Грибы, растения и люди: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

В 1903 году австрийские ученые Г. Зидентопф и Р. Зигмонди нашли новый способ наблюдения объектов — так называемый метод темного поля. Идея этого метода состояла в том, что исследуемый прозрачный объект освещался косыми лучами, которые при отсутствии рассеяния в образце не попадают в объектив микроскопа. Если объект исследования содержит включения также прозрачные, но с другим показателем преломления, то прошедшие через эти включения и изменившие свое направление световые лучи попадают в объектив, и включение становится видимым. Так как большая часть световых лучей в объектив не попадает, поле зрения темное, а на его фоне видны светлые изображения микровключений.

В 1935 году голландский физик Ф. Цернике изобрел фазово-контрастный микроскоп (в 1955 году он получил за это открытие Нобелевскую премию). Преимущество этого прибора заключалось в том, что с его помощью можно было наблюдать живые клетки микроорганизмов, что далеко не всегда возможно при работе с обычным микроскопом. Чтобы хорошо рассмотреть препарат в световой микроскоп, микроорганизмы обычно фиксируют (убивают) и окрашивают; при этом существует опасность изменения структуры клетки, появления "артефактов" (искусственно вызванных процессов или образований). Поэтому очень важно наблюдать организмы в живом состоянии. Фазово-контрастный микроскоп обладает специальным приспособлением, которое изменяет длину пути световых волн, исходящих от наблюдаемого объекта, благодаря чему возникает фазовый сдвиг на одну четвертую длины волны. Это усиливает рельеф изучаемого объекта и помогает увидеть некоторые мелкие элементы структуры клеток.

Близкий родственник фазово-контрастного микроскопа — интерференционный микроскоп, изобретенный французским физиком Г. Номарским, позволяет детально изучить поверхность клеток.

В настоящее время широко используются люминесцентные микроскопы. Само явление люминесценции, в частности, его природные проявления известны с незапамятных времен: свечение некоторых минералов, полярные сияния и так далее. Начатые в конце XIX века систематические исследования люминесценции привели ученых к открытию рентгеновских лучей и радиоактивности. Люминесцентная микроскопия основана на свойстве различных объектов живой и неживой природы испускать видимый свет в одном диапазоне длин волн при их освещении световыми лучами другого диапазона длин волн. Поскольку длина волны лучей люминесценции всегда больше, чем длина волны лучей, ее возбуждающих, освещение объекта стараются проводить ультрафиолетовым светом, в этом случае используют специальный микроскоп с ультрафиолетовой техникой. В биологии люминесцентная микроскопия — незаменимое орудие в руках ученых. В значительной степени это связано с тем, что световые лучи позволяют наблюдать за живыми объектами, и с тем, что многие ткани и органы живых объектов либо обладают собственной флуоресценцией, либо весьма успешно поддаются люминесцентному окрашиванию специальными красителями — флуорохромами.

Трудно представить себе работу цитолога, цитохимика, генетика, микробиолога без электронного микроскопа, так широко используемого в современных лабораториях. Первый электронный микроскоп сконструировали сотрудники Высшей технической школы в Берлине М. Кнолль и Э. Руска в 1931 году. В 1940 году электронный микроскоп был создан в СССР А. А. Лебедевым и В. Н. Верцнером в Государственном оптическом институте в Ленинграде. Вскоре после окончания Великой Отечественной войны советская промышленность приступила к серийному выпуску этих приборов.

Роль световых лучей в электронном микроскопе играют пучки электронов. Их движением управляют электромагниты, заменяющие оптические линзы. Современный электронный микроскоп позволяет получить увеличение объекта в несколько сот тысяч раз.

Однако при таком увеличении клетки растений, грибов, бактерий оказываются слишком плотными, и лучи электронов не могут пройти через них. Получить сверхтонкие срезы клеток позволяет специальный микрохирургический прибор — ультрамикротом.

Исследователи, работающие на электронном микроскопе, добились необыкновенных успехов и превзошли, пожалуй, знаменитого Левшу, сумевшего подковать блоху. Клетку диаметром около 15 микрометров, предварительно залитую особым быстро затвердевающим веществом аралдитом, нарезают ультрамикротомом на 750 тончайших срезов, каждый из которых не толще 0,02 микрометра!

Однако при использовании электронного микроскопа все наблюдения должны проводиться в вакууме, так как воздух представляет для электронов непреодолимое препятствие. Вакуум же приводит к немедленному обезвоживанию и гибели всех живых клеток.

Но исследователи смогли устранить и этот недостаток. Французские ученые из Института электронной микроскопии в Тулузе решили использовать более высокое напряжение для разгона потоков электронов. В обычном электронном микроскопе это напряжение составляет 100 000 вольт. Французы использовали напряжение 1 500 000 вольт, в результате чего скорость электронов приблизилась к скорости света. На пути исследователей возникло много технических трудностей: следовало оградить обслуживающий персонал от вредного воздействия рентгеновских лучей, образующихся при попадании электронов на металлические части аппарата; создать электромагнитные линзы, весящие 700 килограммов, и так далее. Кроме того, при столь высоком напряжении большую опасность представляет влажность воздуха, поэтому все сооружение пришлось поместить в металлическую сферу диаметром 24 метра. При ускорении, созданном в таком электронном микроскопе, электроны проникают не только через тончайший слой воздуха, но и через живые клетки. Конечно, продолжительное воздействие электронов повреждает клетки, а позднее и убивает их, но тем не менее какое-то время они остаются живыми и неизменными.

С помощью всех этих приборов ученые смогли проникнуть и в клетку гриба, узнать ее строение, открыть ее тайны.

Строение грибной клетки

Клетка гриба, как броней, одета твердой оболочкой, основу которой составляет клеточная стенка. Она содержит сахара, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, а также хитин (подобно наружному скелету насекомых и ракообразных).[4] В наружных частях клеточной оболочки часто можно обнаружить темные пигменты — меланины. К внутренней стороне клеточной стенки примыкает цитоплазматическая мембрана — плазмалемма. Одна из основных ее функций — поддерживать в клетке определенное осмотическое давление. Сквозь плазмалемму внутрь клетки поступают вещества, служащие источником питания, а наружу выделяются продукты химической активности клетки. Таким образом, цитоплазматическая мембрана играет роль пограничной стражи, которая пропускает внутрь клетки или выдворяет из нее определенные вещества, причем сама активно способствует этому процессу. Важнейшей структурой клетки является эндоплазматический ретикулум — система канальцев и пузырьков (цистерн). Различают два типа эндоплазматического ретикулума — гладкий и зернистый. На поверхности последнего расположены рибосомы — основные центры синтеза белка.

В клетках грибов, как и в клетках растительных и животных организмов, обнаружены митохондрии — особые энергетические станции клеток. В них протекают процессы химического преобразования веществ, благодаря которым клетка приобретает необходимую ей энергию.

Важный жизненный центр клетки — ядро. Это — "планирующий орган", управляющий деятельностью клетки и обеспечивающий передачу наследственных свойств от одного поколения другому. Ответственность за эту операцию несут, как уже говорилось, молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), содержащиеся в ядре. У грибов встречаются одноядерные (монокарионы), двухъядерные (дикарионы) и многоядерные (мультикарионы) клетки. Ядра грибных клеток обладают интересной особенностью — они могут передвигаться из старых частей мицелия к растущим. Механизм этого движения пока еще до конца не изучен.

В клетках гриба есть свои кладовые, где хранятся запасы питательных веществ; гликоген в виде гранул содержится в цитоплазме, там же можно обнаружить капли масла и волютин (питательное вещество, состоящее из полифосфатов, а также соединений, близких к нуклеиновым кислотам).

Что можно увидеть в лаборатории

Читателя, случайно попавшего в лабораторию миколога или микробиолога, поразит обилие стеклянных сосудов различной формы — цилиндрических, шарообразных, плоских, больших и маленьких — для выращивания грибов, для приготовления питательных сред и различных реактивов, необходимых для изучения грибов. Многие сосуды названы по имени ученых, впервые применивших их в своей работе. Здесь можно увидеть колбы Пастера, Эрленмейера и Бунзена, матрас Ру, чашки Петри и Коха.

Мытье лабораторной посуды — это искусство, которым должен овладеть каждый ученый, проводящий лабораторный эксперимент. От чистоты посуды часто зависит судьба и успех опыта. В настоящее время промышленность облегчает работу ученых. Например, налажен выпуск стерильных чашек Петри одноразового пользования из пластмассы, упакованных в полиэтиленовые пакеты.

Сосуды с культурами грибов хранятся в специальных шкафах — термостатах, сохраняющих определенную температуру, благоприятную для роста грибов.

На полке в ряд выстроились бутылочки с красными, синими, зелеными, черными растворами — разнообразными красителями, используемыми для окраски грибов при изучении их под микроскопом. Большинство красителей, применяемых в микробиологии и микологии, принадлежит к производным анилина (анилиновые красители). Они представляют собой нейтральные соединения, построенные по типу солей, причем у одних красящее начало принадлежит основанию (основные или ядерные красители), а у других кислоте (кислые или протоплазматические красители). Комбинацией контрастных цветов основных и кислых красителей можно дифференцировать ядро и протоплазму. Кроме искусственных анилиновых красителей в микробиологии и микологии находят применение также естественные краски животного или растительного происхождения, например, кармин, добываемый из кошенили, а также гематоксилин, получаемый из кампешевого дерева.

"Меню грибов"

Грибы очень требовательны к пище, поэтому в лаборатории хранится весьма разнообразный ассортимент питательных веществ, необходимых для приготовления питательных сред. Для нормального развития гриба нужно, чтобы среда содержала все необходимые для него элементы, причем в форме, наиболее подходящей для усвоения.

Каково же "меню" грибов? Основу их питания составляют два элемента — углерод и азот. Источниками углерода служат различные углеводы; например, сахароза, глюкоза, фруктоза, инулин, крахмал. Источники азота могут быть минеральными (азотнокислый калий, азотнокислый натрий и другие) и органическими (пептон, дрожжевой экстракт). Многие грибы предпочитают твердые питательные среды, поэтому в питательную среду вводят вещество, которое способствует превращению питательной жидкости в твердый субстрат. Впервые такое вещество применил немецкий ученый Роберт Кох, посвятивший свою жизнь исследованию всевозможных заразных болезней.

Он добавлял в горячие питательные растворы желатину, превращающую жидкость в желе. Желатина — вещество белковой природы и поэтому под воздействием микроорганизмов разлагается и разжижается. Кроме того, желатиновое желе начинает превращаться в жидкость уже при температуре 28° С. Выход из этого положения нашли совершенно случайно. Ассистент Коха В. Гессе пожаловался жене на неудачи опытов с желатиной. Она вспомнила, что на Дальнем Востоке для приготовления многих блюд использовали в качестве желатиноподобного вещества агар-агар — продукт, получаемый из некоторых видов морских водорослей. Было решено попробовать агар в качестве вещества, способствующего затвердению питательных сред. И он вполне оправдал надежды ученых. Работать с ним оказалось очень удобно.

Микроскопические гурманы

Одно время ученых серьезно занимала мысль подыскать питательную среду, которая имела бы универсальное значение и могла служить для питания всех микроорганизмов, в том числе и микроскопических грибов. Бесплодность этих попыток совершенно очевидна, так как жизненные потребности отдельных организмов очень разнообразны.

Жизнь огромного большинства микроорганизмов неразрывно связана с окислительными процессами, но для некоторых видов, как уже говорилось, свободный кислород является ядом. Одни организмы предпочитают щелочную реакцию среды, другие — кислую. По мере развития микробиологии и экспериментальной микологии увеличивается список сред, предлагаемых микроскопическим "гурманам", и микробиологическая кухня, по своему разнообразию и изысканности мало чем уступающая знаменитой французской, с каждым годом пополняется все новыми и новыми рецептами сред. В качестве примера можно привести черносливовую или вишневую агаризированную питательную среду для выращивания гриба Склеротиния — возбудителя болезни плодов, виноградную желатину — среду для почвенных грибов и тому подобное. Различные микроорганизмы предъявляют к пище далеко не одинаковые требования. Одни из них удовлетворяются более чем скромным питанием, другие чрезвычайно разборчивы. При этом следует отметить, что нетребовательных к пище микроорганизмов немного. Большинство из них — виды, необычайно капризные, среди них есть много таких "лакомок", которые не могут обойтись без витаминов.

Микроорганизмы в естественных условиях потребляют, как правило, сырые продукты, содержащие необходимые для них вещества. Микробиологи и микологи, готовя пищу для микроскопических, да и не только микроскопических, грибов, обязательно подвергают ее стерилизации. Этой процедурой они уничтожают все микроорганизмы, находящиеся в питательных средах и сосудах для того, чтобы грибы, помещаемые на среду, попали на абсолютно стерильный субстрат.

Методы стерилизации

[4] С помощью электронного микроскопа интересные результаты получили чехословацкие исследователи из города Брно. Они растворяли клеточную стенку дрожжевых грибов с помощью фермента, выделяемого виноградной улиткой. Такие протопласты (то есть клетки без клеточной оболочки) — отличная модель, на которой можно наблюдать формирование клеточных стенок