Надцарство ядерні, доядерні організми. Доядерні організми Ядерними організмами є

10. Вакуоль 11. Гіалоплазма 12. Лізосома 13. Центросома (Центріоль)

Еукаріоти, або Ядерні(Лат. Eucaryotaвід грец. εύ- - добре та κάρυον - ядро) - надцарство живих організмів, клітини яких містять ядра. Всі організми, крім бактерій та археїв, є ядерними.

Будова еукаріотичної клітини

Еукаріотичні клітини в середньому набагато більші за прокаріотичні, різниця в обсязі досягає тисяч разів. Клітини еукаріотів включають близько десятка видів різних структур, відомих як органоїди (або органели, що, щоправда, дещо спотворює первісне значення цього терміна), з яких багато хто відділений від цитоплазми однією або декількома мембранами. У прокаріотичних клітинах завжди присутні клітинна мембрана, рибосоми (істотно відмінні від еукаріотичних рибосом) та генетичний матеріал – бактеріальна хромосома, або генофор, проте внутрішні органоїди, оточені мембраною, зустрічаються рідко. Ядро - це частина клітини, оточена в еукаріотів подвійною мембраною (двома елементарними мембранами) і містить генетичний матеріал: молекули ДНК, «упаковані» в хромосоми. Ядро зазвичай одне, але бувають багатоядерні клітини.

Поділ на царства

Існує кілька варіантів поділу надцарства еукаріотів на царства. Першими були виділені царства рослин та тварин. Потім було виділено царство грибів, які через біохімічні особливості, на думку більшості біологів, не можуть бути зараховані до жодного з цих царств. Також деякі автори виділяють царства найпростіших, міксоміцетів, хромістів. Деякі системи налічують до 20 царств.

Відмінності еукаріотів від прокаріотів

Найважливіша основна особливість еукаріотичних клітин пов'язана з розташуванням генетичного апарату в клітині. Генетичний апарат всіх еукаріотів знаходиться в ядрі і захищений ядерною оболонкою (по-грецьки "еукаріот" означає ядро, що має). ДНК еукаріотів лінійна (у прокаріотів ДНК кільцева і вільно плаває в цитоплазмі). Вона пов'язана з білками-гістонами та іншими хромосомними білками, яких немає у бактерій. У життєвому циклі еукаріотів зазвичай присутні дві ядерні фази (гаплофаза і диплофаза). Перша фаза характеризується гаплоїдним (одинарним) набором хромосом, далі, зливаючись, дві гаплоїдні клітини (або два ядра) утворюють диплоїдну клітину (ядро), що містить подвійний (диплоїдний) набір хромосом. Через кілька поділів клітина знову стає гаплоїдною. Такий життєвий цикл і загалом диплоїдність для прокаріотів не характерні.

Третє, мабуть, найцікавіша відмінність, - це наявність у еукаріотичних клітин спеціальних органел, які мають свій генетичний апарат, що розмножуються розподілом і оточених мембраною. Ці органели - мітохондрії та пластиди. За своєю будовою та життєдіяльністю вони напрочуд схожі на бактерій. Ця обставина наштовхнула сучасних учених на думку, що подібні організми є нащадками бактерій, які вступили до симбіотічних відносин з еукаріотами. Прокаріоти характеризуються малою кількістю органел і жодна з них не оточена подвійною мембраною. У клітинах прокаріотів немає ендоплазматичного ретикулуму, апарату Гольджі, лізосом. Не менш важливо, описуючи різницю між прокаріотами і еукаріотами, сказати про таке явище в еукаріотичних клітин, як фагоцитоз. Фагоцитозом (дослівно "поїдання") називають здатність еукаріотичних клітин захоплювати і перетравлювати різні тверді частинки. Цей процес забезпечує в організмі важливу захисну функцію. Вперше він був відкритий І.І. Мечникова у морських зірок. Поява фагоцитозу у еукаріотів швидше за все пов'язане із середніми розмірами (далі про розмірні відмінності написано докладніше). Розміри прокаріотичних клітин незрівнянно менші і тому в процесі еволюційного розвитку перед еукаріотами виникла проблема зниження організму великою кількістю їжі, як наслідок в групі еукаріотів з'являються перші хижаки. Більшість бактерій має клітинну стінку, відмінну від еукаріотичної (далеко не всі еукаріоти мають її). У прокаріотів це міцна структура, що складається головним чином з муреїну. Будова муреїну така, що кожна клітина оточена спеціальним сітчастим мішком, що є однією величезною молекулою. Серед еукаріотів клітинну стінку мають гриби та рослини. У грибів вона складається з хітину та глюканів, у нижчих рослин з целюлози та глікопротеїнів, діатомові водорості синтезують клітинну стінку із кремнієвих кислот, у вищих рослин із целюлози, геміцелюлози та пектину. Мабуть для великих еукаріотичних клітин стало неможливо створювати клітинну стінку з однієї молекули високу за міцністю. Ця обставина могла змусити еукаріотів використовувати інший матеріал для клітинної стінки. Різноманітний та обмін речовин у бактерій. Загалом виділяють чотири типи харчування, і серед бактерій зустрічаються усі. Це фотоавтотрофні, фотогетеротрофні, хемоавтотрофні, хемогетеротрофні (фототрофні використовують енергію сонячного світла, хемотрофні використовують хімічну енергію). Еукаріоти ж самі синтезують енергію з сонячного світла, або використовують готову енергію такого походження. Це може бути з появою серед еукаріотів хижаків, необхідність синтезувати енергію, котрим відпала.

Ще одна відмінність – будова джгутиків. У бактерій вони тонкі – всього 15-20 нм у діаметрі. Це порожні нитки із білка флагеліну. Будова джгутиків еукаріотів набагато складніша. Вони являють собою виріст клітини, оточений мембраною, і містять цитоскелет (аксонему) з дев'яти пар периферичних мікротрубочок і двох мікротрубочок у центрі. На відміну від прокаріотичних джгутиків, що обертаються, джгутики еукаріотів згинаються або звиваються. Дві групи аналізованих нами організмів, як було зазначено, сильно відрізняються і за своїми середніми розмірами. Діаметр прокаріотичної клітини зазвичай становить 0,5-10 мкм, коли той же показник у еукаріотів становить 10-100 мкм. Обсяг такої клітини у 1000-10000 разів більший, ніж прокаріотичної. У прокаріотів рибосоми дрібні (70S-типу). У еукаріотів рибосоми більші (80S-типу).

Мабуть, відрізняється час виникнення цих груп. Перші прокаріоти виникли в процесі еволюції близько 3,5 млрд років тому, від них близько 1,2 млрд років тому відбулися еукаріотичні організми.

Яких мають ядро. Еукаріотами є майже всі організми, крім бактерій (віруси відносяться до окремої категорії, яку не всі біологи виділяють як категорія живих істот). До еукаріотів належать рослини, тварини, грибиі такий вид живих організмів, як слизовики. Еукаріоти поділяються на одноклітинних організміві багатоклітиннихале принцип будови клітини у всіх них однаковий.

Вважається, що перші еукаріоти з'явилися близько 2 млрд років тому і еволюціонували багато в чому завдяки симбіогенезу- взаємодії клітин еукаріотів та бактеріями, які ці клітини поглинали, будучи здатними до фагоцитозу.

Еукаріотичні клітинимають дуже великий розмір, особливо у порівнянні з прокаріотичними. В еукаріотичній клітині є близько десяти органоїдів, більшість з яких відділені мембранами від цитоплазми, чого немає у прокаріотів. Також еукаріоти мають ядро, про яке ми вже говорили. Це частина клітини, що відгороджена від цитоплазми подвійною мембраною. Саме в цій частині клітини знаходяться ДНК, що містяться у хромосомах. Клітини зазвичай є одноядерними, але іноді трапляються багатоядерні клітини.

Царства еукаріотів.

Є кілька варіантів поділу еукаріотів. Спочатку всі живі організми ділили лише на рослини та тварин. Згодом виділили царство грибів, які істотно відрізняються і від перших, і від других. Ще пізніше почали виділяти слизовиків.

Слизовики- це поліфілетична група організмів, яку деякі відносять до найпростішим, але кінцева класифікація цих організмів остаточно не класифікована. На одній із стадій розвитку ці організми мають плазмодичну форму – це слизова речовина, яка не має чітких твердих покривів. Загалом слизовики виглядають як одна багатоядерна клітина, Яка видно неозброєним поглядом.

З грибами слизовиків ріднить спороношення, які проростають зооспорами, у тому числі згодом і розвивається плазмодій.

Слизовики є гетеротрофами, здатні харчуватися осмотрофно, тобто всмоктувати поживні речовини безпосередньо через мембрану, або ендоцитоз - забирати всередину бульбашки з поживними речовинами. До слизовиків відносять акразієві, міксоміцети, лабіринтулові та плазмодіофорові.

Відмінності прокаріотів та еукаріотів.

Головною відмінністю прокаріоті еукаріотів є те, що у прокаріотів немає оформленого ядра, відокремленого мембраною від цитоплазми. У прокаріотів кільцева ДНК знаходиться в цитоплазмі, а місце, де знаходиться ДНК, називається нуклеоїдом.

Додаткові відмінності еукаріотів.

З органоїдів прокаріоти мають лише рибосоми 70S (дрібні), а еукаріоти мають не тільки великі 80S рибосоми, але і багато інших органоїдів.
Так як ядра у прокаріотів немає, то діляться вони поділом надвоє - не за допомогою мейозу/мітозу.
Еукаріоти мають гістони, яких немає у мікробів. Хромантин еукаріотів містить 1/3 ДНК і 2/3 білка, у прокаріотів все навпаки.
Клітина еукаріотів у 1000 разів більша за обсягом і в 10 разів більша за діаметром, ніж клітина прокаріотів.

Доядерні організми (Procaryota)

Одноклітинні та багатоклітинні організми без відокремленого ядра. генетична інформація зосереджена у єдиній хромосомі. розміри прокаріотів від 0.015 до 20 см. Вони з'явилися в інтервалі 3.7-3.1 млрд. років. Прокаріоти поділяються на два царства: бактерії та ціанобіоти. харчування вони здійснюється у процесі хемо- і фотосинтезу.

Царство бактерії

бактерії є мікроскопічні організми, розміри яких близько 1-5 мкм (мікромікрон). Одноклітинні бактерії можуть мати ниткоподібну, паличкоподібну, спіральну форму. Серед бактерій зустрічаються автотрофні та гетеротрофні форми. Перші створюють органічні речовини та неорганічні; другі використовують готові органічні речовини. Більшість бактерій є автотрофними. Процеси обміну вони йдуть без використання світла (хемосинтез), або тільки світла (фотосинтез). За типами обміну речовин бактерії надзвичайно різноманітні. Розрізняють сіркоутворюючі, залізисто-марганцеві, азотні, ацетатні, вуглецеві та інші групи бактерій. Роль бактерій у геологічних процесах велика. З їхньою діяльністю пов'язано утворення різних корисних копалин: залізних руд (джеспілітів, залізистих конкрецій), піриту, сірки, графіту, фосфоритів, нафти, газу та ін.

Достовірні знахідки бактерій відомі з крем'янистих порід, вік яких 6.5 млрд. років. Швидше за все, бактерії з'явилися незалежно в різних довкіллях. В даний час вони населяють всі водні басейни від літоралі до абісалі, а також мешкають у ґрунті, у повітрі, всередині інших організмів. Вони живуть у гарячих джерелах при температурі, що перевищує 100 градусів Цельсія, та в солоних водах з концентрацією хлориду натрію до 32 %.

Царство Ціанобіонти

Поодинокі та колоніальні організми з клітинами без відокремленого ядра. Розміри одиночних форм близько 10 мкм, а розміри колоній та продуктів їх життєдіяльності (строматолітів) – багато сотень років. В організмі відбуваються накопичення карбонатів, що призводять надалі до формування вапняків. Вапняні шаруваті утворення називаються строматолітами. Строматоліти різняться формою будівель, типу структури. Вони можуть мати пластову, желвакову, стовпчасту форму. Онколіти, на відміну строматолітів, представлені невеликими округлими утвореннями з діаметром до кількох сантиметрів.

Строматоліти є результатом симбіозу ціанобіонтів та бактерій. Утворення строматолітів відбувається в такий спосіб. У слизовій оболонці виділяється кальцій. Після загибелі організму залишається карбонатна скоринка, яка засипається опадами. Повторні цикли зростання ціанобіонтів та бактерій призводять до формування складних карбонатних товщ потужністю до 1000 м. Крім лінійних строматолітів утворюються сферичні онколіти та візерунчасті у вигляді неправильних зірок – катаграфій. Форма всіх будівель строматолітів залежить від екологічних факторів, і тому їх можна використовувати для відновлення фізико-географічної обстановки минулих басейнів: солоності, температури, глибини, гідродинаміки. Ціанобіонти брали активну участь у будівництві біостралі та ….

Ціанобіонти з'явилися близько 3.5 млрд. років. Завдяки наявності хлорофілу є першими фотосинтезуючими організмами, які виробляли молекулярний кисень. Сучасні ціанобіонти живуть у прісних та морських водоймах, в основному на глибині до 20 м. Вони переносять забруднення та різкі коливання фізико-хімічних умов. Діапазон температур від льодовикової мінусової до майже киплячої (85 градусів) у гарячих джерелах. По відсутності ядра ціанобіонти зближуються з бактеріями, за наявністю хлорофілу та здатністю до фотосинтезу – водоростями.

Надцарство ядерні організми (Eucaryota)

Одно- та багатоклітинні організми, що поділяються на три підцарства: рослини, гриби, тварини. На відміну від прокаріотів вони мають відокремлене ядро. розміри еукаріотів, від 10 мкм (одноклітинні) до 33 м (довжина кита) і 100 м (висота деяких хвойних). Еукаріоти – нащадки прокаріотів. Вони з'явилися на рівні 1.7-1.5 млрд. років (PR1). Рослини на противагу тваринам здатні шляхом фотосинтезу створювати органічні сполуки з неорганічних. Вони інші клітини, процеси асиміляції. Форма існування, переважно нерухома (виключаючи пасивно плаваючий планктон).

Царство Рослини (Phyta)

Різноманітні, переважно нерухомі одно- та багатоклітинні, що мають верхівковий ріст. Для всіх рослин характерний фотосинтез: за допомогою енергії світло, що погладжується хлорофілом, вони виділяють молекулярний кисень і створюють органічні сполуки з неорганічних. Клітина рослин складається з цитоплазми, що містить ядро, вакуолі – порожнечі та органоїди – самостійні внутрішньоклітинні утворення. Тверда целюлозна оболонка клітини пронизана парами, нерідко просочується солями та мінералізується.

Царство рослин поділяється на два підцарства – нижчі (Thallophyta) та вищі (Telomophyta). Нижчі рослини живуть у водоймах. Це водорості. Вони живуть на глибинах до 200м і серед них є як донні – бентосні, так і пелагічні – планктонні. Вищі рослини живуть у наземних умовах майже всіх широтах. Рослини зберігаються у викопному стані у вигляді окремих частин (стебло, листя, коріння, насіння), що ускладнює реконструкцію їхнього вигляду.

Реферат на тему: Доядерні організми

ВСТУП

1. НАДЦАРСТВО ДОЯДЕРНЕ АБО ЦАРСТВО ПРОКАРІОТ

2. БУДОВА ПРОКАРІОТ

2.1. Клітина

2.2. Джгутики

2.3. Пили та фімбрії

2.4. Плазматична мембрана, мезосоми та фотосинтетичні мембрани

2.5. Генетичний матеріал

3. РОЗМНАЖЕННЯ ПРОКАРІОТ

4. СПОСІБ ЖИТТЯ ПРОКАРІОТ

5. ОСНОВНІ ГРУПИ ПРОКАРІОТ

5.1. Бактерії – фототрофи

5.2. Бактерії – хемоавтотрофи

5.3 Бактерії – органотрофи

6. Синьо-зелені водорослі

ВИСНОВОК

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

До доядерних організмів – прокаріотів відносяться найпростіші одноклітинні організми. У побуті їх називають бактеріями чи мікробами.

Так само до прокаріотів відносяться синьо-зелені водорості. У цій роботі я спробую описати будову прокаріотів, їх розмноження, спосіб життя, основні групи прокаріотів.

Ці мікроорганізми відіграють велику роль у нашому з вами житті, тому мені цікава ця тема.

Прокаріоти можуть бути використані у медицині. До другої половини минулого століття медицина практично не могла лікувати хвороби, викликані бактеріями. Наразі медики з більшістю з них успішно справляються. Тому, я вважаю, що ця тема є актуальною і на сьогодні.

1. НАДЦАРСТВО ДОЯДЕРНЕ АБО ЦАРСТВО ПРОКАРІОТ

Всі відомі одноклітинні та багатоклітинні організми цілком природно поділяються на дві великі групи – прокаріоти та еукаріоти.

Всі прокаріоти належать до одного царства Дробняки, представленого бактеріями та синьо-зеленими водоростями.

Клітини прокаріотів (від грец. pro - до, karion - ядро) не мають оформленого ядра. Іншими словами генетичний матеріал (ДНК) прокаріот знаходиться прямо в цитоплазмі і не оточений ядерною мембраною. Виділяють дві групи бактерій: архебактерії (від грец. Архаіос – найдавніший) та еубактерії.

2. БУДОВА ПРОКАРІОТ

Прокаріоти значно більші за віруси (в середньому 0,5 – 5 мкм), найдрібніші з них можуть бути дрібнішими за вірус віспи. Найбільші бактерії можна побачити неозброєним оком у вигляді точок та паличок, але це винятки. Зазвичай, прокаріотні клітини розмотуються під оптичним мікроскопом. Вперше бактерії помітив у наприкінці XVIIстоліття голландський натураліст А. ван Левенгук у найпростіший мікроскоп – лупу з однієї крихітної краплеподібної лінзи.

2.1. Клітина

Прокаріотна клітина зазвичай покрита оболонкою (клітинною стінкою), як клітина рослин. Але складається ця пружна, як автомобільна шина, оболонка не з целюлози, а з близької до неї речовини муреїну (від латів. «мура» - стіна). Деякі бактерії (ті самі мікоплазми) втратили оболонки вдруге.

2.2. Джгутики

Багато бактерій мають джгутики. Джгутики складаються з однакових сферичних субодиниць білка флагеліну (схожого на м'язовий актин), які розташовані по спіралі та утворюють порожнистий циліндр діаметром близько 10 – 20 нм. Незважаючи на хвилясту форму джгутиків, вони досить жорсткі.

Джгутики рухаються за допомогою унікального механізму. Основа джгутика обертається, мабуть, так, що джгутик хіба що загвинчується в середу, не роблячи безладних биття і, таким чином, просуває клітину вперед. Це, очевидно, єдина відома у природі структура, де використовується принцип колеса.

Інша цікава особливість джгутиків – це здатність окремих субодиниць флагеліну спонтанно збиратися у розчині у спіральні нитки. Спонтанна самоскладання – дуже важлива властивість багатьох складних біологічних структур. В даному випадку самозбірка обумовлена амінокислотною послідовністю (первинною структурою) флагеліну. Рухливі бактерії можуть пересуватися у відповідь певні подразники, тобто вони здатні до таксису.

Джгутики найлегше розглянути електронний мікроскоп, застосувавши техніку напилення металом. Жгутиків може бути до кількох десятків.

2.3. Пили та фімбрії

На клітинній стінці деяких грамнегативних бактерій видно тонкі вирости (паличкоподібні білкові виступи), які називаються пили або фімбрії. Вони коротші і тонші джгутиків і служать для прикріплення клітин один до одного або до якоїсь поверхні, надаючи специфічну «липкість» тим штамам, які вони мають. Пили, бувають різного типу. Найбільш цікаві так звані F-пилки, які кодуються спеціальною плазмідою та пов'язані зі статевим розмноженням бактерій.

2.4. Плазматична мембрана, мезосоми та фотосинтетичні мембрани

Як у всіх клітин, протоплазма бактерій оточена напівнепроникною мембраною. У деяких бактерій плазматична мембрана втягується всередину клітини та утворює мезосоми або фотосинтетичні мембрани.

Мезосоми- Складчасті мембранні структури, на поверхні яких знаходяться ферменти, що беруть участь у процесі дихання. Отже, мезосоми можна назвати примітивними органелами. Під час клітинного поділу мезосоми зв'язуються з ДНК, що, мабуть, полегшує поділ двох дочірніх молекул ДНК після реплікації та сприяє утворенню перегородки між дочірніми клітинами.

2.5. Генетичний матеріал

ДНК бактерій представлені одиночними кільцевими молекулами довжиною близько 1 мм. Кожна така молекула складається з 5-100 пар нуклеотидів. Сумарний вміст ДНК (геном) у бактеріальній клітині набагато менший, ніж у еукаріотичній, а, отже, менший та обсяг закодованої в ній інформації. У середньому така ДНК містить кілька тисяч генів.

Форми клітин прокаріотів досить прості: кульки ( коки), іноді об'єднаний по два (подвійні коки- диплококи); утворюють ланцюжки ( стрептококи) або склеєні в якусь подобу виноградного грона ( стафілококи/ від грец. стафілус - виноград), склеєні по чотири ( сарцини); палички ( бацили), викривлені палички ( вібріони); штопороподібні ( спірили). Куди рідше зустрічаються розгалужені форми клітин.

Простота форми унеможливлює точне визначення прокаріотів на вигляд. Навпаки, фізіологія їх настільки різноманітна, що в мікробіології в описі нового виду або різновиду обов'язково вказують, чого потребує мікроорганізм і які продукти виробляє, тобто основні характеристики обміну з навколишнім середовищем.

3. РОЗМНАЖЕННЯ ПРОКАРІОТ

Розмножуються прокаріоти найчастіше простим поділом клітини. Рідше зустрічається брунькування, коли молода клітка, що відшнуровується, набагато дрібніша за материнську. Клітки, що розділилися, часто залишаються разом, утворюючи нитки, а іноді і складніші структури. У сприятливих умовах прокаріоти ростуть дуже швидко, за геометричною прогресією. Захопивши всі ресурси, населення зупиняє зростання. Далі чисельність їх може знижуватися через отруєння продуктами свого ж обміну. У проточному середовищі швидкість зростання постійна і залежить від температури та кількості їжі. Тому у профільтрованій через грунт ключовій воді бактерій немає – вони не встигають розмножуватися до того, як їх виносить за межі джерела.

У несприятливих умовах деякі бактерії утворюють суперечки - стадії, що покояться, покриті щільною оболонкою. У вигляді суперечок вони виносять високу температуру, іноді навіть вище 100 0 З залишаються життєздатними багато років. Навпаки, клітини більшості прокаріотів, що ростуть, діляться, гинуть вже при 80 0 С. Є, однак, і любителі високої температури - термофіли, що живуть у гарячих джерелах.

Мікробіологи часто вирощують бактерії на поверхні твердого середовища у м'ясному відварі з желатином або агаром. Клітина, що потрапила на поверхню цього живильного холодця, починає ділитися і утворює колонію (пляма певної форми та кольору), в якій усі клітини – нащадки однієї, первісної. Це дуже поширене прийом отримання чистої лінії мікробів.

4. СПОСІБ ЖИТТЯ ПРОКАРІОТ

Хоча мікроорганізми непомітні у природі, вони поширені у величезних кількостях скрізь, особливо у грунті. Практично весь образ Землі створений ними. Харчуватися вони можуть практично всім, крім створені людиною пластмаси, пральні порошки та отрути. Все інше може засвоюватися різними бактеріями.

Мікроорганізми характеризують за природою трьох необхідних компонентів життя: енергії, вуглецю та водню.

Водень потрібен не сам по собі, а як джерело електронів:

Н 2 → 2Н + + 2е ¬, тому він може бути замінений іншими сполуками та елементами, що легко віддають електрони.

За джерелом енергії розрізняють дві категорії організмів: фототрофи(які використовують сонячне світло) та хімотрофи(що використовують енергію хімічних зв'язківу поживних речовинах).

За джерелом вуглецю виділяють автотрофи(СО 2) та гетеротрофи(Органічна речовина). Зрештою, за джерелом водню (електронів) розрізняють органотрофи(що споживають органіку) та літотрофи(що споживають необов'язково каміння /по грец. «Літос» - камінь), а виробничі літосфери - кам'яної оболонки Землі; це можуть бути і сам Н 2 і NH 3 H 2 S, S, SO, Fe 2+ і так далі.

За такою класифікацією земні рослини – фотолітотрофи (світлокамнеїди), тварини – хемоорганотрофи (органоїди). У світі прокаріотів зустрічаються найдивовижніші поєднання.

У прокаріотів є ще одна чудова властивість, якої позбавлені вищі організми. Хоча азот (N 2) грецькою означає «млявий», він необхідний для життя, тому він входить до складу основних її складових – білків та нуклеїнових кислот. Але засвоювати атмосферний азот ні рослини, ні тварини не в змозі, це можуть робити лише деякі прокаріоти, спочатку відновлюючи його до аміаку (NH 3), потім перетворюючи на нітрити (NO 2) та нітрати (NO 3). До розвитку хімічної промисловості ми жили з допомогою бактерій. Цей процес йде в безкисневому середовищі, тому мікроорганізми, що зв'язують азот, виробили спеціальні пристрої для захисту його від кисню.

5. ОСНОВНІ ГРУПИ ПРОКАРІОТ

5.1. Бактерії – фототрофи

Багато бактерій використовують світло як джерело енергії. Всі вони пофарбовані в червоний, оранжевий, зелений чи синьо-зелений колір; адже для того, щоб світло провело якусь роботу, воно має бути поглинене барвником – пігментом. У бактерій це різноманітні хлорофіліі каротиноїди.

Пурпурні сірчані бактерії отримують водень (електрони) із сірководню (H 2 S), окислюючи його до сірки та сульфатів. Пурпурні несерні бактерії одержують його з розчинених органічних речовин.

Земні бактерії також можуть засвоювати H2S, молекулярний водень та органіку. Більшість із них можуть пов'язувати молекулярний азот. Мешкають вони, найчастіше, у водоймищах на поверхні мулу, деякі в гарячих джерелах.

Особливість бактеріального фотосинтезу у цьому, що з ньому виділяється вільний кисень (Про 2). Такий фотосинтез називають аноксигенним (безкисневим).

Зовсім інакше використовують енергію сонячного випромінювання ціанобактерії(їх неточно називали синьо-зеленими водоростями). Вони розщеплюють воду та використовують водень, а молекулярний кисень виділяється в атмосферу. Вважають, що саме ціанобактерії зі своїм оксигенним фотосинтезом зробили атмосферу нашої планети кисневою.

Ціанобактерії стійкі до побутового та промислового забруднення, викликають «цвітіння» та псування у водоймах, озерах, водосховищах. Вони можуть жити і на прибережних каменях і скелях, в горах і пустелях (достатньо роси), в гарячих джерелах.

Але неприємності, що іноді завдаються ціанобактеріями, можна «вибачити», і не тільки за те, що вони колись зробили атмосферу Землі придатною для нашого дихання, виділяючи вільний кисень.

Ці організми активно пов'язують атмосферний азот, забезпечуючи врожай рисових полів та продуктивність усіх інших водойм.

5.2. Бактерії – хемоавтотрофи

Багато бактерій отримують енергію використовуючи неорганічні речовини: аміак, нітрити, з'єднання сірки, двовалентне залізо та іони інших металів. Джерелом вуглецю їм є вуглекислий газ. До них відносяться бактерії, що перетворюють аміак на нітрити – на нітрати. Інші бактерії отримують енергію для свого зростання, окислюючи сполуки сірки:

Н 2 S → S → SO 3 2- → SO 4 2-

Так як сірка та сірководень часто зустрічаються в гарячих вулканічних джерелах, ці бактерії там звичайні. Металурги давнини, зокрема і Русі, високо цінували залізні болотяні руди, залягали в болотах. З них на деревному вугіллі виходило високоякісне, чисте залізо. Ці руди створюють бактерії, окислюючи двовалентне залізо до тривалентного:

Fe 2+ → Fe 3+.

Деякі із залізобактерій можуть окислювати і сірку, переробляючи розчинні сульфати як сульфіди заліза, а й інших металів. Нині такі бактерії допомагають металургам, вилуговуючи із бідних руд, цинк, сурму, нікель, марганець, молібден та уран. Найпростіше через товстий шар подрібненої породи пропускати воду з бактеріями і збирати воду з сульфатами відповідних металів. Усі інші способи тут виявляються економічно невигідними.

5.3 Бактерії – органотрофи

Тепер перейдемо до бактерій, які споживають органічну речовину. Ще минулого століття великий французький хімік і мікробіолог Л.Пастер зрозумів, що без мікроорганізмів гниття і бродіння, що перетворюють органіку на неорганічні сполуки NH3, H2S, CO2, H2O життя на Землі стало б неможливим. Саме вони замикають кругообіг біогенних речовин на нашій планеті, поставляючи зеленим рослинам– фітотрофам необхідна «сировина». «Не по зубах» мікроорганізмам лише створені людиною пластмаси, пральні порошки та отрути. Тому вони накопичуються в навколишньому середовищі і вже починають загрожувати існуванню самої людини.

З мікроорганізмів – органотрофів, найчастіше, люди застосовують у своїй практиці бактерії, які використовують як джерело енергії реакцію бродіння. Ці процеси йдуть без участі кисню мікроорганізми, що не потребують Н2О, називають анаеробами.

Розрізняють обов'язкові, облігатні анаероби, для яких вільний кисень є отрутою смертельною; та необов'язкових, факультативних, які легко переходять від бродіння до кисневого дихання.

Бактерії молочнокислого бродіння отримують енергію, перетворюючи вуглеводи в молочну кислоту. Ця реакція йде і в м'язах при дуже напруженій роботі, коли кров не встигає доставляти кисень. Але в наших організмах вона не може йти довго – молочна кислота, що утворюється при цьому, яку фізіологи виразно називають «токсином втоми», втомлюють м'яз. Молочнокислі бактерії перетворюють молоко на кисле молоко, кефір і кумис. Вони ж утворюють кисле тісто, різні сорти сиру, квашення капусти та огірків, силос.

Інші бактерії при бродінні виділяють інші органічні кислоти: пропіонову, мурашину, оцтову, янтарну, а також інші сполуки. Деякі їх використовують у хімічній промисловості.

Перейдемо до прокаріотів, які пристосувалися до життя на покровах та кишечниках тварин. Серед них є корисні для своїх господарів. Корови, вівці та всі жуйні тварини містять у своїх складних шлунках величезну кількість бактерій, що розщеплюють клітковину (целюлозу). Інші кишкові бактерії постачають господарям вітаміни. Є серед них і просто «нахлібники», які не приносять прямої користі, але для господарів не байдужі.

Людина не виняток, на нашій шкірі знаходить багато бактерій, що споживають органічні речовини поту. Ми періодично змиваємо їх, але якщо ці бактерії зникнуть всі, наприклад, при зловживанні антибіотиками місце, що звільнилося, займуть дріжджоподібні грибки, які можуть викликати шкірні хвороби.

Але незрівнянно більше бактерій у вмісті наших кишківників. Кал людини на 30% по масі складається із бактерій. В основному це суворі облігатні анаероби з роду Bactericides. Набагато менше за факультативні анаероби, які можуть розмножуватися в кисневій атмосфері. З них найвідоміша кишкова паличка. Кишкову паличку легко вирощувати і в лабораторії. Це вивчена бактерія, тому що багато десятків років служить улюбленими об'єктом молекулярних біологів і генних інженерів.

Це бактерії, що спричиняють хвороби. Широко поширена небезпечна хвороба дизентерії. Дизентерійна паличка, розмножуючись у кишечнику, спричиняє його небезпечний розлад («кров'яний пронос»). Близькими збудниками викликається сальмонельоз та черевний тиф. Всі вони називаються "хворобами брудних рук", але заразитися ними можна і через мух, забруднену їжу та воду. Ще більш небезпечна холера, її викликає один із видів вібріонів – факультативний анаероб, що розповсюджується зі стічними водами. Клітини її виділяють небезпечний ядтоксин, від якого руйнуються клітини слизової оболонки кишечника, організм втрачає багато води, і від зневоднення може настати смерть.

Багато бактерій вражають дихальні шляхи, внаслідок чого людина хворіє на ангіну. Схожа на неї за симптомами, але незрівнянно небезпечніша дифтерія, що викликається паличкою булавоподібної своєрідної форми. Вона вражає порожнину зіва та мигдалини. Небезпечна дифтерійна паличка не сама по собі, лише ті її різновиди, які містять «приручений» вірус – «нахлібник». Цей вірус виробляє токсин, що блокує синтез білка в клітинах еукаріотів, у тому числі в серцевому м'язі, нервах і нирках. Особливо небезпечною є дифтерія для дітей. Широко поширені різні форми пневмонії (запалення легенів), що викликається пневмококами.

Ще на початку століття слово туберкульоз вселяло жах, як зараз СНІД. У той час ця хвороба, що вражає зазвичай легені, була невиліковна. Але вона може вражати інші органи (кістковий туберкульоз). Викликається вона так званою « паличкою Коха», на ім'я який описав її Р.Коха, великого німецького мікробіолога. Належить паличка Коха до мікробактерій. До неї близький збудник прокази – найтяжчої та важковиліковної хвороби.

Інші мікробактерії живуть у ґрунті, деякі з них можуть засвоювати такі речовини, як нафта, парафін, нафталін. Зараз туберкульоз виліковний, але, як і раніше, вважається серйозною хворобою.

З давніх-давен бичем людства була чума, від якої в середні віки вимирали цілі міста. Ця хвороба викликається чумною паличкою. Власне чума – хвороба гризунів. Від них до людини переноситься бліхами. Навіть зараз, незважаючи на щеплення та ліки, чума лікується важко. Легше попереджати її спалахи.

Штопороподібно закручені мікроорганізми – спірохети – також можуть бути збудниками небезпечних хвороб; зворотного тифу, інфекційної жовтяниці, сифілісу.

Окремо стоять мікроорганізми облігатні, суворі анаероби. До них відносяться збудники найнебезпечніших хвороб: газової гангрени, правця, ботулізму. Першими двома люди хворіють, коли у рани потрапляє земля. У таких випадках терміново потрібно робити щеплення. Бактерія ботулізму розвивається у м'ясних та рибних продуктах та бобових консервах, багатих білком. Вона виділяє смертельний токсин - ботулін, що викликає параліч дихання. Раніше його називали ковбасною отрутою.

6. Синьо-зелені водорослі

Синьо-зелені водорості (ціанеї) - найбільш давні (виникли понад 3 млрд. років тому) водні або рідше ґрунтові автотрофні організми. Клітини мають товсті численні стінки (складаються з полісахаридів, пектинових речовин та целюлози), часто вдягнені слизовим чохлом. Їхні прокаріотичні клітини за будовою подібні до бактерій. Фотосинтез здійснюється на мембранах, що вільно лежать у цитоплазмі, що містять хлорофіл та інші пігменти.

У багатьох видів синьо-зелених водоростей зустрічаються наповнені азотом вакуолі. Ці вакуолі регулюють плавучість клітини, і дозволяє їй ширяти в товщі води. Розмножуються, як правило, синьо-зелені водорості шляхом розподілу клітини надвоє, колоніальні або нитчасті - розпадом колоній або ниток. За несприятливих умов можуть утворюватися суперечки.

Синьо-зелені водорості широко поширені в біосфері, але основна маса видів населяє прісноводні водоймища, деякі види живуть у морях та на суші. Інші живуть у місцях забруднення органічними речовинами, харчуючись мікотрофно. Вони здатні очищати воду, мінералізуючи продукти гниття.

Деякі синьо-зелені водорості здатні до фіксації азоту. Синьо-зелені водорості зустрічаються як симбіонтів у багатьох лишайниках. Ціанеї першими освоюють наступні житла – вулканічні острови, лавові потоки.

ВИСНОВОК

Ми розглянули майже соту частку хвороботворних бактерій, які викликають хвороби лише в людини. Адже від бактерій страждають і тварини, і рослини.

У сучасній медицині розробили два основні шляхи лікування та попередження таких хвороб.

Перший з них – своєчасні щеплення та вакцини.

Другий шлях – велике досягнення медицини – антибіотики, перші з яких з'явилися під час Другої світової війни та одразу після неї.

У висновку, узагальнюючи все сказане вище, охарактеризувати прокаріоти можна використовуючи таку таблицю:

Таблиця 1

Загальна характеристика прокаріотів

Характеристика	Прокаріоти
Розміри клітин	Діаметр середньому 0.5-5 мкм
Форма	Одноклітинні або нитчасті
Генетичний матеріал	Кільцева ДНК знаходиться у цитоплазмі та нічим не захищена. Немає істинного ядра чи хромосом. Немає ядерця.
Органели	Органел дуже мало. Жодна їх немає оболонки (подвійний мембрани)
Клітинні стінки	Жорсткі, містять полісахариди та амінокислоти. Основний зміцнюючий компонент – муреїн.
Джгутики	Прості мікротрубочки відсутні. Перебувають поза клітиною
Дихання	Відбувається у мезосомах. У синьо-зелених водоростей – у цитоплазматичних мембранах.
Фотосинтез	Хлоропластів немає. Відбувається в мембранах, які не мають специфічної упаковки.
Фіксація азоту	Деякі мають цю здатність

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Гільберт С. Біологія розвитку. т.1, 1993.
Голіченков В.А. Біологія розвитку. 1991.
Грін Н. та ін. Біологія. т.1, 1993.
Іванова Т.В. Біологія 2002.
Кемп, Памела Армс, Карен. Введення у біологію, 1998.
Мамонтов С.Г. Біологія, 1991.
Медніков Б. Біологія форми та рівня життя, 1994.
Мустафін та ін. Біологія для вступників до вузу, 1995.
Павлов І.Ю. та ін Біологія, 1996.
Чебишев Н.В., Кузнєцов. Біологія для вступників до вузу. т.1. 2000.

У межах цього надцарства рослин виділяють царство грибів і царство рослин.

Гриби можуть вступати в симбіотичні відносини з іншими організмами, наприклад, з водоростями або ціанобактерії, утворюючи лишайники. Вони можуть також вступати в симбіоз з вищими рослинами, обволікаючи і проникаючи в коріння рослин своїми гіфами і формуючи структури (корінь + гриб), який отримав назву мікориз. Такий симбіоз із рослинами забезпечує потребу останніх у фосфатах. Наприклад, 80% наземних рослин, включаючи і багато сільськогосподарських рослин, формують симбіоз з грибом Glornus versiforme, який мешкає на їх коренях і полегшує їм сприйняття фосфатів та мінеральних поживних речовин із ґрунту.

Серед організмів цього царства зустрічаються як одноклітинні (мікроскопічні), чи нижчі, і багатоклітинні (вищі) гриби.

Гриби класифікують на відділи: Справжні гриби, Ооміце-ти та Лишайники.

Серед Справжніх грибів розрізняють класи Хитрідієві гриби, Зигоміцети, Аскоміцети (Сумчасті гриби), Базідіоміцети та Недосконалі гриби (Дейтероміцети).

Аскоміцети є найбільш численною групою грибів (більше 30000 видів), що відрізняються між собою насамперед розмірами. Зустрічаються як одноклітинні, і багатоклітинні форми. Тіло їх представлене гаплоїдним міцелієм. Утворюють аски (сумки), що містять аскоспори, що є характерною ознакою цих грибів. Серед грибів цієї групи найбільш відомими є дріжджі (пивні, винні, кефірні та інші). Наприклад, дріжджі Saccharomices cerevisiae впливають на ферментацію глюкози (CgH^Og). Одна молекула глюкози дає під час цього ферментативного процесу дві молекули етилового спирту.

Базидіоміцети є найвищими грибами. Вони характеризуються великими розмірами, які можуть сягати навіть півметра. Їхнє тіло також складається з міцелію (грибниці), але багатоклітинного, що формує гриби. Протопласт грибних клітин містить не тільки ядра, а й мітохондрії, рибосоми, апарат Гольджі і навіть глікоген як запасну речовину. Гіфи переплітаються, утворюючи плодові тіла, які у повсякденному житті називають грибами, що з ніжки і капелюшки.

Ці гриби розмножуються як вегетативним та безстатевим, так і статевим шляхом. Найбільш відомими базидіоміцетами є капелюшкові гриби, серед яких є як їстівні, так і отруйні.

Ооміцети - це в основному водні та ґрунтові гриби. Серед цих грибів дуже відомі види з роду Phytophtora, які викликають хвороби картоплі, томатів та інших пасльонових.

Гриби відіграють значну роль у природі. Зокрема вони є організмами-руйнівниками. Входячи до складу багатьох екологічних систем, відповідальні за руйнування органічного матеріалу рослинного походження, тому що продукують ферменти, що діють на целюлозу, лігнін та інші речовини рослинних клітин. Їх широко використовують у сироварній промисловості для виробництва багатьох популярних сортів сиру. Не можна не відзначити, що Neurospora crassa належить визначна роль експериментального об'єкта в пізнанні багатьох метаболічних шляхів.

Лишайникиявляють собою складні організми, утворені в результаті симбіозу між грибами, зеленими водоростями, або ціанобактеріями, і азотобактером (рис. 4). Отже, лишайник – це комбінований організм, тобто гриб + водорість + азотобактер, існування якого забезпечується тим, що гіфи гриба відповідальні за поглинання води та мінеральних речовин, водорость – за фотосинтез, а азотобактер – за фіксацію азоту атмосфери. Лишайники є мешканцями всіх ботаніко-географічних зон. Розмножуються вегетативним, безстатевим та статевим шляхом.

Значення лишайників у природі велике. Через високу чутливість до забруднювачів середовища лишайники використовують як індикатори чистоти атмосфери. На півночі є головним кормом для оленів. Їх використовують також у аптечній справі та у парфумерії.

Гриби мають давнє походження. Їхні викопні залишки відзначені в силурі та девоні. Окремі ботаніки припускають, що вони походять від зелених водоростей, що втратили хлорофіл. Найпоширеніший погляд у тому, що гриби походять від джгутикових (найпростіших).

Викопні залишки лишайників також знайдено в девоні, що визначає їх вік приблизно 400 млн років. Припускають, що освіту лишайників стало першим випадком встановлення симбіотичних відносин між організмами. Це забезпечило можливість їхнього поширення у різних екологічних нішах.

Царство Рослини (Plantae або Vegetabilia). Це царство представлене організмами, клітини яких мають щільні клітинні стінки і які здатні до фотосинтезу. Рослини цього царства класифікують на три підцарства, а саме: багрянки (Phycobionta), справжні водорості (Phycobionta) та вищі рослини (Embryophyta).

Тіло багрянок та справжніх водоростей не розчленоване на тканини та органи. Тому їх часто називають нижчими, або шарівцевими рослинами. Навпаки, інші рослини відомі як вищі рослини, тому що характеризуються наявністю різних тканин і розчленуванням тіла на органи. Ці рослини пристосовані до життя у наземних умовах.

Підцарство Багрянки (Rhodophyta).Рослини цього підцарства є багатоклітинними організмами (рис. 5). Тіло багрянок представлене сланою. Налічують близько 4000 видів багрянок, серед яких найвідомішими є порфіра, немаліон, кораліни та інші. Їх багряне забарвлення залежить від вмісту в них хлорофілу, каротиноїдів, червоних фікоеритринів, синіх фікоціанінів та інших пігментів. Є мешканцями великих глибин морів та океанів. Часто їх називають червоними водоростями. Особливо ними багате Червоне море.

Розмножуються як безстатевим, так і статевим шляхом із чергуванням статевого та безстатевого поколінь.

Мають господарське значення. Окремі види служать сировиною, з якої видобувають агар-агар. У ряді країн їх використовують на корм худобі

Багрянки є давніми організмами, але походження їх та філогенетичні зв'язки між окремими видами залишаються нез'ясованими.

Справжні водорості (Phycobionta).Справжні водорості є рослинами, тіло яких представлене сланою. Відомо близько 30 тисяч видів цих організмів. Трапляються як одноклітинні, так і багатоклітинні водорості. Вони є мешканцями переважно прісноводних водойм та морів, але зустрічаються грунтові водорості і навіть водорості снігу та льоду. Розмноження одноклітинних водоростей відбувається шляхом розподілу, багатоклітинні форми розмножуються як безстатевим, і статевим шляхом. Колись Вергілій писав – «nigilvilor algo» (нічого немає гіршого за водорості). В наш час водорості придбали інші оцінки.

Альгологи класифікують водорості на кілька відділів.

Відділ Зелені водорості (Chlorophyta).Цей відділ представлений рухомими і нерухомими одноклітинними та багатоклітинними організмами, що мають досить товсту клітинну стінку і мають форму ниток, трубочок (рис. 6). Деякі види формують рухливі та нерухомі колонії. Налічують понад 13 000 видів цих водоростей, більшість яких є мешканцями прісних водойм. Але відомі морські форми.

Одноклітинні та багатоклітинні зелені водорості здатні до фотосинтезу, тому що містять хлоропласти, в яких концентрується хлорофіл і від наявності якого вони мають зелене забарвлення. Вони мають також ксантофіл і каротином.

Типовими представниками одноклітинних зелених водоростей є хламідомонади (з роду Chlamidomonas), що мешкають у калюжах та інших невеликих прісних водоймах, та хлорела з однойменного роду (Chlorella), яка мешкає у прісних та солоних водах, на поверхні сирої землі, на корі дерев. Хлорелла має виняткову фотосинтезуючу активність, будучи здатною вловлювати і використовувати 10-12% світлової енергії. Містить низку цінних білків, вітаміни В, С та К.

Прикладом багатоклітинних зелених водоростей є мешканець ставків вольвокс (Volvox). Формуючи колонію, цей організм складається з 500-60 000 клітин, кожна з яких забезпечена двома джгутиками, а також містить вічко, диференційоване ядро та хлоропласт. Товста драглиста оболонка оточує кожну клітину і відокремлює її від сусідніх клітин. Якщо у колонії одна клітина гине, інші продовжують жити. Розташування клітин у колонії забезпечує рух цього організму.

Розмножуються шляхом поділу або утворення рухомих зооспор, які відокремлюються від материнського організму, прикріплюються до якогось субстрату, а потім розвиваються у новий організм. У спірогір має місце статевий процес у вигляді кон'югації.

Господарське значення цих водоростей невелике, якщо не вважати, що через багатий вміст білків і вітамінів хлореллу використовують у корм для тварин. Будучи компонентом фітопланктону, є кормом для риб.

Припускають, що зелені водорості виникли в результаті ароморфозів, якими виявилися утворення ядра, поява багатоклітинності та статевого процесу. Припускають також, що вони дали початок примітивним наземним рослинам, що стали предковими формами мохоподібних.

Відділ Діатомовіводорості, або діатомеї (Chrysophyta) представлений переважно багатоклітинними організмами, котрий іноді навіть колоніальними формами (рис. 7). Трапляються і одноклітинні форми. Відомо 5700 видів. Характеризуються чіткою диференціацією тіла на цитоплазму та ядро. Клітинна стінка «просочена» кремнеземом, у результаті її називають панциром. Є мешканцями прісних водойм, морів та океанів і входять до складу фітопланктону.

У клітинах цих водоростей є хлоропласти у вигляді зерен або пластинок, які пофарбовані в різні кольори через вміст різних пігментів (каротин, ксантофіл і його варіант діатомін). З цієї причини діатомові водорості часто називають золотисто-коричневими.

Розмноження відбувається шляхом розподілу клітин навпіл. У окремих видівІснує статеве розмноження. Діатомеї – це диплоїдні організми.

Напластування відмерлих діатомових водоростей дали початок діатоміту, який на 50-80% складається з їх панцирів і який використовують як поглиначі в хімії та харчовій промисловості.

Значення діатомових водоростей у природі дуже велике. Вони займають винятково важливе місце у кругообігу речовин, будучи головним кормом для риб. Їх харчова цінністьє дуже високою.

Еволюційно діатомові водорості стоять ближче до зелених водоростей, але походження їх неясно.

Відділ Бурі водорості (Phaeophyta).Ці водорості є багатоклітинними організмами. Кожна клітина містить лише одне ядро. За розмірами вони найбільші (довгі) водорості, досягаючи завдовжки кілька десятків метрів (рис. 8). Відомо близько 900 видів. Є мешканцями морів і океанів, включаючи північні. Їх пігментація визначається тим, що вони містять хлоропласти, забарвлені у бурий колір через вміст хлорофілу, а також бурих пігментів (каротину, ксантофілу та фукок-сантину).

Найбільш відомими є водорості з пологів Laminaria та Fucus.

Розмножуються вегетативним, безстатевим та статевим шляхом. Вегетативне розмноження відбувається частинами сло-евища, безстатеве (спорове) - за допомогою гаплоїдних спор, що розвиваються в гаметофіт, статеве - шляхом ізогамії, гетерогамії або оогаші. Характерне чергування гаплоїдного та диплоїдного поколінь. Статеві клітини забезпечені джгутиками.

Господарське значення цих водоростей, особливо ламінарій, дуже велике. З них добувають йод, калійні солі, агароподібні речовини, що використовуються в харчовій промисловості. Ламінарії, відомі під назвою « морської капусти», використовуються в їжу людиною. Деякі водорості використовують як добрива.

Бурі водорості – найдавніші водні рослини. Припускають, що вони дали початок папоротеподібним рослинам.

Закінчуючи короткий виклад даних про водорості, слід зазначити, що в цілому водорості мають важливе значення у багатьох екологічних системах. Фактично вони є основним джерелом органічних речовин у водоймах. Підраховано, що водорості відповідальні за щорічний синтез у Світовому океані органічної речовини у кількості 550 млрд. тонн, що становить значну частину продуктивності всієї біосфери. Далі їм належить дуже значна роль збагаченні киснем атмосфери. Нарешті, водорості беруть участь у самоочищенні водойм, у грунтоутворенні.

Підцарство Вищі рослини (Embryophyta або Embryobionta). Рослини, що входять до складу цього підцарства, часто називають листостебловими, оскільки їх тіло розчленоване на стебло, лист і корінь. Крім того, їх називають ще зародковими, тому що вони містять зародок. Нарешті, їх називають судинними рослинами (крім мохоподібних), оскільки в органах їх спорофітів є судини та трахеїди.

Вищі рослини в ході історичного розвитку пристосувалися до життя у наземних умовах. У цих рослин відзначається чергування статевого (гаметофіт) та безстатевого (спорофіт) поколінь. Гаметофіт продукує гамети та захищає зародок, тоді як спорофіт продукує суперечки, які забезпечують наступну генерацію гаметофіту. У вищих рослин домінує диплоїдний спорофіт, який визначає зовнішній виглядрослини.

У підцарстві Вищі рослини розрізняють вищі спорові та вищі насіннєві рослини. Для вищих спорових характерний поділ статевого та безстатевого розмноження. У першому випадку розмноження відбувається одноклітинними спорами, що утворюються у спорангіях спорофітів, у другому – гаметами, що утворюються у статевих органах гаметофітів. Для вищих насіннєвих рослин характерна наявність багатоклітинного утворення - насіння, що утворюється в процесі розмноження та надає насіннєвим рослинам найважливіша еволюційна перевага перед споровими.

Вищі рослини класифікують на кілька відділів. Зокрема, вищі спорові рослини класифікують на відділи Риніофіти (Rhyniophyta) і Зостерофілофіти (Zostrophyllophyta), організми яких повністю вимерли, а також на нині існуючі відділи Моховидні (Bryophyta), Плауновидні (Lycopodiophyta), ), папоротеподібні (Polypodiophyta). Вищі насіннєві рослини класифікують на відділи Голонасінні (Gymnospermae) та Покритонасінні, або Квіткові (Angiospermae, або Magnoliophyta). Голосонасінні і покритонасінні - це насіннєві рослини, тоді як всі інші - це вищі спорові рослини. У частини вищих спорових усі суперечки однакові (рівноспорові рослини), а в деяких суперечки мають різну величину (різноспорові рослини).

З рослин сучасних відділів нижче будуть розглянуті лише окремі.

Відділ Мохоподібні(Bryophyta). Цей відділ представлений низькорослими, багаторічними рослинами. У деяких з них тіло представлене сланом, але у більшості розчленоване на стебло і листя (рис. 9). Налічують близько 25 000 видів мохоподібних. Є мешканцями сирих місць у всіх географічних зонах. До ґрунту прикріплюються за допомогою волосоподібних виростів, званих ризоидами. Через ці структури вони здійснюють ґрунтове харчування. Найбільш відомими представниками цього типу є зозулин льон, маршанція різноманітна, мохи роду сфагнум (300 видів).

У розвитку мохів характерне чергування статевого (гаметофита) і безстатевого (спорофита) поколінь. На рослинах статевого покоління утворюються суперечки різних розмірів. Після запліднення жіночих статевих клітин чоловічими розвивається спорофіт (спорангій із спорами), клітини якого мають диплоїдний набір хромосом. Спори, що утворюються в результаті мейозу в спорангії, мають гаплоїдний набір хромосом. Висипаючись на грунт, суперечки проростають, даючи початок рослині, гаметофіту, що має в клітинах, що розмножуються мітозом, гаплоїдний набір хромосом. Гаплоїдний гаметофіт домінує у циклі розвитку. На гаметофіті знову утворюються статеві клітини і процес повторюється. Специфічною особливістюцих рослин є не тільки домінування гаплоїдного гаметофіту, але також і те, що гаметофіт (статеве покоління) і спорофіт (безстате покоління) є однією рослиною.

Значення моховидних у природі у тому, що, перебуваючи в екосистемах, вони впливають на довкілля багатьох видів інших рослин, як і тварин. Інтенсивне розмноження мохів сприяє погіршенню ґрунту. Відмираючи, сфагнові мохи «оторфовуються» і утворюють поклади торфу. Деякі види використовуються у медичній промисловості.

Вважають, що рослини цієї групи були одними з перших наземних рослин і широко зростали ще 450-500 млн. років тому і що еволюція їх полягала в регресивному розвитку спорофіту. Вважають, що мохоподібні є сліпою еволюційною гілкою.

Відділ Папоротеподібні(Palypodiophyta). У межах цього відділу класифікують трав'янисті рослини, що також мешкають у сирих місцях (рис. 10). Деякі папоротевидні, що мешкають у тропіках, представлені деревними формами, окремі з яких досягають 25 метрів у висоту. Налічують понад 10 000 видів цих рослин. Типовими представниками папоротеподібних є папороті.

Для папоротеподібних також характерне чергування статевого та безстатевого поколінь, проте, на відміну від мохоподібних, в організмів, що належать до цього відділу, переважним є спорофіт, для якого характерна диплоїдність. У спорофита є основні органи – стебло, листя, корінь. Навпаки, гаметофіт характеризується дуже малими розмірами, представляючи невелику платівку, прикріплену до ґрунту за допомогою ризоїдів.

Для папоротеподібних характерний складний цикл розвитку. Цикл починається з розвитку ізоспор гаметофіту (заростка), на якому утворюються статеві органи у вигляді антеридіїв та архегоніїв. В останніх розвиваються статеві клітини. Після їх запліднення із зиготи утворюється спорофіт, у якому утворюються суперечки, що дають початок гаметофиту. Більшість папоротеподібних представлено різноспоровими рослинами.

Значення папоротеподібних у природі велике, тому що вони входять до складу багатьох екосистем. Господарське значення сучасних папоротеподібних невелике, якщо не вважати, що рослини окремих видів служать лікарською сировиною.

Папоротеподібні класифікують на 7 відділів, більшість з яких представлені вимерлими видами.

Папоротеподібні є найдавнішими споровими рослинами. Вони вже були в девоні, а в карбоні становили ліси з рослин, висота яких сягала 30 м. Залишки цих рослин брали участь у освіті кам'яного вугілля.

Відділ Голосонасінні(Gymnospermae). Рослини цього відділу дають насіння, які є, по суті, готові зародки майбутніх рослин. Основними органами насіння є зародковий корінець, зародковий стеблинка, зародкові листки. Однак у голонасінних насіння не вкрите плодолистками. З цієї причини їх називають голонасінними.

Голосонасінні представлені деревами, чагарниками та ліанами. Кількість видів становить близько 700. Поширені по всьому земній кулі. У північній півкулі займають величезні площі, утворюючи хвойні риштування.

Для голонасінних характерне чергування поколінь, пов'язане зі зміною гаплоїдного та диплоїдного станів, однак у них є зменшення гаметофіту. Ялівець, саговник, туя, ялина, сосна, модрина - це спорофіти. Як і всі насіннєві рослини, голонасінні є різноспоровими. Органами розмноження є жіночі та чоловічі шишки, які формуються на тому самому дереві і в яких знаходиться гаметофіт.

Освіта насіння є першим етапом у розвитку спорофіту. Жіночі шишки побудовані з великих лусочок, званих мегаспорофілами, кожна з яких несе по два мегаспорангії на внутрішній поверхні, а кожен мегаспорангій у свою чергу містить мегаспору, яка розвивається в багатоклітинний гаметофіт, що містить дві або три архегонії. Кожна архегонія складається з одиночної великої яйцеклітини та кількох малих витягнутих клітин. Мегаспорангій покритий так званим інтеґументом. Мегаспорангії з інтегументом називають сім'язачатком.

Чоловічі шишки несуть на внутрішній поверхні їх луски (на мікроспорофілах) по два мікроспорангії, що містять мікроспори, кожна з яких розвивається в гаплоїдний пилок. Пилкові гранули (зерна) складають чоловічий гаметофіт.

Мегаспорофіли і мікроспорофіли зібрані в мега- і мік-ростробілли (відповідно) на укороченому спороносному пагоні, що представляє собою стебло зі спороносним листям.

Коли пилок потрапляє на жіночі шишки, він проходить у сім'язачаток, причому кожна пилкова гранула розвивається в тичинкову трубочку і два спермоядра, а коли тичинкова трубочка проникає в яйцеклітину, відбувається злиття спермоядра з ядром яйцеклітини. Це і є запліднення. Диплоїдна зигота стає диплоїдним зародком. Згодом зовнішній інте-гумент сім'язачатка перетворюється на оболонку насіння, та якщо з залишків мегаспорангія утворюється эндосперм. Отже, сім'язачаток перетворюється на насіння. Після дозрівання насіння з шишок випадає назовні.

Голосонасінні є дуже давню групу вищих рослин. З'явившись у девоні (близько 350 млн років тому), голонасінні наприкінці палеозою - початку мезозою зайняли місце папо-ротниковидних, оскільки виявилися більш пристосованими до життя в наземних умовах. Одна їх гіпотез у тому, що голонасінні походять від найдавніших папоротеподібних.

Відділ Покритонасінні, або Квіткові(Angiospermae, або Magnoliophyta). Рослини цього відділу трапляються майже повсюдно. На частку припадає 250 000-300 000 видів, т. е. майже дві третини видів царства рослин. В даний час вони є процвітаючою групою рослин.

У межах цього відділу розрізняють однодольні та дводольні рослини, які бувають як трав'янистими та чагарниковими видами, так і деревами. Типовими представниками цього відділу є жито, пшениця, троянда, береза, осика та інші. Розрізняють однодольні та дводольні покритонасінні рослини.

Для цих рослин також характерне чергування поколінь, але вони відбулося значне зменшення гаметофита.

Чудовою особливістю цих рослин є наявність у них квітки, яка є видозміненою втечею і є похідним спорофіту (рис. 11). Саме тому рослини, що утворюють квітки, називають квітковими. Як правило, квітки обох статей, але іноді і роздільностатеві. У квітці розрізняють маточка і тичинки, які є його головними частинами. У нижній частині маточки (зав'язі) розвивається насіння. З цієї причини ці рослини отримали назву покритонасінних. Нижня частина маточки представлена зав'яззю, вузьким стовпчиком і рильцем. Що стосується тичинок, то кожна з них складається з тичинкової нитки та пильовика.

У обох статей рослин, які серед покритонасінних становлять більшість, квітки мають як маточки, так і тичинки, тобто ці рослини мають маточкові (жіночі) і тичинкові (чоловічі) квітки. Але у багатьох видів одні квітки мають лише маточки, на іншому – тільки тичинки. Такі рослини називають дводомними. Запилення є результатом перенесення пилку з тичинок на рильці маточки.

Загальна схема репродукції покритонасінних на рис. 12.

Жіночий гаметофіт квіткових рослин складається з 8 клітин зародкового мішка, одна з яких є яйцеклітиною. Ця мікроскопічна структура розвивається із одиночної мегаспори. Чоловічий гаметофіт розвивається з мікроспори, або пилкової гранули, що міститься в мікроспорангії пильовика. Потрапивши на рильце пестика, пилкова гранула в результаті розподілу дає початок генеративної клітини та клітини, що розвивається в пилкову трубку. Далі пилкова трубка вростає в порожнину зав'язі. Ядро трубки генеративної клітини мігрує до низу пилкової трубки, де генеративна клітина ділиться, даючи два сперміни. Один з цих сперміїв зливається з яйцеклітиною, утворюючи диплоїдну зиготу, тоді як другий спермій зливається з ядром (в центрі зародкового мішка, в сім'язачатку), даючи триплоїдний ядро, що розвивається потім в ендосперм. Зрештою обидві структури опиняються в насінні, а насіння опиняється у зав'язі, що розвивається у плід. Останній може містити від однієї до кількох насіння. Таке запліднення називають подвійним (рис. 13). Воно було відкрито 1898 р. С. Г. Навашиним (1857-1950). Біологічний сенс подвійного запліднення у тому, що розвиток триплоїдного ендосперму разом із величезним числом поколінь забезпечує економію пластичних і енергетичних ресурсів рослин.

Воно було відкрито 1898 р. С. Г. Навашиним (1857-1950). Біологічний сенс подвійного запліднення у тому, що розвиток триплоїдного ендосперму разом із величезним числом поколінь забезпечує економію пластичних і енергетичних ресурсів рослин.

Стебло є органом рослин, до якого прикріплюються листя, коріння, квіти. (Будова стебла деревної рослини показана на рис. 14.)

Листя є найважливішим органом рослин. Вони характеризуються різною формоюі побудовані з кількох шарів клітин, що містять велику кількість хлоропластів. Служать органом газообміну між рослинами та середовищем. Через наявність хлорофілу в листі відбувається фотосинтез, основу якого складають дві реакції - фотоліз води та фіксація COg.

Корінь є органом рослини, який адсорбує воду та мінеральні речовиниз ґрунту і проводить їх до стебла. У покритонасінних, як і голонасінних, вода і поживні речовини з ґрунту адсорбуються кореневими волосками і проводяться в ксилему в результаті осмотичного тиску в кореневій системі, дії капілярів, негативного тиску в ксилемі, що іноді доходить у деяких деревних форм до 100 бар, і транспірації, т е. випаровування води з листя (рис. 15).

Господарське значення покритонасінних переоцінити дуже важко, тому що вони виключно широко використовуються в житті людини (джерело продовольства, сировина для промисловості, корм для тварин тощо).

Покритонасінні рослини є панівними рослинами нашої планети. Тому пояснення їх походження вже давно виявилося одним із найважливіших завдань у вченні про еволюцію. Починаючи з Ч. Дарвіна, пояснення покритонасінних рослин було висунуто кілька гіпотез. За однією з них припускають, що покритонасінні походять від якихось голонасінних, а однодольні походять від якихось стародавніх дводольних. Однак ця та інші гіпотези не є вичерпними. Існують розбіжності й у визначенні часу появи покритонасінних. За найновішими уявленнями головна диверсифікація квіткових рослин, у тому числі поділ на однодольні та дводольні, відбулася 130-90 млн років тому, і це дало тоді початок змінам земних екосистем.

Питання для обговорення

1. Як ви розумієте різницю між доядерними та ядерними організмами?

2. Назвіть підцарства доядерних організмів.

3. Що ви знаєте про архебактерії та їх властивості, яких немає в інших доядерних організмів?

4. Яка роль бактерій у природі та в житті людини? Які морфологічні форми бактерій Ви знаєте?

5. Перелічіть основні властивості грибів. Чим відрізняються гриби від лишайників?

6. Які подібності та відмінності між клітинами рослин та клітинами тварин?

7. Чим відрізняються зелені водорості від ціанобактерій?

8. Чи мають водорості якісь ознаки, що мають господарське значення?

9. Які властивості притаманні вищих рослин?

10. Що означає у рослин чергування поколінь та яка його біологічна роль?

11. Чи існують відмінності між мохоподібними та папоротекообразними рослинами? Чи існує спільність у їхньому походженні?

13. Чому покритонасінні мають таку назву?

14. Яке значення має квітка?

16. У чому полягає подвійне запліднення у покритонасінних?

16. Яке значення у житті людини мають покритонасінні?

17. Що ви знаєте про походження покритонасінних рослин?

Література

Грін Н., Стаут У. Тейлор Д. Біологія. М: Мир. 1996. 368 стор.

Нідон К., Петерман І., Шеффель П., Шайба Б. Рослини та тварини. М: Мир. 1991. 260 стор.

Старостін Б. А. Ботаніка. У кн. "Історія біології". М: Наука. 1975. 52-77.

Яковлєв Г. П., Челомбітько В. А. Ботаніка. М: Вища школа. 1990. 367 стор.

Rosemweig М. L. Species Diversity in Space and Time. Cambridge University Press. 1995. 436 pp.