устроенные формы клеточных организмов. ДНК прокариот образует одну двойную спиралевидную нить, которая замкнута в кольцо. Эта кольцевидная нить ДНК состоит из значительного числа генов, но это еще не настоящая хромосома, которая появляется только у эукариот. В связи с тем, что ДНК представлена единственной нитью, существует лишь одна группа сцепления генов.

Основные характеристики прокариотов:

— кольцевидная ДНК сосредоточена в центральной части клетки, не отделенной ядерной оболочкой от остальной части клетки;

— отсутствие пластид;

— клеткам прокариот несвойствен митоз;

— отсутствие веретен деления;

— нет пищеварительных вакуолей; отсутствуют настоящие жгутики; неизвестен настоящий половой процесс; гаметы не образуются.

Надцарство прокариотов включает в себя единственное царство дробянок, которое делится на два полцарства: сине-зеленые бактерии и собственно бактерии.

Прокариоты: надцарство и тип сине-зеленых

Сине-зеленые включают около 1400 ныне существующих видов. В клетках этих организмов отсутствует ядро и хроматофоры — структуры, содержащие пигменты и обеспечивающие фотосинтез, также не наблюдаются вакуоли. В центральной части клеток сине-зеленых сосредоточены нуклеопротеины — соединения белков и нуклеиновых кислот.

Сине-зеленые замечательны тем, что способны использовать азот воздуха и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они могут использовать углекислый газ как единственный источник углерода. В отличие от фотосинтезирую-щих бактерий сине-зеленые при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород.

В периферических участках клеток равномерно распределены синие и коричневые пигменты, которые, сочетаясь с хлорофиллом, придают сине-зеленым водорослям их характерный цвет. Некоторые из них могут иметь дополнительные пигменты, меняя цвет на черный, коричневый или красный. Например, цвет Красного моря объясняется большим количеством пурпурно пигментированных сине-зеленых.

Сине-зеленые могут использовать как солнечную энергию (автотрофность), так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ (гетеротрофность). Размножаются сине-зеленые только бесполым путем.

Сине-зеленые могут быть представлены как одноклеточными, так и колониальными, нитчатыми или многоклеточными формами. Однако различные формы хлорофиллов у многоклеточных ядерных организмов произошли не от многоклеточных сине-зеленых, а от одноклеточных ядерных форм.

Таким образом, у сине-зеленых впервые отмечается попытка прорыва на следующий этап — на уровень многоклеточности. Однако эта попытка не имела особых последствий для эволюции. Сине-зеленые—древнейшие организмы Земли. Однако и поныне они играют большую роль в круговоротах веществ и энергии.

В глобальном масштабе известно около 3000 видов бактерий. Некоторые из них могут непосредственно использовать солнечную энергию (автотрофы), в то время как другие (гетеротрофы) добывают ее из органических веществ. Среди автотрофных бактерий выделяются фотосинтезирующие и хемосинтезирующие виды. Способность к фотосинтезу имеется у зеленых и пурпурных бактерий.

У зеленых бактерий окраска определяется особым веществом — бактериохлорофиллом, а не хлорофиллом а, как у сине-зеленых. Нет синего и бурого пигментов при фотосинтезе не выделяется.

Хемосинтез, то есть использование энергии, выделяющейся в результате окисления неорганических веществ, является явлением, характерным лишь для отдельных видов бактерий. Серобактерии могут окислять сероводород и выделять серу. Нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в азот и нитратные соединения, а высокое содержание азота в современной атмосфере обусловлено их деятельностью. Железобактерии способны преобразовывать закисное железо в окисное.

Среди гетеротрофных бактерий одна часть использует энергию процессов брожения. Конечным продуктом процесса брожения являются органические кислоты. Наиболее известны молочнокислые, маслянокислые и уксуснокислые бактерии. Другая часть гетеротрофных бактерий — гнилостные бактерии — используют энергию, высвобождающуюся при расщеплении белков. Конечный продукт распада при таких гнилостных процессах — азотные соединения, в последующем окислении которых принимают участие нитрифицирующие бактерии.

Бактерии, как и сине-зеленые водоросли, существовали около 3 миллиардов лет назад и сыграли важнейшую роль в формировании нынешнего состава атмосферы, а В изменении внешнего облика нашей планеты.

Вопрос о происхождении бактерий до конца неясен. Несомненно, что ряд бактерий возник непосредственно от сине-зеленых. Известны бактерии, очень близкие к сине-зеленым, отличающиеся от последних лишь отсутствием пигмента.

Царство Предклеточные. Вирусы — РАЗНООБРАЗИЕ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Общие пояснения. В русском языке слово «вирус» переводится как яд. Вирусы были впервые открыты в 1892 году русским исследователем Д. И. Ивановским на примере вируса табачной мозаики. Эти организмы представляют своего рода промежуточную категорию между живой и неживой природой.

Вирус состоит из генетического материала — молекулы ДНК или РНК, покрытого белковой оболочкой — капсидом; у некоторых встречается липопротеидная мембрана и аппарат прикрепления. Вирусы наносят огромный вред, вызывая болезни растений (вирус табачной мозаики, мозаики огурцов, желтухи свеклы, бронзовости томатов и др.). Животных и человека поражают около 300 форм вирусов.

Разные болезни, затрагивающие людей, такие как грипп, полиомиелит, корь и оспа, вызваны вирусами. Группа вирусов, нацеленных на бактерии, называется бактериофагами (пожиратели бактерий); их открытие произошло в 1915 году благодаря Ф. Туорту. Эти вирусы, обитающие в кишечнике человека и животных, оказывают полезное действие, уничтожая бактерии, ответственные за дизентерию, и использовались в лечении брюшного тифа, холеры.

Вред, приносимый вирусами, заключается в том, что их генетический материал — ДНК или РНК, попав в клетку организма-хозяи- на, начинает синтезировать собственные иРНК и белки. Все структуры клетки-хозяина подавляются, а размножившийся вирус переходит в соседние клетки, что приводит к развитию заболевания. Однако если организм обладает хорошим иммунитетом, то он способен бороться с вирусами, начиная с момента проникновения их через клеточную мембрану (плазмалемму) или путем защитной реакции (образование интерферона).

Различия между вирусами и клетками:

— вирусы никогда не размножаются делением;

— вирусы содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты (либо ДНК, либо РНК);

— вирусы никогда не размножаются вне клетки хозяина.

Стадии размножения (репродукции) вирусов:

1. Адсорбция — процесс прикрепления вирусных частиц к поверхности клетки.

2. Инъекция — это процесс, при котором вирусная частица проникает в клетку и освобождает вирусную нуклеиновую кислоту из белкового капсида (в случае бактериофагов — это введение вирусной нуклеиновой кислоты в клетку).

3. Репликация молекул вирусной нуклеиновой кислоты — происходит за счет нуклеотидов, содержащихся в клетке.

4. Синтез вирусных белков (капсидных белков и ферментов) происходит на рибосомах клетки.

5. Сборка вирусных частиц — осуществляется из синтезированных пораженной клеткой вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков.

6. Выход вирусных частиц из инфицированной клетки. У бактерий это часто приводит к лизису клетки, в то время как у эукариот это происходит через выпячивание клеточной оболочки и «выталкивание» вирусных частиц в окружающее пространство.

Новые частицы вируса, очутившись в окружающей среде, заражают новые клетки, и цикл развития вируса повторяется снова.

Вирусы как объект микробиологии

Вирусы – самые примитивные организмы на земле. В свободном состоянии в них не происходят никакие обменные процессы. Только при попадании в клетку-хозяина вирусы начинают размножаться. У всех живых организмов носителем генетического материала является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Только среди вирусов встречаются представители с генетической последовательностью типа рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Вирусы часто не классифицируют как истинно живые организмы.

Кроме паразитов, специализирующихся на животных и человеке, среди них встречаются фитопатогенные представители, то есть повреждающие только клетки растений; бактериофаги – «пожиратели бактерий». Известно, что вирусы способны даже развиваться в погибших клетках, у которых осталась относительно целая структура, а генетический материал погиб. Раньше во время эпидемий сжигали тела умерших как при бактериальных, так и вирусных заболеваниях.

Морфология вирусов имеет множество форм (см. рис. 12). Их размеры, как правило, варьируются от 20 до 300 нм в диаметре.

Разнообразие вирусных частиц.

Некоторые вирусы могут достигать длины 1-1,5 мкм. Структура вируса включает в себя генетический материал, окружённый специальным белковым каркасом (капсидом), который имеет разнообразные формы (спиральные, икосаэдрические, шарообразные). Некоторые вирусы обладаю дополнительной оболочкой, образованной мембраной клетки-хозяина (суперкапсид).

Например, вирус иммунодефицита человека (рис. 13) известен как возбудитель заболевания, которое носит название (СПИД). Он содержит в качестве генетического материала РНК, поражает определенный тип клеток иммунной системы (т-лимфоциты хелперы).

Структура вируса иммунодефицита человека.

Цикл размножения данных паразитов начинается с этапа прикрепления к клетке. Мишень содержит особые молекулярные концы (рецепторы), по которым ее распознают вирусы. Далее осуществляется проникновение внутрь генетического материала паразита, часто с некоторыми другими компонентами его структуры. Размножение вируса происходит за счет удвоения (репликации) генов и последующего формирования нужных белков. После этого вирусы копиями освобождаются из клетки и снова формируют свою структуру.

Риккетсии – примитивные бактерии

На первый взгляд может показаться, что между вирусами и бактериями существует существенная разница. Однако в природе встречаются переходные формы, известные как риккетсии. Эти микроорганизмы, согласно современной классификации, входят в тип Proteobacteria (протеобактерии). Риккетсии по размеру аналогичны большим вирусам и являются внутриклеточными паразитами.

Как и вирусы, риккетсии способны размножаться только в клетках хозяина. Клетки данных бактерий неподвижны. Риккетсии, как правило, являются палочковидными, встречаются также кокки и нити.

Инфекции, вызванные риккетсиями, у человека зачастую протекают очень тяжело, проявляясь симптомами лихорадки и затрагивая центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Обычно риккетсии передаются человеку через укусы клещей, блох или вшей. В клетках-носителях эти паразиты находятся в неактивной форме и активизируются только при попадании в хозяина. Риккетсии также могут передаваться через теплокровных животных (таких как крысы, мыши и собаки), при этом они им не причиняют вреда.

Примитивные организмы бактерии и вирусы особенности строения

Примитивные организмы

• Организм является структурной единицей жизни;

· что организм является биосистемой.

Формы организмов. Живые существа отличаются по способу питания (автотрофы и гетеротрофы), особенности строения (одноклеточные, многоклеточные, неклеточные), продолжительности жизни, поведению и полу (мужские и женские особи). Каждый организм обладает уникальным набором наследственной информации, которую он унаследовал от своих предков.

В процессе эволюции на Земле возникли три формы организмов — одноклеточные, многоклеточные и неклеточные, которые различаются между собой по строению, физиологическим процессам и значению в природе. Среди одноклеточных организмов в природе существуют прокариотические (доядерные) и эукариотические (ядерные) формы.

Сначала рассмотрим особенности одноклеточных организмов без ядра — бактерий, а также группу неклеточных организмов — вирусов.

Бактерии и их свойства . Бактерии — самые древние и, следовательно, наиболее примитивные по строению и свойствам организмы. Их клетки намного (на порядок) мельче клеток эукариотических одноклеточных организмов. Их ядерное вещество представлено одноцепочечной кольцевой ДНК (условно называемой «хромосомой»). Поэтому бактерий относят к гаплоидным организмам.

ДНК бактерий не обособлена от цитоплазмы мембраной и, прикрепляясь к плазматической мембране, находится непосредственно в цитоплазме. Нуклеарный материал (ДНК) у бактерий называют нуклеоидом (от латинского «nucleus» — ядро и греческого «eidos» — вид). Поэтому бактерии классифицируют как доядерные организмы, выделяя их в особое надцарство Доядерные или Прокариоты.

Строение бактерий. Снаружи плазматической мембраны клетки бактерии обычно находится прочная клеточная стенка, в состав которой входит муреин (гликопротеид). Клеточная стенка окружена слизистой капсулой. У некоторых бактерий имеются жгутики. Цитоплазма неподвижна и не разделена мембраной на внутренние отделы, содержит рибосомы, которые заметно мельче рибосом эукариот.

По своему внешнему виду бактерии бывают: палочковидные (бациллы), округлые (кокки), цепочки кокков (стрептококки), гроздья кокков (стафилококки), спиралевидные (спириллы) и изогнутые, напоминающие запятую (вибрионы). Форма бактерий является важным морфологическим признаком, который широко используется для определения их таксономических групп и видовой принадлежности в систематике бактерий.

По способу получения энергии бактерий подразделяют на автотрофов и гетеротрофов. Среди бактерий-автотрофов есть фотосинтезирующие, или фототрофы, — цианобактерии, зелёные и пурпурные бактерии. Другие автотрофы получают энергию за счёт окисления неорганических веществ (сероводорода, серы, аммиака и др.). Этот путь образования органических веществ называют хемосинтезом, а бактерий — хемосинтезирующими.

Большинство бактерий являются гетеротрофами, что означает, что они питаются органическими веществами, которые уже готовы к употреблению (сапротрофы, паразиты, симбионты). В природе практически отсутствует органическое вещество, которое не перерабатывают бактерии.

По отношению к кислороду бактерий делят на аэробных, по своему обмену веществ нуждающихся в кислороде, и анаэробных, способных жить в бескислородных условиях. Некоторые бактерии для получения энергии используют анаэробный ферментативный способ расщепления органических веществ — брожение.

Образ жизни бактерий. Эти организмы обитают в различных условиях и способны выживать в любых средах. В случаях неблагоприятных условий клетки бактерий формируют плотную защитную оболочку — споры, которая позволяет им сохранять жизнеспособность на протяжении долгого времени (сотни и даже тысячи лет). Споры бактерий служат средством защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды, а не способом размножения, как это происходит у эукариот. В условиях, благоприятных для жизни, спора активируется и начинается ее жизнедеятельность.

Размножение бактерий осуществляется простым делением клетки надвое.

Значение бактерий. Роль бактерий в экосистеме трудно переоценить. Они участвуют в разложении любых органических веществ. Способствуя увеличению плодородия почвы, они имеют огромное значение для сельского хозяйства. Являясь важным элементом биологического круговорота веществ, бактерии выполняют санитарную функцию, расщепляя органические вещества и очищая биосферу.

Это свойство бактерий человек использует в различных очистных сооружениях. Многие виды бактерий широко используются в пищевой промышленности, особенно при получении молочнокислых продуктов.

Среди бактерий есть множество патогенных видов, которые вызывают различные инфекционные заболевания у человека, животных и растений.

Науку, изучающую многообразие, строение и свойства бактерий, называют микробиологией.

Вирусы представляют собой неклеточные организмы, которые стоят на границе между живой и неживой природой. Это очень древние формы жизни, возникшие на Земле задолго до появления эукариот. Эти организмы, выделяемые в особое царство Вирусы, имеют простую структуру. Каждая вирусная частица (вирион) содержит молекулу нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), окружённую белковым слоем.

Вирусы герпеса, натуральной оспы содержат в вирионе ДНК, а вирусы кори, краснухи, гриппа, СПИДа, табачной мозаики — РНК

Главной характеристикой вирусов является их способность размножаться только внутри живых клеток. Проникая в клетку, вирус внедряется в её геном. В результате зараженная клетка начинает производить вирусные нуклеиновые кислоты и белки. Вирусы, которые атакуют бактерии и паразитируют на них, называются бактериофагами.

Схема заражения и размножения вируса-бактериофага в клетке бактерии

Вирусы являются причиной многих заболеваний у растений, животных и человека, включая гепатит, полиомиелит, оспу, грипп и ящур.

Вирусы (вирус табачной мозаики) были открыты российским учёным Д. И. Ивановским в 1892 г. Сегодня известно около 500 видов вирусов, вызывающих различные заболевания. Однако огромное количество вирусов, обитающих в биосфере, ещё не описано и не изучено. Вирусы играют огромную роль в природных экосистемах, регулируя численность всех других организмов.

Форма тела бактерий, способы передвижения и размножения

В природе существует множество видов этих доядерных микроорганизмов, их значение для планеты велико. Они различаются и по форме:

• кокки представляют собой сферические организмы;
• стрептококки — это цепочки из шарообразных бактерий;
• стафилококки образуют грозди кокков;
• диплококки — парные бактерии, находящиеся в одной капсуле со слизью;
• бациллы имеют форму палочек;
• вибрионы имеют изогнутую форму, наподобие запятой;
• спириллы имеют спиралевидную форму.

Все эти виды микробов передвигаются с помощью специальных жгутиков, состоящих из флагеллина. Этот орган передвижения может находиться с одной стороны клетки, с двух сторон или по всех поверхности. Главная функция жгутиков – осуществлять передвижение этих микроорганизмов как в природе, так и внутри живых существ. А вот у вирусов подобных «помощников» для передвижения нет.

Большинство этих микроорганизмов размножаются путём клеточного деления, хотя некоторые виды (в небольшом количестве) размножаются лишь путём почкования. Спорообразование, характерное для бацилл и клостридий, играет защитную роль в неблагоприятной среде и помогает сохранять вид.

Как выглядит клетка бактерии в разрезе

Очень любопытно посмотреть, каковы особенности строения одной клетки в разрезе. Снаружи она окружена специальной защитной оболочкой, носящей название стенки. Именно эта оболочка, достаточно плотная, является защитным барьером, преградой для негативных внешних воздействий. Другой главной функцией клеточной стенки является опорная. Именно оболочка придает всем разновидностям бактерий их своеобразную форму.

Структура защитной оболочки клеток бактерий напоминает клеточные стенки растительных клеток. Именно через эти стенки питательные вещества проникают в клеточную цитоплазму, а продукты распада выводятся наружу. При необходимости вокруг этой защитной оболочки может формироваться слизистая капсула, защищающая бактерию от деформации и потери влаги.

Жгутики или ворсинки встречаются на поверхности многих разновидностей этих мельчайших микробов. Их роль в жизнедеятельности бактерий огромна – именно с помощью таких приспособлений такие доядерные микроорганизмы передвигаются. Таковы наиболее важные особенности строения бактерий.

Примитивные организмы бактерии и вирусы особенности строения

Вспомните, на какие царства делятся все живые организмы. Изучите рисунки. Какие особенности характеризуют однох cellularные организмы? В чем принципиальная разница между колониальными и одноклеточными организмами?

Сравните многоклеточные и одноклеточные организмы. В чем их существенные отличия?

Организм (от лат. organism — организованный, придающий структуру) представляет собой биологическую систему, состоящую из взаимосвязанных компонентов, которые действуют как единое целое. Всем организмам присущи основные признаки жизни: обмен веществ, преобразование энергии, способность реагировать на внешние раздражители, а также наследственность и изменчивость, рост и размножение. Живые организмы на Земле демонстрируют богатое разнообразие: от одноклеточных до многоклеточных форм. Следует отметить, что среди одноклеточных встречаются прокариоты, в то время как все колониальные и многоклеточные формы — это эукариоты.

Одноклеточные организмы. Самые простые формы организмов — одноклеточные. Они встречаются среди всех основных царств живой природы: бактерий, растений, животных и грибов. Одноклеточные организмы распространены в воде, почве, воздухе, а В телах многоклеточных организмов.

Одноклеточные организмы адаптировались к самым различным условиям существования и составляют значительную часть биомассы всех существ на планете. Некоторые из них являются автотрофами, а другие — гетеротрофами.

Бактерии и одноклеточные грибы: 1 — кишечные палочки; 2 — дрожжи

Ключевая характеристика одноклеточных организмов заключается в их простоте строения. Это единичная клетка, обладающая всеми необходимыми признаками для самостоятельного существования. Органеллы (от лат. organella — маленький орган) клетки выполняют функции, аналогичные органам многоклеточных организмов.

Размножаются одноклеточные достаточно быстро и при благоприятных условиях в течение часа могут давать два, а иногда и три поколения. При неблагоприятных условиях они могут образовывать споры, покрытые плотными оболочками. Процессы жизнедеятельности в спорах практически отсутствуют. При благоприятных условиях спора вновь превращается в активно функционирующую клетку.

Примеры одноклеточных водорослей и простейших: 1 — хлорелла; 2 — амеба обыкновенная, захватывающая инфузорию-туфельку.

Прокариотные одноклеточные организмы входят только в царство Бактерии. Одноклеточные эукариоты встречаются в остальных царствах живой природы. В царстве Растения — это одноклеточные водоросли, в царстве Животные — это простейшие, в царстве Грибы — это одноклеточные грибы-дрожжи.

Колониальные организмы. Множество исследователей рассматривает колониальные организмы как промежуточные формы между одноклеточными и многоклеточными. Наиболее примитивные колонии можно наблюдать у прокариот, таких как бактерии, которые, размножаясь, формируют колонии. Каждому виду бактерий свойственна определенная форма колонии.

Они синтезируют определенные ферменты, позволяющие им более эффективно использовать питательные вещества. При неблагоприятных условиях клетки такой колонии образуют споры, позволяющие выживать организму.

Также колониальные структуры могут образовываться у зеленых водорослей. Особенно примечательна колония вольвокса, которая значительно напоминает многоклеточный организм. Согласованное движение жгутиков позволяет колонии перемещаться в заданном направлении. Клетки, отвечающие за воспроизведение, располагаются с одной стороны колонии.

Благодаря им внутри материнской колонии образуются дочерние колонии, которые потом отделяются и переходят к самостоятельному существованию.

Колониальная водоросль вольвокс: 1 — внешний вид колонии; 2 — структура отдельных клеток, связанных между собой цитоплазматическими нитями.

Многоклеточные организмы. Хотя одноклеточные очень многочисленны и широко распространены на Земле, по сравнению с ними многоклеточные организмы имеют ряд преимуществ. В первую очередь, они могут использовать ресурсы среды, недоступные единичной клетке. Например, наличие множества клеток, образующих различные ткани и органы, позволяет дереву или кустарнику достичь большой величины, с помощью корней обеспечить себе водное и минеральное питание, а в зеленых листьях создавать органические вещества. Многоклеточные животные благодаря тканям и органам способны лучше добывать пищу, осваивать новые места обитания.

В многоклеточных организмах наблюдается значительное разнообразие клеток, однако всегда можно выделить группы клеток, похожих по структуре и функции. Эти группы клеток вместе с межклеточным веществом образуют ткани. Специализация клеток на выполнение определенных задач увеличивает общую эффективность работы всего организма.

: 1 — растительная ткань (основная фотосинтезирующая); 2 — животная ткань (реснитчатый эпителий)

Ткани многоклеточных организмов.

Различные ткани объединяются в органы, которые, в свою очередь, образуют системы органов. Внутренние органы и системы органов характерны для животных.

Хотя растения имеют несколько иное строение органов, они также состоят из различных тканей.

Неклеточные формы жизни. Вирусы. Кроме организмов, имеющих клеточное строение, существуют и неклеточные формы жизни — вирусы (от лат. вирус — яд). Их свойства позволяют, с одной стороны, считать их живыми телами природы, а с другой стороны, рассматривать их как молекулы веществ неживой природы. Вирусы обладают наследственностью и изменчивостью.

Тем не менее, растения не в состоянии вести самостоятельный обмен веществ, преобразовывать энергию и размножаться без участия других организмов. Поэтому вирусы представляют собой промежуточную категорию между живой и неживой материей.

Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским при изучении мозаичной болезни растения табака (рис. 76). Вскоре были открыты сходные возбудители многих заболеваний растений и животных. Их определили как паразитических болезнетворных агентов, которые размножаются только в клетках хозяина.

Дмитрий Иосифович Ивановский (1864—1920).

Вирусы настолько малы, что до появления электронного микроскопа их природа оставалась неясной. Активное изучение вирусов началось лишь во второй половине XX в. В это же время оформилась и отдельная наука о вирусах — вирусология. В настоящее время изучение вирусов идет очень интенсивно, открыто много новых их видов.

Вирусные частицы обладают симметричной структурой и могут быть самых разных форм. Встречаются многогранники (например, вирус полиомиелита и вирус герпеса), палочковидные (например, вирус табачной мозаики) и вирусы с неправильной овальной формой (например, вирус гриппа).

Вирусы имеют очень примитивное строение. Отдельные частицы вирусов — вирионы, состоящие из нуклеиновой кислоты и белков. Нуклеиновая кислота служит наследственным аппаратом вирусов и может быть представлена как молекулой ДНК, так и РНК. Она составляет сердцевину вируса и защищена капсулой.

Капсула состоит из множества молекул белка, а ее форма определяет внешний вид вириона. У некоторых вирусов может быть дополнительная мембрана из белков и липидов, помимо основной капсулы.

Вирус табачной мозаики: 1 — растение табака, пораженное вирусом; 2 — электронная фотография вируса; 3 — схема строения

Структура вируса — бактериофага: 1 — белковая капсула; 2 — ДНК вируса; 3 — воротничок; 4 — хвостовой чехол; 5 — базальная пластина с шипами; 6 — хвостовые нити.

Вирусы — внутриклеточные паразиты, т. е. могут существовать только внутри прокариотных и эукариотных клеток. Вне клетки-хозяина они не проявляют признаков живого, способны кристаллизоваться подобно веществам неживой природы. Жизнедеятельность вирусов приводит к гибели клеток.

При проникновении в клетку хозяина вирус начинает активно размножаться, разрушая клеточные структуры. Разные вирусы воздействуют только на определенные клетки. Например, вирус оспы приводит к поражению эпителиальной и соединительной ткани человека, вирус полиомиелита влияет на нейроны головного и спинного мозга, а вирус желтой лихорадки — на печень.

Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных, человека и бактерий.

В бактериальных клетках обитают бактериофаги (от греч. бактерион — палочка и фагос — поедатель). Их можно использовать в медицинских целях для борьбы с бактериями — возбудителями инфекционных заболеваний, таких как холера и брюшной тиф. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) вызывает заболевание СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита.

Вирионы ВИЧ имеют округлую форму. Снаружи они покрыты белково-липидной мембраной. Под мембраной располагается промежуточная белковая капсула. Внутри нее находится генетический аппарат ВИЧ — две молекулы РНК.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): 1 — белковая капсула; 2 — молекулы фермента; 3 — РНК; 4 — липидная мембрана; 5 — белки мембраны.

При попадании вируса ВИЧ в кровь человека, он поражает лейкоциты, которые отвечают за иммунитет организма. Пораженные лейкоциты либо погибают, либо перестают узнавать чужеродных болезнетворных бактерий и аномальные клетки человека, которые образовались в результате нарушения нормального клеточного деления. В результате зараженный вирусом ВИЧ человек погибает от инфекционного заболевания, так как лейкоциты бездействуют и не вырабатывают белки-антитела. Смерть человека может наступить и от ракового заболевания, к которому приводит разрастание аномальных клеток. Ученые ведут интенсивный поиск препаратов, способных защитить или вылечить это тяжелейшее инфекционное заболевание человечества.

Организм, одноклеточные организмы, органеллы, колониальные организмы, многоклеточные организмы, ткани, вирус, вирион, бактериофаг, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Опыт других людей

Анна, 28 лет, учитель биологии: «Изучая бактерии и вирусы, я поняла, насколько они отличаются друг от друга. Бактерии – это одноклеточные организмы с простым строением. У них есть клеточная стенка, мембрана и даже рибосомы, что позволяет им существовать и размножаться самостоятельно. Вирусы же, наоборот, не в состоянии вести самостоятельную жизнь и нуждаются в клетках хозяев для размножения. Это открытие изменило мое восприятие живых организмов. В классе я стараюсь объяснить, как важна их разница в лечении заболеваний. В этом контексте понимание их строения и функций имеет решающее значение.»

Максим, 32 года, программист: «Я не биолог, но всегда интересовался природой. Когда я услышал о бактериях и вирусах, меня поразила простота их устройства. Бактерии – самостоятельные единицы, способные к обмену веществ и размножению, тогда как вирусы являются паразитами, которые не могут выживать без клетки хозяина. Мне кажется, что это отражает более широкую концепцию жизни и выживания, где даже такая примитивная форма может изменять целые экосистемы. Будучи программистом, я сравниваю это с зависимыми модулями в коде – некоторые из них могут функционировать самостоятельно, а другие требуют интеграции в большую систему.»

Елена, 25 лет, студентка медицинского вуза: «На первых лекциях по микробиологии мы изучали строение бактерий и вирусов. Бактерии – это, как правило, прокариоты, у них отсутствует ядро, а ДНК представляет собой кольцевую молекулу. У вирусов же ДНК или РНК защищены белковой оболочкой. Это наглядно показывает, насколько они разные, даже чисто по структуре – бактерии всегда имеют клеточную стенку, а вирусы бывают очень разнообразны по своему строению. Эти детали важны для медицины, так как разные структуры требуют разных подходов к лечению. Важно понимать, каким образом они функционируют для разработки эффективных антибиотиков и вакцин.»

Вопросы по теме

Какова роль бактерий в экосистемах и почему они важны для жизни на Земле?

Бактерии играют ключевую роль в экосистемах, выполняя множество функций, необходимых для поддержания жизни. Они участвуют в разложении органических веществ, что способствует возвращению питательных веществ в почву. Бактерии также являются основными участниками таких процессов, как азотфиксация, которая позволяет растениям использовать атмосферный азот для синтеза белков. Без бактерий экосистемы не смогли бы функционировать должным образом, что подчеркивает их важность для поддержания жизненных циклов на планете.

Почему вирусы считаются не живыми организмами, несмотря на их влияние на жизнь?

Вирусы не считаются живыми организмами, поскольку они не обладают всеми признаками жизни. У них нет клеточной структуры, и они не могут самостоятельно размножаться. Вирусы зависят от клеток-хозяев, чтобы реплицироваться и выполнять свои функции. Они проникают в живые клетки и используют их молекулярные механизмы для создания новых вирусных частиц. Это делает вирусы уникальными «паразитами» – они способны вызывать болезни и влиять на популяции организмов, но в самом виде не проявляют жизнедеятельности вне клеток.

Существуют ли уникальные особенности строения бактерий, которые отличают их от других микроорганизмов?

Да, у бактерий есть ряд уникальных особенностей строения, которые отличают их от других микроорганизмов, таких как археи или эукариоты. Например, клеточная стенка большинства бактерий состоит из пептидогликана, что придаёт им определённую форму и защитные свойства. Они также могут иметь факультативные или абсолютные отклонения, позволяющие им выживать в экстремальных условиях. Кроме того, бактерии обладают простыми структурами, такими как жгутики для передвижения и фимбрии для прикрепления к поверхностям, что значительно отличает их от более сложных микроорганизмов.