Bakterie

Bakterie to najprostsze jednokomórkowe mikroorganizmy (od 0,5 do 10 µm). Zasiedlają wszystkie miejsca na kuli ziemskiej (nawet te, w których inne organizmy nie są w stanie przetrwać np. wody o dużym zasoleniu czy gejzery o wysokiej temperaturze), są więc organizmami kosmopolitycznym.

Licznie bakterie spotykamy w wodzie i glebie (szczególnie  w ryzosferze), natomiast w powietrzu bakterie (i ich formy przetrwalnikowe) nie prowadzą aktywnego życia, a jedynie przemieszczają się do bardziej sprzyjającego środowiska.

Ponadto bakterie żyją we wnętrzu innych organizmów (lub rzadziej na ich powierzchni), z którymi mogą wchodzić w różne interakcje. Spośród nich stosunkowo nieliczne są bakterie chorobotwórcze, które żyjąc kosztem swoich żywicieli (są ich pasożytami) wywołują w ich organizmie różne choroby. Pozostałe grupy to symbionty i komensale, które czerpią korzyści z organizmu gospodarzu, ale nie wywołują w nim szkód. Pierwsze z nich dają tym organizmom pewne substancje chemiczne, natomiast drugie nic nie wnoszą do współżycia (nie pomagają, ale też i nie szkodzą).

Klasyfikacja bakterii wg metody Grama

Pierwotnie bakterie były klasyfikowane według tzw. metody Grama, która została wprowadzona przez jej twórcę Hansa Grama w 1884 roku.

Zgodnie z tą metodą wyróżniamy dwie grupy bakterii:

• bakterie Gram (+) barwiące się na niebiesko;

Gram-dodatnie bakterie wąglika w próbce płynu mózgowo-rdzeniowego.

• bakterie Gram (-) barwiące się na czerwono;

Gram-ujemna bakteria pałeczki ropy błękitej Pseudomonas aeruginosa

Różnica w barwieniu spowodowana jest odmienną budową ściany komórkowej, która u bakterii Gram dodatnich jest gruba (zbudowana z kilku warstw mureiny), a u bakterii Gram ujemnych cieńsza (zbudowana z jednej warstwy mureiny) lecz zaopatrzona w dodatkową błonę zewnętrzną.

Systematyka bakterii:

Archebakterie (archeany) – to stosunkowo słabo poznana grupa bakterii, które żyją w ekstremalnych, nieprzyjaznych dla innych organizmów warunkach (solanki, gejzery, ścieki itp.). Choć należą do prokariontów to wykazują pewne cechy wspólne z eukariontami. Od bakterii właściwych różnią się budową ściany (brak mureiny), błony komórkowej (brak fosfolipidów, obecność rozgałęzionych kwasów tłuszczowych i eterów), materiału genetycznego (obecność intronów-odcinków niekodujących) i rybosomów.

Archeony żyjące w pobliżu gejzerów

Eubakterie (bakterie właściwe) – to zróżnicowana grupa, w śród której wyróżnić możemy wiele typów, najważniejsze z nich to:

• Actinobacteria (promieniowce) – to cylindryczne bakterie Gram (+) występujące w postaci rozgałęziających się form; żyją w glebie, oborniku lub we wnętrzu innych organizmów (pasożyty) , spotykamy też formy będące symbiontami roślin wyższych (wiążą azot);

• Cyanobacteria (sinice) – to grupa samożywnych bakterii o sinoniebieskim lub czerwonawym zabarwieniu (warunkowanym obecnością barwników fikobilinowych – niebieskiej fikocyjaniny i czerwonej fikoerytryny) zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy (posiadają chlorofil a zlokalizowany w tylakoidach); żyją w postaci jednokomórkowej lub tworzą kolonie (wielokomórkowe nici), wiele sinic potrafi wiązać wolny azot z powietrza za pomocą wyspecjalizowanych komórek zwanych heterocystami;

Anabaena - nitkowat sinica tworząca kolonie

• Firmucetes – to grupa pospolitych Gram (+) bakterii charakteryzujących się grubą ścianą komórkową; zaliczamy do nich laseczki, dwoinki i bakterie mlekowe;

• Proteobacteria (protobakterie)– to jedna z największych grup Gram (+) jak i Gram (-) bakterii (o podobnej sekwencji rRNA), do których zaliczamy ziarniaki, pałeczki, laseczki, przecinkowce i śrubowce; większość z nich to heterotrofy (rzadziej foto- lub chemoautotrofy);

• Spirochaetes (krętki) – to długie, cienkie, śrubowato skręcone bakterie Gram (-), które posiadają zdolność poruszania się (dzięki cienkiej ścianie komórkowej); są heterotrofami saprofitycznymi lub pasożytniczymi;

Budowa bakterii i formy morfologiczne bakterii

Bakterie są prokariotycznymi organizmami zbudowanymi z jednej komórki. Ich materiał genetyczny zlokalizowany jest bezpośrednio w cytoplazmie (brak wyodrębnionego  jądra komórkowego) w centralnym obszarze komórki bakteryjnej zwanym nukleoidem (chromosomem bakteryjnym). Ma on postać genoforu, czyli kolistej cząsteczki DNA. Ponadto komórki bakterii mogą zawierać plazmidy, czyli cząsteczki DNA, które nie wchodzą w skład chromosomu bakteryjnego. Zawierają one cześć informacji genetycznej komórki np. geny odporności na antybiotyki.

Budowa komórki bakterii

W cytoplazmie znajdują się także rybosomy, ziarna materiału zapasowego (glikogen, skrobia sinicowa, wolutyna) a u bakterii fotosyntezujących także ciałka chromatoforowe (pęcherzyki zawierające barwniki fotosyntetyczne i enzymy), czyli odpowiedniki chloroplastów roślin.

Komórka bakteryjna otoczona jest błoną komórkową, która ma strukturę podobna do błony komórek eukariotycznej (model płynnej mozaiki), lecz różni się od niej składem lipidowym (mniejsza zróżnicowanie fosfolipidów, zazwyczaj brak też cholesterolu). Błona może wpuklać się do środka komórki tworząc mezosomy – struktury, które najprawdopodobniej są odpowiedzialne za proces oddychania komórkowego.

Błona komórkowa jest otoczona od zewnątrz ścianą komórkową zbudowaną z mureiny (białkowo-cukrowej substancji), która różni się budową u różnych grup bakterii. Bakterie Gram (+) mają grupą ścianę zbudowaną z kilku warstw mureiny, natomiast ścianę bakterie Gram (-) tworzy pojedyncza warstwa mureiny otoczona od zewnątrz błoną białkowo-lipidową.

Część bakterii na zewnątrz ściany komórkowej wytwarza śluzowe otoczki zbudowane głównie z polisacharydów, które pełnią funkcje ochronne (chronią przed wysychaniem, fagocytozą, infekcją bakteriofagami czy rozłożeniem przez leukocyty w organizmie gospodarza). Niekiedy jedna wspólna otoczka może obejmować kilka komórek bakterii.

Wiele bakterii wykształca rzęski (przypominające wici eukariontów), czyli zbudowane z flageliny organelle służące do poruszania się.

Oprócz rzęsek u bakterii występują fimbrie, czyli cieńsze i krótsze od wici wypustki, które ułatwiają bakteriom przyczepianie się do różnych powierzchni. Fimbrie płciowe (tzw. pile) uczestniczą z kolei w rozpoznawaniu płci i łączeniu się komórek bakteryjnych w czasie koniugacji.

Niektóre bakterie (laseczki, maczugowce) mogą tworzyć formy przetrwalnikowe tzw. endospory, które umożliwiają im przetrwanie niekorzystnych warunków środowiskowych. Endospory są odporne na wysoką temperaturę, wysychanie, promieniowanie UV i niekorzystne pH, dzięki nim bakterie mogą w stanie życia utajonego (anabiozy) przebywać  wiele lat.

Endospory Coccidioides

Formy morfologiczne bakterii

Bakterie mogą przyjmować różne kształty – wyróżniamy następujące formy morfologiczne:

1. Formy kuliste:

• ziarniaki
• dwoinki
• paciorkowce (streptokoki)
• gronkowce
• pakietowce

2. Formy wydłużone (walcowate):

• pałeczki
• laseczki
• maczugowce

3. Formy spiralne:

• przecinkowce
• śrubowce
• krętki

4. Formy rozgałęzione:

• promieniowce
• prątki

Formy morfologiczne bakterii

Odżywianie bakterii i oddychanie bakterii

Odżywianie się bakterii:

Bakterie mogą odżywiać się na dwa główne sposoby. Większość bakterii to heterotrofy (organizmy cudzożywne), które nie potrafią samodzielnie wytwarzać pokarmu. Korzystają więc ze związków organicznych wytworzonych przez autotrofy. Do cudzożywnych bakterii należą zarówno pasożyty (człowieka, roślin i zwierzą), które żyją kosztem swoich żywicieli jak i odżywiające się martwą materią organiczną saprofity.

Bakterie autotroficzne (samożywne) same syntezują wszystkie potrzebne do życia substancje z prostych związków nieorganicznych. Energię potrzebną do przekształcenia związków prostych w związki złożone bakterie fotosyntezujące czerpią ze światła słonecznego, a bakterie chemosyntezujące z przeprowadzanych reakcji utleniania określonych związków nieorganicznych (więcej o chemosyntezie TUTAJ).

Bakterie fotosyntezujące zawierają w swoich komórkach chlorofil (sinice) lub bakteriochlorofil i karotenoidy (pozostałe bakterie). Źródłem atomów wodoru u sinic jest woda (dlatego bakterie te podobnie jak rośliny wydzielają tlen), natomiast u bakterii purpurowych różne związki organiczne lub częściej nieorganiczne np. siarkowodór (powstającym produktem jest wówczas siarka).

Sposoby odżywiania się bakterii
Bakterie heterotroficzne (cudzożywne)
saprofity

Oddychanie wewnątrzkomórkowe bakterii:

Bakterie oddychają tlenowo i beztlenowo.

Oddychanie tlenowe jest skomplikowanym procesem chemicznym, w czasie którego dochodzi do utlenienia związku organicznego (najczęściej glukozy) do dwutlenku węgla i wody. W wyniku tego procesu uwalniana jest duża ilość energii, która zostaje zmagazynowana w postaci ATP.

Oddychania beztlenowe może zachodzić na dwa różne sposoby. Pierwszy z nich to fermentacja, która zachodzi w cytoplazmie bakterii beztlenowych. Polega na częściowym utlenieniu (rozłożeniu) złożonych związków organicznych do związków prostszych – alkoholu etylowego, kwasu mlekowego, kwasu octowego i innych. W czasie fermentacji powstaje niewielka ilość energii. Drugi znacznie bardziej wydajny sposób oddychania beztlenowego przypomina oddychanie tlenowe, z tym, że akceptorem elektronów jest tutaj  inny niż tlen związek nieorganiczny.

Wśród bakterii beztlenowych wyróżniamy beztlenowce względne, które  mogą dostosować mechanizm oddychania  do panujących warunków (mogą oddychać zarówno tlenowo jak i beztlenowo) oraz beztlenowce bezwzględne, które giną w obecności tlenu.

Rozmnażanie bakterii i procesy płciowe bakterii

Rozmnażanie bezpłciowe bakterii

Bakterie rozmnażają się tylko w sposób bezpłciowy, najczęściej przez podział komórki. U niektórych bakterii kolonijnych może dochodzić do fragmentacji, czyli rozerwania kolonii na mniejsze fragmenty.

W czasie podziału komórki dochodzi do rozdzielenia materiału genetycznego (zawartego w genoforze) do dwóch komórek potomnych. Najpierw jednak musi dojść do podwojenia, czyli replikacji DNA, po której następuje podział materiału i podział cytoplazmy na mniej więcej dwie równe połowy. W czasie podziału pomiędzy komórkami potomnymi tworzy się przewężenie (u bakterii Gram- ) lub ściana komórkowa (u bakterii Gram +).

Podział komórki bakteryjnej jest prosty i znacznie różni się od mitozy zachodzącej u eukariontów. Częstotliwość podziałów jest różna i zależy od warunków środowiska oraz od wielkości materiału genetycznego. W sprzyjających okolicznościach (w laboratorium, rzadziej w naturze) bakterie mogą dzielić się nawet co 15 minut.

Procesy płciowe bakterii

Bakterie nie potrafią rozmnażać się w sposób płciowy. Spotykamy u nich natomiast procesy płciowe, w czasie których nie powstają nowe organizmy (tym proce płciowy różni się od rozmnażania), lecz dochodzi do wymieszania się materiału genetycznego pomiędzy komórkami bakterii biorącymi w nich udział. Dzięki temu następuje wzrost różnorodności genetycznej bakterii, co daje im możliwość  lepszego dostosowania się do zmieniających się warunków środowiskowych. 

Wyróżniamy 3 sposoby (mechanizmy wymiany) informacji genetycznej między komórkami bakterii:

• Koniugacja – to proces, w czasie którego dochodzi do  jednokierunkowego przekazania materiału genetycznego (w postaci plazmidu) z komórki dawcy do komórki biorcy podczas ich bezpośredniego kontaktu. Dawcą mogą być tylko bakterie F⁺, które posiadają tzw. czynnik płciowy F, biorcami są natomiast bakterie F^-, czyli te które są pozbawione czynnika płciowego. Czynnik F nazywany inaczej plazmidem, lub pozachromosomalnym czynnikiem dziedziczność ma postać kolistej cząsteczka DNA zdolnej do autonomicznej replikacji. W czasie koniugacji komórki dawcy i biorcy łączą się ze sobą za pośrednictwem mostków cytoplazmatycznych (pilusów).

Schemat przedstawiający koniugację

Opis schematu:

1. Połączenie się komórki dawcy z komórką biorcy za pośrednictwem mostka cytoplazmatycznego (pilusa); 2. Zbliżenie się do siebie koniugujących komórek – wytworzenie bezpośredniego kontaktu.; 3. Transfer genów – nacięcie plazmidu przez polimerazę a następnie przepchnięcie jednej nici DNA do komórki biorcy (w której forma liniowa ulega cyrkularyzacji); 4. Rozdzielenie się koniugujących komórek – komórka biorcy (która otrzymała plazmid) staje się teraz nowym donorem.

• Transformacja – to proces, który polega na pobraniu przez komórkę bakterii DNA z otaczającego ją roztworu. DNA może być izolowany z komórki bakterii lub sam uwalniać się z bakterii w wyniku jej rozpadu (lizy). Transformacja może zachodzić naturalnie, często jest jednak wywoływana sztucznie w laboratoriach gdyż znalazła liczne zastosowania (m.in. w inżynierii genetycznej, terapii genowej, produkcji enzymów i hormonów).

• Transdukcja – to proces polegający na przenoszeniu fragmentów DNA pomiędzy komórkami bakterii przez bakteriofagi (wirusy bakteryjne).

Schemat przedstawiający transdukcje

Opis schematu:

Bakteriofag infekuje komórkę bakterii (1), a następnie tnie jej materiał genetyczny i własny (2). W momencie składania wirionów fag „omyłkowo” pobiera fragment DNA gospodarza (3), którego niszczy aby się uwolnić i zainfekować kolejną komórkę bakteryjną (4). Następnie fag wraz z własnym materiałem genetycznym przekazuję komórce bakterii, będącej biorcą fragmentu DNA dawcy (5). Ten fragment zostaje włączony do materiału genetycznego właśnie zainfekowanej bakterii (6).

Znaczenie bakterii - pozytywne i negatywne

Znaczenie pozytywne bakterii:

1. Bakterie saprofityczne są niezbędnym ogniwem obiegu materii w przyrodzie. Pełnią rolę reducentów (destruentów) rozkładających martwą materię ograniczą do prostych związków nieorganicznych, które mogą być ponownie wykorzystane bezpośrednio przez rośliny (a pośrednio też przez zwierzęta). Bakterie biorą udział w cyklach biogeochemicznych, czyli obiegu węgla, azotu, siarki, fosforu i innych pierwiastków w przyrodzie. Szczególne znaczenie mają bakterie i sinice , które potrafią wiązać azot pochodzący z powietrza. Niektóre z nich np. bakterie Rhizobium wchodzą w symbiozę z korzeniami roślin motylkowych (na korzeniach tworzą się brodawki, wewnątrz których żyją bakterie). Część wytworzonych soli azotowych bakterie oddają roślinie, same natomiast korzystają ze związków organicznych wytworzonych przez rośliny.

Brodawki korzeniowe u Lotus pedunculatus

2. Niektóre bakterie wykorzystywane są w rolnictwie do walki z owadami będącymi szkodnikami roślin uprawnych(prowadzone są badania nad bakteriami Bacillus, które atakują m.in. larwy chrząszczy).

3. Bakterie są źródłem pożywienia dla niektórych zwierząt m.in. jednokomórkowych pierwotniaków.

4. Bakterie wchodzą w symbiozę nie tylko z roślinami, ale też ze zwierzętami i człowiekiem, u których biorą udział w trawieniu i rozkładaniu pobranego pokarmu (Escherichia coli żyjąca w końcowym odcinku przewodu pokarmowego człowieka, bakterie z rodzaju Bacteroides rozkładające celulozę w żołądku przeżuwaczy).

Pałeczka okrężnicy Escherichia coli -powiększona 10.000 x

5. Bakterie potrafią rozkładać wiele szkodliwych substancji chemicznych (m.in. detergenty i środki ochrony roślin) produkowanych przez człowieka. Dlatego wykorzystywane są w procesie biologicznego oczyszczania wód i ścieków (w oczyszczalniach wchodzą w skład osadu czynnego).

Biologiczna oczyszczalnia ścieków

6. Bakterie wykorzystywane są do produkcji biogazu (powstającego w czasie beztlenowej fermentacji obornika), który wykorzystywany jest jako źródło energii (m.in. do napędzania silników czy ogrzewania domów).

7. Bakterie wykorzystywane są w przemyśle spożywczym do produkcji serów, jogurtów, kefirów, kiszonej kapusty, ogórków (fermentacja mlekowa przeprowadzana przez bakterie mlekowe z rodzaju Lactobacillus) oraz alkoholi.

Ogórki kiszone uzyskiwane dzięki działaniu bakterii z rodzaju Lactobacillus

8. Bakterie wykorzystywane są w medycynie do produkcji szczepionek, antybiotyków (streptomycyna i tetracyklina produkowana przez promieniowce) i witamin (B12, C).

Szczepionka przeciw Streptococcus pneumoniae

9. Bakterie wykorzystywane są również do produkcji kwasów organicznych (octowego), aminokwasów, hormonów (wzrostu, insuliny), węglowodanów(dekstranu).

10. Bakterie stosowane są również w inżynierii genetycznej jako źródło enzymów restrykcyjnych służących do nacinania DNA.

11. Bakterie brały udział w tworzenie złóż ropy naftowej, rud żelaza, saletry amonowej i siarki.

Znaczenie negatywne bakterii:

1. Liczne bakterie są pasożytami człowieka, zwierząt i roślin. Po wniknięciu do organizmu żywiciela bakterie te wywołują liczne choroby, których przyczyną jest namnażanie się bakterii w zainfekowanych tkankach oraz wydzielanie przez nie jadów, czyli substancji silnie toksycznych. U roślin objawami zakażeń bakteryjnych są nekrozy, zgnilizny, rakowe narośla oraz więdnięcie. Pasożytnicze bakterie roślin uprawnych mogą powodować znaczne zmniejszenie plonów. Bakteryjne choroby zwierząt często przypominają choroby ludzi lub są z nimi tożsame.

Infekcja forsycji spowodowana Agrobacterium tumefaciens

Najważniejsze choroby bakteryjne człowieka to: cholera, trąd, gruźlica, zapalenie płuc, zapalenie opon mózgowych, angina, szkarlatyna, krztusiec, dur brzuszny, borelioza, czerwonka, salmonellozy, kiła, rzeżączka.

Salmonella typhimurium - bakteria chorobotówrcza

2. Bakterie siarkowe mogą wytworzyć kwas siarkowy, który niszczy budynki (mury, cegły, zaprawę murarską) oraz konstrukcje żelazne.

Wirusy

Wirusy są to struktury pozbawione budowy komórkowej, które nie wykazują żadnych funkcji życiowych poza komórkami gospodarza. Z biologicznego punktu widzenia nie są więc organizmami. Wielkość wirusów waha się od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów (1nm = 10^-6 mm).

Budowa wirusów

Wirion to pojedyncza kompletna postać wirusa występująca w środowisku pozakomórkowym. W skład wirionu wchodzi materiał genetyczny oraz otoczka białkowa (kapsyd).

Materiał genetyczny wirusa stanowi tylko jeden kwas nukleinowy – DNA lub RNA. W zależność od rodzaju kwasu nukleinowego wyróżnić możemy:

• DNA wisusy – są to wirusy z genomem DNA np. wirus opryszczki, wirus brodawczaka;

• RNA wirusy – są to wirusy z genomem RNA np. wirus grypy, wirus polio;

• retrowirusy (RNA/DNA wirusy) – są rodzajem wirusów RNA, które w komórkach gospodarza przepisują RNA na DNA, np. wirus HIV

Różnorodność materiału genetycznego wirusów:

• jednoniciowy RNA – wirus polio

• dwuniciowy RNA 

• jednoniciowy DNA liniowy – parwowirus

• jednoniciowy DNA kolisty

• dwuniciowy DNA liniowy – wirus opryszczki

• dwuniciowy DNA kolisty – wirus brodawczaka

Kapsyd to zbudowana z kapsomerów białkowa otoczka osłaniająca materiał genetyczny wirusa i nadająca mu kształt. Niektóre wirusy (wirus HIV), które opuszczają komórki gospodarza na zasadzie pączkowania posiadają dodatkowo osłonkę białkowo-lipidową, która zawiera elementy błony komórkowej gospodarza oraz własne glikoproteiny.

Kształty wirionów:

1. pałeczkowate (spiralne) – mozaika tytoniu

Wirus mozaiki tytoniu - widok z mikroskopu

 

2. wielościenne (bryłowe)
• bez osłonki
• z osłonką – wirus grypy, wirus polio

Wirus polio - widok z mikroskopu

 

3. bryłowo-spiralne – bakteriofagi (wirusy bakterii)

Budowa bakteriofaga: protein - białko, head - główka, collar - kołnierz, tail - ogonek, tail fibres - włókna ogonka

Namnażanie wirusów

Wirusy nie są w stanie samodzielnie przeprowadzać żadnych funkcji metabolicznych. Muszą wiec wniknąć do komórek gospodarza, aby w nich się namnożyć. Po wniknięciu do komórki gospodarza wirus podporządkowuje sobie jego metabolizm sprawiając, że zaczyna on produkować nowe wiriony. Prowadzi to do rozpadu – lizy komórki. Ten sposób namnażania się wirusa nazywamy więc cyklem litycznym. Zdarza się, że genom wirusa zostaje wbudowany do DNA gospodarza i wraz z nim jest replikowany. Wówczas wirus na jakiś czas pozostaje w uśpieniu i nie powoduje uszkodzeń zainfekowanej komórki. Ten sposób powielenia się wirusa nazywamy cyklem lizogenicznym.

Cykl lityczny:

• etap adsorpcji – polega na przyczepieniu się wirusa (bakteriofaga T4) do powierzchni bakterii za pomocą włókienek białkowych ogonka;

• etap penetracji – polega na przebiciu ściany i błony komórkowej bakterii przez ogonek wirusa i wstrzyknięciu wirusowego DNA do wnętrza komórki (kapsyd pozostaje na zewnątrz komórki);

• etap replikacji – polega na przejęciu kontroli nad metabolizmem komórki bakterii przez wirusowy DNA, zainfekowana komórka rozpoczyna produkcję elementów składowych nowych wirionów – białkowej otoczki (kapsydu) i materiału genetycznego wirusa;

• etap składania – polega na składaniu nowych kompletnych wirionów – wiernych kopii wirusa atakującego komórkę bakterii;

• etap uwolnienia – polega na uwolnieniu wirionów na skutek rozerwania komórki bakterii (samorzutnie lub pod wpływem enzymów litycznych wirusa) - dochodzi do lizy (śmierci) bakterii a powstałe wiriony mogą atakować następne komórki;

Cykl lizogeniczny:

• po wniknięciu bakteriofaga do komórki bakterii materiał genetyczny wirusa zostaje wbudowany do DNA bakterii (staje się nieczynną formą wirusa – profagiem), a następnie wraz z nim namnożony;

• w czasie podziału komórki bakterii zmieniony DNA zostaje przekazany komórkom potomnym;

• w określonych warunkach (osłabienie gospodarza, wzrost temperatury lub promieniowania) dochodzi do uaktywnienia faga poprzez wycięcie jego DNA z genoforu bakterii;

• bakteriofag wchodzi w cykl lityczny, który kończy się śmiercią komórki bakterii;

Schemat porównujący cykl lityczny (A) z cyklem lizogenicznym (B)

 

Znaczenie wirusów

Znaczenie negatywne wirusów:

I. Są czynnikami chorobotwórczymi;

Po wniknięciu do organizmu gospodarza wirusy wywołują liczne choroby. Mogą atakować człowieka, zwierzęta, rośliny a nawet bakterie. Walka z wirusami jest niezwykle trudna, lecz możliwa. Ludzie opracowują różne szczepionki, dzięki którym udało się znacznie ograniczyć wiele groźnych chorób wirusowych (ospa prawdziwa, choroba Hainego-Medina). Dotychczas nie udało się jednak ich całkowicie wyeliminować. Główną tego przyczyną jest bardzo duża zmienność, czyli szybkie tempo modyfikacji białkowej otoczki niektórych wirusów. Powoduje to, że układ odpornościowy zaszczepionego organizmu, nie jest w stanie rozpoznać przekształconej formy wirusa. Duża zmienność genetyczna wirusów prowadzi do powstawania coraz bardziej zjadliwych szczepów, które co kilka lat wywołują groźne epidemie a nawet pandemie. Przykładem szybko ewoluującego wirusa jest wirus grypy, który jest wyjątkowo trudnym przeciwnikiem. Cechuje się on dużą zmiennością przez co człowiek od lat nie potrafi sobie z nim poradzić. Opracowywane są wciąż nowe szczepionki, które jednak szybko stają się nieskuteczne w walce ze zmodyfikowanymi szczepami.

Klasyfikacja wisusów:

Znaczenie wirusów

• wirusy zwierzęce – wnikają w całości do komórek gospodarzy wywołując liczne, często bardzo groźne choroby; są bardzo wyspecjalizowane (przede wszytki co do gatunku, a czasem nawet do konkretnego narządu);

• wirusy roślinne – przedostają się do komórek roślinnych przez uszkodzone ściany komórkowe; powodują przebarwienia liści (maziowatość), nieprawidłowy wzrost i zwijanie liści (kędzierzawienie), powstawanie narośli czy usychanie całych pędów; przenikają do komórek gospodarzy w całości;

• bakteriofagi (wirusy bakterii) – są najczęściej bardzo wyspecjalizowane (jednej rodzaj wirusa atakuje jeden gatunek bakterii np. bakteriofag T4 atakuje bakterię Escherichia coli); do komórek gospodarza wnika tyko materiał genetyczny (kapsyd pozostaje na zewnątrz);

Choroby wirusowe:

1. człowieka :

• wirusy RNA: grypa, świnka, polio, różyczka, HIV;

• wirusy DNA: ospa prawdziwa, ospa wietrzna, półpasiec, opryszczka;

Dziecko chore na ospę wietrzną

 

2. zwierząt: wścieklizna, pryszczyca, nosówka, myksomatoza;

Pies chory na wściekliznę

 

3. roślin: smugowatość ziemniaka, kędzierzawka ziemniaka, żółtaczka buraka, mozaika tytoniowa, pstrość tulipana;

II. Niszczą pożyteczne bakterie brodawkowe (wiążące azot z powietrza), przez powodują zmniejszenie żyzności gleby (zmęczenie gleby);

III. Niszczą bakterie wykorzystywane w różnych procesach technologicznych, przez co powodują straty w gospodarce;

Znaczenie pozytywne wirusów:

I. Są dobrym obiektem do badań genetycznych;

II. Są wykorzystywane w inżynierii genetycznej jako wektory przenoszące DNA pomiędzy komórkami;

III. Niszczą niektóre bakterie chorobotwórcze;

Protisty

Budowa protistów

Protisty to najprostsze organizmy eukariotyczne. Stanowią sztuczną jednostkę systematyczną niejednorodną pod względem budowy i pochodzenia. Należą tu :

• protisty zwierzęce, czyli pierwotniaki, które dawniej zaliczane były do zwierząt;

• protisty roślinopodobne, z których większość stanowią glony zaliczane dawniej do roślin;

• protisty grzybopochodne, czyli śluzorośla zaliczane dawniej do grzybów;

Wśród protistów spotykamy zarówno organizmy autotroficzne jak i heterotroficzne – drapieżne, saprofityczne i pasożytnicze. Protisty występują główne w wodzie, niektóre żyją we wnętrzu innych organizmów i w wilgotnej glebie.

Formy organizacji ciała:

1. jednokomórkowce:

• pełzaki – mają cienką błonę komórkową dzięki czemu przyjmują rozmaite kształty, poruszają się za pomocą tworzonych wypustek cytoplazmatycznych czyli nibynóżek (pseudopodiów) ;

• wiciowce – mają określony stały kształt, dzięki „usztywnieniu” powierzchni ciała (poprzez pofałdowanie błony, obecność pęcherzyków lub pancerzyków), posiadają wici (z przodu, z boku lub z tyłu ciała) lub rzęski, czyli krótsze od wici wypustki pokrywające całą powierzchnię ciała;

• formy nieruchliwe najczęściej okryte sztywnym pancerzykiem (lub bez pancerzyka);

2. komórczaki (z wieloma jądrami);

3. organizmy wielokomórkowe zbudowane z plechy, czyli ciała nie zróżnicowanego na tkanki; wyróżniamy następujące rodzaje plechy:

• nitkowata;

• plektenchymatyczna – powstaje ze zrośnięcia nitek;

• tzw. tkankowa – zróżnicowana grupa komórek (nie mylić z typowymi tkankami);

Przegląd protistów

Najważniejsze linie rozwojowe protistów to:

1. Krasnorosty to grupa w większości autotroficznych protistów licząca około 6 tysięcy gatunków. Ich ciało ma postać plechy (jedno- lub wielokomórkowej). Posiadają chlorofil a, d, fikoerytrynę (czerwona) i fikocyjaninę (niebieska), materiałem zapasowym jest skrobia krasnorostowa. W skomplikowanym cyklu rozwojowym niektórych krasnorostów występują dwie postacie sporofitu, brak jest natomiast stadiów uwicionych. Przedstawicielami są rurecznica (Polypsiphonia) i widlik (Furcellaria) i chrząstnica kędzierzawa (Chondrus crispus).

Chrząstnica kędzierzawa (Chondrus crispus)

2. Zielenice to grupa w większości autotroficznych protistów, z których najprawdopodobniej wywodzą się rośliny. Liczy około 10 tysięcy gatunków. Zielenice przyjmują zróżnicowane formy (jedno- i wielokomórkowe, komórczakowe, osiadłe, kolonijne). Prawie wszystkie formy ruchliwych zielenic posiadają dwie wici. Mają wiele cech wspólnych z roślinami: chlorofil a i b, materiał zapasowy w postaci skrobi oraz celulozowo-pektynową ścianę komórkową. U zielenic występuje klasyczna przemiana pokoleń oraz wszystkie rodzaje gamii. Przedstawicielami są m.in.: taśma (Enteromorpha), watka (Ulva), toczek (Volvox) i parasolnik (Acetabularia).

3. Stremnopile przyjmują zróżnicowane formy (od jednokomórkowych do wielokomórkowych plech tkankowych). Wspólną cechą stremnopili uwicionych są dwie nierówne wici, z których jedna ma mastygonemy (rurkowate włoski). Formy samożywne posiadają chlorofil a i c oraz fukoksantynę. Materiałem zapasowym jest laminaryna, glikogen lub mannitol. W tej grupie wyróżniamy:

• Złotowiciowce – jednokomórkowe protisty (pełzaki, wiciowce i formy kolonijne) wód słodkich;

• Okrzemki – jednokomórkowe protisty wód słodkich i słonych, które posiadają wysycone krzemionką skorupki (specyficzna ściana komórkowa) składające się z wieczka i denka; otrzymuje się z nich ziemię okrzemkową;

Okrzemki

• Brunatnice – wielokomórkowe protisty o plechach zróżnicowanych na część łodygokształtną, liściokształtną i korzeniokształtną, przez co przypominają rośliny; posiadają zróżnicowane grupy komórek tzw. pseudotkanki; przedstawicielami są m.in.: morszczyn (Fucus) i listownica (Laminaria);

Morszczyn (Fucus)

4. Alweolaty – jednokomórkowe protisty posiadające pellikulę z alweolami (system pęcherzyków i komór). W tej grupie wyróżniamy:

• Sporowce to wyspecjalizowane pasożyty wywołujące choroby u zwierząt i ludzi. Przechodzą złożony cykl rozwojowy (często ze zmianą żywiciela). Są to w większości jednokomórkowce, które dzielą się na zasadzie schizogonii (wielokrotny podział jądra, po którym następuje podział cytoplazmy), Przedstawicielem sporowców jest zarodziec malarii (Plasmodium), który pasożytujące w czerwonych krwinkach człowieka wywołuje chorobę zwaną malarią, przenoszony jest prze komara widliszka.

Zarodziec malarii

• Orzęski to najbardziej wyspecjalizowana grupa alweolatów, w której wyróżnić możemy przód i tył ciała oraz stronę grzbietową i brzuszną. Posiadają aparat rzęskowy pokrywający ich ciało, w którym wyróżniamy cystosom (komórkowy otwór gębowy) i cytopyge (komórkowy otwór odbytowy). Mają aparat jądrowy, który jest zróżnicowany na makronukleus i mikronukleus. U orzęsków występuje skomplikowany proces płciowy (koniugacja) polegający na wymianie materiału genetycznego pomiędzy dwoma osobnikami. Odżywiają się na zasadzie pinocytozy i endocytozy. Rozmnażają przez podział poprzeczny. Przedstawicielami są m.in. pantofelek (Paramecium), wirczyk (Vorticella) i trąbik (Stentor).

Pantofelek (Paramecium aurelia)

• Tobołki (bruzdnice) to jednokomórkowe samożywne protisty (posiadają chlorofil a i c) żyjące w wodach słonych i słodkich. Pod błoną komórkową często posiadają pancerzyk z dwiema bruzdami, w których znajdują się wici. Przedstawicielami są m.in. Peridinium i Ceratium.

5. Euglenoza to jednokomórkowe uwicione protisty. Ich ciało poryte jest pellikulą wzmocnioną włóknami białkowymi. Poruszają się za pomocą wici, które wyrastają z tzw. ampułki. W tej grupie wyróżniamy:

• Eugleniny to protisty słodkowodne, które posiadają chlorofil a i b, są więc samożywne. Część z nich jest miksotroficzna, tzn. że przy braku światła może przechodzić na heterotrofizm. Posiadają plamkę oczną i dwie wici (jedną długą a drugą krótką). Przedstawicielem jest Euglena.

Euglena zielona

• Świdrowce to w większości pasożyty roślin, zwierząt i człowieka. Posiadają jedną wić (rzadziej dwie) zakotwiczone w kinetosomie. Wywołują u ludzi śpiączkę afrykańską i chorobę Chagasa, a u zwierząt naganę (choroba bydła).

Świdrowiec gambijski

6. Sarkodowce to sztuczna jednostka systematyczna obejmująca protisty o nieustalonym pokrewieństwie. W tej grupie wyróżniamy:

• Ameby to jednokomórkowe protisty, które poruszają się zazwyczaj za pomocą nibynóżek. Najczęściej są nagie, niektórzy przedstawiciele posiadają skorupki z otworem dla nibynóżek. Przedstawicielami są: niegroźny dla człowieka pełzak okrężnicy (Entamoeba coli) oraz pełzak czerwonki (Entamoeba histolica), wywołujący czerwonkę amebową.

• Otwornice to jednokomórkowe najczęściej morskie protisty wolnożyjące. Posiadają wapienne skorupki z otworami, przez które wysuwają nibynóżki.

Quinqueloculina - przedstawiciel otwornic

• Śluzorośla to protisty, które przystosowały się do życia na lądzie (wilgotna gleba, pnie drzew). Posiadają śluźnię – wielojądrową bezkształtną masę protoplazmy pełznącą po podłożu. Wytwarzają zarodniki.

Wykwit zmienny (Fuligo septica)

• Promienionóżki posiadają cienkie nibynóżki (wzmocnione niekiedy krzemionką) promieniście wychodzące z ciała.

Procesy życiowe protistów

Odżywianie się:

Protisty dzielimy na :

1. autotroficzne (samożywne), czyli protisty roślinopodobne, które dzięki obecności chloroplastów mogą przeprowadzać fotosyntezę, zawierają różne barwinki fotosyntetyczne – chlorofil a, b, c, d, fikobiliny, karotenowce (karoten, likopen, ksantofil); materiałem zapasowym jest skrobia, paramylon, glikogen, chryzolaminaryna, manitol lub tłuszcz;

2. heterotroficzne (cudzożywne):

• protisty zwierzęce to drapieżniki, saprofity lub pasożyty;

• protisty grzybopochodne są saprofitami, wchłaniającymi substancje pokarmowe (martwą materię organiczną) z otoczenia;

3. miksotrofy, które w zależności od panujących warunków mogą być samożywne (na świetle) lub cudzożywne (przy braku światła);

Sposoby pobierania pokarmu:

• wchłanianie – przenikanie przez błonę substancji na zasadzie transport biernego lub aktywnego;

• pinocytoza – pobieranie drobin lub większych cząsteczek pokarmowych rozpuszczalnych w wodzie; polega na tworzeniu kanalików pinocytarnych zakończonych wodniczką pokarmową; kanaliki „wciągają” substancję pokarmową która następnie jest trawiona wewnątrz wodniczki połączonej z lizosomom;

• fagocytoza – pobieranie dużych cząstek pokarmowych, całych komórek lub ich fragmentów; polega na otaczaniu cząstki pokarmowej fałdem błony komórkowej i cytoplazmy; powstaje duża wodniczka pokarmowa, w której następuje trawienie (po połączeniu z lizosomom), niestrawione resztki są usuwane na zewnątrz na drodze endocytozy (błona wodniczki łączy się z błona komórkowa);

Oddychanie i wymiana gazowa

Większość protistów oddycha tlenowo, pasożyty oddychają beztlenowo. Wymiana gazowa zachodzi poprzez powierzchnię ciała.

Osmoregulacja i wydalanie

Pierwotniaki słodkowodne muszą usuwać nadmiar napływającej do ich ciała wody. Czynią to za pomocą specjalnych struktur tzw. wodniczek tętniących, które zbierają wodę z cytoplazmy i usuwają ją na zewnątrz ciała. Zbędne produkty przemiany materii wydalane są na zewnątrz przez błonę komórkową na zasadzie dyfuzji (protisty morskie) lub też przy pomocy wodniczek tętniących (protisty słodkowodne).

Wrażliwość na bodźce

Bodźce powodują zmianę polaryzacji błony komórkowej czego wynikiem są różne reakcje protistów. Reakcje ruchowe związane z działaniem bodźców występujące u pierwotniaków to taksje Mogą odbywać się w stronę bodźca (taksje dodatnie) lub w kierunku przeciwnym (taksje ujemne) Niektóre wiciowce odbierają bodźce świetlne za pomocą narządu światłoczułego występującego w postaci fotoreceptora i plamki ocznej.

Poruszanie się

Wśród protistów wyróżniamy:

1. formy osiadłe (głównie wielokomórkowce), czyli związane z dnem zbiorników wodnych;

2. formy pozbawione organelli ruchu (jednokomórkowce, wielokomórkowce, protisty kolonijne), które mogą być biernie przenoszone przez wodę;

3. formy posiadające organelle ruchu w postaci:

• wici znajdującej się przodu (ruchy ciągnące), z boku (w postaci tzw. błony falującej) lub z tyłu ciała (ruchy popychające); ruch przy pomocy wici to tzw. ruch undulipodialny

• rzęsek, pokrywających gęsto całą powierzchnię ciała; ciałka podstawowe rzęsek są połączone włókienkami, dzięki czemu ich ruch jest skoordynowany; jest to także ruch undulipodialny

• nibynóżek, które tworzą się z wysuwanych w różnych kierunkach pasm cytoplazmy – jest to tzw. ruch ameboidalny (pseudopoidalnym),

Rozmnażanie się

Protisty rozmnażają się:

1. w sposób bezpłciowy, poprzez:

• podział komórki – jednokomórkowce

• pływki (zoospory) – wielokomórkowce

• fragmentację – wielokomórkowce

2. w sposób płciowy, na drodze:

• izogamii – łączenie dwóch identycznych gamet;

• anizogamii – łączenie gamet zróżnicowanych w pewnym stopniu (głównie pod względem wielkości ale też i innych cech);

• oogamii – łączenie dwóch zasadniczo zróżnicowanych gamet – dużej nieruchliwej komórki jajowej (gameta żeńska) i małego, zazwyczaj ruchliwego plemnika (gameta męska);

Znaczenie protistów

Pozytywne:

1. glony są najważniejszymi producentami materii organicznej wód;

2. glony jadalne są wykorzystywane do celów kulinarnych;

• sałata morska (Ulva lactuca) jest składnikiem sałatek dla mieszkańców Dalekiego Wschodu i basenu Morza Śródziemnego;

Sałata morska

• szkarłatnica delikatna (Porphytra tenera) jest hodowana w Japonii na plantacjach podwodnych;

• listownica cukrowa używana przez mieszkańców Dalekiego Wschodu;

3. zielenice stanowią fitoplankton będący pokarmem dla zooplanktonu (ten tworzony jest m.in. przez pierwotniaki), którym z kolei żywią się większe zwierzęta wodne np., ryby;

Fitoplankton jeziorny

4. krasnorosty są wykorzystywane do produkcji agaru (substancja żelująca), który ma szerokie zastosowanie – używany jest m.in. w przemyśle papierniczym, fermentacyjnym, spożywczym (galaretki, dżemy) oraz jako środek zestalający pożywki dla bakterii i innych organizmów;

Żel agarowy w laboratorium

5. krasnorosty uczestniczą w tworzeniu raf koralowych;

6. galaretowate substancje produkowane przez ściany brunatnic wykorzystywane są w przemyśle tekstylnym (kwas alginowy to doskonały impregnator), papierniczym (tektury, kartony), kosmetycznym (składniki pomadek, kremów, maseczek z alg);

7. morszczyn wykorzystywany jest w zielarstwie;

8. skorupki otwornic i szkieleciki promienionóżek brały udział w tworzeniu skał osadowych a obecnie wykorzystywane są w paleontologii do określania ich wieku;

9. ze ścian komórkowych okrzemek otrzymuje się ziemię okrzemkową, która ma różnorodne zastosowanie w przemyśle (m.in. jako środek filtrujący, dezynfekcyjny i owadobójczy, do czyszczenia, polerowania i wiele innych);

10. śluzorośla i niektóre pierwotniaki są saprofitami – rozkładając martwą materię organiczną biorą udział w obiegu materii w przyrodzie;

Negatywne:

1. protisty pasożytnicze żyjące kosztem swych żywicieli (kręgowców i bezkręgowców) wywołują liczne choroby np. malarię (zarodziec malarii), toksoplazmozę (Toxoplasma gondii) czerwonkę amebową (pełzak czerwonki), śpiączkę afrykańską (świdrowiec gambijski), naganę bydła (świdrowiec nagany).

2. przy masowej obecności tobołki i zielenice (razem z sinicami) powodują zakwity zbiorników wodnych a także ograniczają rozwój innych organizmów wodnych;

Zakwit zbiornika wodnego

3. glony obrastają statki (powodują ich obciążenia), ściany akwarium (trudny do usunięcia nalot), zatykają filtry wodne;

Grzyby

Grzyby są organizmami głównie lądowymi (rzadziej wodnymi), których ciało zbudowane jest z jednej (u drożdży) lub z wielu (u większości) komórek.

Grzyby przez długi czas zaliczane były do roślin. Takiego przyporządkowania dokonał w 1753 roku Karol Linneusz, który klasyfikując organizmy żywe przyjął dwa podstawowe kryteria podziału. Pierwszym z nich była zdolność do ruchu a drugim wrażliwość na bodźce. Zgodnie ze swym ustaleniem systematyk podzielił wszystkie znane mu stworzenia na dwie podstawowe grupy: Królestwo Roślin (znalazły się tutaj organizmy niewrażliwe na bodźce i niezdolne do poruszana się) i Królestwo Zwierząt(znalazły się tutaj organizmy wrażliwe na bodźce potrafiące się samodzielnie poruszać). Ponieważ dostępne w czasach Linneusza metody badań nie pozwalały na dokładniejsze przestudiowanie struktury grzybów, a znane wówczas gatunki wykazywały większe podobieństwo do roślin (obok wcześniej wymienionych również obecność ściany komórkowej) toteż zostały włączone do ich królestwa. Dopiero na początku XX wieku, dzięki nowym technicznym możliwościom, wykazano że grzyby w przeciwieństwie do roślin nie posiadają chloroplastów, w związku z czym nie prowadzą fotosyntezy. Od tego czasu są one traktowane na równi z roślinami i zwierzętami i stanowią odrębną grupę, której nadano rangę Królestwa Grzybów (Fungi). Śluzorośla, które wcześniej powszechnie uważano za grzyby włączono z kolei do Królestwa Protista.

Większość ludzi za grzyby uważa tylko widoczne na pierwszy rzut oka owocniki grzybów kapeluszowych, które nie są całym organizmem tylko jego częścią. Grzyby kapeluszowe czyli np. jadalne borowiki, kurki, maślaki czy niejadalne muchomory, które są reprezentantami podstawczaków (najlepiej rozwiniętej grupy grzybów), stanowią w rzeczywistości tylko niewielką cześć wszystkich przedstawicieli Królestwa Grzybów. Obok podstawczaków do Fungi zaliczamy też skoczki, sprzężniowe i workowce.

Budowa grzybów

Grzyby nie tworzą tkanek ani narządów. Niektóre z nich są organizmami jednokomórkowymi (droższe). Większość ma plechowate ciało zwane grzybnią.

Grzybnia zbudowana jest ze strzępek, czyli nitkowatych struktur wypełnionych cytoplazmą, w której krążą organelle komórkowe.

Strzępki grzybni

Komórki grzybów nie zawierają plastydów. Posiadają natomiast jądro komórkowe i wszystkie inne elementy (ścianę i błonę komórkową, mitochondria, rybosomy, aparat Golgiego, retikulum śródplazmatyczne, wakuolę i lizosomy) charakterystyczne dla organizmów eukariotycznych. Ściana komórkowa zbudowana jest najczęściej z chityny(wielocukier zawierający grupy aminowe), rzadziej z celulozy. W odróżnieniu od roślin powszechnie magazynujących skrobię podstawowym materiałem zapasowym gromadzonym w cytoplazmie są tłuszcze i glikogen.

Typy strzępek:

W zależności od liczby jąder i obecności ścian poprzecznych możemy wyróżnić dwa podstawowe typy strzępek:

1. strzępka komórczakowa – jest wielojądrowa (liczne jądra w obrębie jednej „komórki”), występuje np. u pleśniaka;

2. strzępka wielokomórkowa – zawiera wiele jąder, które są oddzielone od siebie przegrodami porzecznymi zawierającymi centralnie położone otwory, występuje np. u pędzlaka;
W obrębie strzępki wielokomórkowej wyróżnić możemy:

• strzępkę jednojądrową, która zawiera po jednym haploidalnym jądrze w każdym pojedynczym segmencie;

• strzępkę dwujądrową (dikariotyczną), która zawiera dwa haploidalne jądra sprzężone w każdym segmencie;

W zależności od ułożenia strzępek wyróżnić możemy:

1. grzybnię luźną – zbudowaną z luźnych, rozgałęzionych strzępek (struktura ta przypomina watę);

2. grzybnię zbitą (plektenchymatyczną) – zbudowaną z ciasno ułożonych, zlepionych i splecionych ze sobą strzępek; grzybnia ta tworzy owocniki (struktury zawierające zarodniki) o kształtach i barwie charakterystycznych dla poszczególnych gatunków grzybów.

Podstawczaki mają owocniki najczęściej w kształcie kapelusza (grzyby kapeluszowe), workowce wykształciły bardziej zróżnicowane owocniki (kuliste, miseczkowate, uszkowate i wiele innych).

Owocniki zamknięte purchawki chropowatej

Ponieważ kapeluszowe są najbardziej znanymi przedstawicielami grzybów, poniżej omówiona zostanie ich budowa.

Budowa grzyba kapeluszowego:

Ciało grzyba kapeluszowego, czyli grzybnia zbudowane jest ze strzępek (długich nitek plazmatycznych). W podłożu strzępki tworzą luźną, rozgałęzioną sieć natomiast w części nadziemnej – owocniku są mocno zbite i splecione ze sobą. W skład owocnika wchodzi trzonek i położony na nim centralnie kapelusz. Po spodniej stronie kapelusza znajduje się hymenofor i jego zewnętrzna warstwa rodzajna (hymenium), w której formują się zarodniki. Hymenofor może być blaszkowaty lub rurkowaty.

Budowa grzyba kapeluszowego

Odżywianie i oddychanie grzybów

Odżywianie się grzybów:

Grzyby nie posiadają chloroplastów, w związku z czym nie potrafią samodzielnie wytworzyć pokarmu. Są więc organizmami cudzożywnymi, które substancje organiczne czerpią z otoczenia. Pokarm pobierany jest przez wchłanianie. Produkowane przez grzyby enzymy trawiennie wydzielane są na zewnątrz grzybni, gdzie rozkładają materię organiczną do prostszych, przyswajalnych dla nich związków (np. cukrów prostych).

Zdecydowana większość grzybów jest saprofitami, co oznacza, że ich pokarmem są martwe szczątki organiczne. Część grzybów to pasożyty, które czerpią związki organiczne wprost z organizmów żywych (roślinnych, zwierzęcych lub grzybowych), przy czym nie dają od siebie nic w zamian. Niektóre grzyby pobierają pokarm z komórek samożywnych glonów, sinic i roślin, którym w zamian dają schronienie i wodę. Są więc symbiontami współżyjącymi z tymi organizmami.

Grzyby mogą współżyć z korzeniami niektórych roślin (zarówno zielnych jaki i drzew). W tym typie symbiozy (której przykładami są np. dąb i borowik, sosna i maślak oraz brzoza i koźlarz ) nazywany mikoryzą grzyb ułatwia roślinie pobieranie wody i związków mineralnych z gleby, sam zaś czerpie od niej związki organiczne.

Czasami zależność ta może być tak duża, że nieobecność grzyba powoduje słaby rozwój a nawet śmierć rośliny. Mikoryza może być ektotroficzna (zewnętrzna), gdy strzępki grzyba penetrują przestwory międzykomórkowe korzenia lub endotroficzna (wewnętrzna), gdy wnikają do samych komórek.

Przykładem daleko posuniętej symbiozy jest porost, czyli wspólny organizm utworzony przez grzyba i glona. W poroście grzyb chroni swego partnera i zaopatruje go w wodę i związki mineralne, ale jednocześnie czerpie z niego związki organiczne i hamuje jego wzrost oraz rozmnażanie. Ta forma symbiozy nazywana została helotyzmem, czyli niewolnictwem gdyż grzyb odnosi tutaj znacznie większe korzyści niż jego współtowarzysz.

Oddychanie grzybów:

Energię niezbędną do życia grzyby uzyskują w wyniku tlenowego lub beztlenowego rozkładu związków organicznych pobranych ze środowiska zewnętrznego. Przeprowadzane przez drożdże oddychanie beztlenowe, nazywane też często fermentacją wykorzystywane jest przez ludzi na dużą skalę w przemyśle spożywczym.

Rozmnażanie grzybów

Grzyby mogą rozmnażać się na zarówno bezpłciowo jak i płciowo.

Rozmnażanie bezpłciowe:

1. przez podział komórki macierzystej na dwie komórki potomne (u grzybów jednokomórkowych);

2. przez pączkowanie, gdzie nowy osobnik powstaje przez odpączkowanie od osobnika macierzystego – jest więc jego kopią (u grzybów jednokomórkowych);

3. przez fragmentację grzybni, czyli jej rozpad na mniejsze kawałki (u grzybów wielokomórkowych);

4. przez zarodniki, które produkowane są przez strzępkę haploidalną w procesie mitozy (mitospory) albo powstają przez podział mejotyczny (mejospory), któremu ulega jądro zygotyczne (wytworzone po kariogamii); wyróżniamy następujące typy zarodników:

• zarodniki sporangialne powstają na końcach haploidalnych strzępek w sporangiach (kulistych zarodniach) w wyniku podziałów mitotycznych; wysypują się po rozerwaniu ścianki zarodni (są mitosporami);

• zarodniki konidialne powstają na końcach haploidalnych strzępek przez odcięcie ich fragmentu; zazwyczaj posiadają jedno jądro komórkowe (są mitosporami);

• zarodniki workowate zwane askosporami powstają po 8 w workowatej zarodni, czyli worku w wyniku podziału mejotycznego (a następnie mitotycznego) jądra zygotycznego; występują u workowców (są mejosporami);

Worek smardza wyniosłego zawierający askospory

• zarodniki podstawkowe zwane bazydiosporami powstają po 4 na tzw. podstawce (która jest organem homologicznym do worka) w wyniku podziału mejotycznego jądra zygotycznego, występują u podstawczaków (są mejosporami);

Strzępki grzybni (niebieskie) i wyrastające z nich dwie podstawki (czerwone) z bazydiosporami (zielone)

5. dodatkowo porosty mogą rozmnażać się przez wyrostki (cienkie i kruche odgałęzienia, które odłamują się od plechy) i urwistki (jedna lub kilka komórek glonów otoczone kilkoma strzępkami grzybów, które wydostają się z wnętrza plechy po pęknięciu powierzchni porostu);

Rozmnażanie płciowe:

Grzyby rozmnażają się płciowo na drodze gamii, do której zaliczamy następujące odmiany:

1. gametogamia – polega na łączeniu się haploidalnych gamet i wytworzeniu zygoty; występuje u skoczków;

2. gametangiogamia – polega na łączeniu się całych gametangiów (które mogą ale nie muszą być zróżnicowane na lęgnie i plemnie); występuje u wyspecjalizowanych skoczków, sprzężniowych i workowców;

3. somatogamia – polega na łączeniu się dwóch haploidalnych strzępek (określanych jako strzępka + i strzępka – ) należących do dwóch różnych osobników; jest wynikiem redukcji gamet i gametangiów; występuje u podstawczaków;

W cyklu rozwojowym workowców i podstawczaków po gametangiogami (u pierwszych) lub somatogami (u drugich) dochodzi najpierw do plazmogamii a potem do kariogamii.

Plazmogamia – polega na zlaniu się cytoplazmy plemni i lęgni (workowce) lub cytoplazmy połączonych strzępek (podstawczaki) i utworzeniu fazy jąder sprzężonych (jądra ustawiają się razem dwójkami ale nie łączą się ze sobą – tworzą strzępkę dikariotyczną).

Kariogamia – polega na zlaniu się jąder sprzężonych w hymenium (warstwie rodzajnej), czyli wydzielonej części owocnika; wyłania się jądro zygotyczne, z którego w wyniku podziału mejotycznego powstają haploidalne mejospory (askospory u workowców, bazydiospory u podstawczaków).

Rodzaje grzybów

Obecnie znanych jest ok. 80 tysięcy gatunków grzybów, jednak przypuszcza się może być ich znacznie więcej, nawet ok. 1, 5 miliona.

Najważniejsze grupy (typy w systematyce) grzybów to: skoczki, sprzężniowe, workowce i podstawczaki.

Skoczki to najprostsze, zazwyczaj jednokomórkowe grzyby występujące głównie w wodnym środowisku. Zróżnicowane pod względem trybu życia (pasożytnicze lub saprofityczne). Przedstawicielami skoczków są: Synchytrium endobioticum (wywołuje raka ziemniaczanego) oraz Olpidium (wywołuje choroby kapusty i wyki).

Spizellomycete - przedstawiciel skoczków

Sprzężniowe to grzyby zbudowane ze strzępek komórczakowych. Głównie saprofityczne, które wytwarzają kolonie na martwej materii organicznej pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Należą tutaj pleśniak biały i rozróżek czarniejący(tworzący czarne naloty głównie na owocach). Ponad to sprzężniowe mogą być pasożytami roślin, grzybów i zwierząt. Rozmnażają się przez gametangiogamię (gametangia niezróżnicowane), w rozwoju występuje zygospora – przetrwalnikowa wielojądrowa komórka otoczona często kolczystą ścianą komórkową.

Pleśniak biały (Mucor mucedo)

Workowce to najliczniejsza grupa grzybów, która jest bardzo zróżnicowana zarówno pod względem budowy jak i trybu życia oraz sposobu rozmnażania się. Cechą wspólną wszystkich workowców jest wytwarzanie worka, w którym po procesie płciowym i wyniku mejozy powstaje osiem zarodników tzw. askospor. Do workowców zaliczamy jednokomórkowe drożdże (które nie wytwarzają owocników) oraz workowce właściwe, które zbudowane są ze strzępek wielokomórkowych. Workowce właściwe wytwarzają owocniki (o różnych kształtach –np. miseczkowate, butelkowate), które mają niewielkie rozmiary, dlatego nie są tak cenione przez grzybiarzy jak owocniki podstawczaków.

Owocnik miseczkowaty czarki szkarłatnej

Workowce właściwe rozmnażają się płciowo na drodze gametangiogami (gametangia zróżnicowane na plemnie i lęgnię) oraz bezpłciowo przez zarodniki. Jednokomórkowe rozmnażają się bezpłciowo główne przez podział komórki i pączkowanie; co jakiś czas tworzą worek z zarodnikami. Workowce są saprofitami lub pasożytami.

Wśród workowców na uwagę zasługują:

• pędzlaki i kropidlaki, czyli tzw. grzyby pleśniowe, które niszą produkty spożywcze (tworzą tzw. zielone pleśnie); z pędzlaka wyizolowano penicylinę (bakteriobójczy antybiotyk);

• drożdżaki, które wywołują groźne choroby ludzi – grzybice;

• miseczniki, które są głównymi destruentami biocenoz, a ich niektórzy przedstawiciele – smardze, trufle

i dzieżki, są cenionymi grzybami jadalnymi;

Smardz jadalny

• szpetczaki, które są bezwzględnymi pasożytami roślin; powodują powstawanie czarcich mioteł (Taphrina), mącznych nalotów na zielonych częściach winorośli, agrestu, dębu (mączniaki) oraz obniżenie planów zbóż (buławinka czerwona); sporysz (grzybnia przetrwalnikowa) buławinki może być przyczyną groźnych zatruć;

Czarcia miotła na wierzchołku modrzewia

Podstawczaki są najwyżej uorganizowaną grupą grzybów. Cechą wspólną wszystkich podstawczaków jest wytwarzanie podstawki, w której po kariogamii i mejozie powstają zarodniki podstawkowe tzw. bazydiospory. Grzybnia podstawczaków zbudowana jest z wielokomórkowych strzępek (ze ścianami poprzecznymi z otworem) na ogół dikariotycznych (faza haploidalna jest skrócona). Podstawczaki rozmnażają się płciowo na drodze somatogami (łączenie niezróżnicowanych morfologiczne strzępek + i strzępek -) oraz bezpłciowo przez bazydiospory i konidia. Większość gatunków to saprofity, nieliczne są pasożytami (rdza źdźbłowa atakująca zboża, głownie atakujące kukurydzę).

Najbardziej znanymi podstawczakami są grzyby kapeluszowe o okazałych owocnikach w kształcie kapelusza i trzonka. Przedstawicielami grzybów kapeluszowych są zarówno cenione przez grzybiarzy grzyby jadalne jak i grzyby trujące, które powodują groźne zatrucia a nawet śmierć.

Pieczarka polna (Agaricus campestris)

Grzyby jadalne są często mylone z ich niejadalnymi odpowiednikami. Oto najważniejsze z nich:

Grzyby jadalne	Grzyby niejadalne
borowik szlachetny	goryczak żółciowy
koźlarz babka	goryczak żółciowy
czubajka kania	muchomor sromotnikowy
pieprznik jadalny (kurka)	lisówka pomarańczowa
opieńka miodowa	maślanka wiązowa
mleczaj rydz	mleczaj wełnianka
pieczarka polna	muchomor jadowity

Znaczenie grzybów

Znaczenie pozytywne grzybów:

1. Grzyby saprofityczne są niezbędnym ogniwem obiegu materii w przyrodzie. Pełnią rolę reducentów (destruentów) rozkładających martwą materię ograniczą do prostych związków nieorganicznych, które mogą być ponownie wykorzystane.

2. Grzyby jadalne używane są w kulinariach – mimo niewielkiej wartości energetycznej i braku cennych składników odżywczych są cenionym przysmakiem.

3. Wykorzystywane w przemyśle spożywczym:

• drożdże przy wypieku chleba i ciast oraz do produkcji wina i octu winnego (fermentacja alkoholowa);

Drożdże piekarnicze

• pleśnie w produkcji serów pleśniowych;

Sery pleśniowe

• niektóre grzyby w produkcji kwasku cytrynowego;

4. Wykorzystywane w medycynie do produkcji antybiotyków (penicylina produkowana jest przez pędzlaka), witaminy B (której źródłem są drożdże) oraz cyklosporyny (leku o działaniu immunosupresyjnym).

5. Stanowią pokarm dla innych organizmów (np. ślimaków, dzików, saren).

6. Symbioza grzybów z korzeniami drzew umożliwia im łatwiejsze pozyskanie wody i soli mineralnych.

7. Są dobrym obiektem badań genetycznych (ze względu na stosunkowo prostą budowę i szybkie tempo rozmnażania się).

Znaczenie negatywne grzybów:

1. Niektóre grzyby żyją kosztem innych

organizmów:

• grzyby pasożytnicze wywołują uciążliwe choroby człowieka i zwierząt (grzybice);

Grzybica paznokci

• grzyby pasożytujące na roślinach uprawnych wywołują ich choroby i obniżają plony (choroby zbóż, drzew i krzewów owocowych, winorośli oraz warzyw np. rdza źdźbłowa i buławinka czerwona atakują zboża, głownie atakują kukurydzę, mączniaki powodują powstawanie mącznych nalotów na zielonych częściach winorośli i agrestu, Synchytrium endobioticum wywołuje raka ziemniaczanego, Olpidium wywołuje choroby kapusty i wyki);

Zboże zaatakowane przez buławinke czerwoną

2. Powodują psucie się żywności, produktów tekstylnych i drewnianych (grzyby pleśniowe).

Pędzlak na mandarynce

3. Mogą być przyczyną zatruć (np. muchomor sromotnikowy, buławinka czerwona) i halucynacji (grzybki halucynogenne).

 Porosty

Porosty (Lichenes) są samożywnymi organizmami lądowymi, które powstały w wyniku symbiozy grzyba (najczęściej workowca, rzadziej podstawczaka) z glonem (zielenicą). Z ewolucyjnego punktu widzenia porosty uważane są za grzyby zlichenizowane, czyli takie które współżyją z glonami. Związek pomiędzy symbiontami przynosi korzyści obu partnerom. Grzyb zapewnia glonowi schronienia i ułatwia mu pobieranie wody wraz z solami mineralnymi, w zamian zaś czerpie od niego substancje odżywcze wyprodukowane w czasie fotosyntezy. Niektóre teorie mówią, że związek ten ma nie symbiotyczny a niewolniczy charakter – grzyb, który sam może rozmnażać się płciowo więzi glona, czerpie z niego pokarm, ogranicz wzrost, a ponadto uniemożliwia mu rozmnażanie płciowe. Ten antagonistyczny typ współżycia nazwano helotyzmem.

Porost jako całość może rozmnażać się tylko w sposób bezpłciowy przez wyrostki lub urwistki. Wyrostki to cienkie i kruche odgałęzienia, które po odłamaniu od plechy rozrastają się w nowy organizm. Urwistki tworzone są we wnętrzu plechy przez jedną lub kilka komórek glonów otoczonych kilkoma strzępkami grzybów. Urwistki wysypują się po pęknięciu okrywy porostu i wraz z wiatrem rozprzestrzeniają się w środowisku. Grzyb może rozmnażać się zarówno płciowo jak i bezpłciowo – przez zarodniki lub fragmentację strzępek. Glon rozmnaża się tylko bezpłciowo przez podział komórki.

Formy plechy porostów:

Plecha porostów może przyjmować różne formy, podstawowe z nich to:

1. skorupiasta – przylega do podłoża, spotykana głównie u porostów żyjących na wyjątkowo niegościnnych i twardych podłożach( np. skałach); występuje m.in. u wzorca geograficznego;

Rhizocarpon geographicum - plecha skorupiasta

2. listkowata – nieco odstaje od podłoża, wyglądem przypomina liść; spotykana głównie u porostów żyjących na korze drzew lub na kamieniach; występuje m.in. u płucnicy islandzkiej, pustułki i złotorostu;

Lobaria pulmonaria - plecha listkowata

3. krzaczkowata – porozgałęziana, przyczepiona do podłoża tylko lokalnie lub zwisająca (u porostów nadrzewnych); spotykana głównie u porostów żyjących na ściółce, pniach i konarach drzew; występuje m.in. u brodaczka i różnych gatunków chrobotków.

Pseudevernia furfuracea - plecha krzaczkowata

Najbardziej wytrzymałe na zanieczyszczenia powietrza są porosty o skorupiastej plesze a najbardziej wrażliwe o krzaczkowatej.

Znaczenie porostów:

1. Porosty są organizmami pionierskimi, dzięki swym niewielkim wymaganiom życiowym zasiedlają i przekształcają różne podłoża o trudnych warunkach życiowych, przez co czynią je bardziej dostępnymi dla innych organizmów. Występują w zarówno najzimniejszych jak i najgorętszych miejscach na kuli ziemskiej. Możemy spotkać je m.in. na wietrznej zmarzlinie, wysokogórskich turniach, piaszczystych glebach, nagich skałach, kamieniach, murach, korze drzew, dachówkach i wielu innych.

2. Porosty są bioindykatorami, czyli biologicznymi wskaźnikami czystości powietrza – stworzona skala porostowa pozwala określić stopień skażenia atmosfery dwutlenkiem siarki.

3. Porosty są elementem budulcowym gniazd niektórych ptaków, schronieniem dla bezkręgowców oraz podstawowym składnikiem pożywienia dla zwierząt tundry (reniferów, piżmowołów), dawniej misecznica jadalna była spożywana przez ludzi, którzy uważali ja za biblijną mannę z nieba.

4. Porosty wykorzystywane są w medycynie (do produkcji leków np. płucnica islandzka) oraz w kosmetologii (do produkcji perfum), dawniej również w farbiarstwie (do produkcji barwinków).