Положення мікроорганізмів у системі живих істот

Починаючи від Аристотеля (384-322 до н.е.), біологи поділяли живий світ на два царства – рослин і тварин. А. ван Левенгук, відкривши світ мік­роскопічних живих істот, був упевнений, що це “маленькі тварини” і назвав їх “viva animalcula”.

Карл Лінней (1707-1778), який ніколи не працював з мікроскопом, не міг розібратися в цьому заплутаному лабіринті форм і об’єднав усі мікроор­ганізми в один загальний рід, давши йому характерну назву “Chaos”, тобто цілковите безладдя. У своїй статті “Mundus invisibilis” він відніс бактерії до черв’яків. В інших випадках називав бактерії “живими частинками”, не вни­каючи в їхню характеристику. У даному випадку К. Лінней вважав, що не потрібно дуже заглиблюватися у вивчення цього невидимого світу, оскільки Творець, створюючи його, мав на увазі зберегти цю область за собою.

У 1786 р. датський натураліст Отто Мюллер встановив для мікроорга­нізмів два роди (Monas і Vibrio), але включив у них не лише бактерії, а й ін­фузорії та інші нижчі організми. Дещо пізніше, у 1852 р., М. Петрі, який вперше скористався для діагнозу мікроорганізмів даними історії їх розвитку, висловив думку про належність деякої частини мікроорганізмів до рослинно­го царства (основну частину бактерій він все ж таки відносив до тваринного світу).

На підставі подібності зовнішніх форм, росту і розмноження. Ф. Кон (1828-1898) об’єднав бактерії і нижчі водорості в одну групу Schizophyta, тобто відніс їх до рослин, а К. Негелі (1817-1891), навпаки, виходячи з того, що бактерії не містять хлорофілу, виділив їх з водоростей у самостійну групу Schizomycetes, тобто гриби-дроб’янки (ця назва збереглася до нашого часу).

У другій половині XIX ст. німецький біолог Ернст Геккель (1834-1919) дійшов висновку, що мікроскопічні організми настільки суттєво від­різняються від представників царства тварин і рослин, що вони не можуть бу­ти віднесеними до жодного з них. На цій підставі він запропонував виділити всі мікроорганізми, які не мають диференціювання на органи й тканини (бак­терії, водорості, гриби та найпростіші), в окреме царство Protista (гр. protos – найпростіший; протисти – як першоістоти).

З кінця XIX ст. стали накопичуватися дані про будову клітин мікроор­ганізмів, що призвело до поділу представників царства Protista на вищі й нижчі протисти. До вищих протист були віднесені мікроскопічні тваринні об’єкти (найпростіші), мікроскопічні водорості (окрім синьозелених) та мік­роскопічні гриби (цвілі, дріжджі). До нижчих протист віднесли бактерії і синьозелені водорості (в подальшому їх частіше стали називати ціанобакте­ріями). Такий поділ біологічних істот пов’язаний, перш за все, зі встановлен­ням двох типів клітинної організації – еукаріотичної й прокаріотичної. Вищі протисти мають еукаріотичний тип організації клітини (тобто є еукаріотами), а нижчі – прокаріотичний (тобто є прокаріотами).

Підставою для такого поділу послужили роботи американського мік­робіолога Р. Стейнієра (1916-1982), в яких було показано, що структура ядра і спосіб його поділу – найбільш характерні ознаки, за якими відрізняються еукаріотичні організми від прокаріотичних.

Еукаріотична клітина має ядро, яке відокремлене (в інтерфазі) від ци­топлазми ядерною оболонкою (рис. 4). В ядрі знаходиться 1-2 ядерця, котрі є центрами синтезу рибосомальної РНК і хромосом – основних носіїв спадко­вої інформації, які складаються з дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і білка. Хромосоми стають видимими лише під час поділу ядра, тобто в про­цесі мітозу. Мітоз забезпечує ідентичну редуплікацію генетичного матеріалу й передачу повного набору хромосом кожній з дочірніх клітин. Цитоплазма­тична мембрана, яка оточує цитоплазму з її вмістом, переходить в ендо­плазматичну сітку. В клітинах цього типу визначається також мембранні органели (апарат Гольджі, ендоплазматичний ретикулум, лізосоми та ін.).

У вищих рослин і тварин у процесі статевого розмноження відбу­вається зміна ядерних фаз. Статеві клітини (гамети) мають один набір хро­мосом, соматичні – два, тобто вони диплоїдні. При заплідненні статеві кліти­ни (гамети), а потім і їхні ядра зливаються – утворюється зигота. Чоловічі й жіночі ядра привносять при заплідненні однакове число хромосом (n), тому ядро зиготи містить два набори хромосом, або два геноми (2n). Сукупність процесів, які супроводжуються зменшенням кількості хромосом, називають мейозом або редукційним поділом (рис. 5).

В еукаріотичних клітинах виявлені два важливих типи пластид – міто­хондрії й хлоропласти. Мітохондрії, які притаманні всім аеробним еукаріот­тичним клітинам, беруть участь у процесах дихання й продукування енергії. Вони містять ферменти, які розщеплюють жири, а також ферменти циклу трикарбонових кислот, дихального ланцюга й окиснювального фосфорилю­вання. Мітохондрія утворена двома мембранами. Внутрішня мембрана міто­хондрій утворює багато складок (крист), завдяки чому збільшується її повер­хня. Хлоропласти визначаються в усіх водоростей, а у вищих рослин вони є в усіх тканинах, які здійснюють фотосинтез. Їхня функція полягає в трансфор­мації енергії світла в хімічну. Ці пластиди багаті на ліпіди, містять також ДНК. Утворюються вони тільки з таких же пластид шляхом поділу і ніколи de novo.

Прокаріотична клітина відрізняється від еукаріотичної насамперед тим, що вона має лише одну внутрішню порожнину, утворену елементарною мембраною – цитоплазматичною мембраною (ЦПМ). У переважної більшості прокаріот це єдина мембрана, яка визначається в клітині. У клітинах прока­ріот органели, типові для еукаріот (ядро, мітохондрії, хлоропласти та ін.), не визначаються. Ядерна ДНК у них не відокремлена від цитоплазми мембра­ною. В цитоплазмі знаходяться функціонально спеціалізовані структури, але вони не відділені від цитоплазми мембранами, а отже, не утворюють замкну­тих порожнин. Ці структури можуть бути сформовані і мембранами, але вони не замкнуті і виявляють зв’язок з ЦПМ, тобто вони є наслідком її локального розтягування. Клітини прокаріот мають також утвори, які оточені мембран­ними структурами, але останні мають іншу будову і хімічний склад.

Основні ознаки відмінності клітинної організації прокаріотичних і еукаріотичних організмів наведені в табл. 1.

Локомоторний орган еукаріотичної клітини теж має значно складнішу будову, ніж у прокаріот (рис. 6).

Оскільки прокаріотична й еукаріотична організація клітин принципо­во різна, Р. Мюррей у 1968 р. запропонував виділити прокаріоти в окреме царство – Procaryotae (гр. pro – до, karion – ядро). Усі вищі протисти, рос­лини й тварини, об’єднувалися в царство Eucaryotae.

Таблиця 1