Грибы и лишайники
Царство грибов, строение, жизнедеятельность, размножение. Использование грибов для получения продуктов питания и лекарств. Распознавание съедобных и ядовитых грибов. Лишайники, их разнообразие, особенности строения и жизнедеятельности. Роль в природе грибов и лишайников
Царство грибов
К грибам относят одноклеточные и многоклеточные эукариотические организмы, которым присущи гетеротрофное питание, прикрепленный способ жизни и неограниченный рост. Клетки грибов обычно имеют хитиновые клеточные стенки, а их основным запасным веществом является гликоген. Размножаются грибы преимущественно спорами.
Встречаются представители царства повсеместно, от экватора до льдов Арктики и Антарктиды, но особенно много их во влажных тропиках. Грибы освоили все среды обитания, даже водную и внутреннюю среду других организмов. Они живут на камнях, деревьях, почве и других субстратах.
Первые грибоподобные организмы, по-видимому, появились на Земле около 800 млн лет назад, однако широко распространились они только около 400–450 млн лет назад. Скорее всего, разные группы грибов произошли независимо друг от друга от различных предков.
В связи с тем, что грибам присущ целый ряд признаков, характерных для растений (неспособность к активному перемещению тела в пространстве, неограниченный рост, большая площадь поверхности и расчлененность тела, а также наличие клеточной стенки), их длительное время относили к царству растений. Однако гетеротрофность и отсутствие пластид, что сближает их с животными, послужили достаточным основанием для выделения в отдельное царство. В настоящее время описано уже более 100 000 видов грибов, к этому же царству относятся и лишайники. Изучением их строения, особенностей жизнедеятельности, биологического разнообразия и распространения занимается наука микология.
Строение грибов
Тело многоклеточного гриба представляет собой совокупность тонких нитей — гиф и называется грибницей, или мицелием. По строению мицелия грибы делятся на низшие и высшие. У низших грибов поперечные стенки между клетками гиф разрушены, поэтому их мицелий называется неклеточным. В отличие от низших, мицелий высших грибов является клеточным, однако и у них в поперечных клеточных стенках имеются отверстия, связывающие цитоплазмы соседних клеток. На грибнице могут образовываться органы спороношения со спорами, которые часто окрашены в различные цвета. К многоклеточным грибам относятся белый гриб, опята, лисички, мухоморы, плесневые грибы и др.
Мицелий ряда грибов может формировать плотные скопления гиф, например плодовые тела — вместилища спороносных органов. Плодовые тела могут быть крайне разнообразными по величине и строению, однако наибольшее внимание привлекают шляпочные грибы, к которым относится большинство съедобных.
Плодовое тело у шляпочных грибов четко делится на шляпку и ножку. На нижней стороне шляпки могут быть заметны пластинки (у пластинчатых грибов — шампиньона, лисичек, вешенки) или мельчайшие трубочки (у трубчатых грибов — боровика, подосиновика). На пластинках и в трубочках образуются споры, обеспечивающие распространение грибов.
Одноклеточные грибы не имеют гиф и мицелия, и даже если у них возникают цепочки клеток в результате почкования, как у дрожжей, то такая структура называется псевдомицелием.
Клетки грибов содержат одно-два или несколько ядер и все типичные для эукариотических организмов органоиды, за исключением пластид. У ряда грибов в клетках имеются вакуоли, выполняющие функцию осморегуляции. В качестве основного запасающего вещества они накапливают гликоген, реже — жиры. Клеточные стенки грибов содержат хитин, который организм человека переварить не может, в связи с чем питательная ценность грибов является сомнительной.
Жизнедеятельность грибов
Грибы — типичные гетеротрофы. Наличие разветвленного мицелия позволяет им максимально оккупировать окружающее пространство для извлечения из него питательных веществ. Однако наличие твердой клеточной стенки вынуждает грибы выделять в субстрат ферменты расщепления, а затем поглощать растворенные вещества всей поверхностью клетки. Такой способ питания называется осмотрофным. Он вынуждает гриб погружаться в субстрат как можно глубже, но это затрудняет его распространение, которое осуществляется при помощи спор. Споры выносятся на поверхность специальными выростами мицелия. Естественно, что тело грибов не может иметь таких крупных размеров, как тела животных и растений, однако протяженность их гиф намного превышает длину всех корней растений.
Большинство грибов является сапротрофами или мутуалистами, однако есть среди них и хищные, и паразитические формы, вызывающие болезни человека, животных и растений.
Сапротрофные грибы осуществляют расщепление органических остатков растительного и животного происхождения до более простых соединений, зачастую неорганических. Тем самым они принимают участие в биогеохимических процессах круговорота веществ в биосфере, в том числе в циклах углерода, азота и др. К сапротрофным грибам относятся, например, плесневые грибы — пеницилл, мукор, ризопус, способные преобразовывать органические субстраты, на которых они поселяются. Многие из них портят продукты питания, например хлеб, овощи, фрукты и др..
Несмотря на то, что грибы — аэробные организмы, они также могут осуществлять и процессы брожения (дрожжи, аспергилл). Дрожжи извлекают энергию из субстрата в процессе спиртового брожения, в результате которого образуются этиловый спирт и углекислый газ. Они широко используются в хлебопечении, виноделии, пивоварении и других отраслях пищевой промышленности.
Мутуалистические грибы могут образовывать с корнями приблизительно 80 % видов современных растений грибокорень, или микоризу. Оплетая корни или проникая в них вглубь мицелий гриба как бы заменяет собой корневые волоски, увеличивая площадь поверхности всасывания.
Микоризный гриб поставляет растению воду и минеральные соли, тогда как растение предоставляет ему органические вещества. Кроме того, грибы производят биологически активные вещества, служащие растениям, переводят содержащиеся в почве соединения фосфора в более доступную для растений форму, защищают растения от проникновения паразитов и способствуют транспорту веществ между растениями. Микоризными грибами являются белый гриб, трюфель и др..
Многие растения и грибы образуют настолько устойчивые симбиозы, что без гриба растение не может даже прорастать, как это происходит в случае орхидей. Другим примером симбиоза гриба и растения являются лишайники, которые будут рассмотрены ниже.
Хищные грибы способны улавливать круглых червей и крупных одноклеточных, иногда даже образовывая сложные приспособления для захвата добычи.
У грибов известны случаи сверхпаразитизма, когда они паразитируют на представителях своего же царства, однако наиболее существенный вред грибы-паразиты наносят растениям, животным и человеку, вызывая специфические заболевания — микозы. Особенно многочисленны заболевания, вызываемые грибами у растений. Чаще всего гриб проникает в тело растения через различные повреждения или естественные отверстия, например устьица, однако некоторые представители царства выделяют ферменты, которые делают проницаемыми для гиф гриба даже клеточные стенки. Специализированные гифы паразитических грибов называются гаусториями.
Размножение грибов
Размножаются грибы бесполым и половым способом. Бесполое размножение у одноклеточных грибов, таких как дрожжи, происходит почкованием, тогда как у многоклеточных возможно разделение мицелия на несколько частей, однако чаще у них образуются споры. Споры грибов — это очень мелкие одноклеточные образования, с помощью которых происходит расселение. Количество спор гриба измеряется тысячами и миллионами, их можно встретить повсеместно, вплоть до 100 км над поверхностью планеты в атмосфере.
У грибов известны и половые процессы, однако они настолько разнообразны, что учитываются при классификации грибов. Но даже после полового процесса у них образуются споры.
Систематика грибов
Несмотря на то, что грибы известны человеку и тщательно изучаются им достаточно длительное время, классификация этого царства пока еще находится в стадии становления. По особенностям строения, спороношения и полового процесса грибы делят на ряд отделов, наиболее крупными из которых являются Зигомицеты, Аскомицеты, Базидиомицеты и Лишайники. Зигомицеты — это низшие грибы. К ним относятся грибы, образующие серые или черные плесени на хлебе и других углеводных продуктах, — мукор и ризопус.
Аскомицеты и базидиомицеты принадлежат к высшим грибам. Отличительной особенностью аскомицетов, или сумчатых грибов, является спороношение в особых сумках, или асках. Споры, созревающие в сумках, называются аскоспорами. К данной группе относятся дрожжи, сморчки, строчки, трюфели, пеницилл, аспергилл и паразит злаков — спорынья.
У базидиомицетов сумки не образуются, их споры созревают на иных образованиях — базидиях. Базидиальными грибами являются белый гриб, опенок, мухоморы, бледная поганка, головня и др.
К грибам также относят и лишайники.
Использование грибов для получения продуктов питания и лекарств
Грибы с давних пор используются человеком в пищу, в последнее время широкое распространение получили искусственно выращенные шампиньоны, шиитаке, вешенка и др. Поскольку грибы нетребовательны к субстрату, грибоводство решает очень важную проблему утилизации отходов деревообрабатывающей, пищевой промышленностей и сельского хозяйства, так как их выращивают на опилках, подсолнечной шелухе или соломе.
В пищевой промышленности грибы используются при изготовлении молочнокислых продуктов, в хлебопечении, виноделии и пивоварении, при изготовлении мясных и колбасных изделий, получении лимонной кислоты. Например, получение знаменитых французских сыров Рокфор и Бри невозможно без плесневых грибов, тогда как в производстве кефира и хлеба применяются дрожжи, выделяющие в процессе брожения углекислый газ.
Не меньшее значение имеет и получение из грибов лекарственных препаратов — антибиотиков. Хотя в настоящее время большую часть этих биологически активных веществ получают из других микроорганизмов, именно грибные антибиотики — пенициллины и цефалоспорины обеспечивают выживание пациентов даже при таких тяжелых состояниях, как перитонит или сепсис. Недавно открытые антибиотики — циклоспорины — искусственно снижают иммунитет организма, что позволило поставить трансплантацию (пересадку) органов на новую основу.
Распознавание съедобных и ядовитых грибов
Основными причинами отравлений грибами являются неумение распознавать съедобные и ядовитые грибы, употребление в пищу старых и испорченных грибов, неправильное приготовление блюд из некоторых съедобных грибов, а также возможные мутации съедобных грибов и накопление ими токсических веществ, содержащихся в среде. Поэтому нельзя собирать незнакомые, старые и поврежденные грибы, и тем более съедобные экземпляры, растущие вблизи магистралей, промышленных предприятий, пробовать грибы на вкус и готовить их без предварительной проварки.
Грибы делятся на съедобные и условно съедобные. К хорошо различимым съедобным грибам относятся лисичка, белый гриб, подосиновик, подберезовик, масленок обыкновенный, опенок осенний, шампиньон обыкновенный и др.
Встречающаяся в хвойных и смешанных лесах с июня по октябрь лисичка имеет ярко-желтые упругие мясистые плодовые тела, с очень плотной, гладкой, постепенно утолщающейся и переходящей в шляпку ножкой. Сама шляпка плотная, мясистая, сначала выпуклая, с завернутым краем, а затем воронковидная. С нижней стороны пластинки с многочисленными перемычками, редкие, узкие, низко спускаются по ножке. Мякоть плотная, неломкая, имеет приятный запах и острый вкус. Лисичка — один из наиболее известных съедобных грибов, которые используются в свежем или консервированном виде. Плодовые тела лисички богаты витаминами РР и В1, микроэлементами, в том числе цинком и медью.
Белый гриб, или боровик, имеет крупные, толстые, мясистые плодовые тела. Шляпка 6–20 см в диаметре, у молодых грибов полусферическая, у взрослых — выпукло-распростертая, коричневая различных оттенков, гладкая или слегка морщинистая, голая и сухая, в сырую погоду немного клейкая. Спороносный слой трубчатый, легко отделяется от мякоти шляпки. Ножка у боровика светлая (грязно-белая или сероватая), вверху с тонким белым сетчатым узором. Мякоть плотная, белая, на сломе не изменяет цвета, имеет приятный запах и вкус. Растет белый гриб в лиственных и хвойных лесах, образуя микоризу с дубом, буком, грабом, березой, орешником, сосной, елью. Обладает лекарственными свойствами, в том числе рекомендуется при стенокардии, туберкулезе, для профилактики онкологических заболеваний.
Подосиновик легко узнать по шляпке, окрашенной в красный или оранжевый цвет. Поверхность шляпки гладкая. Ножка белая, покрыта темными волокнистыми чешуйками. Мякоть с приятным запахом и вкусом, на сломе сначала становится розово-оливковой, затем темнеет. Растет подосиновик на почвах в лиственных и смешанных лесах, преимущественно под осинами, с которыми образует микоризу.
Подберезовик отличается от подосиновика коричневой шляпкой без красных оттенков, а также тем, что образует микоризу преимущественно с березой.
У масленка обыкновенного шляпка выпукло-распростертая, желто-коричнево-бурая, в сырую погоду покрытая слизью. Края шляпки соединены с нижней белой плотной пленкой, которая со временем разрывается, образуя около ножки кольцо. Ножка у масленка центральная, плотная, гладкая, желто-коричневая. Мякоть белая, на сломе не изменяет цвета и имеет приятный запах и вкус. Трубчатый слой шляпки желтый, при прикосновении не изменяет цвета. Растет масленок преимущественно на песчаных почвах в сосновых лесах и образует микоризу с сосной.
Опенок осенний имеет плодовые тела среднего размера, реже — большие, с частичным покрывалом. Шляпка полукруглая, позднее плоско-распростертая, иногда с горбиком в центре, с тонким краем, рыжевато-коричневая, с темными чешуйками. Кожица легко снимается. Пластинки густые, тонкие, беловатые, приросшие, иногда слегка спускаются на ножку. Ножка центральная, цилиндрическая или слегка утолщенная книзу, плотная, волокнистая, пластинчато-чешуйчатая, со временем почти голая, цвета шляпки или светлее, у основания желтоватая. Кольцо на ножке беловатое, со временем исчезает. Мякоть белая, с приятным грибным запахом. Опенок растет преимущественно большими группами в лиственных и хвойных лесах.
Шампиньон обыкновенный имеет плодовые тела с центральной ножкой и шляпкой. Сначала шляпка полукруглая, позднее выпукло- или плоскораспростертая, белая, голая или с малозаметными прижатыми чешуйками, блестящая, шелковистая. Пластинки с нижней стороны шляпки свободные, широкие, густые, у молодого гриба бледно-розовые, позднее темнеют и приобретают темно-бурый цвет, почти черный. Ножка гладкая, цилиндрическая, плотная или с полостью и с остатками частичного покрывала (кольцо на ножке). Мякоть белая, на сломе слегка краснеет, с приятным запахом и вкусом.
Значительная часть шляпочных грибов ядовита для человека, иногда смертельно. Симптомы отравления могут проявляться как через 2–3 часа после употребления гриба, так и через несколько суток. Наиболее известными ядовитыми грибами являются мухомор красный и бледная поганка.
Шляпка мухомора красного окрашена в различные оттенки кирпично-красного цвета. На ее поверхности в виде белых пластинок сохраняются остатки общего покрывала. Ножка у основания утолщена. Мухомор красный растет в лиственных и хвойных лесах, его плодовые тела содержат нейротоксин мускарин.
Бледная поганка, или мухомор зеленый, имеет зеленоватую, светло-оливковатую, цвета бронзы, более темную к центру шляпку. Пластинки гименофора у нее всегда белые, густые, тонкие. Беловатая ножка к основанию постепенно утолщается, у основания имеет клубневидное расширение. На ножке, в верхней части, всегда есть широкое желтоватое кольцо — остаток частичного покрывала. Мякоть гриба белая, сладкая, однако имеет неприятный запах. Растет бледная поганка на почве в лиственных, преимущественно дубовых, буковых с орешником и смешанных лесах, обычно группами. Является смертельно ядовитым грибом, который содержит аматоксины и фаллотоксины. Смертельной дозой для человека является 2–3 г плодового тела. Чаще всего отравление бледной поганкой происходит из-за того, что ее ошибочно принимают за съедобную зеленушку, хотя зеленушка отличается от бледной поганки отсутствием кольца и остатков пленки в нижней части ножки, а также желтовато-зеленым цветом пластинок.
Лишайники, их разнообразие, особенности строения и жизнедеятельности
Лишайники представляют собой особую форму симбиотических организмов, образованных грибами и водорослями. Фотосинтезирующий компонент лишайников — это чаще всего цианобактерии или зеленые водоросли (всего около 30 родов). Водоросль предоставляет грибу органические вещества, а гриб обеспечивает ее водой и минеральными солями, поглощаемыми из субстрата. Истинные взаимоотношения между компонентами этих организмов до конца не выяснены, поскольку существуют полярные мнения, что гриб и водоросль либо сосуществуют на взаимовыгодной основе (этот тип взаимоотношений называется мутуализмом), либо гриб паразитирует на водоросли, хотя некоторые водоросли и грибы лишайников не встречаются в свободном состоянии.
Тело лишайника не расчленено на ткани и органы, поэтому его называют слоевищем, или талломом. Внутри слоевища лишайника грибы могут проникать в клетки водоросли при помощи особых выростов гиф, в большинстве же случаев между клетками компонентов лишайника находится толстая прослойка межклеточного вещества, через которое и происходит обмен веществ. На поперечном срезе заметно, что в одних лишайниках клетки водорослей равномерно рассеяны по слоевищу (гомеомерные лишайники), а в других сверху и снизу имеются корочки, образованные мицелием гриба, между которыми и располагается фотосинтезирующий компонент (гетеромерные лишайники).
В зависимости от морфологии слоевища лишайники делят на накипные, листоватые и кустистые. Наиболее высокоорганизованными из них являются кустистые лишайники: так называемый олений мох, образующий сплошной ковер в тундре, и уснеи, свисающие с деревьев. Накипные лишайники покрывают камни, кору деревьев, заборы и т. д. К ним относится, например, графис, образующий на коре граба своеобразный узор, похожий на древние письмена.
Листоватые лишайники более заметны, чем вросшие в субстрат накипные, особенно бросается в глаза встречающаяся почти повсеместно стенная золотянка.
Особенностью лишайников является их неприхотливость и способность высыхать до воздушно- сухого состояния, а затем вновь насыщать ткани водой и возобновлять процессы жизнедеятельности. Это позволило лишайникам занять самые невероятные экологические ниши, вплоть до бесплодных скал Антарктиды. Наиболее богата лишайниками северная флора.
Растут лишайники очень медленно — по 1–8 мм в год. По скорости этого роста можно не только определить возраст лишайника, но и установить, когда произошли изменения состояния окружающей среды, так как многие лишайники чутко реагируют на загрязнение воздуха.
Размножаются лишайники вегетативно или спорами. При вегетативном размножении от слоевища отделяются небольшие фрагменты, содержащие как грибной, так и водорослевый компоненты. Споры в лишайниках образует только гриб, однако при захвате им клеток водоросли образуется новое слоевище.
Систематическая принадлежность лишайников до конца неясна, так как одни авторы выделяют их в особый отдел царства грибов, а другие классифицируют по грибному компоненту, относя их к аскомицетам и базидиомицетам. Всего известно около 25 тыс. видов лишайников.
Роль в природе грибов и лишайников
Значение грибов в биосфере трудно переоценить, так как, кроме участия в биогеохимическом круговороте веществ, они обеспечивают процессы почвообразования, питания растений, и даже усиливают эволюционные процессы, способствуя обогащению экосистем новыми видами. С точки зрения экологии исчезновение грибов привело бы к быстрому накоплению органических остатков, остановке биогеохимических циклов, а также гибели всех растений и большинства животных вследствие отсутствия света, обеднения почв, затруднения передвижения и т. д.
Вместе с тем они наносят значительный ущерб человеку, делая продукты питания непригодными для употребления (дрожжи, плесневые грибы мукор, ризопус, пеницилл, аспергилл и др.), поражая древесные породы (трутовик, опенок) и предметы культуры — книги, ткани, картины, кожу (дрожжи).
Заражение важнейших сельскохозяйственных культур паразитическими грибами может существенно снизить их продуктивность либо вообще уничтожить урожай. К наиболее опасным из них относятся фитофтора картофеля, ржавчинные, головневые грибы и спорынья. Так, фитофтора в середине XIX века вызвала гибель более миллиона жителей Ирландии и эмиграцию еще полутора миллионов, погубив весь урожай картофеля. Развитие ржавчинных грибов приводит к образованию оранжевого налета на листьях и стеблях растений, а в результате жизнедеятельности головневых грибов колосья пшеницы выглядят как бы опаленными. Различные виды головни поражают цветки и зерновки злаков, что вызывает снижение урожайности. Спорынья пшеницы, помимо этого, может быть опасной для жизни и здоровья человека, поскольку употребление в пищу хлеба, намолоченного из пшеницы с ее сине-фиолетовыми «рожками» приводит к острому отравлению («злые корчи») и даже летальному исходу. Однако человек научился использовать свойства этих грибов, например из спорыньи получают лекарственные препараты.
Лишайники поселяются на непригодных для жизни других организмов субстратах, например стекле, камне, являясь одними из пионеров растительности. Возможность обитания, например на камнях, обусловлена особенностями обмена веществ: лишайники выделяют особые лишайниковые кислоты, способствующие выветриванию горных пород. В образованных трещинках и углублениях накапливаются различные частички, в том числе и органического вещества, образуемого лишайниками, тем самым они принимают непосредственное участие в процессах почвообразования.
Кустистые лишайники (собирательное название — «олений мох») в природе являются основным кормом для северных оленей в тундре. По-видимому, один из кустистых лишайников послужил также прообразом библейской манны небесной.
Лишайники используют в парфюмерной (фиксатор для духов) и химической (лакмус) промышленностях, медицине (для приготовления слизистых отваров и как средство от кашля), в экологических исследованиях как индикатор загрязнения атмосферы.
