Мир невидимых существ
Жара. На столе стоит бутылка с хлебным квасом. Жидкость пенится. И вдруг газ с оглушительным шумом выбрасывает пробку. Понять, почему образовался этот газ, можно, только зная свойства микробов.
На руке мальчика ссадина. Он поленился смазать ранку йодом, и вот вместе с соринкой в живую ткань попали микробы. Через несколько дней на руке образуется гнойная опухоль. И только нож хирурга предотвратит опасные последствия.
Так выглядят бактерии и человеческий волос под микроскопом. Широкая полоса посреди снимка — волос, тоненькие палочки вокруг него — бактерии.
Что же такое микробы? Это мельчайшие живые существа. Большей частью каждый микроб представляет собой всего лишь одну клетку, строение которой гораздо проще, чем у клетки растения или животного. Многих из них можно увидеть в микроскоп при увеличении не меньше чем в 300—500 раз. Микробы очень разнообразны. Наиболее известны из них бактерии, плесени, дрожжи.
Наука микробиология изучает различных бактерий и вирусы, а также плесени и дрожжи, относящиеся к грибам. Другие микроорганизмы — одноклеточные водоросли и простейших животных — изучают ботаника и зоология (см. ст. «Простейшие животные»).
Плесень, или плесневые грибы, причисляется к микробам, несмотря на их сравнительно большие размеры и сложное развитие. Плесень состоит из многочисленных тонких ветвящихся и переплетающихся нитей, называемых гифами. Сплетение нитей образует мицелий; это и есть тело плесени, способное сильно разрастаться.
В процессе развития мицелия в отдельных его местах появляются особые органы размножения — плодовые тела; в них развиваются споры. Плодовые тела подсыхают, а споры разносятся, подобно семенам одуванчика, на значительные расстояния. Оседая на почву или на растения, споры при благоприятных условиях прорастают: так начинает жить новая плесень.
Всем знакомы дрожжи, которые можно купить в магазине, но не все знают, что пачка дрожжей — это огромное скопление живых дрожжевых клеток. Каждая отдельная клетка так мала, что ее можно разглядеть лишь в микроскоп. Чаще всего эти клетки круглые или овальные, диаметр их 8—10 микронов, т. е. 0,008—0,01 мм.
Размножаются дрожжи почкованием: в клетке появляется небольшое выпячивание; быстро вырастая, оно образует почку. Минут через 20—30 почка отделяется от материнской клетки и молодой дрожжевой грибок начинает жить самостоятельно.
Образование спор у различных видов плесени и отдельные споры.
У многих видов дрожжей размножение может происходить и более сложно — спорами. В этом случае внутри каждой клетки образуется 2 или 4, а у иных и до 12 плотных телец-спор. Из каждой споры в дальнейшем возникает молодая дрожжинка.
Бактерий относят также и к миру растений. Но, за весьма редким исключением, у бактерий нет хлорофилла, характерного для большинства растений. Величина бактерий очень мала. На булавочной головке могут разместиться сотни и тысячи бактерий.
Длина большинства бактерий — от одного до трех микронов, у некоторых же палочковидных бактерий длина всего 0,4 микрона. Размножаются бактерии делением. Хотя они очень малы, их можно различить и по внешнему виду — конечно, с помощью микроскопа.
Форма их, разнообразна: шарики, запятые, палочки с жгутиками и без них и т. д.
Шарообразные бактерии называются кокками. Если кокки располагаются разбросанно, поодиночке, то их называют микрококкам и если они соединены попарно — диплококками. Кокки, собранные в цепочки, называются стрептококками; они напоминают бусинки, нанизанные на нитку. Среди стрептококков есть и молочнокислые бактерии и бактерии, вызывающие нагноение.
Дрожжи быстро размножаются. На рисунке показано последовательное развитие одной дрожжевой клетки и ее потомства за 4 часа. Зарисовки делались через 15 минут.
Палочковидные бактерии также разнообразны. У одних концы клеток закругленные, у других тупые или заостренные. Палочки, соединенные в цепочку, называются стрептобактериями. Слегка изогнутые палочки относятся к группе вибрионов, изогнутые более сильно — к спириллам.
Если соскоблить на стеклышко налет с зуба и рассмотреть его под микроскопом, то можно увидеть, как быстро проносятся, подобно змейкам, спирохеты — тонкие нити со множеством мелких завитков. Эта спирохета довольно безобидна, но среди спирохет есть и очень вредные, например возбудитель возвратного тифа.
Большинство микробов не переносит неблагоприятных условий внешней среды. Они гибнут от слишком высокой или слишком низкой температуры, от ультрафиолетовых лучей солнца, от различных сильно действующих химических веществ.
Но среди бактерий многие виды способны сохранять жизнь и в неблагоприятных условиях. У одних бактерий оболочка тела пропитана изолирующим веществом, напоминающим воск; такова, например, туберкулезная палочка.
У других — оболочка покрывается слизью.
Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях изменяют свою форму, часть содержимого клетки уплотняется, обезвоживается и превращается в спору с плотной оболочкой.
Оболочка споры состоит из веществ, похожих на смолу, не поддается внешним воздействиям и почти непроницаема для воды и кислот.
Когда же спора попадает в благоприятные условия, она набухает, прорастает и превращается в обычную активную бактерию. Такие спорообразующие бактерии называются бациллами.
Бактерии быстро размножаются делением. В результате удвоения, которое при благоприятных условиях происходит каждые 20—30 минут, поколение одной бактерии за трое суток может заполнить 600 вагонов. Здесь показаны последовательные этапы размножения бактерий, заснятые на кинопленку.
Микробы весьма изменчивы. Под влиянием некоторых воздействий бактерия, имеющая форму длинной палочки, может превратиться в шарик, а кокки становятся палочками.
В лаборатории удается приручить каких-либо полезных микробов, производящих, например, антибиотики, или даже изменить их свойства так, что они производят полезные продукты в еще большем количестве.
Можно и болезнетворных микробов лишить их вредоносных свойств, воздействуя на этих микробов, например, рентгеновскими лучами или радием.
Такие обезвреженные микробы с большим успехом используются для получения лечебных вакцин.
Для успешной борьбы с Вредными микробами нужно учитывать их особенности. Зная свойства микробов, можно создать условия, которые будут благоприятны для развития полезных видов и затруднять развитие вредных.
Для дыхания живых существ нужен воздух — точнее, содержащийся в нем кислород. Для большинства микробов воздух также необходим.
Таких микробов называют аэробами.
Но есть бактерии, живущие без воздуха. Их называют анаэробами. Кислород воздуха для них — яд.
У каждого вида бактерий своя определенная форма. В первых трех кружочках — кокки и стрептококки, в следующих четырех — палочковидные бактерии, в двух следующих — вибрионы, в последнем — спириллы.
Если в высокий цилиндр с питательным раствором внести комочек земли, то почвенные микроорганизмы разместятся по ярусам, сообразно с их потребностями. На дне сосредоточатся анаэробные микробы.
В средней зоне будут бактерии с умеренной потребностью в воздухе. Аэробы — наиболее деятельные микроорганизмы — устремятся к поверхности.
Они жадно поглощают кислород воздуха и энергично развиваются, нередко образуя на поверхности жидкости пленку.
Бактерия при увеличении в 30—40 тыс. раз. Длинные нити, исходящие из тела бактерии,— жгутики (ее органы движения). (Снимок сделан с помощью электронного микроскопа).
В природных условиях аэробы живут в поверхностных рыхлых слоях почвы, на поверхности пищевых продуктов, в верхних слоях воды. Анаэробы обитают в более глубоких, непроветриваемых слоях почвы, в иле, в толще воды — там, где свободного кислорода нет совсем или же его недостаточно для других существ.
Микробы гибнут при сильном прогревании. На консервных заводах банки с пищевыми продуктами полчаса прогреваются (для уничтожения микробов) до 115°. Но иногда, попав на склад, консервные банки начинают раздуваться, а некоторые из них даже разрываются.
Оказывается, что в некоторых случаях температура в +115° недостаточна для полного уничтожения всех микробов. Поэтому консервы выдерживают (до отправки в продажу) еще 10—15 дней в специальных контрольных камерах.
В чем же причина такой необычайной устойчивости некоторых бактерий?
Электронный микроскоп запечатлел момент деления бактерии.
Большинство бактерий при кипячении быстро гибнет. Но споры некоторых бацилл выдерживают кипячение более суток. В консервной банке после прогревания может остаться несколько спор; когда же банка остынет, споры прорастут и превратятся в бациллы.
Они разлагают консервированный продукт, а при разложении образуются газы: сероводород, имеющий запах тухлых яиц, аммиак (водный раствор аммиака называется нашатырным спиртом), углекислый газ. В консервной банке почти нет свободного кислорода, но бациллы продолжают развиваться и размножаться. У такой банки донышко обычно становится выпуклым.
Газов накапливается все больше и больше. Их давление в конце концов так возрастает, что консервная банка взрывается.
Спорообразующие микробы встречаются часто. Во время одного опыта было обследовано 94 вида различных почвенных бацилл. Из общего количества выделенных бацилл 43% не погибли после пятичасового кипячения, 15% оставались живыми, пробыв 12 часов в кипятке, а 11% сохранили жизнь даже после тридцатичасового кипячения. Конечно, такое испытание выдержали не сами бациллы, а только их споры.
Микробиолог должен знать потребности и свойства самых различных бактерий, дрожжей, плесеней. Сообразно с их свойствами приготовляют в лабораториях различные питательные смеси, на которых могут быть выращены отдельные виды микробов. Такая смесь носит название питательной среды.
Аэробный и анаэробный рост бактерий. В левом цилиндре находятся бактерии аэробные, поэтому они развиваются ближе к поверхности питательной среды. В правом цилиндре анаэробные бактерии расселились на дне. В среднем цилиндре бактерии, которые могут развиваться и при доступе воздуха и без него.
Нелегкая задача — найти иголку в стоге сена; еще труднее найти определенную песчинку на берегу моря. Микробиологу приходится решать задачи куда сложнее.
Нужно, например, выделить какого-нибудь редко встречающегося микроба из почвы, а в каждом ее грамме сотни миллионов других самых различных микробов.
Ученые нашли приемы выращивания, или, как говорят, культивирования, микробов, в том числе и наиболее вредных — возбудителей чумы, столбняка, холеры, дифтерии. Выращивают микробов на специальной питательной среде — на мясных или рыбных бульонах и отварах.
Микробы некоторых видов требуют особой питательной среды. В бульон добавляют желатин или агар-агар; в этом случае питательная среда приобретает вид студня. На поверхности студня тончайшим слоем размазывают каплю воды с разведенной в ней почвой или другим веществом, в котором обитают микробы. Эту стадию опыта называют посевом.
Микробное население капельки более или менее равномерно размещается на сравнительно большой площади. Каждый микроб размножается на том месте, где он осел. В какой-то точке поверхности студня поселился и нужный для опыта микроб.
Уже через сутки вокруг этой точки появляется его многочисленное потомство. Одну бактерию не увидишь без микроскопа, но миллиарды их, тесно прилегающих друг к другу, занимают площадь в несколько миллиметров. Такое скопление однородных микробов называют колонией.
Методом посева определяют степень заселенности микробами почвы, воды или пищевых продуктов.
Колонии различных микробов заметно отличаются друг от друга формой, окраской, плотностью. Среди множества разнообразных колоний, густо заселивших поверхность питательной среды, можно обнаружить колонии микробов, которых ищут. Частичку отдельной колонии легко пересадить в пробирку с питательной средой. Это уже будет разводка однородных микробов — чистая культура.
Метод чистых культур применяется в медицине и в сельском хозяйстве. Он позволяет не только обнаружить невидимого врага, но и приготовить защитные средства для прививок против заразных заболеваний.
Чистые культуры полезных микробов используют и в промышленности, чтобы в короткий срок получить наибольшее количество необходимых продуктов.
На хлебозаводах применяются активные чистосортные культуры дрожжей; культуры молочнокислых бактерий используют для производства сыров, молочной кислоты, ацидофилина.
Источник: http://de-ussr.ru/rast/mikroby.html
Бактерии: мир невидимых живых существ
Мир невидимых живых существ. Действительно ли он невидим? Просто глазом, как говорят, «невооруженным», микробы действительно невидимы, но под микроскопом, дающим увеличение в две-три тысячи раз, хорошо видны иформа, и даже некоторые структурные элементы микробной клетки, — этого микроскопического живого существа.
У ряда микробов можно различить цитоплазму, ядро, капсулу, спору и т. д., а также определить и размеры — в тысячные доли миллиметра. Но есть микроорганизмы, которые при указанном выше увеличении остаются невидимыми. Нужны увеличения в десятки и сотни тысяч раз. Понадобилось замечательное открытие XX века — электронный микроскоп, чтобы стал видимым и мир вирусов.
Вот об этих событиях в естествознании мы вкратце и расскажем. Это будет «путешествием» в мир удивительных открытий.
История микробиологии началась с исследований Антония Левенгука и его необыкновенной наблюдательности. Этот человек прожил долгую и интересную жизнь. Талантливый ученый-самоучка, он сделал открытия, создавшие новую эру в естествознании.
Левенгук родился в 1632 г. в Дельфте, в Голландии.
О нем пишут по-разному. В молодости, не закончив даже школы, он поступил продавцом в мануфактурный магазин. Был он и бухгалтером, и кассиром в книжном магазине, и привратником, и торговцем полотном в Амстердаме.
Вероятно, это отдельные штрихи его биографии. Страсть этого простого, но талантливого человека к шлифовке стекол и приготовлению увеличительных линз привела его к замечательным наблюдениям и поразительным открытиям.
В свободное от работы время Левенгук изучал на гранильных фабриках Амстердама искусство шлифовки стекла и изготовления увеличительных линз.
В этом деле Левенгук достиг такого по тому времени совершенства, что сконструированный им микроскоп давал четкие и ясные изображения, увеличивая в 200 раз.
Увидев новый мир мельчайших живых существ и не сознавая еще их значения, Левенгук понял новизну своих открытий.
Что же он изучал и что увидел? С помощью комбинаций увеличительных стекол (линз), своеобразных простейших микроскопов, он рассматривал капельки озерной или речной воды, настоя из гниющих растений или мяса. Везде он находил мельчайших, как он говорил, «живых зверюшек».
Они были разной формы: круглые, или в виде палочек, цепочек и т. д. Многие были подвижными: двигались взад и вперед, вращались вокруг своей оси, исчезали и вновь появлялись в поле зрения его микроскопов.
Заинтересовавшись содержимым полости рта, он обнаружил микробов в слюне, на деснах, между зубами.
Со всей добросовестностью он зарисовывал все то, что наблюдал, и старательно описывал. Писал он по-голландски, но так как научные труды тех времен принято было писать на латинском языке, Левенгук оказался в затруднительном положении.
Левенгук был не только любознательным, но и настойчивым человеком и добился, чтобы его работы перевели на латинский язык, — и тогда они приняли вполне «научный» вид. Теперь он мог посылать их в Лондон, в Британское научное общество. На протяжении многих лет Левенгук послал около 120 описаний. Среди ученых Лондона они вызвали переполох.
Вначале исследованиям неизвестного голландца не поверили, ибо попросту не могли их проверить, так как увеличительные линзы лондонских ученых были хуже и не могли давать тех увеличений, которыми пользовался Левенгук.
Но со временем в Англии и в других странах эти наблюдения подтвердились и были признаны как выдающиеся достижения науки.
Так возникло первое научное описание микробов. Будучи уже 63-летним стариком, Левенгук все свои многочисленные наблюдения оформил и издал в виде книги, которую назвал «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».
То, что впервые открылось его взору, было по тем временам настолько невероятным и непонятным, что находились скептики, которым легче всего было объявить все увиденное Левенгуком чепухой, а всю работу его — никчемным занятием.
Прошло много лет. Наблюдения Левенгука подтверждались, накапливалось множество новых фактов, все труднее становилось в них разобраться.
Надо сказать, что к XVIII столетию были уже сделаны успешные попытки систематизации и классификации животных и растений. Выдающийся шведский ботаник Карл Линней создал свою знаменитую «Систему природы». Но когда Линней сделал попытку систематизировать и известные к тому времени микробы, он не мог этого сделать и вынужден был объединить их всех в одну группу под названием «Хаос».
Только в конце XVIII и в первой половине XIX столетия сначала О. Мюллером, а затем X. Эренбергом сделаны были первые успешные попытки систематизировать мир микроорганизмов.
Источник: http://medservices.info/bacteria_the_world_of_living_beings/
Путешествие в невидимый мир
Естествознание так ясно показывает, что самое таинственное, самое волшебное протекает необыкновенно просто,
открыто и без всякой магии.
В.Гете
Пролог
Коль много микроскоп нам тайности открыл.
М.В. Ломоносов
В ХVII столетии в семье голландского ремесленника Левенгука родился мальчик. Его назвали Антоний. Он стал галантерейщиком, когда вырос. Но всю жизнь Антоний увлекался шлифовкой увеличительных стекол. В этом деле он достиг необычайных успехов.
Его двояковыпуклые линзы давали четкие, ясные изображения с увеличением до 300 раз. Это гораздо больше, чем можно было получить с помощью доступных тогда двухлинзовых микроскопов.
С помощью своих линз Левенгук увидел многое, до того невидимое.
Он смог увидеть даже бактерии – им описаны бациллы, кокки и спириллы. Способ изготовления линз Левенгук держал в секрете, поэтому вновь увидеть бактерии ученые смогли лишь в XIX в., когда научились делать хорошие микроскопы.
Работы Левенгука открыли путь к исследованиям нового мира – мира микроорганизмов.
Почти детективная история
…Его имя в науке о вирусах следует рассматривать почти в том же свете, как имена Пастера и Коха в бактериологии. Имеются все основания считать Ивановского отцом новой науки – вирусологии…
У.Стэнли
В 1887 г. в Крыму плантации табака поразила неизвестная болезнь: листья растений покрывались сложным абстрактным рисунком, растекавшимся по листу, словно краска, переливающаяся с одного листа на другой, от одного растения к другому. Сельское хозяйство несло большие убытки.
На место происшествия был направлен выпускник Санкт-Петербургского университета Д.И. Ивановский. Молодой ученый решил выяснить, какая бактерия вызывает болезнь табака.
Надо отметить, что расцвет микробиологии пришелся на конец XIХ столетия. Микроскоп есть, методы приготовления и окраски препаратов известны. Стало быть, доказать микробную природу поражения будет нетрудно.
Однако задача оказалась весьма не простой.
Д.И. Ивановский
Просмотр огромного количества препаратов, приготовленных из экстрактов больных листьев, не принес удачи.
Не удалось получить ответ на вопрос: есть ли микробы в экстрактах из пораженных листьев? В то же время при заражении здоровых листьев соком из больных (инъекции в толщу здоровых листьев) результат был всегда одинаковым: здоровые листья заболевали через 10–15 дней.
Это напоминало инкубационный период, свойственный любой инфекции, в течение которого микробы, размножаясь, проникают внутрь организма и вызывают заболевание. Но прямого доказательства не было.
Лист, пораженный вирусом табачной мозаики
Исследователь не сдается, ставит опыты на питательных средах (их в это время уже использовали для культивирования микроорганизмов). Но неудачи преследуют ученого. Неужели это тупик? Нет! Еще не проверен метод фильтрации.
Во Франции Шамберлан, ученик и друг знаменитого Пастера, уже изготовил бактериальный фильтр – «свечу Шамберлана» из фарфора с крайне мелкими порами, не пропускающими самые мелкие микробы, видимые в микроскоп.
Ивановский фильтрует сок из больных листьев через этот фильтр.
Идея проста, профильтрованный сок не должен содержать микробов. И, следовательно, не сможет заразить здоровые листья табака. Но к изумлению исследователя, при нанесении капли абсолютно прозрачной жидкости на здоровые листья на них появляется характерный абстрактный рисунок, т.е. развивается болезнь.
Вывод один – в отфильтрованном соке растения есть неизвестные микробы – возбудители мозаичной болезни табака (ВТМ).
Рисунок Ивановского, изображающий вирусные кристаллы и аморфные вирусные включения в клетках мозаичного табака
Д.И. Ивановский предположил, что ВТМ в тысячу раз меньше уже известных микробов, поэтому и прошли через бактериальный фильтр. Так были открыты новые микробы-невидимки» – фильтрующиеся вирусы (1892 г.).
Термин «вирус» (от лат. virus – яд) предложил голландец Бейеринк для обозначения инфекционной природы отфильтрованных растительных жидкостей. Название «фильтрующиеся вирусы» употребляли до конца 30-х – начала 40-х гг. ХХ столетия.
Микрофотографии разных вирусов
Впоследствии оказалось, что через мелкие поры (0,5 мкм) бактериальных фильтров могут проходить не только вирусы, но и так называемые L-формы бактерий.
Следовательно, фильтруемость, определяемую малыми размерами, нельзя считать свойством, отличающим вирусы от других микроорганизмов, поэтому и оснований для сохранения определения «фильтрующиеся» не стало. Фильтрующиеся вирусы стали просто вирусами.
По следам, оставляемым хитрыми невидимками, дотошному исследователю удалось проникнуть в их тайну. Оказалось, что ВТМ может кристаллизоваться. В 1935 г. знаменитый вирусолог У.
Стэнли подтвердил способность образовывать кристаллы и доказал возможность существования в кристаллическом виде не только ВТМ, но и ряда других вирусов. Так, термин «кристаллы Ивановского» получил признание.
Однако вирусы по-прежнему оставались неуловимыми и загадочными, ведь они крайне малы, их невозможно увидеть в световом микроскопе. Вот и получилось, что вирусы стали одними из первых биологических объектов, исследованных с помощью электронного микроскопа после его изобретения в 30-х гг. ушедшего столетия.
Империя вирусов
И задом наперед, совсем наоборот… Если бы это было так, это бы еще ничего, а если бы ничего, оно бы так и было, но так как это не так,
так оно и не этак! Такова логика вещей.
Л.Кэррол, «Путешествие Алисы в Стране чудес»
Открытие вирусов началось с возбудителя табачной мозаики. В настоящее время вирусов известно великое множество, но они настолько малы, что по словам академика В.М. Жданова, коллекция, собранная из всех известных вирусов, «поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко».
Строение вируса табачной мозаики
Вирусы сопровождают все живое со дня рождения до самой смерти. Эти коварные невидимки приносят огромный вред. Больше половины всех заболеваний человека (более 500 различных вирусных инфекций) на «совести» вирусов.
Они поражают животных, растения и даже ближайших своих «родственников» по микромиру – бактерии.
«Империя вирусов – империя зла».
На протяжении тысячелетий злодеяния вирусов (оспа, бешенство, грипп, полиомиелит, рак, энцефалиты, корь, свинка и другие заболевания человека; ящур, лейкозы, инфекционная анемия, псевдобешенство и др.
– у животных; морщинистая и полосчатая мозаика картофеля, мозаика и стрик томата, мозаика табака и свеклы, желтуха свеклы, закукливание злаков и т.д.) оставались безнаказанными. Первые успехи в борьбе с вирусами пришли относительно недавно.
Свойства вирусов
Вирусы – мельчайшие живые организмы. Их размеры меньше половины длины световой волны, поэтому их измеряют в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм. Вирусы не способны расти на искусственных питательных средах и развиваются только в живых клетках.
Однако со временем выяснилось, что кроме вирусов существуют и бактерии, размеры которых не более 0,5 мкм. Это риккетсии, названные в честь первооткрывателя, американского ученого Х.Т. Риккетса, (группа возбудителей пятнистой лихорадки Скалистых гор, сыпного тифа, от которого и умер исследователь), хламидии (возбудитель трахомы, воспаления легких, паховой гранулемы и др.
) и микоплазмы. Мало того, эти микроорганизмы также не растут на питательных средах. Не способен расти на искусственных питательных средах и такой простейший, как малярийный плазмодий. Всем им для существования необходима живая клетка В этой фразе пропущено слово «только».
Случайно ли это?
Сегодня ученые «предложили» вирусам размножаться не только в изолированных клетках, но и на субклеточных структурах (изолированных ядрах, митохондриях, рибосомах). И, представьте, им пришлось это «по вкусу».
Таким образом, два критерия, по которым вирусы были ранее выделены среди микроорганизмов, потерпели фиаско.
Возникают вопросы: кто или что такое вирусы и чем они отличаются от других представителей микромира?
Вирусы устроены довольно просто. Самые простые состоят из нуклеиновых кислот и белков. Генетический аппарат вирусов представлен различными формами нуклеиновых кислот, такого разнообразия нет у других форм жизни.
Как известно, у растений и животных генетический аппарат состоит из двухнитчатой ДНК, а РНК, выполняющая роль переносчика информации, всегда однонитчатая. У вирусов же природа будто бы опробовала все возможные варианты нуклеиновых кислот: одно- и двухнитчатая РНК, одно- и двухнитчатая ДНК. При этом ДНК может быть либо линейной, либо замкнутой в кольцо.
ДНК или РНК составляют сердцевину вируса, окруженную защитной белковой оболочкой – капсидом. Полностью сформированная вирусная частица называется вирионом. Некоторые вирусы (герпеса или гриппа) имеют также липопротеидную оболочку, образующуюся из плазматической мембраны клетки-хозяина. Вирусы, в отличие от всех остальных организмов, не имеют клеточного строения.
Оболочка вируса часто может быть построена из повторяющихся идентичных субъединиц – капсомеров. Из них образуются структуры с высокой степенью симметрии. Эти структуры и способны кристаллизоваться, что и обнаружил Д.И. Ивановский. Это свойство вирусов использовали для изучения их строения методами кристаллографии, основанными на применении рентгеновских лучей, и электронной микроскопии.
Здесь сделаем вынужденную остановку. И… отправимся на «игровую площадку» вирусов.
Игра без правил
1. Для борьбы с инфекциями люди с давних пор использовали разные дезинфицирующие средства. Сравнительно недавно для этих целей применяли 3–5%-ный раствор фенола (карболку), убивающий все микроорганизмы, а для обеззараживания небольших ран – различные спиртовые настойки.
У вирусов все не так! Нуклеиновую кислоту вируса выделяют с помощью фенола и хранят в спирту!
2. Антибиотики, убивающие бактерии, безвредны для вирусов.
3. Клетку, расчлененную на «простые» составные структуры (оболочку, цитоплазму, ядро, ядрышки, митохондрии, рибосомы и т.д.), невозможно восстановить. А вирусы возможно! В 1957 г.
два немецких исследователя Гиррер и Шрамм разрушили вирус табачной мозаики, выделили по-отдельности нуклеиновую кислоту и белок. Затем они смешали эти части снова и получили исходный жизнеспособный вирус. Впоследствии были поставлены опыты по гибридизации вирусов.
Смешивали нуклеиновую кислоту одного вируса (Аа) с белками другого вируса (Вв), и при этом получался жизнеспособный гибрид (Ав). По ряду свойств он был тождествен вирусу Аа. Однако в первом же поколении давал потомство вируса Вв.
Таким образом, и у вирусов за передачу генетической информации ответственна нуклеиновая кислота.
Схема 1. Гибридизация вирусов
Оказалось, что такие гибриды образуются и естественным путем, вызывая хронические вирусные болезни.
Архитектура вирионов
Термин «архитектура вирионов» появился в начале 1960-х гг.
Вирионы – обычно симметричные тела, состоящие, как указано выше, из повторяющихся элементов – капсомеров.
В основе строения вирионов, определяемого взаимодействиями белков между собой и с нуклеиновыми кислотами, лежат законы термодинамики, определяющие правильную кристаллообразную структуру вирионов. Эти структуры образуются в результате самосборки.
Возможные ошибки во время этого процесса исправляются также в результате действия законов термодинамики. Кроме того, законы термодинамики объясняют и реконструкцию исходной структуры вириона при смешивании его отдельных составных частей.
Вирионы разных вирусов:
а–вирус оспа-вакцины; б–вирус простого герпеса человека,
в–вирус гепатита В, г–аденовирус человека, д–вирус гриппа,
е–вирус гепатита А, ж–бактериофаг лямбда
Вирионы построены «с величайшей экономией» и обладают одним из двух типов симметрии: спиральной или кубической. По спиральному типу симметрии построено большинство вирусов, поражающих растения, человека (вирусы гриппа и свинки). По кубическому типу симметрии – многие вирусы человека и животных (аденовирусы, вызывающие респираторные заболевания, вирус полиомиелита, ящура и др.).
Сложные вирусы – вирусы гриппа и парагриппа, рабдовирусы, вирус оспы и бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии). Вирус оспы – гигант среди вирусов.
Строение бактериофага
Эволюционное происхождение вирусов
В последнее время принята гипотеза клеточного происхождения вирусов, согласно которой они произошли из «беглой» нуклеиновой кислоты. Иными словами, нуклеиновая кислота приобрела способность к реплицированию независимо от клетки, из которой она «сбежала».
Однако нельзя забывать, что репликация такой нуклеиновой кислоты происходит за счет использования материала этой или других клеток. Следовательно, вирусы нельзя рассматривать как примитивных предшественников клеточных организмов.
К этому вопросу мы вернемся в конце пути на остановке «Ретровирусы»
Продолжение следует
Источник: https://bio.1september.ru/article.php?ID=200300205
Микроскопия в домашних условиях
Вот уже два года, как я наблюдаю за микромиром у себя дома, и год, как снимаю его на фотокамеру. За это время собственными глазами увидел, как выглядят клетки крови, чешуйки, опадающие с крыльев бабочек, как бьётся сердце улитки.
Конечно, многое можно было бы узнать из учебников, видеолекций и тематических сайтов. Но при этом не было бы ощущения присутствия, близости к тому, что не видно невооружённым глазом. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который сегодня доступен каждому.
Кожица лука.
Увеличение 1000×. Окраска йодом. На фотографии видно клеточное ядро.
Кожица лука. Увеличение 1000×. Окраска азур-эозином. На фотографии в ядре заметно ядрышко.
Картофель. Синие пятна — зёрна крахмала. Увеличение 100×. Окраска йодом.
Плёнка на спине таракана. Увеличение 400×.
Кожура сливы. Увеличение 1000×.
Крыло жучка бибиониды. Увеличение 400×.
Крыло бабочки боярышницы. Увеличение 100×.
Чешуйки с крыльев моли. Увеличение 400×.
Хлоропласты в клетках травы. Увеличение 1000×.
Детёныш улитки. Увеличение 40×.
Лист клевера. Увеличение 100×. Некоторые клетки содержат тёмно-красный пигмент.
Лист земляники. Увеличение 40×.
Хлоропласты в клетках водоросли. Увеличение 1000×.
Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000×. На фотографии: эозинофил на фоне эритроцитов.
Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000×. На фотографии: слева — моноцит, справа — лимфоцит.
‹
›
Что купить
Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего — микроскопа. Одна из основных его характеристик — набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.
Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении.
Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10—20 до 900—1000×.
Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500× (окуляр 15 и объектив 100×). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.
Следующий немаловажный момент — тип окуляра.
«Сколькими глазами» вы хотите рассматривать изображение? Обычно выделяют монокулярную, бинокулярную и тринокулярную его разновидности. В случае монокуляра придётся щуриться, утомляя глаз при длительном наблюдении. В бинокуляр смотрят обоими глазами (не следует путать его со стереомикроскопом, дающим объёмное изображение).
Для фото- и видеосъёмки микрообъектов понадобится «третий глаз» — насадка для установки аппаратуры. Многие производители выпускают специальные камеры для своих моделей микроскопов, но можно использовать и обычный фотоаппарат, купив к нему переходник.
Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве — конденсоре, освещает препарат.
В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых — методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу.
При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе.
Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива. В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов.
Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т.п.
Оптические системы не идеальны: прохождение света через них сопряжено с искажениями изображения — аберрациями. Поэтому объективы и окуляры стараются изготавливать так, чтобы эти аберрации максимально устранить. Всё это сказывается на их конечной стоимости.
Из соображений цены и качества имеет смысл покупать планахроматические объективы для профессиональных исследований. Сильные объективы (с увеличением, например, 100×) имеют числовую апертуру больше 1 при использовании иммерсии, масла с высоким показателем преломления, раствора глицерина (для УФ-области) или просто воды. Поэтому, если кроме «сухих» объективов вы берёте ещё и иммерсионные, стоит заранее позаботиться об иммерсионной жидкости. Её показатель преломления обязательно должен соответствовать конкретному объективу.
Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция — это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.
Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.
Как смотреть
Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно.
Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.
Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок.
Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином.
При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани — несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.
Исследуемый препарат помещают на предметное стекло и в случае необходимости закрывают покровным. Купить стёкла можно в магазине медицинской техники. Если препарат плохо прилегает к стеклу, его фиксируют, слегка смачивая водой, иммерсионным маслом или глицерином.
Не всякий препарат сразу открывает свою структуру, иногда ему нужно «помочь», подкрасив его форменные элементы: ядра, цитоплазму, органеллы. Неплохими красителями служат йод и «зелёнка».
Йод достаточно универсальный краситель, им можно окрашивать широкий спектр биологических препаратов.
При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т.п.
Что смотреть
Микроскоп приобретён, инструменты закуплены — пора начинать. И начать следует с самого доступного — например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10—15 минут, после чего промыть под струёй воды.
Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5—10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.
На балконах часто скапливается большое количество трупиков летающих насекомых.
Не торопитесь от них избавляться: они могут послужить ценным материалом для исследования. Как видно из фотографий, вы обнаружите, что на крыльях насекомых есть волоски, которые защищают их от намокания.
Большое поверхностное натяжение воды не позволяет капле «провалиться» сквозь волоски и коснуться крыла.
Если вы когда-нибудь задевали крыло бабочки или моли, то, наверное, замечали, что с неё слетает какая-то «пыль». На снимках отчётливо видно, что это не пыль, а чешуйки с крыльев. Они имеют разную форму и довольно легко отрываются.
Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.
Не менее интересный объект для наблюдения — кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения.
Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.
Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени — это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.
Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей — мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек.
Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.
Сам себе исследователь
После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов.
Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью.
Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому.
В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов — азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.
Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева — устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.
***
В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали.
Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения.
Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.
Фото автора.
***
«Наука и жизнь» о микросъёмке:
Микроскоп «Аналит» — 1987, № 1.
Ошанин С. Л. С микроскопом у пруда. — 1988, № 8.
Ошанин С. Л. Невидимая миру жизнь. — 1989, № 6.
Милославский В. Ю. Домашняя микрофотография. — 1998, № 1.
Мологина Н. Фотоохота: макро и микро. — 2007, № 4.
***
Словарик к статье
Апертура — действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами зеркал, линз, диафрагм и других деталей. Угол α между крайними лучами конического светового пучка называется угловой апертурой.
Числовая апертура А = n sin(α/2), где n — показатель преломления среды, в которой находится объект наблюдения. Разрешающая способность прибора пропорциональна А, освещённость изображения А2.
Чтобы увеличить апертуру, применяют иммерсию.
Иммерсия — прозрачная жидкость с показателем преломления n > 1. В неё погружают препарат и объектив микроскопа, увеличивая его апертуру и тем самым повышая разрешающую способность.
Планахроматический объектив — объектив с исправленной хроматической аберрацией, который создаёт плоское изображение по всему полю. Обычные ахроматы и апохроматы (аберрации исправлены для двух и для трёх цветов соответственно) дают криволинейное поле, которое исправить невозможно.
Фазовый контраст — метод микроскопических исследований, основанный на изменении фазы световой волны, прошедшей сквозь прозрачный препарат.
Фаза колебания не видна простым глазом, поэтому специальная оптика — конденсор и объектив — превращает разность фаз в негативное или позитивное изображение.
Моноциты — одна из форм белых клеток крови.
Хлоропласты — зелёные органеллы растительных клеток, отвечающие за фотосинтез.
Эозинофилы — клетки крови, играющие защитную роль при аллергических реакциях.
Источник: https://www.nkj.ru/archive/articles/23737/
Читать
Предисловие
Для ученых прошлого весь мир живой природы естественно разделялся на растения и животных. Грибы и лишайники тоже относились к растительному царству, поскольку они не способны активно передвигаться и растут в течение всей жизни, как и «положено» растениям.
И когда в конце XVII века в тесной и темной каморке городской ратуши Антони ван Левенгук – простой голландский мануфактурщик – впервые увидел в самодельный микроскоп одноклеточные организмы, среди которых были и простейшие, и бактерии, и микроскопические грибы, традиционное деление всех живых существ на растения и животные распространилось и на них: зеленых простейших причислили к растениям, а незеленых – к животным.
Шли годы и столетия, знания людей о живой природе пополнялись, и ученым стало «тесно» традиционное деление всех организмов на животных и растения: слишком уж сильно отличались разные «растения» друг от друга. В современной биологии выделяются уже не два, а 7 царств: растений (в узком смысле), животных, грибов, лишайников, простейших, бактерий и вирусов.
Но до сих пор по традиции при изучении ботаники принято рассматривать все живые организмы кроме животных. И хотя сейчас микологию – науку о грибах, вирусологию и микробиологию выделяют в отдельные дисциплины, на страницах этой книги мы последуем древней традиции и познакомимся со всеми организмами, наука о которых многие столетия называлась ботаникой.
Мир на кончике иглы бактерии и вирусы
Такие разные, такие похожие
Растения, грибы, лишайники, бактерии, вирусы, простейшие – все они так сильно отличаются друг от друга, что на первый взгляд кажется – между ними нет ничего общего.
Ну, по крайней мере, в одном эти организмы сходны – все они являются живыми существами.
Кстати, быть живыми – это значит обладать очень многими способностями, поэтому общих признаков у, скажем, вируса гриппа и раскидистого дуба довольно много.
Предполагаемое родословное древо царств живой природы
Основные свойства живых организмов – это обмен веществ, способность к росту, размножению и, конечно, наследственность, способность производить потомков, похожих на своих родителей.
Так вот, прежде чем перейти к знакомству с разными и непохожими друг на друга представителями живого мира, нам придется немного остановиться на их общих свойствах.
Здесь вам, возможно, встретится много новых, незнакомых понятий – не пугайтесь, они с нетерпением ждут возможности подружиться с вами и быть вашими помощниками в исследовании ботаники. Не испугались? Тогда в путь!
Итак, самое главное свойство жизни – обмен веществ: любое живое существо, будь то бактерия или человек, представляет собой нечто вроде самоуправляющейся фабрики по переработке веществ: одни вещества поступают в организм, где с ними происходят всевозможные превращения, другие выделяются наружу. Целью такого непрерывного движения веществ в живом организме является получение энергии, которая идет на обеспечение процессов его роста, развития и размножения.
Химии известно огромное количество веществ, но далеко не все они входят в состав живого организма. Основу тела любого организма составляют органические вещества: белки, углеводы, жиры и витамины.
Из неорганических веществ особую роль играют вода, кислород, углекислый газ, соединения азота (они входят в состав белков), серы, фосфора, кальции, калии, натрии и микроэлементы, необходимые в небольших количествах. ;
В организме между органическими и неорганическими веществами постоянно происходят разные превращения: органические соединения разрушаются до неорганических с выделением энергии, простые неорганические вещества входят в состав сложных органических молекул.
Обобщенная схема обмена веществ в клетке
1 – поступление в клетку питательных веществ; 2 – поступление воды и кислорода; 3 – лизосома (пищеварительная вакуоль); 4 – аминокислоты; 5 – рибосомы; 6 – синтез белка; 7 – жиры, углеводы и др.
; 8 – митохондрия; 9 – запасание энергии; 10 – удаление побочных продуктов; 11 – ядро.
Переработка веществ и получение энергии в живом организме происходит в клетках.
Живую клетку можно сравнить с фабричным цехом, на котором безостановочно производятся необходимые клетке вещества и разрушаются другие, ненужные.
Все живые существа на Земле, за исключением вирусов, состоят из клеток. Клетки любого организма, будь то гриб, бактерия или животное в общих чертах устроены очень похоже.
Снаружи клетку одевает мембрана – тонкая оболочка, отделяющая содержимое клетки от внешней среды. Если бы не мембрана, содержимое клетки – цитоплазма – просто вытекло бы.
Основную часть цитоплазмы составляет вода с растворенными органическими и неорганическими веществами.
Мембрана и цитоплазма есть в любой клетке, отличия между клетками разных организмов начинаются дальше.
В цитоплазме клеток животных, растений, простейших и грибов находятся органеллы – «органы» клетки, каждый из которых выполняет свои функции: рибосомы производят белки, лизосомы разрушают вредные и ненужные вещества или поврежденные структуры самой клетки, митохондрии обеспечивают дыхание клетки, вырабатывают и накапливают энергию. Все органеллы за исключением рибосом покрыты собственными мембранами. Кроме этого, клетки животных, растений, простейших и грибов содержат особую органеллу – ядро, поэтому все эти организмы называют ядерными. Сверху ядро покрывает ядерная мембрана, а внутри него находятся молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, или сокращенно ДНК, на которых зашифрована наследственная информация клетки, т. е. вся информация о том, как должна выглядеть клетка, какие она несет признаки и свойства, как должна расти и развиваться.
В отличие от ядерных организмов в клетках бактерий нет ни одной органеллы, покрытой собственной мембраной, а значит, нет и ядра (посмотрите на рисунке). Молекула ДНК бактерий не защищена ядерной оболочкой и свободно плавает в цитоплазме клетки, поэтому бактерий называют доядерными организмами.
Схема строения клетки бактерий (а) и ядерных организмов (б): 1 – клеточная мембрана; 2 – цитоплазма; 3 – рибосомы; 4 – митохондрии; 5 – лизосомы; 6 – хлоропласты; 7 – кольцевая молекула ДНК бактерий; 8 – ядро; 9 – клеточная стенка ( бактерии, грибы, растения)
Однако различия между ядерными и доядерными организмами не заканчиваются отсутствием у бактерий ядра. Если вы сравните клетки, изображенные на рисунке, вы увидите, насколько сложнее устроена клетка ядерных организмов по сравнению с бактериальной.
В клеточном цехе ядерных организмов превращения одних веществ в другие осуществляются с помощью отдельных органелл: дыхание происходит в митохондриях, фотосинтез – в хлоропластах, разрушение веществ – в лизосомах. У бактерий нет других органелл, кроме рибосом, а все процессы, которые у ядерных организмов выполняют отдельные органеллы, у бактерий происходят на складках наружной мембраны клетки.
Но больше всего ядёрные и доядерные организмы отличаются количеством наследственной информации, которая содержится в их клетках. Вы уже знаете, что наследственная информация клетки записана в молекуле ДНК.
Эту молекулу можно сравнить с гигантской библиотекой, имеющей на полках тысячи томов. В каждом таком томе зашифрован какой–то один признак организма.
Например, том № 1 содержит информацию о размерах и форме клеток, том №2 – о строении одного из белков мембраны клетки и так далее. Эти «тома» называются генами. Каждый ген – это кусочек молекулы
Источник: https://www.litmir.me/br/?b=251316&p=9
Загрузка...
