МИКРОМИР
Приветствую всех!
Сегодня мы продолжим говорить о биологии и организмах, но конкретно поговорим на тему микромира. Читатели моих статей, наверняка заметили их разноплановость - от юмора и личных историй, до научных открытий, жизненных фактов и статистики. Конечно такой подход солянки нравится не всем, но статьи рассчитаны на широкий круг людей - от школьников и простых обывателей до профессоров или бизнесменов. Все мы разные и поэтому практически каждый человек может найти в них что-то интересное или полезное именно для себя. В статьях я часто привожу исторические факты, делаю лирические литературные или философские отступления, частенько публикую заметки для статистиков и любителей точных данных в цифрах ну и куда же без багажа личного опыта. Конечно же не каждый человек может разделить с нами наши интересы и тем более взгляды, тут всё индивидуально как со вкусами или же вероисповеданием. Поэтому люди сами по себе сходятся по общим интересам. А я пишу, пою и говорю о том, что мне самой интересно. И если находятся такие же любознательные люди, открытые миру, которые разделяют мои интересы - это вообще прекрасно! Знаете, как даже про любящих людей говорят? Вот если влюблённые смотрят друг на друга, то именно любящие - в одном направлении. Наверняка многие из вас, как и я, ловили себя на мысли о том, что зачастую совершенно бесполезная для нас информация является просто интересной и держится в голове (как та самая навязчивая бестолковая песенка, что уже даже нас самих раздражает, но всё крутиться на языке) хотя нам негде где-то её применить, да и незачем. Вот бывает засядет в памяти какой-нибудь любопытный факт, но абсолютно бессмысленный в быту, что даже и к слову кому-то не расскажешь, ибо не заводятся какие-то темы в компаниях или же просто окружению то не интересно вовсе. А я бываю внезапной и даже не в тему могу что-то поведать. Неоднократно потом слышала от людей с улыбкой, мол никогда над этим не задумывались, а теперь из головы не идёт. Но вы не подумайте, что я насильно засоряю мозги людям всякой ерундой, нет... Тут всё обоюдно. Так сложилось с детства что совершенно разные люди (вне зависимости от пола, возраста или социального уровня) любят меня слушать, и я рада что немного расширяю их кругозор, да погружаю в свой мысленный мир. В общем как вы поняли и сегодняшняя длинная статейка будет в моём разностороннем стиле, поэтому возвращаемся к нашему микромиру.
Для начала пройдёмся по основным терминам сегодняшней темы.
Слово "молекула" происходит от латинского "molecula" и переводится как "частичка" или "мелочь", а с румынского, так и будет "молекула". В латинском языке возникло от уменьшительного "moles" (на английском значит "кроты") что означало глыбу, массу, размер или громаду, то есть как бы маленькая часть от чего-то большого. Понятие "молекула" было введено Рене Декартом в 1620-том году. О Декарте я подробнее рассказывала в одной из прошлых статей. Молекула — это наименьшая частица вещества, обладающая рядом его характерных отличительных свойств, состоящая из ядер и локализованных вблизи них электронов. Она электрически нейтральна, образована из двух или более связанных атомов и обладает всеми химическими свойствами вещества. Молекулы состоят из атомов одного или различных химических элементов. Например, молекула серной кислоты состоит из 1-ного атома серы, четырёх атомов кислорода и 2-вух атомов водорода. Число атомов в молекуле колеблется от 2-ух (молекула водорода, азота, оксида углерода и др.) до сотен тысяч (макромолекула). В зависимости от суммарного числа электронов молекулы могут быть нейтральными или заряженными (положительные и отрицательные ионы), а их размер варьируются от десятых долей до десятков тысяч нанометров. В отдельных разделах физики к молекулам причисляют также одноатомные молекулы, то есть свободные (химически не связанные) атомы. К примеру, в духах небольшие молекулы спирта испаряясь как бы расталкивают более тяжёлые молекулы душистых веществ и увлекают их за собой. Именно благодаря спирту возможен эффект верхних нот и яркий старт композиции. С любым другим растворителем этого не произойдёт и нам просто придётся ждать некоторое время пока кожа разогреет душистые вещества после чего они постепенно начнут испаряться и пахнуть.
Раз уж упомянула, поведаю немного о парфюмерии. Всем известно, что один и тот же аромат на коже разных людей будет и играть по-разному. Это как сравнивать пробник, спрыснутый в колпачок или развеянный по воздуху - помимо концентрата смешивание даёт уже иные оттенки. Важно учитывать, что стойкость и интенсивность аромата зависит не только от концентрации, но и от летучести компонентов, баланса нот и качества сырья. Ещё это может зависеть от индивидуальных особенностей кожи, формулы композиции и других факторов.
Факторы, влияющие на стойкость парфюма:
Состав композиций: тяжёлые древесные, мускусные и восточные ноты сохраняются дольше, а лёгкие цитрусовые и цветочные быстро испаряются.
Температура и влажность: в холодное время года духи испаряются медленнее и держатся дольше, а в жару испарение происходит быстрее.
Тип кожи: на жирной или увлажнённой коже аромат раскрывается медленнее и держится дольше, а на сухой испаряется быстрее.
Место нанесения: запах сохраняется дольше если он находится на участках с крупными сосудами (запястья, сгибы локтей и шея) или на волосах.
Как говорят парфюмеры: "Если после нанесения вы сами за собой перестаёте ощущать этот запах - значит аромат действительно ваш и полностью вам подходит". Причём окружающие-то его чувствуют хорошо, но вы сами за собой его не замечаете не потому что принюхались, а потому что он органически слился с вашим природным естественным запахом. А знаете ли вы досконально чем отличаются друг от друга пахучие вещества - масляная эссенция духов, парфюмерная и туалетная водичка или обычный одеколон? Давайте разберём по порядку. Все эти жидкости различаются по концентрации ароматических веществ, стойкости и интенсивности аромата, составу и другим характеристикам. Духи обычно дороже парфюмерной и туалетной воды, и тем более одеколона из-за содержания натуральных масел, хотя зачастую маркетинг выдаёт одно за другое - например парфюмерную воду за натуральные духи. У духов и парфюмерной воды разная ароматическая пирамида поэтому структура раскрытия может отличаться: в духах акцент делается на базовых нотах, а в парфюмерной воде на нотах сердца. В парфюмерную и туалетную воду, помимо ароматических масел, обычно входят спирт (или водно-спиртовая основа) и вспомогательные компоненты (фиксаторы, антиоксиданты, красители и другие).
У духов насыщенный аромат с ярко выраженным шлейфом потому что самая высокая концентрация (от 20 до 30%) ароматических масел и соответственно цена. Иногда производители делают акцент на ещё более высокой концентрации и называют композицию не духами, а парфюмерным экстрактом (Extrait de Parfum). Как вы знаете лучше всего запахи удерживает наш волосяной покров, а у натуральных масляных духов стойкость может сохраняться на коже от шести часов до целых суток. И даже на одежде после стирки можно уловить их запах. Чем более густая и желтоватая жидкость в ёмкости - тем больший концентрат натуральных масел. Характер звучания: обычно густой и глубокий аромат который будто врастает в кожу, а шлейф чаще интимный, но очень узнаваемый. В натуральных масляных духах нет спирта, что является одной из ключевых особенностей и влияет на их характеристики. Кто использует масло для кутикулы наверняка знает, что попадание такого масла на царапину или ранку не вызывает жжения потому что, крайне редко туда добавляют спирт. С масляными духами та же история - спирт не входит в состав поэтому и не щиплет даже если попадёт на повреждённый участок кожи. Основа таких духов — натуральные, эфирные или синтетические масла (например, жожоба, миндальное, кокосовое, розы, жасмина и другие) в которых растворяются ароматические компоненты или парфюмерные композиции. Поскольку в них не используют этиловый спирт как растворитель аромат раскрывается мягко, без резкого спиртового старта, звучит ближе к коже и держится дольше, чем у спиртовых духов. При нанесении на кожу образуется тонкая масляная плёнка, которая не даёт аромату быстро улетучиваться. Самые приторные и частенько вообще все как один с едва различимыми нюансами - это арабские и турецкие масляные шариковые духи, которые часто продаются в магазинах исламских товаров. Но даже на маркетплейсах можно найти те самые натуральные эссенции масел известных брендов особенно в пробниках.
У парфюмерной воды (Eau de Parfum) концентрация душистых веществ обычно 10-20%, чаще производители придерживаются среднего значения — 15% что влияет на цену. В отличие от духов в состав входит спирт, а натуральные масла хорошенько разбавляются простой водой поэтому парфюм жидкий как обычная вода и менее окрашен. Стойкость около 4-8 часов, но на одежде запах держится дольше. Аромат раскрывается сердечными и базовыми нотами, лёгкие верхние аккорды исчезают через пару часов оставляя заметный, но не навязчивый шлейф. Парфюмерная вода — баланс между ценой, насыщенностью и ненавязчивостью. Акцент делается на "сердце" аромата (средние ноты), а верхние и базовые аккорды раскрываются постепенно.
В состав туалетной воды (Eau de Toilette) не всегда входит спирт, а содержание ароматических веществ составляет 5-15%. Стойкость варьируется 2-4 часа, иногда меньше на сухой коже. Туалетная вода звучит легче и свежее с акцентом на верхние ноты.
В одеколоне (Eau de Cologne) всегда присутствует спирт и меньше всего ароматических веществ 2-5% что делает его самым дешёвым парфюмом. Из-за такой минимальной концентрации душистого вещества стойкость составляет около 1-2 часов, запах быстро испаряется и редко бывает уловим в течении 2-4 часов. Характер звучания лёгкий и освежающий. В верхних нотах часто используются яркие аккорды (цитрусы, зелень, органические соединения) чтобы аромат казался интенсивным.
Микромолекула относится к небольшой молекуле с низким молекулярным весом, а макромолекула — это молекула с высокой молекулярной массой структура которой представляет собой многократное повторение звеньев, образованных из молекул малой молекулярной массы. Макромолекулы бывают синтетическими и природными биополимерами - белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), полисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин). Все они играют важную роль в живых организмах: ДНК хранит генетическую информацию, белки выполняют структурные и другие функции, а также используются в промышленности пластмассы, резины, волокна и др. Кстати сам термин "макромолекула" ввёл один из создателей химии высокомолекулярных соединений немецкий учёный и химик Герман Штаудингер в 1922-ром году, когда доказал, что полимеры представляют собой соединения состоящие из больших молекул атомы которых связаны между собой. Продемонстрировав существование макромолекул, которые он описал как полимеры, благодаря работе в этой сфере только в 1953-ем году удостоился Нобелевской премии "за исследования в области химии высокомолекулярных веществ". Область научных интересов Штаудингера включала натуральный каучук, целлюлозу и синтетические полимеры. Физикохимику не сиделось на месте ведь была одна вещь которая не давала ему покоя — структура каучука и способ получения "полуфабриката", который он нашёл в 1910-том году. В 1930-том году немецкий химик-органик награждён медалями - Э. Фишера Немецкого химического общества, в 1931-вом году Н. Леблана Французского химического общества и в 1933-ем году С. Канниццаро Национальной академии деи Линчеи в Италии и другими. А в 1970-том году Немецкое химическое общество учредило премию имени Штаудингера за исследования в области химии макромолекул и на следующий год в 1971-вом начало присуждать её, чтобы отметить фундаментальный вклад в науку о полимерах.
Вообще учение о молекулах и атомах было разработано в середине 18-того века великим русским учёным Ломоносовым Михаилом Васильевичем, утверждавшим, что тела в природе состоят из корпускул (молекул) в состав которых входят элементы (атомы). Но впервые чётко атомно-молекулярное учение было определено в 1858-мом году одним из его основателей итальянским профессором, физиком и выдающимся химиком Станислао Канниццаро который разграничил понятия "атом", "молекула" и "эквивалент" в своей работе "Очерк развития философии химии". Он внёс значительный вклад в развитие органической химии. Обосновал целесообразность употребления шкалы атомных масс (весов) в которой атомная масса водорода принята равной единице. Определил молекулу как наименьшее количество простого или сложного вещества, вступающего в реакцию и атом как наименьшее количество элемента входящего в состав молекулы. Окончательно учение о молекулах и атомах было принято в 1860-том году на Всемирном съезде химиков в городе Карлсруэ в Германии, а в 1891-вом году Лондонское королевское общество наградило Станислао высшей наградой Великобритании - медалью Копли.
Первое прямое экспериментальное доказательство существования молекул было получено французским физиком, членом Лондонского королевского общества и лауреатом Нобелевской премии по физике Жаном Батистом Перреном в 1906-том году. А раннее в 1895-том году этот физикохимик исследовал катодные лучи и показал, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Затем в 1901-вом году он выдвинул гипотезу о том, что строение атома аналогично строению Солнечной системы. И в 1926-том году Жан Батист Перрен получил Нобелевскую премию. Также он проводил исследования рентгеновских лучей, радиоактивности, электропроводности газов и люминесценции растворов красителей.
Клетка — элементарная базовая структурно-функциональная единица строения жизни любого организма способная к самостоятельному обмену веществ, самоподдержанию, росту, развитию и самовоспроизведению. В живой клетке происходят внутриклеточное питание, обмен веществ, рост и развитие. Может существовать как самостоятельный одноклеточный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы). Она представляет собой сложноорганизованную структурную и функциональную систему всех форм жизни, а размножаясь делится на две дочерние клетки. Её открытие принадлежит талантливому английскому естествоиспытателю и изобретателю, архитектору и учёному Роберту Гуку который в 1665-том году впервые рассмотрел тонкий срез древесной коры в усовершенствованном им микроскопе. На срезе было видно, что вторичная покровная ткань имеет ячеистое строение подобно пчелиным сотам. Эти ячейки он назвал клетками, а двумя годами раннее в 1663-ем году Роберт Гук стал членом Лондонского королевского общества. Он был первым человеком, который использовал микроскоп для изучения окаменелостей, а известность ему принесло описание закона всемирного тяготения ещё до его открытия Ньютоном (о Ньютоне я тоже рассказывала в другой статье), принципов гравитации и другие научные открытия. Он открыл закон упругости (закон Гука), считал теплоту результатом движения частиц вещества, занимался исследованиями в области механики, оптики, тепловых явлений, астрономии и биологии. Ему принадлежит ряд технических изобретений - водяной насос, особая система зубчатых колёс, пружинный привод карманных часов, прибор для измерения силы ветра и оптический телеграф.
Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский врач, биолог и микроскопист Марчелло Мальпиги и английский врач, ботаник, микроскопист Неемия Грю (Гру) в 1682-ром году. Мальпиги был первым учёным, который занимался систематическими и целенаправленными микроскопическими исследованиями и один из основоположников микроскопической анатомии растений и животных. В 1669-том году стал членом Лондонского королевского общества, а его деятельность была разносторонней. Он изучал анатомию мозга и пришёл к выводу, что этот орган является железой. В наше же время частенько мозг называют мышцей, которую можно накачать как бы развить способности (например, натренировать память). На самом же деле мозг не является ни мышцей, ни железой - это сложный орган, который является частью Центральной Нервной Системы (ЦНС). Он состоит из нервных клеток, которые соединяются друг с другом что позволяет передавать химические и электрические сигналы. Нейроны регулируют функции мозга и тела включая дыхание, питание, сон, мышление, восприятие и другие процессы. Железой можно назвать гипофиз — эндокринный орган, вырабатывающий гормоны и регулирующий работу других желёз внутренней секреции. Гипофиз находится в головном мозге и тесно связан с гипоталамусом, а гипоталамус включает в себя множество ядер — скоплений нервных клеток каждая из которых выполняет определённые функции. У человека и других млекопитающих обычно различают около 32-вух пар ядер. Таким образом мозг — это не мышечная ткань или железа, а специализированная структура, обеспечивающая работу нервной системы. Мальпиги наряду с Яном Сваммердамом считают основателем анатомии беспозвоночных животных начало которой он положил в образцовой анатомии тутового шелкопряда, раньше разводимого в моей республике Кабардино-Балкарии. Тутовник у нас так и растёт, но гусенички эти не водятся, поскольку в дикой природе в наши дни они вообще практически нигде не обитают. Раннее некоторые частники разводили этих насекомых для сбора коконов на продажу на Кубани Краснодарского края и в самом Краснодаре. В 19-том веке в Ставрополе занимались небольшим шелководством. Сейчас в посёлке Иноземцево Ставропольского края (регион Кавказских Минеральных Вод) работает научно-исследовательская станция шелководства — филиал "Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра". Там изучают и выращивают тутовых шелкопрядов в научных целях сохраняя их генофонд. После распада СССР отрасль по производству шёлка пришла в упадок, большинство хозяйств исчезли и значительно сократились масштабы тутоводства. В настоящее время шелководство в России в целом переживает не лучшие времена из-за проблем с кормовой базой (необходимости обширных плантаций шелковицы), сезонности производства и других факторов.
Один из основоположников анатомии растений Грю Неемия был членом Лондонского королевского общества, а с 1677-мого года — его секретарём. Он считается одним из пионеров дактилоскопии потому что в 1684-том году опубликовал точные рисунки рельефных линий на кончиках пальцев.
Голландский натуралист, знаменитый микроскопист и анатом, энтомолог и биолог Ян Сваммердам был одним из первых кто использовал микроскоп при вскрытии, и его методы оставались полезными на протяжении сотен лет. В 1658-мом году он наблюдал и первым описал красные кровяные тельца, а в рамках своих анатомических исследований проводил эксперименты по сокращению мышц. Его работа над насекомыми продемонстрировала что различные фазы жизни насекомого — яйцо, личинка, куколка и взрослая особь являются разными формами одного и того же животного. За это Яна иногда называют основателем подлинной науки о насекомых или основоположником анатомии насекомых.
Один из основоположников эмбриологии и сравнительной анатомии российский естествоиспытатель немецкого происхождения Карл Эрнст фон Бэр (в России его называли Карл Максимович Бэр) в 1827-мом году открыл яйцеклетку у млекопитающих животных и человека, а в области естествознания сделал вывод, что все организмы развиваются из клетки. Он проследил все стадии зародышевого развития на примере цыплёнка и описал развитие всех основных органов позвоночных.
Общеславянское слово "ядро" означает "внутри", а изначально обозначало сердцевину, внутреннюю часть чего-либо. Поэтому орешки, как внутреннюю часть плода, не редко называют ядрами, например, съедобные косточки абрикос. Помните, как в "Сказке о царе Салтане, о сыне его славном и могучем богатыре князе Гвидоне Салтановиче и о прекрасной царевне Лебеди" у Пушкина Александра Сергеевича есть такие строки: "Белка песенки поёт, Да орешки все грызёт, А орешки не простые, Все скорлупки золотые, Ядра - чистый изумруд..." Про Пушкина я подробнее писала в своей прошлой статье "Организм", хотя о нём и так все знают, я думаю. Ядро — это центральная часть клетки, содержащая генетический материал, хромосомы. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются также двуядерные и многоядерные. А некоторые к примеру эритроциты (клетки крови, переносящие кислород) млекопитающих ядра вообще не имеют. Ядро окружено ядерной оболочкой, которая отделяет генетический материал от остальной содержимой клетки. Внутри него находятся ядрышки — плотные образования, где происходит синтез РНК. Основные функции ядра: контроль процессов жизнедеятельности клетки, синтез белков и передача ДНК следующим поколениям при делении. Ядро клетки было открыто в 1831-вом году английским ботаником и членом Лондонского королевского общества Робертом Броуном, который первым обнаружил его в кожицы растительной клетки травянистого растения и опубликовал эти сведения. Работы в данном направлении этого британского ботаника продолжались ещё пару лет вплоть до 1833-его года.
Ядерная реакция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей который может сопровождаться изменением состава и строения ядра. Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов.
К примеру разновидность ядерной реакции - термоядерная реакция (слияние лёгких атомных ядер в более тяжёлые при очень высокой температуре) сопровождающаяся выделением энергии. При термоядерной реакции происходит синтез новых атомов, когда ядра объединяются за счёт кинетической энергии их теплового движения. Они должны сблизиться на расстояние равное радиусу действия ядерных сил притяжения. В природе термоядерные реакции являются главным источником энергии звёзд и играют важную роль в эволюции Вселенной также являясь источником ядер химических элементов, которые синтезируются из водорода в звёздах. Уникальная особенность термоядерных реакций как источника энергии — это очень большое энерговыделение. Самоподдерживающиеся термоядерные реакции являются эффективным источником ядерной энергии. Однако осуществить их на Земле сложно, так как для этого нужно удерживать высокие концентрации ядер при огромных температурах.
Таким образом основное отличие этих реакций в том, что при ядерной реакции происходит расщепление атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, а при термоядерной реакции — слияние двух атомных ядер с образованием нового более тяжёлого ядра.
Слово "цитоплазма" происходит от греческих слов: "" (kytos) — корпус, вместилище, клетка и "" (plasma) — существо, образование, вылепленное, оформленное или содержащее. В 1861-вом году немецкий ботаник и физиолог растений Вильгельм Фридрих Филипп Пфеффер впервые употребил слово "цитоплазма". Изначально оно использовалось для обозначения протоплазмы — живого содержимого клетки. Со временем, с развитием микроскопии и биохимии, понятие цитоплазмы стало более чётким и определённым. В 1887-мом году Вильгельм стал иностранным членом Лондонского королевского общества. Также был членом-корреспондентом Берлинской академии наук, членом Парижской, Петербургской и Российской академии наук. Изучал явления в растительных клетках обусловливающие поглощение растениями воды и минеральных веществ. Эти работы заложили основы мембранной теории клеточной проницаемости. Исследовал процессы дыхания и азотного обмена в растениях, энергетику фотосинтеза, превращения запасных питательных веществ, физиологию раздражимости и механику движения листьев и цветков. Цитоплазма — это многофазная система, внутренняя среда клетки заполняющая пространство между плазматической мембраной и ядром в которой находятся все внутриклеточные структуры и протекают процессы обмена веществ. Это внутреннее полужидкое содержимое находится под контролем клеточного ядра и как правило неспособно без него к длительному автономному существованию (в безъядерных клетках цитоплазма дегенерирует). У одноклеточных живых организмов она не отделена от генома структурно связанного с плазматической мембраной.
Некоторые функции цитоплазмы:
Метаболическая — объединение всех клеточных структур и обеспечение их химического взаимодействия. В цитоплазме протекают почти все процессы обмена веществ клетки кроме синтеза нуклеиновых кислот, происходящего в ядре, и осуществляется передача сигнала от мембраны к ядру да обратно.
Транспортная — проницаемость цитоплазмы определяет способ перемещения цитоплазматических компонентов.
Цитоплазма может делиться на наружный, более плотный слой (эктоплазму), и внутренний, более жидкий (эндоплазму) особенно в животных клетках. Иногда под цитоплазмой понимают только её компонент (часть цитоплазмы животных и растительных клеток в которой расположены внутриклеточные структуры - ядро и всякие включения) в котором растворены ферменты — белки ускоряющие химические реакции. Окончательно же термин "цитоплазма" ввёл его автор - немецкий профессор, швейцарский анатом и зоолог Альберт (Рудольф) фон Кёлликер в 1863-ем году как синоним термину "протоплазма". Впоследствии слово "протоплазма" стало подразумевать всё содержимое клетки вне ядра, это основное вещество в клетках животного и растительного организма. В 1845-том году Рудольф представил доказательство того что нервные волокна состоят из нервных клеток и заложил основу для последующих исследований деятельности центральной нервной системы. Он являлся первым председателем Анатомического общества, а в 1847-мом году был назначен профессором физиологии, микроскопии и сравнительной анатомии Вюрцбургского университета Германии и доказал, что гладкая мышца (которая есть в стенках артерий) состоит из отдельных клеток с ядрами. Показал соединение нервных волокон с мышцами сосудов. Крупную известность Кёлликер приобрёл исследованиями в области нормальной микроскопической анатомии и эмбриологии. В 1893-ем году за работы по изучению анатомо-микроскопического строения центральной нервной системы Петербургская Академия наук присудила ему Премию Л. Л. Рклицкого. В 1896-том году награждён Прусским орденом "За заслуги" (Pour la mérite) в области науки, а в следующим 1897-мом году получил Медаль Копли от Лондонского королевского общества "в знак признания важности его научных работ в области эмбриологии, сравнительной анатомии и физиологии".
Изучением микроорганизмов занимается наука микробиология. Для исследования используют микроскопическую технику, специальные методы культивирования и выделения чистых культур. Микроорганизмы или микробы — собирательное название живых организмов, которые слишком малы, для того чтобы быть видимыми невооружённым глазом, обычно их размер менее 0,1 миллиметров. К ним относятся микроскопические одноклеточные животные: безъядерные организмы — бактерии и археи (одноклеточные микроорганизмы не имеющие ядра), некоторые крошечные грибки, водоросли и простейшие (амёбы, инфузории, например, туфелька). К примеру, всем нам знакомые дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы, которые в процессе размножения выделяют углекислый газ. Или плесневые грибы — одноклеточные или многоклеточные низшие растительные организмы, состоящие из переплетающихся нитей — гиф. О плесени и микробах чуть подробнее я писала в других своих статьях. Иногда к микроорганизмам относят вирусы хотя с этим согласны не все учёные, поскольку вирусы всё же не живые организмы хоть и имеют некоторые признаки. Чаще их выделяют в отдельную группу так как они не имеют клеточного строения и могут размножаться только внутри живых клеток. Многие микроорганизмы имеют широкое распространение и высокую скорость размножения, только одни размножаются простым делением клетки, а другие могут осуществлять половое размножение. Обитают практически везде: в почве, водоёмах, воздухе и на поверхностях тел других организмов, в том числе в организме человека. Играют важную роль в природе участвуя в круговороте веществ, разлагают органические остатки, поддерживают плодородие почв, обеспечивают самоочищение воды в водоёмах. Разнообразие физиологических процессов и биохимических реакций даёт им способны разрушать устойчивые к разложению полимеры - углеводороды нефти, целлюлозу, дерево, древесину и хитин. Полезные микроорганизмы используются в производстве продуктов питания (кисломолочных продуктов и сыров), в биотехнологиях для синтеза ферментов и витаминов и в очистке сточных вод. В кишечнике человека живут бактерии, которые способствуют пищеварению, синтезируют некоторые витамины и препятствуют деятельности болезнетворных бактерий поскольку есть и вредные. Среди микроорганизмов есть патогенные виды вызывающие болезни человека, животных и растений, а некоторые бактерии могут портить продукты питания вырабатывая ядовитые вещества.
Штамм — это чистая культура микроорганизмов одного вида (бактерий, грибов и вирусов) выделенная из конкретного определённого источника (организма заболевшего, из почвы, воды и так далее) и идентифицированная по определённым характеристикам, как бы обладающая особыми свойствами. При этом штамм может быть получен в результате мутации или генетической модификации, но один и тот же штамм не может быть выделен второй раз из того же источника в другое время. Слово происходит от немецкого "Stamm" что может означать ствол, основу, семью, род или племя. Таким образом название отражает идею чего-то исходного, базового и одновременно принадлежность к определённой линии или роду. Названия штаммов обычно состоят из букв и цифр, которые записываются после видового названия. Например, один из известных штаммов кишечной палочки — E. coli K-12. Общепризнанной номенклатуры названий штаммов не существует. Штамм однородный и представляет собой популяцию микроорганизмов, происходящую от одной клетки или небольшого числа клеток, которые сохраняют общий генотип. Разные штаммы одного и того же микроорганизма различаются по чувствительности к антибиотикам, по степени способности вызывать заболевание или гибель организма и другим характеристикам. Штаммы одного и того же вида могут отличаться по отдельным признакам, не выходя за пределы его характеристик.
Это могут быть:
Особенности по строению (форма клеток, размер, наличие жгутиков или спор);
Генетические особенности (последовательность ДНК, наличие мутации в определённых генах или небольшие молекулы ДНК, физически обособленные от хромосом и способные к автономному самовоспроизведению);
Физиологические характеристики (способность использовать различные источники питания, оптимальная температура и pH для роста, устойчивость к антибиотикам или реакция с определёнными антителами);
Биохимические и патогенные свойства (способность вырабатывать определённые токсины, вызывать заболевания или гибель организма);
Штаммы используются в различных областях:
В Медицине идентификация штамма возбудителя инфекционного заболевания важна для выбора эффективного лечения. Изучение штаммов бактерий устойчивых к антибиотикам помогает подбирать индивидуальную терапию.
В биотехнологии штаммы микроорганизмов применяют для производства антибиотиков, витаминов, органических кислот, биотоплива и других продуктов.
В пищевой промышленности некоторые штаммы используются в производстве переработанных продуктов (йогурта, сыра, кефира), а какие-то наоборот могут вызывать порчу съестного или пищевые отравления.
В сельском хозяйстве штаммы бактерий применяют для повышения урожайности и защиты растений от болезней. К примеру некоторые штаммы фиксируют атмосферный азот, чтобы превратить его в соединения, которые живые организмы могут использовать для построения белков, ДНК, РНК и других жизненно важных молекул делая азот доступным для всей живой природы.
Расскажу о самых известных ещё со школы представителей простейших. И начнём мы с амёбы, чьё название не зря стало нарицательным именем так сказать бесхребетных аморфных и безынициативных людей о которых ещё говорят - ни рыба ни мясо. Амёбы — это одноклеточные организмы, относящийся к группе простейших с размером от пяти микрометров до 2-5 миллиметров. Их жизнедеятельность осуществляется внутри одной клетки которая выполняет все функции организма: питание, размножение, передвижение, выделение и другие. Клетка покрыта только клеточной мембраной, нет плотной наружной оболочки, а цитоплазма разделена на два слоя: наружный и внутренний. В некоторых видах этих простейших животных организмов содержатся кристаллики щавелевокислого кальция. Амёба постоянно меняет форму тела из-за временных цитоплазматических выростов — ложноножек которые служат для передвижения и захвата пищи. Поэтому в отсутствии постоянства и твёрдой уверенной формы амёбами стали называть безвольных слабохарактерных людей. Амёба поглощает жидкость, питается бактериями, одноклеточными водорослями и мелкими простейшими захватывая пищу. Большинство амёб размножается бесполым путём — простым делением клетки надвое. Амёбе свойственна раздражимость — способность реагировать на изменения окружающей среды. При неблагоприятных условиях (высыхание, резкое изменение температуры и другое) амёба переходит в стадию цисты - округляется, прекращает питание, а на поверхности образуется плотная защитная оболочка — циста. В этом состоянии жизненные процессы приостанавливаются. При наступлении благоприятных условий она выходит из цисты и продолжает жизнедеятельность. Амёбы населяют пресные водоёмы, солоноватые бассейны, моря, прибрежный песок и почву, обитают на дне со стоячей водой особенно в гниющих прудах и болотах, а некоторые виды приспособились к жизни в среде свободного кислорода как живём мы. Среди амёб есть как свободноживущие формы, так и паразитические (некоторые виды амёб являются патогенными) — возбудители заболеваний человека и животных вызывающие заболевания глаз и развитие тяжёлых форм энцефалита. В природе амёбы участвуют в пищевых цепях, контролируют численность бактерий, очищают водоёмы и служат пищей для других организмов. А в научных исследованиях амёба используется как модельный организм для проведения различных исследований.
Инфузории — сложноорганизованные простейшие передвигающиеся с помощью ресничек. Название происходит от латинского "infusum" (настоянный или настойка) потому что эти одноклеточные организмы впервые были обнаружены в травяных настойках. Клетка покрыта ресничками, с помощью которых инфузория быстро передвигается. Размножаются бесполым путём (поперечное деление надвое) и половым процессом. При половом две инфузории сближаются и соединяются цитоплазматическим мостиком - происходит обмен генетическим материалом. При этом не происходит увеличения числа особей, но обновляется генетический материал, что повышает генетическое разнообразие вида. Известно более семи тысяч видов инфузорий. Они различаются формой (обтекаемая у плавающих, воронковидная или трубчатая у сидячих), образом жизни и питанием. Основные классы: ресничные - большинство видов имеют реснички и сосущие инфузории - во взрослом состоянии лишены ресничек, рта и глотки, это хищники-засадники ловящие добычу трубчатыми щупальцами. По типу питания делятся на хищников и падальщиков, питающихся разлагающимися остатками.
Инфузории обитают в морских и пресных водоёмах, влажной почве и среди мхов. Играют важную роль в природе:
Участвуют в цепях питания - потребляют бактерии, других простейших, водоросли и сами служат пищей для беспозвоночных и мальков рыб.
Почвенные инфузории повышают плодородие почвы.
Паразитические виды могут вызывать заболевания у животных и человека. Некоторые виды (например, инфузория-туфелька или Tetrahymena) используются в качестве модельных организмов в биологических исследованиях.
Инфузория-туфелька — это тоже одноклеточный организм представитель типа Инфузории (Ресничные) с размером обычно около 0,2-0,3 мм. Своё название получила из-за постоянной формы тела, напоминающей подошву туфли. В клетке два ядра разного строения и функций: большое ядро регулирует обмен веществ, движение, питание, дыхание и рост, а малое участвует в половом процессе. Дыхание происходит через всю поверхность клетки - кислород поступает в цитоплазму, а углекислый газ удаляется таким же образом. На теле есть углубление — клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Реснички вокруг рта загоняют в глотку воду с бактериями, грибами (дрожжами) и водорослями - так происходит питание. Пища переваривается, а непереваренные остатки выбрасываются через особое отверстие в оболочке клетки. Инфузория плавает тупым концом вперёд, движение осуществляется за счёт согласованного биения ресничек, покрывающих поверхность клетки, а скорость около 2 мм/с. Как писала выше инфузория-туфелька является модельным организмом в молекулярной биологии и размножение у них тоже двух видов. Бесполое происходит путём поперечного деления клетки надвое. Сначала делятся ядра, затем происходит деление тела. При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению, где две особи временно соединяются и обмениваются ядрами, после чего расходятся. Средой обитания служат пресные стоячие водоёмы часто с разлагающимися органическими веществами. Их можно обнаружить в аквариуме при анализе проб воды с илом. Это не магия, инфузорий случайно могут заносить с новыми рыбками, водорослями или кормом, а также ветер может занести их споры (цисты) в аквариум.
Древнегреческое слово "βακτήριον" (бактерия) означало палочку или трость, пришло из праиндоевропейского "посох" и распространилось по языкам через латинский, а в русский язык попало в 19-том веке от немецкого языка. На башкирском звучит как "бак" (баг) - "опекать" или "пасти". Бактерия - это клетка без ядра обладающая всеми свойствами живых организмов (питание, дыхание, размножение и так далее). Таким образом бактерии — одноклеточные микроорганизмы с относительно простым строением достигающие нескольких микрометров в длину, а их клетки могут иметь разнообразную форму: от шарообразной (шаровидные кокки) до палочковидной (палочки бациллы) и другие. Первые из бактерий были обнаружены в форме палочек в 1676-том году нидерландским и голландским натуралистом, конструктором микроскопов и основоположником научной микроскопии Антони ван Левенгуком, который усовершенствовал микроскоп. Как и всех прочих микроскопических существ он назвал их "анималькули". Первыми микроорганизмами, обнаруженными им, были инфузории, а впоследствии он увидел бактерий, которых нашёл в зубном налёте. Левенгук исследовал с помощью своих микроскопов структуру различных форм живой материи и сделал множество открытий наблюдая самое разное. В 1674-том году первым обнаружил в воде подвижные объекты и пришёл к выводу о том, что они являются живыми существами. Первым описал и зарисовал бактерии в 1683-тьем году, открыл дрожжи, волокна хрусталика и чешуйки эпидермиса кожи. А в 1970-том году Международный астрономический союз присвоил имя Антони ван Левенгука кратеру на обратной стороне Луны.
Бифидобактерии — род бактерий играющих ключевую роль в поддержании здоровья человека. Они являются одними из первых микроорганизмов заселяющих кишечник новорождённых и составляют значительную часть микробиоты кишечника на протяжении всей жизни. Представляют собой неподвижные слегка изогнутые палочки длиной 2-5 мкм, иногда ветвящиеся на концах и не образующие спор. Выполняют несколько важных экологических и биологических функций пищеварения, защиты и синтеза. Участвуя в пищеварении сбраживают углеводы и растворяют клетчатку, что способствует усвоению питательных веществ да улучшает всасывание кальция, железа и витамина D. Синтезируют витамины группы B, витамин K, и разные кислоты. Участвуют в синтезе некоторых незаменимых аминокислот включая тот который нужен для производства серотонина - так называемого гормона радости и счастья. Подавляют рост патогенных и условно-патогенных микроорганизмов за счёт выработки органических кислот (уксусной, молочной, муравьиной), которые снижают рН среды и создают неблагоприятные условия для их развития. Также способствуют выработке защитных иммуноглобулинов и формированию иммунологической реактивности организма. Живую культуру бифидобактерий используют для изготовления лекарственных препаратов — пробиотиков которые применяют для нормализации микрофлоры кишечника, профилактики и лечения дисбактериоза, синдрома раздражённого кишечника, его воспалительных заболеваний и других состояний. Также бифидобактерии включают в состав кисломолочных продуктов, функциональных продуктов питания и других биотехнологических продуктов. По сей день изучается их потенциал в профилактике и лечении различных заболеваний включая метаболические, иммунологические и неврологические. По данным на прошлый 2025-тый год известно более 50-ти видов бифидобактерий при этом исследования микробиома продолжаются где регулярно описываются новые виды и подвиды.
Лактобактерии Lactobacillus (ещё их называют лактобациллы или молочнокислые бактерии) — это род бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают молочную кислоту. Название происходит от латинского "lac" (молоко). Эти молочнокислые бактерии сбраживают лактозу и другие углеводы с образованием молочной кислоты. Чаще всего имеют форму прямых палочек с закруглёнными концами, но встречаются также кокковидные, извитые и нитевидные формы. Располагаются поодиночке, парами или короткими цепочками. Они не образуют спор и могут жить как в присутствии кислорода, так и без него, являются постоянными и важными обитатели нашего организма. Их можно найти от ротовой полости до прямой кишки с максимальной концентрацией в толстой кишке. В желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) особенно в тонком кишечнике и толстом отделе, а также во влагалище у женщин где они составляют основу нормальной микрофлоры выполняя ключевую защитную функцию. Эти бактерии играют важную роль в поддержании здоровья - молочная кислота которую они производят закисляет среду и создаёт неблагоприятные условия для роста патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Могут прилипать к клеткам слизистых оболочек формируя защитный барьер. Метаболическая функция лактобактерий заключается в помощи переваривания пищи (в том числе лактозы) поскольку основной их продукт брожения — лактат (молочная кислота). Участвуя в иммуномодуляции влияют на активность иммунных клеток. Они участвуют в синтезе витаминов группы B, C, K и других, а также способствуют усвоению минералов — кальция, железа и магния. Кроме того, некоторые виды синтезируют антимикробные пептиды - к примеру перекись водорода и производят другие вещества. Когда говорят о пробиотиках имеют в виду не просто лактобактерии вообще, а конкретные штаммы с доказанной эффективностью для определённого случая. При нарушении баланса их количество резко снижается (например, во влагалище или в кишечнике при дисбиозе) что может ослабить местную защиту и повысить риск развития инфекций ведь нарушается защитный барьер и создаются условия для размножения патогенов. Это может быть следствием разных факторов - несбалансированного питания, приёма антибиотиков, перенесённой инфекции или стресса. Таким образом лактобактерии — это не просто полезные бактерии, а сложные участники поддержания здоровья на уровне всего организма.
"Болгарская палочка" — подвид молочнокислых бактерий который широко используется в производстве йогуртов и других кисломолочных продуктов притом это одна из двух бактерий, используемых для производства йогурта. Вторая бактерия, которую используют вместе с болгарской палочкой — термофильный стрептококк (Streptococcus thermophilus). Эти две культуры работают в симбиозе, но менее привередливый термофильный стрептококк быстро размножается и создаёт условия для роста болгарской палочки. Вместе они обеспечивают быстрое и гладкое сквашивание молока, формируют характерный вкус, аромат и текстуру йогурта. Название "болгарская палочка" напрямую связано с Болгарией — страной, где бактерию впервые открыли и изучили. Её впервые описал болгарский студент-медик Стамен Григоров в 1905-том году. Он долго изучал и исследовал под микроскопом микрофлору болгарского кисломолочного продукта кисело мляко (йогурта) и выделил 2-ве бактерии: палочковидную (описав её как причину молочнокислой ферментации) и сферическую — термофильный стрептококк. Интересно что сам Григоров изначально назвал бактерию "Бацилла А", но позже переименовал её в честь родины. А мировую известность она получила благодаря русскому биологу Илье Мечникову. Он заинтересовался долгожителями в разных странах и обнаружил что в Болгарии их особенно много. Мечников связал этот факт с регулярным употреблением там кисломолочных продуктов в производстве которых используется эта бактерия. В 1907-мом году Илья самостоятельно выделил и изучил её назвав "эликсиром долголетия" положив начало исследованиям пробиотиков. Поэтому её название отражает географическую и культурную связь бактерии с Болгарией где она была впервые описана и традиционно использовалась.
Болгарский врач и микробиолог Стамен Гигов Григоров известен открытием болгарской палочки и созданием вакцины против туберкулёза, а также оригинальным методом его лечения — cura bulgara (на итальянском болгарское лекарство). Стамен Григоров отказался от множества необъятных возможностей для карьеры и исследовательской работы, чтобы стать окружным врачом и начальником больницы в Болгарском городе Трын, его ожидало блестящее научное будущее. Параллельно с врачебной деятельностью он занимался научной работой над проблемой туберкулёза и в 1906-том году опубликовал результаты своей успешной разработки противотуберкулёзной вакцины.
Выдающийся российский и французский биолог, иммунолог, эмбриолог, физиолог русско-еврейского происхождения, почётный член Петербургской Академии Наук и один из крупнейших представителей отечественной науки Мечников Илья Ильич является одним из основоположников эволюционной эмбриологии и создателем российской школы иммунологов и микробиологов. Этот микробиолог всю свою жизнь посвятил служению науке и внёс вклад в разные разделы биологии включая эмбриологию. Исследовал развитие беспозвоночных животных: простейших, губок, кишечнополостных, плоских, круглых и кольчатых червей, иглокожих, морских донных беспозвоночных животных и других. Борясь с инфекционными заболеваниями в бактериологии изучал эпидемию холеры, брюшного тифа, туберкулёза, сифилиса и других заболеваний. Считал, что старость и смерть наступают преждевременно из-за самоотравления организма продуктами жизнедеятельности микробов и другими ядами. В своей книге "Этюды оптимизма" 1907-мого года лауреат Нобелевской премии рассуждая о продолжительности жизни живых существ высказал мысль о том, что "долговечность" связана с кишечной флорой. "Если теория по которой преждевременная и болезненная старость зависит от отравления наших тканей ядами идущими главным образом из наших кишок и вырабатываемыми преимущественно кишечными микробами справедлива, то очевидно, что всё что мешает кишечному гниению в то же время должно улучшить и отдалить старость" — писал он, подтверждая эти слова примерами долговечности народов, питающихся главным образом кислым молоком. Медицинская наука и практика подтвердила справедливость мнения Мечникова. Учёный разработал теорию рационального питания и обосновал полезную роль молочнокислых продуктов для поддержания здоровой микрофлоры кишечника, а в парижской лаборатории создал лечебный препарат лактобациллин — первый в мире пробиотик. Поэтому его рецепт приготовления чистых культур "болгарской бациллы" (бактерии) с сахаром можно считать первым официальным пробиотиком. Вместе с русским биологом-эволюционистом, эмбриологом, зоологом, одним из основоположников отечественной сравнительной эмбриологии и физиологии беспозвоночных Ковалевским Александром Онуфриевичем доказал общность принципов развития позвоночных и беспозвоночных животных. В 1908-мом году совместно с немецким физиологом, иммунологом, бактериологом и химиком Паулем Эрлихом получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине "за работы по иммунитету". В конце жизни, за три года до своей смерти, в 1913-том году Мечников разработал философскую систему суть которой изложил в книге "Сорок лет искания рационального мировоззрения". Он завещал своё тело для медицинских исследований с последующей кремацией и захоронением на территории Пастеровского института, что и было выполнено.
Пауль Эрлих - немецкий врач и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине за работу над иммунитетом совместно с Мечниковым Ильёй является основоположником химиотерапии. Его исследования заложили основы нескольких направлений в биомедицинских исследованиях, включая иммунологию и химиотерапию.
Старший брат российского палеонтолога, учёного, книгоиздателя и переводчика Ковалевского Владимира Онуфриевича биолог и эволюционист-дарвинист Ковалевский Александр Онуфриевич дважды получал премию имени К. М. Бэра которую ему присуждала Петербургская академия наук в 1867-мом и 1871-вом годах. А в 1884-том и 1887-мом годах уже Французская академия наук давала ему премию имени Сера. Он получал награды и признания, и в 1885-том году стал иностранным членом Лондонского королевского общества. С 1890-того года академик Петербургской Академии наук известный своими выдающимися работами по сравнительной эмбриологии. На следующий год в 1891-вом году получил премию имени Ф. Ф. Брандта за работы в области сравнительной анатомии. В 1895-том году стал членом-корреспондентом Французской академии наук, а спустя пару лет в 1898-мом году почётным доктором Кембриджского университета. В 1940-вом году Академией Наук СССР была учреждена премия имени А. О. Ковалевского "За заслуги в области эмбриологии". Александр доказал наличие эволюционного родства между беспозвоночными и позвоночными животными, что изменило многие представления об их системе и процессе исторического развития организмов. Его работы имели большое значение для решения вопроса о происхождении позвоночных, а имя учёного носят шесть видов морских беспозвоночных животных. Исследования Александра способствовали выяснению путей эволюции животного мира и выдвинули отечественную эмбриологию на первое место в мировой научной литературе.
Основатель эволюционной палеонтологии и палеоэкологии младший брат Ковалевского Александра Онуфриевича Ковалевский Владимир Онуфриевич установил ряд закономерностей эволюции копытных. Изменения в строении их скелета он связал с изменениями условий среды обитания. Занимался издательской деятельностью и переводами, а в 1868-мом году окончательно отказался от карьеры юриста и увлёкся палеонтологией. В 1869-1874 гг. изучал палеонтологические коллекции в Западной Европе, опубликовал классические труды в прозе по ископаемым млекопитающим. Чарльз Дарвин высоко ценил работы Ковалевского и считал для себя большой честью то что одна из работ была посвящена ему. О Дарвине я рассказывала в другой своей статье. Работы Владимира открыли новую страницу в истории палеонтологии. До его трудов палеонтология в основном занималась описанием ископаемых организмов, а он поднял её до уровня науки об историческом развитии организмов. Открыл закон, названный его именем (закон Ковалевского) — это закономерность в эволюции организмов и освоение новых экологических зон в той или иной группе. Крупнейший бельгийский палеонтолог ставший известным благодаря своим работам по изучению динозавров Луи Долло писал, что труды русского учёного — это "настоящий трактат о методе в науке". Мировая слава пришла к Владимиру спустя многие годы после его смерти, когда его признали продолжателем учения Дарвина. В 1880-том году он был избран доцентом Московского университета и в том же году стал директором нефтяной фирмы разорение которой привело его к самоубийству.
Профессор Брюссельского университета, хранитель Музея естественных наук, член Геологического общества Лондона Луи Антуан Мари Жозеф Долло с 1878-мого года на протяжении трёх лет руководил раскопками ископаемых остатков игуанодонта найденного в районе бельгийской коммуны Берниссар. С 1882-рого по 1885-тый год работал над реконструкцией этого скелета пытаясь собрать скелет стоящего на задних лапах динозавра. В 1893-ем году сформулировал закон о необратимости эволюционных процессов позднее получивший название "Закона Долло". Согласно гипотезе учёного, однажды утраченный в процессе эволюционного развития орган или признак не восстановится. В работах по эволюции приспособлений у динозавров, морских черепах и головоногих моллюсков Долло показал, как по особенностям строения ископаемых животных можно разгадать те перемены, которые происходили в образе жизни их предков. С 1928-мого года Луи стал иностранным членом-корреспондентом Академии наук СССР. В его честь был назван один из видов антарктических рыб — длинноплавниковая бородатка или длинноплавниковый доллоидрако.
Некоторые бактерии являются хемосинтетиками (хемотрофами) — это организмы синтезирующие органические вещества из неорганических соединений используя энергию химических реакций окисления веществ. Организмы-хемосинтетики — группа микроорганизмов которые получают энергию не от света, а окисляя неорганические вещества, то есть в результате окислительно-восстановительных процессов и в отличие от фотосинтетиков (фототрофов) они не зависят от энергии солнечного света. Про фотосинтез я подробнее писала в другой своей статье, а так ещё со школы, я думаю, многие всё это и так сами знают. Что же до хемосинтетиков то они непременное звено природного круговорота веществ и их роль важна для существования жизни на Земле. Они участвуют в круговороте химических элементов (серы, азота, железа и углерода) и способны существовать в экстремальных условиях — при высоких температурах, низком pH (водородный показатель, мера кислотности или щёлочности водных растворов количественно выражающая концентрацию ионов водорода в растворе) повышенной солёности и дефиците кислорода. Нейтрализуют и уничтожают токсичные ядовитые вещества — аммиак, сероводород и другие. Их деятельность формирует полезные ископаемые, способствует образованию крупных месторождений руд железа, марганца и других минералов. Некоторые из этих бактерий обогащают почвы превращая аммиак в формы азота нитриты и нитраты (соли азотистой и азотной кислоты) которые усваиваются растениями. В практическом значении их применяют в промышленности: одни используются для очистки сточных вод и удаления сероводорода, другие в биотехнологии — в процессах биовыщелачивания металлов и производства биотоплива. Некоторые бактерии выращивают внутри себя микроскопические кристаллы магнетита (магнитный железняк - широко распространённый минерал чёрного цвета, природный оксид железа) и как бы накачивают их электронами, таким образом, превращая в биобатарейки которыми пользуются другие бактерии. Биобатарейка- это устройство для накопления энергии работающее на органических соединениях. Хотя такие биобатарейки никогда не поступали в коммерческую продажу они всё ещё проходят испытания, а несколько исследовательских групп и инженеров работают над дальнейшим продвижением разработки этих батарей.
Хемосинтез — процесс при котором хемотрофы синтезируют органические вещества из CO₂ (углекислый газ) используя реакцию окисления неорганических соединений (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита, водорода и азота) но источником энергии здесь служит не свет, а химическая энергия получаемая при этом окислении. Данный способ питания, при котором энергия используется для фиксации углекислого газа (CO2) и соединения молекул. Выделяющаяся в окислительных реакциях энергия сначала аккумулируется, а затем расходуется на биосинтетические процессы в клетке. Это явление было открыто в 1887-мом году русским учёным биологом, бактериологом, одним из основоположников современной общей и почвенной микробиологии Виноградским Сергеем Николаевичем. Российский микробиолог доказал существование микроорганизмов, получающих энергию за счёт окисления неорганических веществ и использующих её для ассимиляции углекислого газа или карбонатов (соли угольной кислоты). В 1893-ем году он впервые выделил из почвы и описал бактерии усваивающие молекулярный азот, а на следующий год в 1894-том стал членом-корреспондентом Петербургской академии наук. В 1903-ем году стал одним из организаторов Русского микробиологического общества и до 1905-того года был его председателем. Этот выдающийся русский микробиолог основатель экологии микроорганизмов единственный из эмигрантов - был избран почётным членом Российской академии наук в 1923-ем году. Развил представление о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе и ввёл микроэкологический принцип их исследования. Изучая почвенное микробное сообщество Виноградский разделил всех живущих в нём микроорганизмов на типичных, встречающихся всегда и тех чьё развитие связано с увеличением концентрации органического вещества. Это деление оказалось применимым для большинства экосистем. Виноградский Сергей Николаевич был членом Французской академии наук и Лондонского королевского общества. Уже после смерти Виноградского постановлением Совета Министров СССР в 1969-том году была учреждена премия его имени.
Бациллы — это бактерии палочковидной формы способные образовывать внутриклеточные споры для выживания в неблагоприятных условиях десятки и даже сотни лет. Бацилла - прямая или слабо изогнутая палочка среднего и крупного размера, а длина клеток может варьироваться от одного до десяти микрометров, толщина — от 0,5 до 2 мкм. Концы клеток могут быть закруглёнными, обрубленными, заострёнными или утолщёнными. Спорообразование происходит так - внутри материнской клетки образуются покоящиеся формы бактерий, которые устойчивы к экстремальным температурам, высушиванию, радиации и химическим агентам. Род бацилл включает около 217-цати видов, большинство подвижны и преобразуют органику в неорганические соединения, а некоторые виды образуют капсулы. Какие-то могут расти на простых питательных средах, а некоторые участвуют в разрушении силикатов и других минералов. Существуют и такие, которые могут образовывать кристаллы. В их клетках образуются кристаллические белковые токсины, приводящие к гибели насекомых после поглощения ими бактерий. В этом случае кристаллы выполняют защитную функцию живых организмов. Бациллы широко распространены в природе: в почве, в воде, на растениях, в морских губках, а также в организме человека и животных (например, в кишечнике). Некоторые виды бацилл патогенны и вызывают заболевания с отравлениями. К примеру, Bacillus anthracis — возбудитель сибирской язвы, а Bacillus cereus — вызывает пищевые токсикоинфекции. Поэтому частенько слово "бацилла" может использоваться в переносном смысле для обозначения какого-либо отрицательного вредного свойства или явления распространяющегося подобно заразе. Бациллы активно используются в различных областях, в том числе в биотехнологии и промышленности. Bacillus subtilis — создают ферменты расщепляющие белки и применяются в стиральных порошках, а в генной инженерии как хозяева для клонирования ДНК.
Раннее я упоминала некоторые интересные факты о нашем теле и не раз описывала взаимосвязь микро и макрокосмоса. Любое живое существо содержит в себе более маленькие живые организмы и такая цепочка один в другом хорошо нам известна по тем же матрёшкам. Как мы уже видели в этой и прошлой статье "Питание" здоровье пищеварительной системы зависит от множества факторов, к одним из ключевых можно отнести состав микрофлоры кишечника, а также нашу микробиоту.
Согласно современной терминологии микробиота — это сообщество всех представителей микромира (бактерии, вирусы, грибы, простейшие и другие) населяющие тело человека или определённые его части. Это сложная экосистема, которая взаимодействует с организмом хозяина и играет важную роль в поддержании здоровья. В организме человека насчитывается порядка 10¹⁴ (сто биллионов) микробных клеток, что превышает число собственных клеток организма, а общая масса микробиоты может составлять около 0,2 килограмм. В зависимости от места обитания выделяют микробиоту кишечника, полости рта, кожи и дыхательных путей. Она участвует в пищеварении, синтезе витаминов (группы B и K) короткоцепочечных жирных кислот, ферментов и других биологически активных веществ. Также играет ключевую роль в регуляции иммунной системы, взаимодействии с нервной и эндокринной системами, поддержании барьерной функции кишечника и детоксикации организма. Микробиота включает как постоянно присутствующих в организме и выполняющих важные функции представителей микроорганизмов, так и транзиторных (поступающих из внешней среды и неспособных к длительному существованию в здоровом организме). У детей, рождённых естественным путём микробиота обычно более разнообразная чем у тех, кто появился на свет путём кесарева сечения. Молоко матери содержит пробиотические бактерии и пребиотические компоненты которые помогают формировать здоровую кишечную флору поэтому грудное вскармливание считается лучше даже при не жирном и малопитательном молоке. Важно и дальнейшее питание. Рацион богатый овощами, фруктами, цельнозерновыми продуктами и кисломолочными изделиями поддерживает разнообразие микрофлоры. Употребление рафинированных продуктов, избыток простых углеводов и недостаток пищевых волокон могут привести к дефициту полезных бактерий. Приём антибиотиков может существенно изменить состав микробиоты снижая количество некоторых видов и способствуя появлению бактерий или других микроорганизмов, которые утратили чувствительность к действию антибиотиков. Дисбиоз (дисбактериоз) — это нарушение баланса микрофлоры в организме, при котором происходит качественное или количественное изменение состава микроорганизмов, то есть в микробиоте процент полезных бактерий уменьшается, а болезнетворных — увеличивается. Это может привести к различным проблемам со здоровьем, включая нарушения пищеварения, аутоиммунных заболеваний, аллергическим реакциям, снижению иммунитета и другим нарушениям, а также влиять на психическое состояние. Дисбиоз не является самостоятельным заболеванием, а представляет собой клинико-лабораторный синдром, который может возникать на фоне различных патологий, состояний или воздействий. Нарушение баланса микробиоты может происходить в разных частях организма - кожа, ротовая полость, кишечник, влагалище, мочевыводящие и дыхательные пути, но чаще всего под дисбактериозом понимают изменение микрофлоры кишечника. К развитию дисбиоза могут приводить заболевания ЖКТ, острые и хронические инфекции.
Микробиом — это совокупность всех микроорганизмов, населяющих организм человека, все их гены с продуктами жизнедеятельности и даже условия среды, в которой они существуют. В микробиоме присутствуют не только сами микроорганизмы, но и среда их обитания - слизь. Для исследования микробиома используются различные методы включая анализ ДНК. Про дезоксирибонуклеиновую кислоту я подробнее писала в другой своей статье. Микроорганизмы обитают на коже, во рту, кишечнике, влагалище, лёгких, слизистых оболочках глаз, дыхательных и мочевыводящих путях, а также в других частях тела. Микробиом участвует в регуляции обмена веществ, всасывании питательных веществ, работе иммунной системы, а также влияет на эмоциональное состояние человека. В кишечнике функция микробиома играет ключевую роль в пищеварении, выработке короткоцепочечных жирных кислот, нейрогормонов, так называемого гормона счастья - серотонина и других. Состав микробиома меняется под влиянием питания, физической активности, приёма лекарств (особенно антибиотиков), вредных привычек, гормональных изменений, стресса и других факторов.
Несмотря на их схожесть всё же важно различать понятия "микробиом" и "микробиота". Микробиота — это живые микроорганизмы, которые населяют определённую среду (экологическую нишу) в организме хозяина. Микробиом же более широкое понятие, которое включает в себя саму микробиоту и другие компоненты взаимодействия с организмом, генетическую информацию этих организмов плюс то, как они ею распоряжаются (какие белки производят, да какие реакции запускают). Проще говоря микробиота — это сами живые существа, а микробиом — их генетический материал. Часто в быту и даже в некоторых научных текстах эти термины используют как синонимы и это не считается грубой ошибкой. Но если говорить строго разница в фокусе: микробиота — объект (кто живёт), микробиом — система (кто живёт и что от этого получается на генетическом уровне). К примеру, изучая микробиоту кишечника учёные смотрят какие виды бактерий там присутствуют. А изучая микробиом они анализируют какие ферменты эти бактерии вырабатывают, какие витамины синтезируют, как влияют на обмен веществ и иммунитет.
С 1912-того года академик Национальной академии наук США Уильям Мортон Уилер был одной из самых ярких фигур в биологии своего времени чьи труды оказали значительное влияние на развитие таких дисциплин как эмбриология и систематика насекомых. Он стал основоположником американской науки о муравьях и крупнейшим её представителем начала 20-того века. Специализировался не только на описании новых видов, но и работал в области эмбриологии насекомых. Описал более 600-от новых для науки видов муравьёв и около 30-ти новых родов этих общественных насекомых. В честь него названо более 30-и видов муравьёв. Предложил концепцию "суперорганизма" для описания муравьиной семьи как единого целого. Научная библиография Уилера насчитывает около 465-ти публикаций общим объёмом более 10 000 страниц.
В детстве мне очень нравился рассказ, написанный Романовой Натальей в 1988-мом году по наблюдениям за насекомыми "Муравей Красная Точка". Может быть помните его и вы. Муравьи хоть и привычны, но сами по себе очень интересные и удивительные насекомые, у которых существует строгий порядок и внутренняя иерархия так называемых социальных прослоек их общества. Они являются одними из самых сильных насекомых в мире. Если бы в нас была их сила, то один человек спокойно мог бы поднять целый рояль и дотащить его на себе по лестнице на десятый этаж. В народных поверьях появление муравьёв в доме, особенно маленьких рыжих, иногда связывали с финансовым благополучием и удачей в денежных делах, приближением денег. По приметам считается что муравьи приходят в место, где скоро наступит "полная чаша" и материальное благополучие. При этом иногда подчёркивается, что чем больше муравьёв, тем лучше будет финансовое положение. Однако это не логично ведь муравьи приползают по объективным причинам: наличием пищи (крошки, открытые продукты), влаги, тёплых условий или возможностью проникновения от соседей, например, после дезинсекции. Иногда селятся в стенах, в полу или под полом, особенно если поблизости есть, какой-то общепит без соблюдения санитарных условий. То же самое происходит и с тараканами. Частенько термитов называют белыми муравьями хотя в действительности они ближе к тараканам. В частных домах муравьишки могут появиться на время с наступлением теплоты, когда они как бы просыпаются и начинают активничать, осуществляя какой-то переход, на пути которого расположен ваш дом. Часто такое происходит если кто-то разорил их, потревожил или разрушил муравейник. В таком случае они вынуждены отправится в поход на поиски нового места для строительства своего муравейника, а попутно устраивают такие небольшие привалы в домах с благоприятными им условиями где можно чем-то поживиться. А ещё муравьи занимаются самым настоящим скотоводством подобно нашему, они "доят" тлю — это часть их симбиотических отношений, которые начали формироваться около ста миллионов лет назад. Этим занимаются только определённые виды лесных и садовых муравьёв. У некоторых видов существует разделение труда при уходе за тлями; у одних в этом процессе участвуют все особи — полная специализация (рыжие лесные муравьи) и пасут тлю отдельные муравьи-пастухи, а у других есть частичная специализация. Среди фермерских тлей чаще всего встречаются бобовая, персиковая и тля-листовёртка. Иногда муравьи могут поедать и самих тлей, но это не является их основной целью. Процесс основан на взаимодействии биологических особенностей насекомых и приносит пользу обоим. Взаимная выгода строится вот на чём: для муравьёв падь — основной источник питания, богатый углеводами и энергией, а для тли муравьи обеспечивают защиту от хищников (божьих коровок, клещей и других.) неблагоприятных погодных условий и паразитов. Кроме того, муравьи могут переносить тлю на новые растения или участки предотвращая перенаселение. Некоторые виды муравьёв даже "разводят" тлю в своих гнёздах — переносят её туда на зиму и возвращают весной. Муравьи стимулируют тлю к выделению сладкой жидкости — пади (медвяной росы). Для этого они мягко постукивают усиками по брюшку тли создавая своеобразный массажный эффект. Тля реагирует на эти действия выделением дополнительного количества пади, подобно тому как у некоторых коров увеличивается удой от музыки для настроения или, когда им поют во время дойки. Некоторые виды муравьёв могут "дрессировать" тлю, выбирая особей с наиболее высокой продуктивностью. Таким образом взаимодействие муравьёв и тли — пример сложного симбиоза, где оба вида адаптировались для получения преимуществ от сотрудничества.
А теперь чуть подробнее про саму тлю. Как мы уже говорили деление (оно же клонирование себе подобных из частички себя) самый первый и простой способ размножения и тля успешно этим пользуется. Тли размножаются как половым, так и бесполым путём - партеногенезом. У этих насекомых система определения пола и хромосомный набор имеют свои особенности, не совпадающие с привычной системой XY характерной для нас и многих млекопитающих. У тлей нет Y-хромосомы и определение пола в основном происходит по типу XX/X0: у самок две Х-хромосомы, а у самцов только одна. При половом размножении под влиянием изменения температуры и других факторов, при уменьшении продолжительности дня, то есть осенью ближе к концу года у самок во время деления клеток количество Х-хромосом уменьшается до одного в результате чего развиваются самцы. Так возникает поколение, в котором помимо девочек присутствуют и мальчики. Оплодотворённые самки откладывают яйца, которые перезимовывают, а весной из них вылупляются новые самочки и цикл повторяется. Но большую часть года тля существуют только в виде самок и размножается без участия самцов. Поскольку оплодотворения не происходит - последующие поколения генетически идентичны и являются клонами мамы. Таким образом в летний период большинство поколений развиваются путём партеногенеза, где популяция тлей состоит исключительно из самок, а осенью с изменением условий среды происходит смена способа размножения с оплодотворением — переход к половому размножению, что вносит в популяцию генетическое разнообразие. Типичный годовой жизненный цикл тлей включает последовательность партеногенетических поколений, за которыми следует половое поколение (такое чередование называется циклическим партеногенезом). При партеногенезе (бесполом размножении) самка откладывает яйца, и её потомки являются точной копией матери, то есть рождаются только девочки. Это связано с особенностями их репродуктивной системы и механизмом развития потомства. Одна взрослая тля может порождать до 12-ти особей в день. Тля не только откладывает яйца, но есть и такие виды для которых характерно яйцерождение — детёныши развиваются из яйца в организме матери как при живорождении. Молодые особи появляются на свет уже сформировавшимися, а не вылупляются из отложенных яиц. Вот такая у них особенность жизненного цикла и адаптация к различным условиям среды. Поэтому формирование и развитие новой особи из неоплодотворённой яйцеклетки — основной способ размножения тлей. А партеногенез у них происходит без оплодотворения при этом в тёплое время года из неоплодотворённых яиц появляется несколько поколений самок.
Суперорганизм — это биологическая система, состоящая из множества, индивидуальных организмов, которые тесно взаимодействуют между собой и функционируют как единое целое. При этом отдельные особи в такой системе обычно специализированы на выполнении определённых задач и по отдельности они не способны длительно выживать. Ключевая особенность таких систем — тесная взаимосвязь и специализация особей благодаря которой коллектив приобретает черты единого организма, то есть обычно это такая социальная единица, где происходит разделение труда. В более общем смысле суперорганизм можно определить, как собрание агентов, которые могут действовать согласованно, чтобы произвести явления, управляемые коллективно. Термин "суперорганизм" был предложен в 1910-том году американским энтомологом и профессором Гарвардского университета Уильямом Мортоном Уилером на основе его исследований муравьёв. Внутри суперорганизма особи делятся на касты с жёстко закреплёнными ролями: рабочие, солдаты, разведчики и репродуктивные особи (матки). Но они не могут самостоятельно жить и долго существовать вне коллектива. Координация достигается за счёт сложных систем коммуникации и согласования действий: у муравьёв это феромоны, а у пчёл — особый язык танцев. Феромоны - это химические вещества, которые животные выделяют в окружающую среду для передачи сигналов особям своего вида, такой "невидимый язык" химической коммуникации в природе. Коллективное поведение позволяет решать задачи, которые были бы непосильны для одиночных организмов, и достигать целей, недоступных отдельным "агентам". К суперорганизмам относятся симбиотические системы. Например, лишайники — ассоциация гриба и водоросли, где каждый партнёр выполняет свою роль: водоросль производит питательные вещества посредством фотосинтеза, а гриб обеспечивает защиту и прикрепление. Классические примеры — колонии социальных насекомых (муравьи, пчёлы и термиты). В таких сообществах существует строгое разделение труда, где каждая каста выполняет строго определённые функции. В муравейнике рабочие особи добывают пищу и ухаживают за потомством, солдаты защищают гнездо, а матка отвечает за размножение. Изучение суперорганизмов помогает понять механизмы кооперации, распределения труда и адаптации в сложных социальных системах, как из взаимодействия простых элементов возникают сложные уровни организации и саморегуляции. Эти знания применяются в биокибернетике и искусственном интеллекте для разработки алгоритмов. Принципы коллективного поведения, наблюдаемые у насекомых, вдохновляют разработчиков в области робототехники и создания распределённых систем. В биологии и медицине концепция суперорганизма позволяет по-новому взглянуть на симбиоз и взаимодействие компонентов. Иногда концепцию суперорганизма применяют и к человеческому телу, рассматриваемому как совокупность хозяина (функциональное объединение геномов) и его микробиоты которые взаимодействуют взаимовыгодно. Однако в строгом биологическом смысле человеческие общества как отдельные люди обычно не считаются суперорганизмами из-за отсутствия жёсткой кастовой специализации.
В настоящее время отдельный человек рассматривается как суперорганизм в котором в содружестве с хозяином существует разнообразная микробная флора — микробиом. При этом человек отнюдь не исключение из правила - суперорганизмами являются большинство если не все животные и растения. Количество наших "меньших братьев" огромно — число микробов превышает число клеток организма, а их масса составляет примерно 5% от массы тела (вдумайтесь микробы весят больше чем мозг!). Как мы видели выше каждый человек имеет свой собственный уникальный микробиом который стабилен и стремится к восстановлению после нарушений. Суммарный вес бактерий, населяющих кишечник может достигать двух килограмм - это больше чем масса человеческого мозга. По некоторым оценкам до 70% всех иммунных клеток сосредоточено в районе кишечника. Общее число составляет сто триллионов - это в десять раз больше количества клеток в человеческом организме. Как и писала раннее различные неблагоприятные факторы могут привести к нарушениям микробиоты, расстройствам пищеварения, повышению риска инфекционных и других заболеваний (в том числе онкологических) снижению качества и продолжительности жизни. Даже психическое здоровье (тревожные расстройства, депрессия и поведение) зависит от здоровья кишечного микробиома. Кроме бактерий в кишечнике есть грибы (дрожжи) и около 500-от различных видов вирусов. Весь этот “зоопарк” находится под жёстким контролем иммунной системы. Взаимодействие между организмом хозяина и микрофлорой является взаимовыгодным — человек предоставляет микробиому (среду обитания) а бактерии в свою очередь выполняют множество крайне необходимых хозяину функций. Полезная микрофлора участвует в процессах пищеварения. Постоянно конкурируя с микробами, поступающими с пищей из внешней среды она обеспечивает иммунную защиту хозяина, разрушает токсины, синтезирует антимикробные вещества, активирует синтез иммуноглобулинов, которые помогают организму бороться с инфекциями. Иммуноглобулины (их также называют антителами, а сокращённо — Ig) — это особые белки, вырабатываемые иммунной системой нашего организма для защиты от чужеродных агентов: бактерий, вирусов, токсинов и других патогенов. По своей структуре они относятся к группе белков крови — глобулинов. Микробиота также синтезирует организму-хозяину полезные вещества (аминокислоты и витамины) и регулирует разнообразные процессы. Доказано, что продукты микробного метаболизма действуют как сигнальные молекулы оказывая прямое влияние на функции кишечника, печени и головного мозга, на процессы в жировой и мышечной ткани. Таким образом микробиоту можно рассматривать как отдельный орган по метаболической активности сопоставимый с печенью! А наш кишечник (прежде всего толстую кишку) можно рассматривать как своеобразный биореактор с огромными возможностями. Как видно связь между здоровьем микробиоты и нашим здоровьем не вызывает сомнений.
Вы знаете, что микрофлора кишечника и система пищеварения начинают развиваться у младенцев ещё внутриутробно и более всего населена бактериями? А вот уже львиную долю всех остальных бактерий, которые расселяются по разным участкам нашего организма практически мгновенно мы получаем при рождении. До рождения плод находится в стерильной среде - его организм защищён от внешнего мира, в том числе от микроорганизмов. Хотя некоторые исследования указывают на возможность внутриутробного проникновения бактерий (к примеру, из кишечника матери через кровоток) масштабная колонизация начинается именно после появления на свет. Заселение бактериями разных систем организма происходит постепенно, запускается после рождения и формирует микрофлору. Сперва идёт наиболее значимый процесс по кишечнику. При естественных родах ребёнок впервые контактирует с микрофлорой влагалища матери, а затем с бактериями с её кожи и груди. Именно эти первые штаммы во многом определяют состав кишечного микробиома который в норме включает полезные бифидобактерии и лактобациллы. Затем через кожный контакт с окружающей средой сразу после рождения приводит к попаданию на кожу младенца микроорганизмов. Далее идёт ротовая полость - уже в первые часы жизни в рот попадают бактерии из воздуха и с окружающих предметов. В своей статье "Питание" я уже писала про это, но кратко повторюсь. Об этом мало кто говорит, но все наши продукты питания (а человек единственное существо, которое ест всё) перевариваются, расщепляются и синтезируются именно в кишечнике, кроме мяса. Кишечник сам по себе занимает много места внутри если учитывать все кишки, но до мелкого распада грубый перемол выполняет желудок. Он как бы первично распределяет всё поглощаемое подобно мусорным контейнерам для пластика, стекла, металлов, бумаги, органики и т.п., но не переваривает ничего кроме мясных продуктов. Желудочный сок способствует распаду пищи на крупненькие составляющие, так называемое интенсивное переваривание, и по большей части существует для мясных продуктов. Поэтому у вегетарианцев и веганов он постепенно сужается и немного усыхает за ненадобностью. Желудок хорошо тянется потому не зря существует выражение "растянуть желудок" когда кто-то часто наедается сверх его нормы. Таким образом симбиоз в слаженности действий нашего желудка с кишечником очевиден.
Вирус — неклеточный инфекционный агент, не обладающий свойствами живых организмов за исключением размножения который может воспроизводиться только внутри живущих клеток, такие микроскопические частицы способные заражать живые организмы. Они являются самой многочисленной биологической формой жизни на Земле и обнаружены почти в каждой экосистеме. Слово "вирус" происходит от латинского "virus" которое имело несколько значений: "болезнетворный яд" и "слизь". Впервые для обозначения инфекционного заболевания слово было применено в 1728-мом году. В 1790-тых годах его стали использовать для названия агента способного вызывать болезнь. Также голландский микробиолог и ботаник Мартин Бейеринк который исследовал труды наших учёных очень мелкие микроорганизмы и возбудителей инфекционных заболеваний стал называть вирусами. Но в русском языке от немецкого слово стало широко использоваться только в начале 19-того века. Впервые существование вируса (как нового типа возбудителя болезней) после многолетних исследований доказал в 1892-ром году русский учёный и основоположник вирусологии Ивановский Дмитрий Иосифович. Его открытие стало фундаментом для развития этой самостоятельной научной дисциплины, которая сегодня играет ключевую роль в медицине биологии и ветеринарии. Размеры вирусов очень малы — от 20-ти до 300-от нанометров поэтому их нельзя увидеть в обычный световой микроскоп, а для изучения нужна электронная микроскопия. В конце 1930-тых годов вирусы впервые удалось визуализировать с помощью электронного микроскопа, и их природа стала понятна. Термин "вирион" (производное от virus) для обозначения отдельных вирусных частиц начали использовать с 1959-того года. Вирусы не имеют клеточного строения, а вирусные частицы — вирионы представляют собой молекулы, которые у большинства вирусов не проявляют никаких признаков биологической активности пока не соприкоснутся с клеткой-хозяином. Эти внутриклеточные паразиты могут функционировать расти и размножаться только в клетке хозяина. Вне клетки вирусы не выказывают признаков жизни и имеют кристаллическую форму. Поэтому вирион — это полноценная вирусная частица, которая находится вне живой клетки. Проще говоря: пока вирус не попал в клетку-хозяина он существует в виде вириона — такой себе снаряд, который может заражать. Форма вирионов разнообразна: они могут быть сферическими, палочковидными, пулевидными, нитевидными, а у некоторых (например, бактериофагов) — сложная форма с головкой и хвостиком. Простейшая вирусная частица состоит из двух компонентов: генетического материала — молекула нуклеиновой кислоты ДНК или РНК в которой содержится информация о строении вирусной частицы (некоторые вирусы которые достигают около 500 нанометров содержат оба типа) и защитной белковой оболочки, защищающей генетический материал, она собрана из отдельных белковых субъединиц. Но у некоторых вирусов поверх белковой есть дополнительная внешняя липопротеиновая оболочка, формирующаяся из мембраны клетки-хозяина. Двухцепочечные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, то есть выполняют у них функции хромосом. По строению оболочки располагаются в один или два слоя по двум типам симметрии — кубическому или спиральному. Кроме того, вирусы могут соединяться в кристаллы. В кристаллическом состоянии они не проявляют признаков живого, но при изменении внешних условий (попадание внутрь клетки живого организма) начинают двигаться и размножаться. Обнаружены и такие которые способны копироваться только в присутствии других вирусов. Вирусы поражают все типы организмов - от растений и животных до бактерий, а вирусы бактерий обычно называют бактериофагами, но о них чуть позже. Некоторые вирусы могут провоцировать развитие заболеваний, а какие-то даже связаны с раком к примеру онкогенные вирусы (онковирусы). При заражении вирион либо вводит в клетку только свой геном (как бактериофаги), либо проникает в неё практически целиком. В медицине вирусы являются возбудителями множества болезней: гриппа, кори, бешенства, гепатита, COVID-19 и других, а х изучением занимается наука - вирусология. С другой стороны, вирусы играют важную роль в эволюции обеспечивая горизонтальный перенос генов — передачу генетической информации между неродственными организмами. Про гены и виды переноса я подробнее писала в своей статье "Организм". Поэтому роль вирусов в природе и жизни человека очень значима. Почему вирусы называют "организмами на границе жизни" и чем же они отличаются от других живых организмов? С одной стороны, у них есть признаки живого организма - генетический материал, они способны эволюционировать путём естественного отбора и размножаются, создавая копии самих себя. С другой — у них нет ключевых признаков живого таких как собственный метаболизм, нет цитоплазмы, клеточных мембран, они не могут усваивать пищу и получать энергию, не способны к самостоятельному росту и делению. Главные отличия — отсутствие клеточного строения (именно клеточной оболочки) и своего обмена веществ. Из-за этого вирусы не умеют самостоятельно синтезировать необходимые для жизни молекулы и вынуждены использовать ресурсы клетки-хозяина. Вне клетки вирионы ведут себя как химические вещества и не проявляют свойств живого. Но как только вирус попадает в подходящую клетку он перепрограммирует её механизмы: заставляет клетку производить его белки и копировать генетический материал. Из этих компонентов собираются новые вирусные частицы, которые затем выходят наружу и могут заражать другие клетки. Из-за того, что вирион сам по себе не живёт, а лишь переносит генетический материал в науке до сих пор дискутируют: считать ли вирус живым организмом.
Один из основателей экологической микробиологии и вирусологии наряду с Виноградским Сергеем Николаевичем и Ивановским Дмитрием Иосифовичем Мартин Виллем Бейеринк был членом Нидерландской королевской академии наук с 1884-того года. В 1905-том году получил медаль Левенгука и с 1926-того года был иностранным членом Лондонского королевского общества. В 1924-том году был иностранным членом-корреспондентом Российской академии наук, а спустя пять лет в 1929-том году стал иностранным почётным членом Академии наук СССР. Исследования Бейеринка внесли значительный вклад в понимание роли микроорганизмов в природных процессах и их участия в круговороте веществ.
Русский физиолог растений и микробиолог Ивановский Дмитрий Иосифович занимался также изучением процесса спиртового брожения и влияния на него кислорода, хлорофилла и других пигментов зелёных листьев, участвующих в процессе фотосинтеза. В Российской академии медицинских наук учреждена премия его имени, которая присуждается один раз в три года за лучшую научную работу по вирусологии.
Бактериофаги (БФ) или просто фаги "φᾰ́γω" (от греческого я ухожу, пожираю) — это вирусы, которые атакуют исключительно бактерии и не вредят клеткам человека, животных или растений так как их мишень строго специфична. Таким образом "пожирающие или разрушающие бактерии" — это группа вирусов, поражающих бактериальные клетки. По сравнению с вирусами человека и животных бактериофаги более устойчивы к действию внешних физических и химических факторов: хорошо переносят высушивание и замораживание, сохраняют активность в широком диапазоне рН и длительно сохраняются при низких температурах. Эти строгие внутриклеточные паразиты, которые заражают и размножаются только внутри бактериальной клетки, не культивируются на искусственных питательных средах или в живых биологических системах (культурах клеток, на куриных эмбрионах и т. п.). Вирион бактериофага состоит из оболочки (обычно белковой) и генетического материала — одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или реже РНК). Типичная фаговая частица часто включает: головку с содержащимся в ней генетическим материалом окружённым оболочкой и хвост (отросток) — белковую трубку которая используется для инъекции вирусного генетического материала в бактериальную клетку. Длина хвоста обычно в 2-4 раза больше диаметра головки. На конце отростка у многих бактериофагов есть пластинка с шиповидными выступами от которой отходят тонкие длинные нити, способствующие прикреплению фага к бактерии. Каждый бактериофаг способен разрушать только определённый вид бактерий, а некоторые — определённые типы или даже штаммы. Классифицируют по разным признакам, например, по типу нуклеиновой кислоты — на ДНК- и РНК-содержащие. Разделяются на нитевидные, кубические, мелкие без отростка, с коротким или длинным отростком и т. д. Бактериофаги широко распространены в природе — их выделяют из воды, почвы, кишечника человека, животных и птиц, из продуктов питания и других объектов где обитают микроорганизмы. Они активно участвуют в круговороте химических веществ и энергии, влияют на состав, динамику и активность микробных сообществ и оказывают влияние на их эволюцию. В медицине их используют для лечения бактериальных инфекций, а для повышения эффективности терапии важно предварительно определить чувствительность возбудителя к конкретным бактериофагам. Препараты на их основе применяют при гнойно-воспалительных процессах, дисбактериозах, инфекциях желудочно-кишечного тракта, дыхательных и мочевыводящих путей и др. Также бактериофаги исследуют в научных целях — как модельные объекты для изучения молекулярных процессов, генетики и биотехнологии.
Антибиотик — это химическое вещество, вырабатываемое микроорганизмами способное подавлять рост и даже уничтожать бактерии и некоторые грибы. По сути это ключевая информация, которая может спасти вам жизнь. Само слово происходит от греческих корней: "анти" (против) и "био" (жизнь) - то есть дословно "против жизни", поскольку антибиотики способны вызвать гибель микроорганизмов. Изначально антибиотики — это природные вещества, которые вырабатывают некоторые микроорганизмы для подавления конкурентов. К примеру пенициллин был получен из плесени Penicillium (Пенициллиум), в одной из своих статей я упоминала об этом, описывая виды плесени. Существуют и полусинтетические антибиотики. Их создают так: сначала находят природное вещество, а затем химически модифицируют в лаборатории, чтобы улучшить свойства - расширить спектр действия или снизить токсичность. А полностью синтетические препараты синтезируют с нуля без природного прототипа. У каждого антибиотика свой спектр действия: есть препараты узкого спектра которые действуют на конкретные виды бактерий и широкого - убивающие разные виды. Таким образом антибиотиками считаются вещества избирательно подавляющие жизненные функции некоторых микроорганизмов. В настоящее время известно более ста видов антибиотиков, но лишь немногие из них применяются в медицине ведь они являются ядом не только для микроорганизмов, но и для организма человека в целом. Антибиотик может разрушать клеточную стенку бактерий, блокировать процессы их размножения или замедлять метаболизм останавливая определённые биохимические реакции. Антибиотики действуют избирательно - нацелены на структуры и процессы, которые есть у микробов, но отсутствуют у клеток человека. В результате они либо убивают бактерии (бактерицидный эффект), либо останавливают их размножение давая иммунной системе возможность справиться с инфекцией. Важный нюанс - они помогают только против бактерий, а не вирусов. У вирусов нет тех структур или клеточной стенки, на которые нацелены антибиотики поэтому при гриппе, ОРВИ или COVID-19 они бесполезны. То есть вирусные заболевания не поддаются лечению антибиотиками, которые могут вылечить только бактериальные инфекции. Лекарственные антибиотики - это антибактериальные препараты, влияющие на процессы обмена веществ бактерий, способные нарушать синтез белка, что останавливает размножение патологических микроорганизмов и постепенно приводит к их гибели. Антибиотики должен назначать только врач поскольку самолечение ими опасно: можно не только не помочь, но и навредить — нарушить баланс микрофлоры, спровоцировать устойчивость бактерий или вызвать побочные эффекты. Ещё важно пройти полный курс ведь если прервать лечение раньше времени выжившие бактерии могут мутировать и стать устойчивыми к препарату. Посему даже если симптомы кажутся знакомыми не стоит самостоятельно назначать себе антибиотик — лучше довериться специалисту, который подберёт верное средство и схему приёма.
Итак, как мы видим бактерии - клетки, а вирусы - белковые конструкты без клеточного строения. От живых паразитарных организмов вирусы отличаются полным отсутствием основного энергетического обмена и отсутствием сложнейшего элемента живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка). Когда началась пандемия коронавируса в 2019-том году, что только не говорили и какие только теории не строились. За годы вспышки унесли огромное количество жизней людей всех возрастов по всему миру. В первую очередь коронавирус осложнял дыхание и сильно пробивал иммунитет, от чего удары приходились по самым слабым местам в организме. Он проявлялся у всех по-разному за исключением некоторых схожестей. От этого львиная доля людей умирала по разным причинам разных штаммов того же вируса, который ещё и мутировал, обороняясь ответными ударами на прививки. Как мне кажется через воздух им переболели все на нашей планете, только кто-то в более лёгкой форме от чего мог даже не знать, что это был именно тот самый вирус. Причём болели и не редко умирали все вне зависимости от того вакцинировались они или нет. А многие привитые люди даже ещё хуже перенесли болезнь со сложными последствиями. По сути тот же грипп и простудные вирусные инфекции гуляют по всем из года в год, особенно в холодный сезон. И тоже заболевают в равной степени те, кто прививается всегда и, кто ни разу не прививался. Это ещё раз доказывает колоссальную важность нашей собственной иммунной системы. В 2020-том году начался карантин, на котором стали поднимать информацию о том, что различные коронавирусы были уже давно только не проходили так масштабно и чаще всего встречались у животных особенно кошек.
Вирус, как и любой живой организм стремиться выжить, отвечая на агрессию опасной мутацией. Иными словами - чем сильнее люди борются и изобретают более сильные препараты, тем быстрее адаптируется, растёт и мутирует вирус. Конечно нельзя бездействовать, но действовать надо с учётом понимания механизмов. А понимая, как укрепить иммунитет можно добиться положительных результатов даже дома. Парадокс - люди научились излечивать некоторые виды рака на начальных стадиях, но до сих пор не победили обычный, казалось бы, насморк со всеми нашими прививками и вакцинами... И причина отчасти в понимании разницы между вирусами и бактериями. Лично мне сразу же вспоминается легендарная "Война миров" Герберта Джорджа Уэллса. Помните конец этой истории? Всё окончилось естественной планетарной победой. Это не была победа людей над марсианами их одолели земные микроорганизмы, против которых у пришельцев не было иммунитета. Как говорит мой кумир Сундаков Виталий Владимирович: "Всё естественное делается естественным путём". Кстати древние цивилизации знали куда больше нашего и уже тогда изучая мир микроорганизмов они понимали причины разложения да научились техники мумификации. Те же египтяне многие болезнетворные бактерии оставляли целенаправленно в гробницах для устрашения в виде различных "проклятий фараона". Как вы знаете я очень часто провожу аналогию человека с различными цифровыми устройствами, а мироздание с программным обеспечением. Вот и в нашей сегодняшней теме микромира вы очередной раз наглядно сами могли убедиться в справедливости такого сравнения. Не зря вид вредоносных программ так же стали называть вирусом. Вообще тут есть над чем подумать обо всём вышесказанном да разогнать свой полёт мысли.