Microbiology

Между разными микроорганизмами существуют взаимоотношения различного типа. В процессе эволюции выработались отношения зависимости, взаимной или односторонней, выходящие далеко за пределы связей, обусловленных пищевыми цепями. После того как прокариоты и многие эукариотические микроорганизмы достигли своего современного уровня   развития,   появились   высшие   формы   жизни - новые   потенциальные местообитания для низших. Животные и растения развивались в такой среде, в которой уже существовали почти все типы метаболизма, свойственные прокариотам. Естественно, что создалось множе­ство партнерских отношений между микроорганизмами, с одной стороны, и животными и растениями - с другой. Тесное сожительство двух различных организмов называется симбиозом.

Во многих экосистемах земной биосферы микроорганизмы занимают важное место или являются единственными формами жизни. Все экосистемы рассмотреть невозможно, поэтому мы должны ограничиться лишь несколькими. В эту небольшую выборку следовало бы включить почву как пример наземной экосистемы и океаны и моря как пример водных экосистем. Изучение плодородного пахотного слоя почвы в высшей степени интересно, но из-за наличия здесь огромного числа весьма разнородных организмов в очень малом пространстве экосистема почвы очень сложна. Поэтому мы сосредоточим свое внимание на водных системах, особенно в связи с тем, что большая часть микробиологических превращений происходит в водной среде. Типичными водными экосистемами являются океаны, моря, озера, пруды и проточные водоемы.

Было приложено немало усилий, чтобы выделить и описать отдельные микроорганизмы. Исследования на чистых культурах имеют существенное значение, так как помогают оценить потенциальные возможности и функции отдельных видов в природе. Таксономические, физиологические, биохимические и генетические исследования некоторое время уводили микробиологов в сторону от основной цели их науки - от изучения поведения микроорганизмов в их естественных местах обитания.

Взаимоотношениями организмов между собой и с окружающей средой занимается экология. Экология микроорганизмов исследует лишь отдельные части целостных экологических систем. Экология - очень раз­носторонняя наука, и ее проблемы разрабатываются представителями ряда частных биологических дисциплин и рассматриваются в разных аспектах. В связи с этим даже в употреблении основных экологических понятий нет единства. Мы попытаемся сначала пояснить некоторые общие термины, применяемые в экологии микроорганизмов.

В предыдущих статьях были описаны различные микроорганизмы, сгруппированные по их физиологическим и биохимическим свойствам. Упоминалось и о местах обитания. Полученные сведения позволяют теперь рассмотреть отношения микроорганизмов с окружающей их средой. Мы остановимся сначала на основных понятиях и представлениях экологии. Эта наука изучает поведение организмов в их естественных местообитаниях, взаимоотношения их между собой и с окружающей средой.

Первые сведения об общей организации и тонкой структуре клетки были получены с помощью оптических методов. По мере совершенствования оптических приборов и улучшения техники микроскопирования рос ли и наши знания о микроморфологии клетки и ее отдельных компонентов.

Структуру и некоторые функции прокариотических клеток мы рассмотрим более подробно. Прежде чем перейти к деталям, отметим основные признаки, отличающие прокариотическую клетку от эукариотической. Как уже было отмечено, клетки прокариот очень малы. Подавляющее большинство бактерий имеет форму палочек не более 1 мкм толщиной и 5 мкм длиной. Многие псевдомонады имеют ширину 0,4-0,7 мкм и длину 2-3 мкм. Диаметр микрококков составляет всего лишь 0,5 мкм. Среди бактерий очень немного «гигантов» (Chromatium okenii, Thiospirillum jenense, Achromatium и др.), и все такие формы растут сравнительно медленно.

Малые размеры бактериальной клетки и наличие двух типов нуклеиновых кислот очень затруднили цитохимическое выявление ядерного материала. Тем не менее классические цитологические методы, а затем и техника ультратонких срезов в сочетании с электронной микроскопией позволили в конце концов установить, что бактерии содержат ДНК и что эта ДНК не распределена диффузно в цитоплазме, а локали­зована в ограниченных участках, которые делятся перед делением клетки.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - макромолекула. При кислотном гидролизе она расщепляется на свои структурные элементы - дезоксирибозу, фосфорную кислоту и азотистые основания в эквимолярных соотношениях. В состав ДНК входят четыре различных основания: два пуриновых (аденин и гуанин) и два пиримидиновых (цитозин и тимин).

ДНК /ДНК-гибридизация: гомологичные последовательности нуклеотидов в ДНК разных видов. Как мы уже говорили, при нагревании изолированной ДНК две полинуклеотидные цепи расходятся в результате разрыва водородных связей. Такая денатурация (или «плавление»), при водящая к образованию одиночных цепей, обратима: при очень медленном охлаждении препарата будет происходить спаривание и реассоциация комплементарных участков. Если смешать короткие фрагменты денатурированных ДНК, полученных из двух различных, но близких между собой видов бактерий, при температуре выше точки их плавления и затем медленно охладить смесь, тоже будет происходить реассоциация. Двойные спирали, образовавшиеся из одиночных цепей ДНК двух разных организмов, называют гетеродуплексными молекулами. Для того чтобы в эксперименте можно было проследить за образованием гетеродуплексов, нужно, конечно, пометить ДНК одной из бактерий тяжелым или радиоактивным изотопом.

Для эукариотической клетки характерна способность поглощать пищу в виде растворенных веществ или оформленных твердых частиц. Общеизвестным примером поглощения твердых частиц служит фагоцитоз - захватывание их лейкоцитами крови или амебами. Если речь идет о поглощении жидких питательных веществ, говорят о пиноцитозе. Оба способа поглощения внеклеточного материала объединяют под названием эндоцитоза.