С открытием вирусов значительно расширились наши представления о жизни. От вируса энцефалита — крошечной частицы, диаметром в стотысячные доли миллиметра, до тридцатиметрового кита — все это различные формы существования жизни на нашей земле.
2. Строение и жизнь микробов
Итак, микробами называются мельчайшие живые организмы, невидимые простым глазом. Как мы узнали из предыдущей главы, к микробам относятся разнообразные формы живой материи, имеющие как клеточную, так и неклеточную организацию.
Различают следующие основные группы микробов: простейшие, микроскопические грибки и дрожжи, актиномицеты, бактерии и спирохеты, риккетсии, фильтрующиеся вирусы.
Каждая группа обладает более или менее характерными для всех представителей группы свойствами, указывающими на общность их происхождения, и различной сложностью организации.
Наиболее высокую степень организации мы находим среди представителей группы простейших. Это одноклеточные организмы животного происхождения. Они обладают сравнительно крупной величиной — до 40–50 микрон (микрон равен одной тысячной доле миллиметра). Их-то в основном и наблюдали в свои лупы первые микроскописты XVII и XVIII веков. Клетка некоторых простейших чрезвычайно сложно устроена. Рассмотрим в качестве примера строение инфузории — одного из наиболее распространённых в природе представителей простейших животных, которого можно найти почти в любой луже (рис. 10). Здесь в одной и той же клетке мы находим и ядро с ядрышком, и многочисленные органы движения — реснички, окружающие толстую клеточную оболочку, и ротовое отверстие с глоткой, и выделительные органы — порошицу, и так называемые сократительные вакуоли, и сложную сеть мельчайших мышечных волоконец, позволяющих инфузории активно изгибаться.
Рис. 10. Простейшие. Инфузория:
Я — ядро; Г — глотка; ПВ — пищеварительная вакуоль; СВ — сократительная вакуоль; П — порошица
Еще более сложно строение некоторых простейших — радиолярий (рис. 11). К этой же группе принадлежит и относительно просто устроенная амёба — голый комок протоплазмы с ядром (рис. 12). Все эти организмы обладают животным типом питания — многие из них типичные хищники и поедают более мелких микробов; многие, перейдя на паразитический образ жизни, питаются красными кровяными клетками (эритроцитами) человека и животных или продуктами их распада. Среди простейших имеются и возбудители сонной болезни, дизентерии и некоторых других болезней.
Рис. 11. Простейшие. Радиолярия
Рис. 12. Простейшие. Амёба
Более однотипно строение следующей группы микробов — грибков, принадлежащих вместе с актиномицетами и бактериями уже к растительным организмам. Это или одноклеточные или многоклеточные организмы. Клетка состоит из протоплазмы с ядром, окружённой более толстой оболочкой. Тело некоторых микроскопических грибков состоит из многих клеток, соединённых в переплетающиеся нити. Это так называемые плесневые грибки или плесени (рис. 13). Они могут питаться самыми разнообразными органическими веществами и при достаточном количестве влаги часто развиваются на хлебе, крупе, кожаных изделиях, чернилах и других объектах. Хотя плесени состоят из многих клеток, но каждая отдельная клетка способна прорастать в целый организм. Некоторые плесневые грибки имеют большое практическое значение: из них добывают замечательные лекарства, например пенициллин.
Рис. 13. Плесневой грибок пенициллиум:
А — плодовые тела грибка — конидии, сидящие на конидиеносце (Б); В — нить грибка, так называемая «гифа»
Другие виды микроскопических грибков существуют в виде отдельных овальных или округлых клеток. Это дрожжи. Некоторые виды дрожжей применяются в пищевой промышленности (рис. 14). Среди грибков встречаются и возбудители заразных болезней человека, животных и растений. Особенно часто грибки вызывают различные кожные заболевания: паршу, стригущий лишай, молочницу, эпидермофитию.
Рис. 14. Дрожжи:
А — дрожжевая клетка; Б — клетка в процессе почкования; В — клетка в процессе быстрого почкования и роста; Г— образование спор внутри клетки; Д — прорастание споры
Актиномицеты — группа, промежуточная между грибками и бактериями. Они походят на грибки тем, что тело их также состоит из многих клеток и образует ветвящиеся, переплетающиеся нити, только нити эти гораздо тоньше, чем нити грибков, и приближаются по толщине к бактериям (рис. 15). Сближает их с бактериями также отсутствие обособленных ядер в клетках. Ядерное вещество у актиномицетов и бактерий распределено по всей протоплазме клетки. Эти бактериоподобные грибы чрезвычайно нетребовательны к выбору пищи и питаются такими веществами, которые негодны для питания большинства других организмов. Поэтому актиномицеты очень широко распространены в природе.
Рис. 15. Сравнительная величина нитей актиномицета и плесневого грибка:
а — актиномицета; б — плесневой грибок (увеличение — 500×)
Еще проще строение бактерий (рис. 16). Большинство бактерий — одноклеточные организмы величиной от 1 до 5 микрон. По форме своего тела бактерии различаются мало. Известны только три основные формы: шарообразная, палочковидная и извитая. Бактерии, имеющие шарообразную форму, называются кокками, палочковидную — бактериями и бациллами, а извитую — вибрионами и спириллами. Некоторые виды бактерий имеют жгутики, с помощью которых они передвигаются (рис. 17).
Рис. 16. Бактерии:
1–6 — различные виды шарообразных бактерий; 7–9 — палочковидные бактерии; 10–12 — извитые формы бактерий
Рис. 17. Органы движения бактерий — жгутики
При относительном однообразии своей формы бактерии чрезвычайно разнообразны по своим жизненным проявлениям. Многие из них являются возбудителями ряда заразных заболеваний человека — чумы, холеры, брюшного тифа, дизентерии и др. Многие вызывают заразные заболевания животных и растений. Размножаются бактерии поперечным делением на две части. Почти все известные бактерии можно выращивать на искусственных питательных средах.
Следующая группа — риккетсии — является как бы переходной между бактериями и вирусами. По некоторым своим свойствам риккетсии походят на бактерии, а по некоторым — на вирусы. Так же, как бактерии, они имеют клеточное строение, но размеры их клеток чрезвычайно малы — значительно меньше 1 микрона. Они едва видны при рассматривании в микроскоп с увеличением в 1500–2000 раз, но не проходят через фильтры, пропускающие вирусы, чем и отличаются от вирусов.
Главное отличие риккетсий от бактерий, сближающее риккетсии с вирусами, это то, что они не растут на искусственных питательных средах. Для своего развития они требуют живых или в крайнем случае так называемых переживающих тканей животного; они поддерживают свою жизнедеятельность, проникая внутрь клеток и размножаясь в них. Риккетсии являются, таким образом, абсолютными внутриклеточными паразитами и могут жить только используя живые клетки организма-хозяина. К риккетсиям относятся возбудители сыпного тифа и ряда других заболеваний, передающихся кровососущими насекомыми.
Внутриклеточный паразитизм — свойство, присущее также и вирусам. Так же, как и риккетсии, вирусы способны размножаться только в живых клетках. Но, как мы уже говорили, вирусы не имеют даже подобия клеточного строения. Все тело вирусов — это крошечный белковый комочек, в основном состоящий из сложного белка — нуклеопротеида (соединение белка с нуклеиновой кислотой). Некоторые вирусы, поражающие растения, способны даже к кристаллизации. По некоторым своим свойствам вирусы приближаются к неживой материи. Вирус, извлечённый из живой клетки, в которой он паразитирует, не проявляет свойств живой материи: в нём нельзя найти даже следов обмена веществ, многие вирусы в таком состоянии можно осаждать, растворять, кристаллизовать, т. е. обращаться с ними не как с живым существом, а как с химическим веществом. Но стоит вирусу после всех этих манипуляций попасть в восприимчивую к нему живую клетку, как он снова начинает интенсивно размножаться, образуя новые, подобные себе частицы. Следовательно, вирус обладает наследственностью. При изменении условий существования вирус изменяется и передает при размножении эти изменения своим потомкам. Следовательно, наследственность вируса может быть изменена под влиянием условий жизни. Некоторые вирусы обладают очень тонкими и целесообразными приспособлениями, обеспечивающими их распространение в природе. Ясно, что такие приспособления возникли в процессе долгой эволюции вирусов.
Все эти свойства — размножение, наследственность, изменчивость, способность к приспособлению и эволюции — присущи только живой материи. Поэтому мы и считаем вирусы живыми.
Итак, мы кратко познакомились со строением основных групп микробов. Оказалось, что в этом мире мельчайших живых тел наблюдается не меньшее разнообразие строения, чем среди видимых невооружённым глазом многоклеточных животных и растений — от нескольких молекул вирусного белка, стоящего на грани неживой материи, но все же обладающего всеми важнейшими свойствами живого, до сложнейшей клетки инфузории.
В одной из следующих глав мы узнаем, как произошли современные микробы. Мы узнаем, что жизнь, эта высшая форма существования материи, возникла не сразу в виде готовой клетки, а через ряд все более и более сложных неклеточных ступеней развития белка. «Прошли, вероятно, тысячелетия, — писал Энгельс, — пока создались условия, при которых стал возможен следующий шаг вперед и из этого бесформенного белка возникла благодаря образованию ядра и оболочки первая клетка» (Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950, стр. 13).
Различные микробы обладают различными размерами. В этом мире невидимых есть и великаны и карлики. По сравнению с частицей вируса полиомиелита (возбудителя, поражающего нервную систему человека) диаметром в 10 тысячных микрона дрожжевая клетка, имеющая в поперечнике 10 микрон, является гигантом, превышающим по своей величине вирус в 1000 раз. А дрожжевая клетка еще не самый крупный микроб. Есть и бактерии-гиганты, например, серная бактерия, так называемая беггиатоа, диаметр ее клетки равен 40 микронам. Но при сравнении величин микробов следует учитывать не только диаметр, а их объёмные размеры. Мелкая бактерия шарообразной формы, называемая стафилококком и вызывающая гноеродные заболевания человека, имеет диаметр, равный 1 микрону. Диаметр шарообразного вируса гриппа равен