Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Самые мелкие из известных прокариотных клеток — бактерии, принадлежащие к группе микоплазм. Описаны микоплазмы с диаметром клеток 0,1—0,15 мкм. Поскольку молекулы всех соединений имеют определенные физические размеры, то исходя из объема клетки с диаметром 0,15 мкм легко подсчитать, что в ней может содержаться порядка 1200 молекул белка и осуществляться около 100 ферментативных реакций. Это минимум, необходимый для поддержания клеточной структуры и частичного обеспечения клеточного метаболизма. Таким образом, в группе микоплазм достигнут размер клеток, являющийся теоретическим пределом клеточного уровня организации жизни. Мельчайшие микоплазменкые клетки равны или даже меньше частиц другой группы микроскопических организмов — вирусов.
Если бактериальные клетки обычно можно увидеть в световой микроскоп, то вирусы, размеры большинства которых находятся в диапазоне 16—200 нм, лежат за пределами его разрешающей способности. Впервые наблюдать вирусы и выяснить их структуру удалось после изобретения электронного микроскопа. По своим размерам вирусы занимают место между самыми мелкими бактериальными клетками и самыми крупными органическими молекулами. Размер частиц вируса-сателлита (18 нм) и величина крупной молекулы глобулярного белка (13 нм) близки. Таким образом, если раньше между известными биологам организмами и неживыми молекулами химиков существовала пропасть, то теперь этой пропасти не существует: она заполнена вирусами.
1 1 миллиметр (мм) = 10s, микрометров (мкм) = 10* нанометров (нм)=10т ангстрем (А) = 10» пикометров (пм).
18
Таблица 2
Размеры различных объектов
Объект Линейные размеры, H км* Одноклеточные эукариоты
Некоторые диатомовые водоросли и высшие протисты .... 100
2—10
6—10 Прокариотные организмы 5—33X15—125 5—13Х26—55 1,5X36—72 6—14ХЮ—30 5_25
0,5—0,7x100—500 0,7—0,8x2—3 0,4—0,7X1—3 0,6—1,0 0,5X1—3
0,3—0,6X0,8—2,0' 0,1X0,25 0,3X1
0,1X0,3—0,7 0,3X0,6 Вирусы
? фаг Т2......................... 0,02X0,3
0,26
0,1
0,06X0,2 0,025 0,022 0,018 Молекула глобулярного белка 0,01 0,018
0,013 0,004 * Для сферических или близких к ним форм дано одно линейное значение.
Размеры всех живых организмов, выраженные в одних единицах, например в ангстремах, располагаются в диапазоне от 109 (самые мелкие вирусы) до 1011 (размеры кита). Если за границу, разделяющую микро- и макромиры, принять предел видимости невооруженным глазом, т. е. приблизительно 106 А, то, как можно видеть из приведенных значений, на долю микромира приходится огромный диапазон величин.
19
Краткое рассмотрение различных представителей микромира, занимающих определенные «этажи» размеров, показывает, что, как правило, величина объектов определенно связана с их структурной сложностью. Нижний предел размеров свободноживущего одноклеточного организма определяется пространством, требуемым для упаковки внутри клетки аппарата, необходимого для независимого существования. Ограничение верхнего предела размеров микроорганизмов определяется, по современным представлениям, соотношениями между клеточной поверхностью и объемом. При увеличении клеточных размеров поверхность возрастает в квадрате, а объем в кубе, поэтому соотношение между этими величинами сдвигается в сторону последнего. У микроорганизмов по сравнению с макроорганизмами очень велико отношение поверхности к объему. Это создает благоприятные условия для активного обмена между микроорганизмами и внешней средой. И действительно, метаболическая активность микроорганизмов, измеренная по разным показателям, в расчете на единицу биомассы намного выше, чем у более крупных клеток. Поэтому представляется закономерным, что низшие формы жизни могли возникнуть и в настоящее время могут существовать только на базе малых размеров, так как последние создают целый ряд преимуществ, обеспечивающих жизнеспособность этим формам жизни.
II. МИР ПРОКАРИОТ
Прокариотные организмы, которым посвящен весь последующий материал настоящего учебника, характеризуются морфологическим я. особенно физиологическим разнообразием. В основе морфологического разнообразия лежат различия в размерах и форме отдельных клеток, способах их деления, природе и наборе цитоплазматических •включений, строении клеточной стенки и структур, локализованных снаружи от нее, наличии и типе дифференцированных форм, образующихся в процессе жизненного цикла. Всем этим вопросам посвящена гл. 4. В гл. 5 представлена общая картина физиологического разнообразия прокариот, складывающегося из различий в механизмах получения энергии и источниках питания, разного отношения к молекулярному кислороду и другим факторам внешней среды, прежде всего свету, температуре, кислотности среды. В гл. б обсуждаются генетические механизмы, приведшие в процессе эволюции к структурно-физиологическому разнообразию прокариот. Гл. 7, посвященная проблемам систематики и описанию основных групп прокариот, иллюстрирует на конкретных примерах материал, представленный в предыдущих главах. Завершает раздел гл. 8, в которой излагается наиболее общепринятая гипотеза происхождения жизни на Земле, приведшая к возникновению первичной клетки, и имеющийся в настоящее время экспериментальный материал, подтверждающий эту гипотезу.
