Хищные микроскопические грибы

 

Хищный образ жизни ведут не только животные и плотоядные растения. В мире микробов также есть свои представители хищников. Каулобактерии, поражая другие виды бактерий, вызывают их гибель. Мы не будем пока говорить о простейших, которые питаются бактериями, а расскажем о «плотоядных» грибах, отличающихся очень любопытным способом пленения своей жертвы.

Самый простой способ «охоты» мы обнаруживаем у водных одноклеточных грибов. Они размножаются мелкими спорами, которые закрепляются на теле водяных червей. Когда спора прорастает, гифы гриба проникают в тело червя и там образуют спорангии, в которых зарождается новая генерация спор. Червь, пораженный паразитом, скоро погибает, а все его тело заполняется гифами гриба.

Одноклеточные грибы применяют и другой способ «охоты». Стоит червю приблизиться к гифам, как из них начинают выделяться липкие вещества. Червь прилипает к гифе, и из нее очень быстро начинают вырастать «побеги», которые проникают в тело червя, обреченного на верную гибель. Его тело становится пищей хищного гриба. Сходные хищные грибы живут и в почве. Они являются очень важными представителями почвенной микрофлоры и серьезными врагами червей.

К наиболее распространенным хищным грибам относится вид, известный среди специалистов под названием Arthrobotrys oligospora. Для ловли своей жертвы он создает тонкую сеть из скрещивающихся под прямым углом ответвлений грибницы. Поверхность клеток, из которых состоит сеть, покрыта липким веществом. К ней пристает коснувшийся сетки червь, после чего из ближайших клеток начинает выделяться обволакивающее жертву липкое вещество. Метод надежный, червю лишь в очень редких случаях удается выбраться из ловушки.

 

 

«Гарота» хищных микроскопических грибов, используемая ими для ловли червей.

 

И хотя он еще шевелится и трясет злополучную сеть – все напрасно. Движения червя слабеют, и часа через два он погибает. Непосредственная причина его гибели неизвестна, вполне возможно, что гриб выделяет какие‑то ядовитые вещества, убивающие жертву. Очень скоро после смерти червя гифы гриба проникают в его тело и через 24 ч от него остается одна оболочка.

Кроме описанных липких сетей, некоторые хищные плесневые грибы имеют и другие виды механических ловушек. Так, гриб Dactylaria Candida образует кольчатые ловушки. Из гифы мицелия вырастает ножка, заканчивающаяся тремя рожкообразно искривленными клетками, которые постепенно соединяются, образуя кольцо. Внутренний диаметр кольца таков, что червь, попавший в кольцо и пытающийся продвинуться вперед, как бы заклинивается в этой своеобразной воронке и выбраться из нее уже не в состоянии. Эпилог этой драмы краток: в тело жертвы внедряются гифы гриба и поглощают все, что можно поглотить.

Известны также ловушки, активно участвующие в ловле жертвы. Такую ловушку представляет выросшее из гифы колечко, которое напоминает скрученный крысиный хвост или петлю лассо ковбоев. Стоит червю попасть в колечко, как клетки кольца резко стягиваются и червь погибает. Эта система напоминает обруч гароты, некогда употреблявшийся в Испании для казни: обруч при помощи винтов стягивался вокруг шеи и душил осужденного.

Как же действует такая «гарота» у хищных грибов? Кольцо состоит обычно из трех продолговатых клеток и ножкой прикрепляется к гифе мицелия. Все три клетки на внутренней стороне чувствительны к прикосновению. Когда червь случайно попадает в это кольцо, начинает действовать сжимающий механизм. Объем клеток увеличивается втрое, они расширяются изнутри, и отверстие кольца сильно сужается. Вырваться из этих «объятий» жертва уже не может, она резко дергается и затихает. Все это происходит очень быстро – уже через несколько секунд после того, как червь вошел в кольцо. Гифы прорастают из клеток кольца в тело червя и «поедают» его содержимое.

Какой же импульс заставляет эти грибы вести подобный хищнический образ жизни? Почвенные микробиологи выделили и вырастили чистые культуры «хищников». Оказалось, что при искусственном выращивании грибы не образуют ловушек. Но как только в питательный раствор помещали червей, тотчас появлялись пресловутые ловушки. Они появлялись также при добавлении в раствор фильтрата жидкости, в которой до того были черви. Такое же действие оказывало введение в раствор лошадиной сыворотки или экстрактов из различных органов животных. Ловушки не образовывались, если в раствор добавляли экстракты из растений. Логично сделать предположение, что хищные грибы образуют свои ловушки под влиянием каких‑то соединений животного происхождения. Поиск этих соединений привел к выделению из организма червей активного вещества неамина, стимулирующего возникновение ловушек и сетей. Хищные плесневые грибы – постоянные обитатели обрабатываемой почвы. Изучение их «охотничьих» наклонностей привело к мысли использовать грибы в биологической борьбе против червей, наносящих серьезный ущерб полевым культурам.

Первые опыты были проведены перед второй мировой войной на Гавайских островах в целях борьбы с круглыми червями (нематодами), которые повреждали корни растений ананаса и вызывали образование на них утолщений. Искусственное введение в почву хищных грибов не дало положительных результатов, но внесение в почву остатков некоторых растений несколько повысило активность этих грибов.

Дальнейшие опыты проводили уже во время войны во Франции. Было доказано, что хищные грибы не вредят ни культурным растениям, ни домашним животным. В послевоенные годы ученые Советского Союза, Англии и США занимались вопросами использования хищных грибов в борьбе с нематодами. В частности, были достигнуты определенные успехи в борьбе с вредителями картофеля, овса и других культур.

В настоящее время трудно судить, какие практические результаты могут дать эти опыты в будущем. Но, по‑видимому, грибы с «охотничьими» наклонностями представляют интерес не только как курьезный случай в сфере взаимоотношений организмов в природе.

 

Дружба микроорганизмов

 

Среди разнообразнейших представителей мира микробов развились и «дружеские», симбиотические отношения. Интересны, например, взаимоотношения между некоторыми простейшими и водорослями. В клетках инфузорий часто живут симбиотические зеленые или сине‑зеленые водоросли. Как автотрофные организмы они могут снабжать простейших сахарами, а также кислородом, освобождающимся в процессе фотосинтеза. Но, как мы знаем, симбиоз должен быть полезен обоим партнерам. Какую же пользу извлекает водоросль, живущая в клетке простейшего? Оказывается, простейшее в процессе дыхания разлагает сахара, получаемые фотосинтезирующей клеткой водоросли, до их конечных продуктов – углекислого газа и воды, используя при этом кислород. Освобожденный углекислый газ и воду поглощает водоросль, которая в процессе фотосинтеза выделяет кислород, необходимый для дыхания простейшего. Миниатюрный «круговорот» углерода, кислорода и водорода, происходящий между хозяином и микроскопической водорослью, можно представить следующей схемой:

 

Другим примером может служить симбиоз азотобактера с бактериями, разлагающими целлюлозу. В результате разложения образуются сахара и различные органические кислоты, представляющие хорошую углеродную пищу для азотобактера. Азотобактер усваивает азот прямо из воздуха и переводит его в органические азотные вещества, используемые бактериями, которые разлагают целлюлозу. Подобные взаимоотношения существуют и между азотобактером и зелеными водорослями. Первый является «поставщиком» азотных соединений, тогда как водоросли поставляют не только углеродные соединения, но одновременно и запасы энергии.

Народы, населяющие Кавказ, издавна приготовляют кефир. Этот диетический напиток получается в результате действия бактерий и дрожжей, вводимых в молоко в виде так называемых кефирных «зерен». Между молочнокислыми бактериями и дрожжевыми грибами существуют симбиотические отношения. Молочнокислые бактерии разлагают молочный сахар (лактозу) на простые сахара (глюкозу и галактозу), доступные дрожжам, и те сбраживают их до спирта. Дрожжи поставляют еще витамины группы В, которые потребляют молочнокислые бактерии. Так образуется кефир, содержащий молочную кислоту – результат деятельности молочнокислых бактерий, и этиловый спирт – результат деятельности дрожжей.

Нередким примером других взаимоотношений может быть так называемый метабиоз, когда один микроорганизм потребляет продукты жизнедеятельности другого. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиачный азот в нитриты, а затем в нитраты. Первую фазу этого процесса осуществляет одна группа нитрифицирующих бактерий, после чего в действие вступает вторая группа, окисляющая нитриты в нитраты, но неспособная самостоятельно окислять аммиак. Бактерии, разлагающие белки до аминокислот, обеспечивают жизнь другим микробам, использующим эти аминокислоты в качестве ценного для них азотного питания.

В почве живут аэробные бактерии, которые могут расти и развиваться только в присутствии кислорода. На анаэробные же бактерии кислород действует как яд. Что охраняет почвенные анаэробные бактерии от губительного воздействия кислорода? Аэробные бактерии, которые потребляют кислород, присутствующий в почве. Анаэробные бактерии в свою очередь разлагают целлюлозу, при этом образуются органические кислоты, являющиеся богатым источником энергии и углерода для аэробных бактерий. Таким образом, деятельность этих двух групп бактерий взаимно дополняет друг друга. Одни из них потребляют кислород и органические кислоты, другие, защищенные от губительного действия кислорода, образуют в результате разложения целлюлозы упомянутые кислоты.

 

Сражающиеся микробы

 

Борьба за жизнь происходит и в мире микробов. Она идет обычно там, где возникает недостаток питательных веществ и организмы вынуждены получать их в условиях острой конкуренции с другими микробами. В этой борьбе за источники питания победителем становится обычно та группа организмов, которая имеет какие‑то преимущества перед своими конкурентами. Молочнокислые бактерии, например, становятся преобладающей группой в молоке, потому что, сбраживая молочный сахар и превращая его в молочную кислоту, создают среду, непригодную для жизни гнилостных бактерий.

Мелкие бактерии Bdellovibrio bacteriovorus известны как паразиты. Если ввести их в питательный раствор вместе с другими бактериями, то они очень быстро, всего за несколько секунд, добираются до своих жертв и прочно прикрепляются к их клеткам. Через 3 мин паразиты уже начинают проникать в клетки, а еще через 22 мин оказываются внутри их. У пораженных клеток изменяется форма, а паразиты, уничтожая содержимое своей жертвы, интенсивно размножаются и выбираются в окружающую среду, готовые к новой атаке.

Борьба за существование микробов нашла свое отражение и в явлении антагонизма. По‑видимому, самые интенсивные сражения между микробами происходят в почве, микроскопическое население которой всегда очень пестро. В каждом грамме почвы в этих баталиях принимают участие до нескольких сотен миллионов микробов.

Антагонизм микробов в почве наблюдал и описывал еще Л. Пастер. Он знал, что от больных людей или животных болезнетворные микробы попадают в почву самыми различными путями (с экскрементами и пр.). А это означает, что почва может быть важным фактором в распространении заболеваний. И люди и животные постоянно соприкасаются с почвой, пьют воду из естественных источников, употребляют в пищу плоды растений. Не угрожает ли им при этом опасность заражения? Пастер вместе со своими сотрудниками вводил в почву различные болезнетворные микробы и через некоторое время обнаруживал, что все они погибали.

Затем он провел другой опыт. В культуру антракса (возбудителя сибирской язвы), которая интенсивно развивалась в стерилизованной моче, проникли (вследствие небрежности) бактерии из воздуха и быстро размножились там. Пастер с удивлением обнаружил, что в «загрязненной» колбе бациллы антракса исчезли. Единственным объяснением могло быть, что культуру бацилл уничтожили «гости» из воздуха. Это привело его к выводу о возможности использовать антагонизм микробов в лечении болезней, возбудителями которых являются микроорганизмы.

 

 

Паразит бактерий Bdellovibrio bacteriovorus. а – паразит атакует бактерию Pseudom onas, превосходящую его по величине; б – разрез через полуразрушенную бактерию‑хозяина (справа – клетка паразита).

 

Ученик Пастера И. И. Мечников, ставший горячим сторонником лечения при помощи микроорганизмов, объяснил подавляющее влияние одних микробов на другие выделением каких‑то ядовитых соединений. Это явление стали называть антибиозом, а позднее ученым удалось выделить из антибиотических микробов вещества, предсказанные еще Мечниковым. Теперь мы называем их антибиотиками. Что же представляют собой антибиотики? Микробиолог С. Я. Ваксман, получивший в 1943 году стрептомицин – антибиотик, применяющийся при лечении туберкулеза, – так определяет эти вещества: «Антибиотиками мы называем химические вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами и обладающие свойством даже в очень малых дозах прекращать рост и размножение других микробов или же убивать их».

В 1896 году итальянский врач Госсио занимался изучением пеллагры. Возникновение этой болезни приписывали ввозимому из азиатских стран рису, который при неправильном методе хранения покрывался плесенью. Теперь мы уже знаем, что пеллагра – авитаминоз, возникающий в результате недостатка в питании одного из витаминов группы В (никотиновой кислоты). Госсио не смог установить возбудителя пеллагры, но попутно он сделал одно важное открытие.

Из заплесневевших зерен риса ему удалось выделить культуру зеленоватого микроскопического гриба, оказывающего антибиотическое влияние на бактерии. Он вырастил этот гриб в жидкой питательной среде, которую затем подверг фильтрованию. Из фильтрата он получил небольшое количество кристаллического вещества, губительно действовавшего на бактерии. Это был первый полученный в чистом виде антибиотик.

В настоящее время, в век антибиотиков, нам трудно даже представить себе современную медицину без этих веществ. Сбывается мечта Л. Пастера бороться с болезнетворными микробами при помощи других «доброжелательных» микробов.

 

Враги здоровья

 

Известно, что болезнетворные микробы могут быть перенесены с больного организма на здоровый. Однако возможность переноса и заболевания бывает в той или иной степени ограничена. Решающую роль при этом играет ряд факторов.

Прежде всего это количество микробов, попавших с пораженного организма в окружающую среду. Чем больше микробов, тем больше вероятность заражения других существ. Следующий важный фактор – время. Самым опасным источником болезнетворных микробов являются бациллоносители, распространяющие микробы неделю, год, два и дольше. Напомним о бациллоносителях брюшного тифа, которые могут быть угрозой для окружающих в течение ряда лет.

Микробы угрожают не только здоровью и жизни человека. Мы видели, что их жертвами могут стать насекомые и мелкие черви. Не меньшую опасность представляют они и для многих высших животных и растений.

О том, что микробы с давних пор угрожали человеку, животным и растениям, а также о том, что в далеком прошлом победа в неравном бою очень часто была на их стороне, мы подробно расскажем в четвертой части книги. К нашим извечным врагам принадлежит и еще одна группа микроорганизмов – долгое время остававшихся невидимыми и тем более опасных для человека. Это вирусы.