ЭКОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Аутэкология организма — это важный и хорошо разработанный раздел современной экологии животных и растений. В отношении почвенных микроорганизмов он почти не разрабатывался, так как считали, что клетки настолько малы, что здесь трудно получить ценные сведения.

Вся физиология и биохимия разрабатываются на популяционном уровне (в отличие от растений и животных). Однако аутэкологии микроорганизмов следует уделять больше внимания. Изучение величины и морфологии клетки дает много ценного.
Организм и среда неразделимы. Эколог говорит: «Скажите, какова среда, и я отвечу, какие организмы здесь обитают. Скажите, каковы организмы, и я отвечу на вопрос об особенностях среды». Если известно кое-что о природе окружающих условий, то можно предсказать экологические особенности организмов, можем найти их. Напротив, если известно что-то об организмах, которых нашли в данном местообитании, тогда можно предсказать кое-что о природе окружающих условий. При проведении аутэкологических исследований исследователь должен постоянно переходить от опытов с лабораторными средами к опытам с почвой, используя все наблюдения как дополняющие друг друга.
Формы микроорганизмов разнообразны, что имеет большой экологический смысл (рис. 104). Форма фаготрофных организмов, например амеб, определяется их потребностью поглощать клетки бактерий или частицы органического вещества. Однако подавляющее большинство микроорганизмов поглощает только молекулы, причем в основном мелкие молекулы, но не полимеры. Форма палочек, спирилл и нитей по сравнению с шаром (кокки) увеличивает поверхность клеточной мембраны. В бедных средах больше этих форм, чем кокков. Это правило часто не выполняется для почв, однако, здесь кокковидную форму обычно имеют покоящиеся клетки. Сферические формы более устойчивы к высушиванию, вероятно, из-за более равномерного давления на клетку во время высушивания. Кокки и дрожжи являются наиболее обыкновенными аспорогенными микроорганизмами воздуха.

Рис. 104. Морфологическое различие типов бактериальных клеток


Олиготрофные бактерии в почве имеют различные выросты, стебельки, простеки и другие, что позволяет им увеличить площадь поверхности и собирать питание из разбавленных растворов. Строение клетка-стебелек-клетка позволяет видам, откладывающим на своей поверхности чехол из железа и марганца и образующим в почве ортштейны, выбраться из чехла и продолжать рост на поверхности железо-марганцевых конкреций (сравни с кораллами). Некоторые почвенные бактерии на богатой питательной среде имеют форму шара, но на бедной среде приобретают форму звезды (Stella humosa), т.е. резко увеличивают площадь поверхности.
Особое значение для жизни в почве имеет мицелиальное строение (грибы, актиномицеты). Нитчатое строение с верхушечным ростом в почве как в гетерогенной микрозональной среде дает такому микроорганизму явное преимущество. Он преодолевает микрозоны без источников питания и ищет благоприятные условия. Мицелиальные микроорганизмы — это типичные почвенные организмы (в отличие от водных). В почве грибы победили бактерии и стали главными потребителями растительных остатков, хотя в прежние геологические эпохи в воде в цианобактериальных матах, которые господствовали на земле, основными деструкторами были бактерии. Толщина мицелия актиномицетов в 5-10 раз тоньше мицелия грибов, они медленно растут и им труднее преодолевать большие пространства. Однако по биомассе в почве они составляют 25% общей биомассы прокариот. В их прогрессе большое значение имеет то, что они обладают мицелиаль- ным ростом, являются активными гидролитиками и образуют разнообразные антибиотики (стрептомицин, тетрациклины, ле- вомицетин и многие другие).
Размеры микроорганизмов имеют важнейшее экологическое значение и по диаметру варьируют в десятки тысяч раз: вирус 200 А, микоплазма 1000 А, бактерия 10 тыс.

А (1 мкм), толщина гиф грибов ЮОтыс. А (10 мкм), амеба 1 млн А (100 мкм). Одни из них благодаря гравитационным силам подвергаются быстрому осаждению, другие из-за броуновского движения вообще не осаждаются. Для осаждения большую роль играет подвижность клеток. Величина клеток имеет большое значение для скорости обменных процессов. В экологии существует общий закон: чем крупнее организм, тем медленнее он размножается. До сих пор неясно, насколько этот закон применим к микроорганизмам, видимо, если он и применим, то только частично. Максимальная удельная скорость роста микроорганизмов запрограммирована генетически.
Ригидность клеточной стенки микробов очень важна для поддержания внутри клетки повышенного осмотического давления. Клетки экстремальных галофилов (архебактерий) находятся в осмотическом равновесии с окружающей средой. Их клеточные стенки имеют особое строение и стабилизируются ионами калия и натрия.
Большое значение для экологии имеют поверхностные структуры. Гидрофильность или гидрофобность клеточной поверхности определяет местоположение клетки в жидкой среде. Гидрофобные клетки образуют на поверхности пленку, они располагаются на гидрофобных участках поверхности почвенных частиц, а гидрофильные — в водной толще или на дне. Они будут адгезиро- ваться на гидрофильных почвенных частицах. Важен положительный или отрицательный заряд клетки. Правда, в большинстве случаев он мозаичный. На поверхности клеток бактерий часто находятся фимбрии и пили, которые служат для прикрепления или переноса генетического материала. В некоторых случаях адгезия клеток определяется специфическими химическими взаимодействиями адгезина и рецептора по принципу ключ-замок.
Клеточные капсулы предохраняют клетки от действия ферментов и обусловливают устойчивость к неблагоприятным факторам. Капсулы часто служат убежищем для микробов-спутников.
Клетки некоторых бактерий имеют внутриклеточные газовые вакуоли, а другие — внеклеточные газовые баллоны. Они важны для газообмена и для изменения положения клеток в воде, капиллярах и водных пленках.
Особый интерес в последнее десятилетие вызывают магнито- бактерии, содержащие в своих клетках магнитосомы с мельчайшими магнитиками (до 100 частиц на клетку). Они дают ориентацию клеткам в магнитном поле Земли. В Северном полушарии клетки должны двигаться к Северному полюсу. Экологическое объяснение этому явлению трудно найти. Однако по линиям магнитного поля клетки должны двигаться не просто на север, но и на дно водоемов, чтобы оказаться в толще ила. Это уже может иметь разумное экологическое объяснение. Магнитобак- терии в большом количестве содержатся и в почве. Зачем им нужны магнитные свойства, пока трудно объяснить.
Движение с помощью жгутиков или скользящее движение помогает клеткам выбирать наиболее благоприятную зону, а также способствует их расселению.
Эндоспоры бацилл, клостридий и стадии глубокого анабиоза у других родов бактерий представляют большой интерес для аут- экологии как стадии жизни, в которых не выявляются метаболические процессы. Эти формы устойчивы к экстремальным условиям и отличаются долговечностью.
Особо изучаются половые споры грибов, которые характеризуются специфическими свойствами. Конидии грибов и актино- мицетов обладают существенным метаболизмом, но также служат для сохранения вида. Грибы очень долго могут сохранять жизнеспособность в сухом состоянии. Экспериментально показано, что это могут быть тысячи лет, например, в гробницах фараонов, а в замороженном состоянии в вечной мерзлоте — миллионы лет. Вероятно, грибы, как и бактерии, имеют структуры, сохраняющиеся в состоянии глубокого покоя очень долго даже при физиологически благоприятных условиях (влажность, температура, питание), но здесь нужны экспериментальные доказательства.
Имеется еще множество свойств клеток, которые должна рассматривать аутэкология. 

Еще по теме ЭКОЛОГИЯ КЛЕТКИ:

1. 2.4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЯ КЛЕТКИ ВО ВРЕМЕНИ 2.4.1. Жизненный цикл клетки
2. 1.5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ
3. 5.3. ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
4. 5-12** Пангенез и стволовые клетки
5. Энергетика клетки
6. ПРОДВИЖЕНИЕ ЯЙЦЕВОЙ КЛЕТКИ
7. ПРОДВИЖЕНИЕ ЯЙЦЕВОЙ КЛЕТКИ
8. 5-12* Первичные половые клетки и новый пангенез
9. Физико-химическое изучение клетки
10. Процессы регуляции в клетке
11. 2.3.2. Строение типичной клетки многоклеточного организма
12. 2.3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ
13. 8-5. Эволюция клетки: как появились эвкариоты?
14. Связывание токсикантов клетками крови. 
15. 8-4. Эволюция клетки: принцип компенсации
16. Глава И. ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
17. ГЛАВА 2 КЛЕТКА — ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИВОГО
18. Шредингер Э.. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки, 2002