Поведение бактерий
Хотя большинство бактерий состоит из одной клетки, они способны к активному передвижению и даже к простейшим формам поведения, которые носят названия таксисов. Таксис – это движение клетки к какому–либо раздражителю или от него. Так, у фотосинтезирующих цианобактерий проявляется положительный фототаксис, т.е. они движутся в сторону источника света. При этом выделяется большое количество слизи, по которой клетки цианобактерий перемещаются путем скольжения.
Кишечная палочка проявляет положительный таксис на 20 веществ (большинство из них – сахара) и отрицательный на 8 отпугивающих веществ–репеллентов. Для передвижения кишечная палочка использует многочисленные жгутики. Спирохеты передвигаются, ввинчиваясь в среду, подталкиваемые вперед единственным жгутиком, работающим наподобие корабельного винта.
Некоторые бактерии, обитающие в воде, способны ориентироваться в магнитном поле земного шара и постоянно плывут в одном и том же направлении. В Северном полушарии бактерии движутся на север, следуя линиям магнитного поля, которые направлены в глубь водоема. Перенесенные в Южное полушарие, те же бактерии будут двигаться на юг, также стремясь в толщу воды. Предполагается, что направленное движение «магнитных»» бактерий вдоль линий магнитного поля – магнитотаксис – способствует перемещению клеток в более богатые питательными веществами придонные слои воды.
Если цианобактерии своим внешним видом и образом жизни напоминают растения, то диктиобактер ближе к животным. Диктиобактер – уникальное явление в царстве бактерий – это не просто скопление клеток, а единый многоклеточный бактериальный организм, клетки которого способны к согласованному выполнению определенных действий. Второе название этого существа – хищная бактериальная сетка – отражает способ его питания. Все клетки хищной бактериальной сетки расположены в один слой, действительно напоминая пустую сеточку, покрытую слизью, которую выделяют все клетки колонии. Медленно перемещаясь по илистому дну водоема, диктиобактер «разыскивает» добычу.
Диктиобактер
Вот он встретил на своем пути какую–то живность из числа микроорганизмов, и начал наползать на свою жертву. Через некоторое время жертва оказывается внутри сетки, выбраться из которой она не может, поскольку все ячейки затянуты густым слоем слизи. Клетки, образующие эту своеобразную ловушку, сближаются и начинают выделять пищеварительный сок. Переваривание жертвы происходит внутри сеточки диктиобактера подобно тому, как переваривается пища в желудке многоклеточного животного!
Вирусы
Вам, наверное, приходилось слышать о вирусах гриппа, бешенства, герпеса, СПИДа. Эти вирусы вызывают болезни человека и животных. Существуют вирусные заболевания растений, например табачная мозаика, при которой листья табака покрываются беловатыми пятнами. Даже бактерии могут поражаться вирусами–бактериофагами (от слова фагос – пожиратель).
Вирусы – удивительные творения природы. Это не только самые мелкие (их размеры сопоставимы с размерами крупных молекул!), но и самые просто устроенные существа на планете. Вы уже знаете, что мельчайшей неделимой структурной единицей живых организмов является клетка. Из клеток состоят все живые организмы, населяющие Землю. Все, кроме вирусов.
В центре вирусной частицы находится молекула нуклеиновой кислоты (НК), которую со всех сторон окружают частицы белка – вот и весь вирус! Своим внешним видом и свойствами вирус больше всего напоминает белковый кристалл. Только подумайте, живое существо может осаждаться в виде кристалла, как обыкновенная поваренная соль!
Строение вирусной частицы: 1 – молекула нуклеиновой кислоты; 2 – молекулы белков оболочки
Про вирусы можно без преувеличения сказать, что они занимают промежуточное положение между миром живой и неживой природы. Вне живого организма вирус ничем не выдает присутствия жизни: не двигается, не растет, не дышит, не способен размножаться – по всем признакам это объект неживой природы, не обладающий ни одним свойством живой материи! Признаки живого проявляются у вируса, когда он проникает в живую клетку и приступает к размножению.
Причем и в клетку–то попадает не вся вирусная частица, а только «голая» вирусная нуклеиновая кислота, содержащая генетическую программу образования копий вируса. По этой программе клетке отводится роль «сырьевого придатка» и «дешевой рабочей силы» для создания сотен новых вирусных частиц. Получив вражескую программу, клетка начинает послушно выполнять «приказания» вирусной нуклеиновой кислоты. С этого момента пораженная клетка перестает выполнять свойственные ей функции, ее работа целиком и полностью перестраивается в соответствии с нуждами вируса–захватчика. Вирусная нуклеиновая кислота размножается, используя и строительные ресурсы клетки–хозяина, и даже ее рабочие «инструменты», которых, естественно, у самого вируса нет: белки оболочек будущих вирусных частиц строятся на рибосомах порабощенной клетки.
После того как в зараженной клетке накопится достаточное количество деталей будущих вирусных частиц, наступает предпоследняя стадия размножения вирусов – «сборка деталей». Этот процесс обычно происходит вблизи клеточной оболочки. Растиражированные вирусные нуклеиновые кислоты одеваются в белковые оболочки и покидают клетку. Теперь вирус готов к дальнейшему путешествию: от клетки он получил все, что ему нужно.
Выход вирусных частиц из клетки обычно сопровождается ее гибелью. В одних случаях клетки словно взрываются, в других – в оболочке клетки образуется отверстие, через которое вытекает ее содержимое. В случае заболевания табачной мозаикой у растения разрушаются хлоропласты, в результате чего часть клеток теряет способность к фотосинтезу, и урожай табака падает.
Цикл развития вирусной частицы: 1 – прикрепление вируса, к мембране клетки–хозяина; 2 – нуклеиновая кислота вируса; 3 – белковая оболочка вируса; 4 – белки вируса; 5 – готовая вирусная частица; 6 – ДНК хозяина.
Активная жизнь вирусов продолжается от нескольких минут до многих часов. Быстрее всего расправляются с клетками вирусы, поражающие бактерии – бактериофаги (иногда их для краткости называют просто фагами).
От момента встречи фага с бактерией до ее гибели проходит всего 15–20 минут. При этом из одной клетки выходит до нескольких тысяч новых частиц фага, и каждая из этих частиц в свою очередь может заразить здоровую клетку и через короткое время разрушить ее, произведя на свет новое поколение невидимых убийц. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные (т.е. не имеющие иммунитета) к фагу бактерии.
Возбудитель гриппа за один цикл размножения производит около 100 новых вирусных частиц. По мере созревания они поднимаются к поверхности клетки и медленно проникают через ее оболочку, одеваясь в нее. Клетка работает на износ и, после того как ее способность производить вирусные частицы истощается, разрушается и гибнет.
В истории человечества вирусы сыграли не меньшую роль, чем болезнетворные бактерии. Грозные эпидемии вирусных заболеваний уносили жизни миллионов людей. Так, по приблизительным расчетам, в XVIII веке от оспы (а это заболевание вызывается именно вирусом) умерло 60 миллионов человек.
Одним из самых страшных бедствий в истории была эпидемия гриппа 1918–1919 гг., когда от «испанки», как называли тогда грипп, в одной только Великобритании погибло 150 000 человек. В Индии от болезни погибло более 5 миллионов человек, а общее число людей, убитых болезнью, превзошло количество погибших в Первой мировой войне.
Вирусу–возбудителю желтой лихорадки обязана своей независимостью Республика Гаити. Французская армия, посланная Наполеоном, с легкостью разбила повстанцев, но не смогла закрепить победу из–за эпидемии желтой лихорадки: из 25.000 французов выжило и вернулось на родину только 3000 человек.
Исследование невидимок
Увидеть вирусы удалось только в 40–х годах XX века, но об их существовании человек узнал гораздо раньше, задолго до изобретения электронного микроскопа. Еще в 1892 году молодым русским ботаником Дмитрием Иосифовичем Ивановским был открыт возбудитель табачной мозаики.
В конце XIX века табачные плантации Украины и Бессарабии поразило странное заболевание: на листьях растений стали появляться желтоватые пятна, урожайность табачных плантаций резко упала. Причину заболевания многие исследователи искали в неправильной агротехнике выращивания табака. Табаководы обвиняли в снижении урожая и солнечные лучи, и холодные ночи и туманы, а немецкий ученый Адольф Майер полагал, что причиной болезни является бактерия, но увидеть эту загадочную бактерию ему никак не удавалось.
Табак виргинский
Для того чтобы определить, заразна ли эта болезнь, Ивановский попробовал искусственно заразить здоровые растения табака. Для этого он набирал вытяжку из заболевших растений в тонкие трубочки и втыкал их в жилку здорового листа. На двадцатый день эксперимента заболели все зараженные растения. Итак, болезнь заразна... Но где же заразное начало? Сколько ни просиживал Ивановский за микроскопом, возбудителя заболевания обнаружить не удавалось.
Может быть, микробов очень мало? Но все попытки вырастить загадочные микроорганизмы на искусственных питательных средах заканчивались ничем.
Тогда ученый решил использовать фарфоровый фильтр, который имеет такие маленькие поры, что через них не проходят даже бактерии. Но сок больных растений, пропущенный через тончайший фильтр, продолжал оставаться заразным, а на фарфоровых порах микробов обнаружить не удавалось.
В чем же дело? Возможны были два решения. Первое – заразное начало – яд, выделяемый микроорганизмом, которого еще не удалось увидеть. Но это предположение показалось Ивановскому неправдоподобным. Ведь при переносе сока от одного растения к другому яд должен разбавляться, становиться всё менее концентрированным и, следовательно, менее опасным, но этого не происходило. Значит, должен существовать какой–то возбудитель, гораздо меньших размеров, чем все известные бактерии. В пораженных клетках Ивановский постоянно находил странные кристаллические включения. Ученый смело связал существование этих кристаллов с заболеванием табачной мозаикой. Так был открыт мельчайший возбудитель болезни растений, а вирусы получили свое первое название – кристаллы Ивановского.