 |
|
|
БИОЛОГИЯ ПОЧВ |
Микоплазмы и архебактерии
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Микоплазмы
Микоплазмы (Mollicutcs, мягкокожие) — организмы, составляющие эту группу, являются очень мелкими прокариотами, полностью лишенными ригидных клеточных стенок. Клетки ограничены только цитоплазматической мембраной и не способны к синтезу предшественников пептидогликана — мурамовой и диа- минопимслиновой кислот. Они не чувствительны к пенициллину и его аналогам. Пограничный слой их клеток содержит стери- ны, в частности эргостерин. Большинство микоплазм стсрины не синтезируют и нуждаются в поступлении их из других живых клеток, с которыми они находятся в контакте. Некоторые микоплазмы синтезируют каротиноиды, которые концентрируются в мембране и заменяют холестерин.
Долгое время было нелегко выяснить структуру и развитие микоплазм, потому что из-за отсутствия клеточной стенки они пластичны, легко деформируются и повреждаются. Микоплазмы — хемогетсротрофы со сложными пищевыми потребностями, что затрудняет их культивирование на искусственных средах. Большинство видов — факультативные анаэробы, погибающие в присутствии минимального количества кислорода. Колонии на плотных средах очень мелкие, обычно диаметром менее 1 мм. Эти организмы часто проникают внутрь среды, врастая в нее. В подходящих условиях большинство видов образует колонии с характерным видом яичницы-глазуньи: непрозрачная частично погруженная в субстрат центральная зона и просвечивающая периферическая.
Первым из этой группы был описан возбудитель плевропневмонии крупного рогатого скога, позднее — ряд натогенных микоплазм. Микоплазмы могут вызывать заболевания у человека — микоплазмозы, пневмонию; болезни у растений, например, стол- бур томатов, бледно-зеленую карликовость пшеницы. Свободно- живущие микоплазмы найдены в горячих источниках. В почве и водах существенное значение имеют микоплазмы Gallionella, «Metallogenium» «Siderococcus». В почве они участвуют в процессах превращения железа и марганца и часто живут в ассоциациях с другими организмами. Например, «Metallogenium symbioticum»
Размножаются микоплазмы неправильным делением, в связи с этим в культуре наблюдаются клетки разной формы и размеров (рис.51). Клетки микоплазм имеют форму кокков, палочек, дисков, спирально закрученных нитей, грушеобразную, иногда с нитевидными отростками. Микоплазмы способны образовывать также мелкие клетки, которые нельзя увидеть в световой микроскоп, так как их размеры лежат вне пределов разрешающей способности (менее 0,2 мкм). Они фильтруются через бактериальные фильтры. Клетки мельче 0,1 мкм не способны к воспроизведению.
Таким образом, микоплазмы можно считать самыми мелкими из всех известных организмов, имеющих клеточную структуру; они мельче даже некоторых крупных вирусов. Геном микоплазм прокариотный состоит из кольцевой дву- нитчатой молекулы ДНК, но имеет значительно меньшую массу и несет информации в четыре раза меньше, чем геном у Escherichia coli. распространен в почве, живет в ассоциациях с грибами и участвует в окислении марганца и железа. Стадии жизненного цикла этого организма включают кокки и кокки с сужающимися нитями, которые расходятся радиально от центра и покрыты оксидами марганца (52).
Архебактерии
Архебактерии (археи) (Archaebacteria) — группа организмов, которые согласно филогенетической классификации составляют домен Archaebacteria. Основанием для выделения этих организмов в отдельный домен послужили результаты сравнительного анализа первичной структуры рибосомальной РНК, по которым архебактерии отличаются от всех других прокариот. Это открытие было сделано в 1978 г. группой ученых из США во главе с К. Везе.
Архебактерии отличаются от всех других организмов, только они способны к образованию метана. Многие из них являются экстремофилами, развивающимися в условиях крайних температур, кислотности и солевой концентрации.
По форме и размерам клеток, общим принципам их организации и характеру деления археи сходны с эубактериями, хотя только среди них обнаружены организмы кубической формы. Многие археи подвижны и имеют жгутики, похожие на бактериальные, но несколько отличающиеся деталями организации. Однако представители этого домена имеют существенные особенности.
1. Важнейшей особенностью архей является своеобразие их рибосомальных и транспортных РНК, их рибосомы отличаются также и по форме. Отличительные черты обнаружены и в других компонентах системы синтеза белка. 2. Покровы клеток у разных архей могут иметь разное строение и химический состав, но им часто присуще наличие поверхностных слоев, образованных белковыми или гликопротеидны- ми молекулами правильной или довольно причудливой формы. 3. Некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не свойственные никаким другим организмам. Например, только определенные представители архей в процессе своей жизнедеятельности образуют метан. 4. Большинство архей — экстремофилы, т.е. развиваются в экстремальных условиях: при высокой температуре, кислотности, в насыщенных соленых растворах. 5. Археи, видимо, не способны к паразитизму. По крайней мере, к настоящему времени археи, приносящие вред каким-либо другим организмам, неизвестны, хотя среди них много симбионтов, к взаимной пользе живущих совместно с другими организмами. Среди архей много автотрофных форм, не нуждающихся в органической пище и получающих необходимую для жизни энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, в которые вовлечены неорганические молекулы.
Архебактерии разделяются на три группы организмов: 1)метанобразующих, 2) экстремальных галофилов, 3) экстремальных термофилов.
Метаногены. Биологическое образование метана осуществляется только архебактериями. Основным путем образования метана является окисление молекулярного водорода углекислотой — «карбонатное дыхание» (4Н2+ С02-> СН4 + 2Н20). В некоторых случаях могут быть использованы соли муравьиной и уксусной кислот, метиловый спирт и метиламины. Таким образом, эти археи получают необходимую им энер1ию Метаногены относятся к строгим анаэробам и быстро погибают при контакте с воздухом Морфологически метаногены очень разнообразны среди них есть палочки Methanobacte- пит с клеточной стенкой из псевдомуреина, кокки Methanococcas с белковой клеточной стенкой, плоские yi 10- ватые формы Methano- halobium, псевдопаренхиматозные агрегаты Methanosarcina (53) с гетерополисахаридом, цепи палочек в трубчатых чехлах Methanothrix (Methanosaeta) и спириллы Methanospirillum (рис.54) с белковой клеточной стенкой.
В таксономии метаногенов употребляется обозначение Methano- в отличие от аэрооных метанокисляющих метаьотрофов Methylo-. Существуют экстремально термофильные формы, развивающиеся в зонах горячих источников. Метанообразование происходит в почве Некоторые метанообразующие археи входят в состав кишечной микрофлоры, живут в рубцах жвачных, образуют витамин В12и снабжают им хозяев. Метэнобрязующие бактерии часто являются симбионтами простсиших и человека.
Экстремальные гамкЬилы поедставлены небольшой группой ар- хебакгерий (галобактерий), развивающихся в рассолах при содержании NaCl не менее 10%. К ним относятся палочковидные Halobacterium, кокковидные Halococcus, плеоморфные Haharcula, Huloferax Tpj ппа натронобакгерий Nutronoboctermm и Natronococcus развивается при рН 10 и насыщении раствора содой. Галобакте- рии развивают^ i б лагунах или соляных чеках, где испарение приводит к концентрации солей и сочу гс геующему этому накоплению оршнических веществ, позволяющему отнести эти организмы к копио-.рофам При отсу готвии кислорода и наличии свега у этих архей происходит образование так называемых пурпурных или фиолетовых мембран — это участки поверхностной мембраны клетки, содержащие пигмент родопсин, аналогичный ро допсину человеческого глаза В пурпурных мембранах за счет энергии света происходит синтез А ГФ (аденозинтрифосфата), являющегося основным носителем энергии в клетках живых организмов Клетки галофилов содержат также красные каротиноид- ные пигменты, при их массовом развитии субстрат окрашиьается в красный цвет.
Экстремальные термофилы (Crenarchaeuta) представляют собой обитателей гидрогерм и наиболее тесно связаны с эндогенными процессами в геосфере. Название происходит от греческих корней «крен» — источник, ключ и «архе» — древний. Действительно, эти археи обитает исключительно в горячих источниках, на поьерхности Земли или на дне океана, обычно в зонах вулканической активности. Местом их обитания являются, в частности, окрестности глубоководных вулканических источников — «черных курильщиков», расположенные в океанах на тысячеметровых глубинах Благодаря высокому давлению температура в них может дистигать 200-300 °С. При взаимодействии воды источника с морской водой образуется темный осадок, источник как бы дымит. Отсюда происходит их название. Около таких источников развиваются экстремальные термофильные археи, некоторые из них растут даже при температуре 100 120 °С. Это гипертермофилы.
Представитель кренархеот Suljolobus acidocaldarius () растет при температуре до 100 °С. Он использует энергию окисления элементарной серы молекулярным кислородом: 2S + <$2,+ + 2Н-0 —> 2H2S04 Очевидно, что в результате жизнедеятельности этих организмов происходит сильное подкисление среды, но это для организма только полезно, так как он растет в среде при рН 1. Он не имеет строго определенной формы и легко ее изменяет, так как окружен только структурированным слоем 1лико- прогеиновых субъединиц (см. 55). На его поверхности присутствуют волоски — пили, при помощи которых он может прикрепляться к част ичкам серы, используемым им в качестве субстрата для дыхания.
Особую группу эвриархеот составляют кислотолюбивые археи, использующие при жи?ни органические соединения. Сюда относятся так называемые термоплазмы (Thermoplasma), развивающиеся в горячих и кислых вулканических источниках и лишенные клеточной стенки, подобно микоплазмам. Цитоплазма- тическая мембрана этих клеток обладает удивительной устойчивостью. Это анаэробные серовосстанавливающие бактерии с оптимумом роста при температуре от 85 до 105 °С.
Picrophilus (в переводе кислотолюб) растет при рН 0-2,2 и температуре 105 °С. Кроме цитоплазматической мембраны их клетка имеет слой белковых субъединиц, окружающих протопласт.
На древней Земле в начальные периоды эволюции, архебактерии, видимо, доминировали в биосфере и играли ведущую роль в биологических процессах трансформации элементов.
В то время особенное значение имели процессы получения энергии прокариотами за счет окисления молекулярного водорода и использования в окислительно-восстановительных реакциях соединений серы. Эти вещества есть среди продуктов вулканической деятельности, и их использование микроорганизмами должно было иметь особое значение в периоды, когда органическое вещество содержалось в биосфере еще в очень незначительном количестве. В океанических глубинах около вуланических источников типа «черных курильщиков» могла развиваться жизнь, независимая от энергии Солнца, возможность существования которой еще недавно трудно было себе представить. Влияние, которое оказали архебак- терии на эволюцию жизни на Земле, трудно оценить. Сведения об этой группе живых организмов стремительно расширяются.
|
|
К содержанию книги: Почвоведение - биология почвы
|
Последние добавления:
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков
Книги по русской истории Император Пётр Первый