Характеристика біології грибів II

Хоча люди використовували дріжджі та гриби ще з доісторичних часів, до недавнього часу біологія грибів була недостатньо вивченою. До середини 20 століття багато вчених класифікували гриби як рослини. Гриби, як і рослини, виникали переважно сидячи і, здавалося б, вкорінені на місці. Вони мають схожу на рослини структуру стебла, а також мають ґрунтоподібний грибоподібний міцелій. Крім того, їхній режим харчування був недостатньо вивчений. Прогрес у галузі біології грибів був результатом мікології: наукового вивчення грибів. На основі копалин, гриби з’явилися в докембрійську еру, приблизно 450 мільйонів років тому. Молекулярно-біологічний аналіз геному гриба демонструє, що гриби більш тісно пов'язані з тваринами, ніж з рослинами. Вони є поліфілетичною групою організмів, які мають спільні характеристики, а не єдиного спільного предка.

Зв'язок з кар'єрою

Міколог

Мікологи - це біологи, які вивчають гриби. Мікологія - це розділ мікробіології, і багато мікологів починають свою кар'єру зі ступеня мікробіології. Щоб стати мікологом, мінімально необхідні ступінь бакалавра біологічних наук (бажано за спеціальністю мікробіологія) та ступінь магістра в галузі мікології. Мікологи можуть спеціалізуватися на систематиці та геноміці грибів, молекулярній та клітинній біології, патології рослин, біотехнології або біохімії. Деякі медичні мікробіологи концентруються на вивченні інфекційних захворювань, спричинених грибками (мікозами). Мікологи співпрацюють із зоологами та патологоанатомами рослин для виявлення та боротьби зі складними грибковими інфекціями, такими як руйнівний каштановий гриб, таємничий спад популяцій жаб у багатьох районах світу або смертельна епідемія, яка називається синдромом білого носа, що знищує кажанів Східні США.

Урядові установи наймають мікологів як науковців-дослідників для моніторингу стану посівів, національних парків та національних лісів. У приватному секторі мікологів також працюють компанії, що розробляють хімічні та біологічні засоби контролю або нові сільськогосподарські продукти, а також компанії, що надають послуги з боротьби з хворобами. Через ключову роль, яку гриби відіграють у бродінні алкоголю та приготуванні багатьох важливих продуктів, вчені, які добре розуміються на фізіології грибів, регулярно працюють у харчовій промисловості. Енологія, наука про виноробство, спирається не тільки на знання сортів винограду та складу ґрунту, а й на глибоке розуміння особливостей диких дріжджів, які процвітають у різних виноробних регіонах. Можна придбати штам дріжджів, виділений із конкретних регіонів виноградарства. Великий французький хімік і мікробіолог Луї Пастер зробив багато своїх важливих відкриттів, працюючи над скромними пивними дріжджами, відкривши таким чином процес бродіння.

Будова та функція клітин

Гриби є еукаріотами, і як такі мають складну клітинну організацію. Як еукаріоти, клітини гриба містять ядро, зв’язане з мембраною. ДНК в ядрі обертається навколо білків гістонів, як це спостерігається в інших еукаріотичних клітинах. Кілька видів грибів мають структури, порівнянні з бактеріальними плазмідами (петлями ДНК); однак горизонтальний перенос генетичної інформації від однієї зрілої бактерії до іншої рідко трапляється у грибів. Грибкові клітини також містять мітохондрії та складну систему внутрішніх мембран, включаючи ендоплазматичну сітку та апарат Гольджі.

біології

Рисунок 1. Отруйний мухомор мускарій є рідним для помірних та бореальних районів Північної Америки. (кредит: Крістін Маджул)

На відміну від рослинних клітин, клітини грибів не мають ні хлоропластів, ні хлорофілу. Багато грибів мають яскраві кольори, що походять від інших клітинних пігментів, від червоного до зеленого до чорного. Отруйна мухомор (мухомор) впізнається за яскраво-червоною шапкою з білими плямами (рисунок 1). Пігменти в грибах пов'язані з клітинною стінкою і відіграють захисну роль від ультрафіолетового випромінювання. Деякі грибкові пігменти токсичні.

Як і клітини рослин, клітини гриба мають товсту клітинну стінку. Тверді шари клітинних стінок грибів містять складні полісахариди, звані хітином та глюканами. Хітин, який також міститься в екзоскелеті комах, надає структурну міцність клітинним стінкам грибів. Стіна захищає клітину від висихання та хижаків. Гриби мають плазматичні мембрани, подібні до інших еукаріотів, за винятком того, що структура стабілізується ергостерином: стероїдною молекулою, яка замінює холестерин, що міститься в клітинних мембранах тварин. Більшість членів королівства Гриби не рухаються. Джгутики виробляються лише гаметами в примітивній Phylum Chytridiomycota.

Зростання

Малюнок 2. Candida albicans. (кредит: модифікація роботи доктора Годона Роберстада, CDC; дані шкали від Метта Рассела)

Вегетативне тіло гриба - це одноклітинний або багатоклітинний таллом. Диморфні гриби можуть переходити від одноклітинного до багатоклітинного стану залежно від умов навколишнього середовища. Одноклітинні гриби зазвичай називають дріжджами. Saccharomyces cerevisiae (хлібопекарські дріжджі) та Candida (збудники молочниці, поширена грибкова інфекція) є прикладами одноклітинних грибів (рис. 2). Canadida albicans - це дріжджова клітина, збудник кандидозу та молочниці, і має схожу морфологію з бактеріями кока; однак дріжджі - це еукаріотичний організм (зверніть увагу на ядро).

Більшість грибів - багатоклітинні організми. Вони демонструють дві чіткі морфологічні стадії: вегетативну та репродуктивну. Вегетативна стадія складається з клубка тонких ниткоподібних структур, що називаються гіфами (сингулярними, гіфами), тоді як репродуктивна стадія може бути більш помітною. Маса гіф - міцелій (рис.3).

Рисунок 3. Міцелій гриба Neotestudina rosati може бути патогенним для людини. Гриб потрапляє через поріз або подряпину і розвиває міцетому - хронічну підшкірну інфекцію. (кредит: CDC)

Він може рости на поверхні, в ґрунті або розкладається матеріалі, в рідині або навіть на живій тканині. Хоча окремі гіфи потрібно спостерігати під мікроскопом, міцелій гриба може бути дуже великим, причому деякі види справді є «грибом чудовими». Гігантський Armillaria solidipes (медовий гриб) вважається найбільшим організмом на Землі, поширюючись на понад 2000 гектарах підземного грунту на сході Орегону; за оцінками, йому принаймні 2400 років.