Система высших таксонов

1. Система высших таксонов

Тема 2

2. Объективно в природе системы высших таксонов не существует, существуют сами таксоны, а их систематизация субъективна и зависит

от уровня накопленных
человечеством знаний, а также, от собственного взгляда того или иного
систематика. В настоящее время рекомендуется система, показанная на рисунках.
Высшей категорией в представленных схемах является домен или надцарство.
Три условно изображённых домена представляют собой всю биоту (всё живое) на
нашей планете.

3. Исторически выделяют пять основных царств живых организмов: животные, растения, грибы, бактерии (или дробянки) и вирусы.

Последние, когда они вне клетки, не считаются (и
не являются) живыми, и в этом случае не укладываются ни в какую систему организмов. С
1977 года к ним также присоединяют ещё два царства – протисты и археи. С 1998 выделяют
ещё одно – хромисты.
Согласно современным представлениям все организмы объединяют в четыре надцарства
или домена: бактерии, археи, эвкариоты и вирусы. К домену бактерии относят царство
бактерии, к домену археи – царство археи, к домену вирусы – царство вирусы, к домену
эвкариоты – все остальные царства, то есть, животные, растения, грибы, протисты и
хромисты.
Домены
Царства
Бактерии
Археи
Бактерии
Археи
Протисты
Хромисты
Растения
Грибы
Животные
Организмы
Эвкариоты
Вирусы
Вирусы
Вирусы

4. Домен бактерии, царство бактерии

Бактерии (эубактерии (Eubacteria), др.-греч. βακτήριον – палочка) –
прокариотные (безъядерные) микроорганизмы, чаще всего одноклеточные. К
настоящему времени описано около десяти тысяч видов бактерий и
предполагается, что их существует свыше миллиона, однако применение понятия
«вид» к бактериям сопряжено с рядом трудностей.
Впервые бактерии увидел в оптический микроскоп и описал в 1676 году
голландский натуралист Антони ван Левенгук. Название «бактерии» ввёл в
употребление в 1828 году Христиан Эренберг . В 1850-х годах Луи Пастер
положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл
их болезнетворные свойства.
Основательное изучение строения бактериальной клетки началось с
изобретением электронного микроскопа. В 1937 году Э. Чаттон предложил делить
все организмы по типу клеточного строения на прокариот и эвкариот, и в 1961
году Стейниер и Ван Ниль окончательно оформили это разделение. Развитие
молекулярной биологии привело к открытию в 1977 году Карлом Вёзе коренных
различий и среди самих прокариот: между бактериями и археями.
Подавляющее большинство бактерий одноклеточны. По форме клеток они
могут быть округлыми (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии,
псевдомонады), изви-тыми (вибрионы, спириллы, спирохеты), реже –
звёздчатыми, тетраэдрическими, C- или O-образными.

5. Бактерии

Бактерия Escherichia coli - кишечная палочка живет
в кишечнике человека, но при этом может вызвать и
кишечное заболевание (фото из Википедии)

6. Бактериальная клетка

Желтым цветом обозначены инвагинации цитоплазматической
мембраны, которые могут показаться органеллами, ограниченными
мембранами.

7.

Из обязательных клеточных структур выделяют три: нуклеоид, рибосомы,
цито-плазматическая мембрана (ЦПМ). С внешней стороны от ЦПМ находятся
несколько слоёв (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых
клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки).
ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт. Митохондрии
отсутствуют.
Бактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на
Земле, появившись около 3,9-3,5 млрд лет назад. Эволюционные
взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как
минимум три основные гипотезы: 1-ая предполагает наличие у них общего
предка протобактерии, 2-я считает архей тупиковой ветвью эволюции,
освоившей экстремальные местообитания; 3-я - археи — первые живые
организмы, от которых произошли бактерии.
Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток
намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий
характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при
относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они
освоили практически все известные сейчас биохимические процессы.
Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути
трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь
количественные аспекты их функционирования.

8.

Домен архе́и, царство археи
Археи (лат. Archaea от др.-греч. ἀρχαῖος «извечный, древний,
первозданный, старый») – домен и царство организмов. Археи представляют
собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо
мембранных органелл.
Ранее археи объединяли с бактериями в общую группу, называемую
прокариоты (или царство Дробянки (лат. Monera)), и они назывались
архебактериями, однако сейчас такая классификация считается устаревшей:
установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и
характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их
от других форм жизни.
1. Важнейшей особенностью архей является своеобразие их
рибосомальных и транспортных РНК, их рибосомы различаются также и по
форме. Отличительные черты обнаружены и в других компонентах системы
синтеза белка.
2. В отличие от всех других организмов археи в составе мембранных
липидов имеют не жирные кислоты, а многоатомные спирты, обычно с 20 или
40 атомами углерода. В последнем случае липидная пластина мембраны
образована мономолекулярным слоем, что, вероятно, придает мембране особую
прочность.

9.

3. Покровы клеток у разных архей могут иметь различное строение и
химический состав, но им часто присуще наличие поверхностных слоев,
образованных определенным образом структурированными и регулярно
уложенными белковыми или гликопротеидными молекулами правильной или
довольно причудливой формы. Иногда в состав клеточных стенок архей входят
пептиды и полисахариды.
4. Некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не
свойственные никаким другим организмам. Например, только определенные
представители архей в процессе своей жизнедеятельности образуют метан.
5. Большинство архей – экстремофилы, то есть развиваются в
экстремальных условиях, при высокой температуре, кислотности, в
насыщенных солевых растворах. Многие археи обитают на километровой и
более глубине от поверхности почвы.
6. Археи, видимо, неспособны к паразитизму. По крайней мере, к
настоящему времени археи, приносящие вред каким-либо другим организмам,
неизвестны, хотя среди них много симбионтов, к взаимной пользе живущих
совместно с другими организмами. (По данным Е. Кунина, одна паразитическая
архея всё-таки обнаружена.). Среди архей много автотрофных форм, не
нуждающихся в органической пище и получающих необходимую для жизни
энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, в которые
вовлечены неорганические молекулы.

10. Археи

Формы клеток архей (слева направо): кокки с
монополярными жгутиками, бугорчатые кокки, прямые и
искривлённые палочки. Масштаб указан в левой нижней
части рисунка (фото из Википедии)

11. Некоторые особенности архей

• Археи распространены повсеместно. Начиная от гидротермальных
источников, кратеров вулканов и дна Северного Ледовитого океана и
заканчивая столь уютным для них пищеварительным трактом людей и,
например, термитов.
• За счет различных путей метаболизма, археи являются важными
членами многих экологических сообществ. Существует мнение, что
именно предками архей была создана атмосфера Земли, и что именно они
когда-то погубили динозавров из-за сверхбыстрой продукции метана.
• Наиболее интересными с точки зрения метаболизма являются
метаногенные археи, которые, как ни странно, являются единственным
биологическим источником метана на земле. Считаются, что именно
такой путь метаболизма использовался первым организмом на Земле.
Тесно взаимодействуя с разнообразием биологических видов, они
совместно окисляют органику в анаэробных условиях. Важно, что
синтрофическое питание необходимо для каждого из членов
полимикробного сообщества, ведь в одиночку каждый вид не может
использовать субстраты для роста и прочих метаболических процессов.

12. Домен эвкариоты

Эвкарио́ты, или я́дерные (лат. Eukaryota от греч. εύ- – хорошо и κάρυον –
ядро) – домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра.
Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными (вирусы и вироиды
также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми
организмами).
Животные, растения, грибы, а также группы организмов, относящихся к
протистам и хромистам – все являются эукариотическими организмами. Они
могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план
строения клеток. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эвкариоты
появились 1,5–2 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эвкариот сыграл
симбиогенез – симбиоз между эвкариотической клеткой, видимо, уже имевшей
ядро и способной к фагоцитозу, и поглощёнными этой клеткой бактериями –
предшественниками митохондрий и пластид. В отличие от прокариотических (не
имеющих чётко выделенного ядра) бактерий и архей, органеллы эвкариот,
включая ядро, отделены друг от друга и от окружающей их гиалоплазмы
мембранами.
Как видно из приведённой выше таблицы, по современным представлениям,
которые очень быстро меняются, домен эвкариоты включает в себя пять царств.
Какая- либо иерархия в этой группе царств отсутствует.

13. Царство протисты

Протисты – (др.-греч. πρώτιστος «самый первый, первейший») –
парафилетическая группа, к которой относят все эвкариотические организмы, не
входящие в состав животных, растений и грибов. Название введено Эрнстом
Геккелем в 1866 году, однако в современном понимании его впервые использовал
в 1969 году Роберт Уиттекер , автор «системы пяти царств». Традиционно (в
системе четырёх царств) протистов подразделяют на простейших (Protozoa),
водорослей (Algae) и грибоподобных организмов; все эти группы имеют
полифилетическую природу и не используются в качестве таксонов.
Как и многие другие группы, выделенные по «остаточному принципу»,
протисты не обособляются по каким-либо положительным характеристикам. Как
правило, протисты – одноклеточные организмы, хотя многие из них способны
образовывать колонии; для ряда представителей характерно многоклеточное
строение, иногда достигающее сложной организации (например, у некоторых
бурых водорослей). Более подробно это царство мы не рассматриваем.

14. Протисты Слева направо: инфузория Stentor polymorphus, лямблия кишечная Giardia intestinalis, Парамеция Paramecium sp.

15. Царство хромисты

Хромисты – (лат. Chromista) – полифилетическая группа, одно из царств в
системе Томаса Кавалир-Смита , предложенной в 1981 году; ранее хромисты
считались подцарством протистов.
Это организмы, чьи клетки состоят из двух эвкариотических клеток, одна из
которых находится внутри другой и включает хлоропласт; а также эволюционные
потомки таких организмов, которые похожи на них, но утратили внутреннего
эвкариотического симбионта. К этим организмам относятся некоторые
водоросли, опалины (крупные одноклеточные существа со жгутиками), а также
некоторые организмы, ранее считавшиеся грибами.
Хромисты делятся на 3 группы:
гетероконтофитовые водоросли (Heterokontophyta), включающие в себя:
оомицеты, диатомовые водоросли и др.,
гаптофитовые водоросли (Haptophyta),
криптофитовые водоросли (Cryptophyta).
Подробнее это царство, как и предыдущее, мы не рассматриваем.

16. Хромисты Слева направо: гаптофитовые водоросли, диатомовые водоросли, оомицеты

17. Царство растения

• Растения (лат. Plantae или лат. Vegetabilia) – организмы, отличающиеся
автотрофным питанием, основанным на использовании энергии Солнца
(фотосинтез), и наличием у клеток плотных оболочек, состоящих, как правило, из
целлюлозы.
• Фотосинтез и связанные с ним физиолого-биохимические процессы дают
возможность безошибочно отличать растения от других живых организмов.
Сравнительно редко встречающиеся среди растений виды с гетеротрофным
питанием (сапрофиты и паразиты) – всегда вторичного происхождения. Другие
черты, определяемые характером роста и образом жизни, например своеобразные
циклы развития, способы закладки органов, прикреплённость к субстрату и т. д.,
не всеобщи в мире растений. В целом комплекс признаков позволяет легко
отличать любые растения, особенно высокоорганизованные, от представителей
остальных царств живых организмов. Лишь на более низком уровне развития,
особенно на одноклеточном, различия не очень резкие и иногда сглаживаются
настолько, что до середины XX века считалось спорным, к какому царству живых
существ относить некоторые группы (например, жгутиконосцев).

18. Предполагаемая родословная современных растений по А.Л. Тхтаджяну

19. Характерные черты растений

Одноклеточные растения отличаются от одноклеточных других царств.
Очень важная морфологическая особенность растений – сильное
расчленение тела, приводящее к увеличению его поверхности, что обусловлено
способом питания растений – поглощением из внешней среды газообразного и
жидкого компонентов (воздуха и воды с растворёнными в ней питательными
веществами). У высших растений расчленение и дифференциация тела приводят
к выработке большого числа специализированных структур. Многие важные
особенности внешней и внутренней морфологии растений определяются
характером их роста и размножения.
Существование мира животных, включая человека, было бы невозможно без
растений, чем и определяется их особая роль в жизни нашей планеты. Из всех
организмов только растения и фотосинтезирующие бактерии способны
аккумулировать энергию Солнца, создавая при её посредстве органические
вещества из веществ неорганических; при этом растения извлекают из атмосферы
CO2 и выделяют O2.

20. Значение растений

Именно деятельностью растений и цианей (предположительно) была создана
атмосфера, содержащая O2, и их существованием она поддерживается в
состоянии, пригодном для дыхания. Растения – основное, определяющее звено в
сложной цепи питания всех гетеротрофных организмов, включая человека.
Наземные растения образуют степи, луга, леса и другие растительные
группировки, создавая ландшафтное разнообразие Земли и бесконечное
разнообразие экологических ниш для жизни организмов всех царств. Наконец,
при непосредственном участии растений возникла и до сих пор образуется почва.
Из огромного разнообразия царства растений особое значение в
повседневной жизни имеют семенные и главным образом цветковые
(покрытосеменные) растения. Именно к ним относятся почти все растения,
введённые человеком в культуру. Первое место в жизни человека принадлежит
хлебным растениям (пшеница, рис, кукуруза, просо, сорго, ячмень, рожь, овёс) и
различным крупяным культурам. Важное место в пищевом рационе человека
занимает в странах с умеренным климатом картофель, а в более южных областях
– соя, батат, ямс, и др. Широко употребляются богатые растительными белками
зернобобовые (фасоль, горох, нут, чечевица и др.), сахароносные (сахарная свёкла
и сахарный тростник), многочисленные масличные (подсолнечник, арахис,
маслина и др.), плодовые, ягодные, овощные и иные культурные растения.

21. Численность растений

Отделы
Зелёные водоросли
Мохообразные
Сосудистые
споровые
Русское
название
Число
видов
Chlorophyta
Зелёные водоросли
Charophyta
Харофиты
4000—6000
Marchantiophyta
Печёночные мхи
6000—8000
Anthocerotophyta
Антоцеротовые мхи
Bryophyta
Моховидные
Lycopodiophyta
Плауновидные
Pteridophyta
Папоротникообраз
ные
Equisetophyta
Хвощевидные
Семенные растения Cycadophyta
Саговниковидные
Ginkgophyta
Гинкговидные
Pinophyta
Хвойные
Gnetophyta
Гнетовидные
Magnoliophyta
Цветковые
растения
13 000 — 20 000
100—200
10 000
1200[
11 000
15
160
1
630
70
281 821

22. Тропические растения

23. Тропические растения

24. Сосна кедровая сибирская на берегу Телецкого озера

25. Растения рядом с нами

26. Царство грибы

Грибы́ (лат. Fungi или Mycota) – царство живой природы, эвкариотические
организмы, сочетающие в себе некоторые признаки, как растений, так и
животных. Грибы изучает наука микология.
Понятие о грибах как об отдельном царстве сформировалось в науке к 1970-м
годам, хотя выделить это царство предлагал ещё Э. Фрис в 1831 году, а Карл
Линней высказывал сомнения, размещая грибы в царстве растений в своей
«Системе природы». Во второй половине XX века окончательно
сформировалось и представление о полифилетизме грибов. К концу XX века
были накоплены данные по генетике, цитологии и биохимии, позволившие
разделить эту группу организмов на несколько не родственных между собой
ветвей и распределить их между различными царствами, оставив в царстве
«настоящих», или собственно грибов, только одну из них.
Таким образом, научный термин «грибы» в начале XXI века стал
неоднозначным – в узком смысле, относящимся к биологической систематике,
это – название таксона, одного из царств живой природы; в старом же, более
широком смысле, термин потерял значение таксона и обозначает экологотрофическую группу, объединяющую гетеротрофных эвкариот с
осмотрофным типом питания. Такие организмы по исторической традиции
продолжают изучаться микологией.

27. Разнообразие грибов Слева направо: сетконоска сдвоенная, («Дама с вуалью») Dictiophora indusiata, белый гриб Boletus edulis,

ежовик гребенчатый (грибная
лапша), Hericium erinaceus

28. Грибы

Весьма велико биологическое и экологическое разнообразие грибов. Это
одна из наибольших и разнообразнейших групп живых организмов, ставшая
неотъемлемой ча-стью всех водных и наземных экосистем. В соответствии с
современными оценками, на Земле существует от 100 до 250 тысяч, а по
некоторым оценкам до 1,5 миллиона видов грибов. По состоянию на 2008 год в
царстве Fungi описано 36 классов, 140 порядков, 560 семейств, 8283
употребляемых родовых названий и 5101 родовой синоним, 97 861 вид.
Роль грибов в природе и в хозяйстве человека трудно переоценить. Грибы
присут-ствуют во всех биологических нишах – в воде и на суше, в почве и на
всевозможных иных субстратах. Являясь редуцентами, они играют важную роль
в экологии всей биосферы, разлагая всевозможные органические материалы и
способствуя образованию плодород-ных почв. Велика роль грибов как участников
взаимовыгодных симбиотических (мутуа-листических) сообществ. Известны
симбиотические отношения грибов с высшими расте-ниями – микориза, с
водорослями и цианобактериями – лишайники, с насекомыми, пред-ставители
порядка неокаллимастиговых – обязательный компонент пищеварительной системы жвачных и некоторых других травоядных млекопитающих, они играют
важную роль в переваривании растительной пищи.

29. Грибы

К грибам относятся бесчисленные плесени, растущие на сыром органическом материале (на хлебе, коже, разлагающейся растительности или на погибшей рыбе),
одноклеточные дрожжи, которые в изобилии появляются на сахаристой поверхности
спелых фруктов, а также многие паразиты растений. Последние вызывают такие
опасные заболевания посевов, как мучнистая роса, головня и ржавчина. Некоторые
грибы паразитируют на животных, но в этом отношении они гораздо менее опасны,
чем бактерии.
Грибы – гетеротрофные организмы, запасным питательным веществом у них
служит гликоген.
Опорная структура клеточных стенок представлена хитином. Продуктом обмена
веществ грибов является мочевина.
Грибы возникли в силурийском периоде палеозойской эры. Грибы, как полагают,
произошли от бесцветных жгутиковых простейших.
Грибы по строению и физиологическим функциям разнообразны и широко
распространены в различных местах обитания. Их размеры – от микроскопически
малых (одноклеточные формы, например, дрожжи) до крупных экземпляров, плодовое
тело которых в диаметре достигает полуметра и более. Самым большим организмом
на Земле является гриб Armillaria ostoyae. Этот гриб произрастает в вечнозелёных
лесах восточной части Орегона, США и является самым большим грибом на Земле,
намного превышающим по величине и весу самых крупных китов.

30. Грибы

Основа тела грибов, в том числе и плодовых тел, – грибница, или мицелий.
Грибница представляет собой систему тонких ветвящихся нитей – гиф,
характеризующихся верхушечным ростом и выраженным боковым ветвлением.
Часть грибницы, расположенная в почве, носит название почвенной, или
субстратной, грибницы, другая часть – наружной, или воздушной. На воздушном
мицелии формируются органы размножения.
У низших грибов мицелий представляет собой одну гигантскую клетку с
множеством ядер. Например, мукор, фитофтора, вызывающая гниль картофеля.
У высших грибов мицелий разделен перегородками на отдельные клетки,
содержащие одно или несколько ядер.
Грибы размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение
осуществляется либо вегетативно, т. е. частями мицелия, либо спорами. Споры
развиваются в спорангиях, возникающих на специализированных гифах –
спорангиеносцах, поднимающихся над субстратом (почвой).
Грибы широко распространены и приспособлены к различным условиям
обитания. Многие виды заселили почву. Эти грибы участвуют в минерализации
органических веществ и образовании гумуса. Некоторые виды грибов разрушают
лесную подстилку. Примером грибов-паразитов служат трутовики. Некоторые
шляпочные грибы и трутовики используются человеком и животными в пищу.

31. Царство животные

Живо́тные (лат. Animalia) – традиционно (со времён Аристотеля) выделяемая
категория организмов, в настоящее время рассматривается в качестве
биологического царства. Животные являются основным объектом изучения
зоологии.
Животные относятся к эукариотам (в клетках имеются ядра). Классическими
признаками животных считаются: гетеротрофность (питание готовыми
органическими соединениями) и способность активно передвигаться. Впрочем,
существует немало животных, ведущих неподвижный образ жизни, а
гетеротрофность свойственна также грибам и некоторым растениям-паразитам.
В быту под терминами «дикие животные», «домашние животные» часто
понимаются только млекопитающие, иногда – лишь четвероногие наземные
позвоночные (млекопитающие, пресмыкающиеся и земноводные). Русское слово
«животное» образовано от «живот», ранее означавшего «жизнь, имущество». В
науке за термином животные закреплено более широкое значение,
соответствующее латинскому Animalia . Поэтому говорят, что к животным,
помимо млекопитающих, относится огромное множество других организмов:
рыбы, птицы, насекомые, паукообразные, моллюски, морские звёзды,
всевозможные черви и т. д. Все животные являются гетеротрофами – они прямо
или косвенно питаются другими живыми организмами. По предпочтительному
источнику энергии животные делятся на растительноядных, хищных
(плотоядных), всеядных и паразитов.

32. Животные и человек

Человек в современной биологии тоже относится к царству животных, но
традиционно рассматривается отдельно – в биологии используются обороты
«животные и человек» или «животные, включая человека». И это не случайно,
человечество интуитивно чувствует, что между ним и прочими животными
существует невидимая с первого взгляда, но, вместе с тем, непроходимая
пропасть – свойственная только человеку способность к абстрактному
мышлению. (Пояснить). Ю.В. Чайковский, в одной из своих монографий
предлагал выделить человека в самостоятельное царство, и полностью
игнорировать такое предложение, видимо, не следует.
Человек, в отличие от остальных животных, целенаправленно, правда, не
всегда разумно, влияет на окружающую его среду и на нашу планету в целом, что
недоступно для любого другого организма. Кроме того, он в течение всей своей
истории пытается познать самого себя, что, конечно же, недостижимо, как
недостижима линия горизонта. Но попытки эти человек никогда не оставит, так
как неуёмная жажда знаний тоже свойственна только человеку и полностью
отсутствует у всех других животных.
В настоящее время учёными описано более 1,6 млн видов животных
(включая более 133 тыс. ископаемых видов; большинство из которых составляют
членистоногие (более 1,3 млн. видов, 78 %), моллюски (более 118 тыс. видов) и
позвоночные (более 42 тыс. видов).

33. Разнообразие животных

34. Происхождение животных

Считается, что животные произошли от жгутиковых одноклеточных. Первые
ископаемые остатки животных относятся к концу докембрия (около 610
миллионов лет назад) и известны как эдиакарская или вендская фауна. Их,
однако, сложно соотнести с более поздними ископаемыми. Они могут быть
предками современных ветвей животных, независимыми группами или не
животными вовсе. Большинство известных типов животных более или менее
одновременно появились в кембрийском периоде, около 542 миллионов лет назад.
Это событие – кембрийский взрыв – было вызвано либо быстрой дивергенцией
групп, либо таким изменением условий, которое сделало возможным окаменение.
Однако некоторые палеонтологи и геологи предполагают, что животные
появились значительно раньше, чем считалось ранее, возможно, даже 1 миллиард
лет назад – в начале тония. На это указывает сокращение разнообразия
строматолитов примерно в это время. Кроме того, из тонийских отложений
известны отпечатки и норы, которые свидетельствуют о наличии крупных (около
5 мм в ширину) трёхслойных червей, сложных, как земляные черви. Однако
такую интерпретацию этих следов поставило под сомнение открытие того, что
очень похожие следы на дне оставляют сегодня гигантские одноклеточные
протисты Gromia sphaerica.

35. Домен вирусы, царство вирусы

Согласно современным представлениям ви́рус (лат. virus – «яд») –
неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только
внутри живых клеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и
животных до бактерий и архей (вирусы бактерий обычно называют
бактериофагами). Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы
(вирусы-сателлиты).
Со времени публикации в 1892 и1898 годах статей Дмитрия Ивановского и
Мартина Бейеринка (вирус табачной мозаики) были детально описаны более 5
тысяч видов вирусов, хотя предполагают, что их существуют миллионы. Вирусы
обнаружены почти в каждой экосистеме на Земле, они являются самой
многочисленной биологической формой. Изучением вирусов занимается наука
вирусология, раздел микробиологии.
Вирусные частицы (вирионы) состоят из двух или трёх компонентов:
генетического материала в виде ДНК или РНК (некоторые, имеют оба типа
молекул); белковой оболочки (капсида), защищающей эти молекулы, и, в
некоторых случаях, – дополнительных липидных оболочек. Наличие капсида
отличает вирусы от вирусоподобных инфекционных нуклеиновых кислот –
вироидов. В зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен
генетический материал, выделяют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие
вирусы; на этом принципе основана их классификация.

36. Характеристика вирусов

Форма вирусов варьирует от простой спиральной и икосаэдрической до
более сложных структур. Размеры среднего вируса составляют около одной сотой
размеров средней бактерии. Большинство вирусов слишком малы, чтобы быть
отчётливо различимыми под световым микроскопом.
Вирусы являются облигатными паразитами, так как не способны
размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки
живого и ведут себя как частицы биополимеров. От живых паразитарных
организмов вирусы отличаются полным отсутствием основного и
энергетического обмена и отсутствием сложнейшего элемента живых систем –
аппарата трансляции (синтеза белка), степень сложности которого превышает
таковую самих вирусов.
Появление вирусов на эволюционном древе жизни неясно. В эволюции
вирусы являются важным средством горизонтального переноса генов (ГПГ),
обусловливающего генетическое разнообразие.
Вирусы распространяются многими способами: вирусы растений часто
передаются от растения к растению насекомыми, питающимися растительными
соками, к примеру, тлями; вирусы животных могут распространяться
кровососущими насекомыми, такие организмы известны как переносчики. Вирус
гриппа распространяется воздушно-капельным путём при кашле и чихании и
другими способами. Путей распространения вирусов известно множество и
некоторые ещё неизвестны. Каждый вирус имеет определённую специфичность к
хозяевам, определяющуюся типами клеток, которые он может инфицировать.
Круг хозяев может быть узким или, если вирус поражает многие виды, довольно
широким.

37. Изображения вирусов

Вирус герпеса,
Herpes simplex virus.
Снимок
гистологической
картины мазка с
заражённой ткани
Микрофотография вируса
гриппа, снятая при
помощи электронного
просвечивающего микроскопа, увеличивающего
примерно в сто тысяч раз
Схема строения вируса

38. Вирусы

У животных вирусные инфекции вызывают иммунный ответ, который чаще всего
приводит к уничтожению болезнетворного вируса. Иммунный ответ также можно
вызвать вакцинами, дающими активный приобретённый иммунитет против
конкретной вирусной инфекции. Однако некоторым вирусам, в том числе и
возбудителям СПИДа и вирусных гепатитов, удаётся ускользнуть от иммунного
ответа, вызывая хроническую болезнь. Антибиотики не действуют на вирусы, однако
было разработано несколько противовирусных препаратов.
Согласно одному из определений вирусы представляют собой форму жизни, согласно другому вирусы являются комплексами органических молекул,
взаимодействую-щими с живыми организмами. Вирусы характеризуют как
«организмы на границе живо-го». Вирусы похожи на живые организмы в том, что они
имеют свой набор генов и эво-люционируют, а также в том, что способны
размножаться, создавая собственные копии путём самосборки. Вирусы имеют
генетический материал, однако лишены клеточного строения, а именно эту черту
обычно рассматривают как фундаментальное свойство жи-вой материи. У вирусов нет
собственного обмена веществ, и для синтеза собственных мо-лекул им необходима
клетка-хозяин. По этой причине они не способны размножаться вне клетки.
Общепризнанные формы жизни размножаются делением клетки, в то время как
вирусные частицы самопроизвольно собираются в инфицированной клетке. От роста
кри-сталлов размножение вирусов отличается тем, что вирусы наследуют мутации и
находятся под давлением естественного отбора. Самосборка вирусных частиц в клетке
даёт дополнительное подтверждение гипотезы, что жизнь могла зародиться в виде
самособирающихся органических молекул. Опубликованные в 2013 году данные о
том, что некоторые бактериофаги обладают собственной иммунной системой,
являются дополнительным доводом в пользу определения вируса как формы жизни.

39. Вирусы

У животных вирусные инфекции вызывают иммунный ответ, который чаще
всего приводит к уничтожению болезнетворного вируса. Иммунный ответ также
можно вызвать вакцинами, дающими активный приобретённый иммунитет
против конкретной вирусной инфекции. Однако некоторым вирусам, в том числе
и возбудителям СПИДа и вирусных гепатитов, удаётся ускользнуть от иммунного
ответа, вызывая хроническую болезнь. Антибиотики не действуют на вирусы,
однако было разработано несколько противовирусных препаратов.
Согласно одному из определений вирусы представляют собой форму жизни,
согласно другому вирусы являются комплексами органических молекул,
взаимодействующими с живыми организмами. Вирусы характеризуют как
«организмы на границе живого». Вирусы похожи на живые организмы в том, что
они имеют свой набор генов и эволюционируют, а также в том, что способны
размножаться, создавая собственные копии путём самосборки. Вирусы имеют
генетический материал, однако лишены клеточного строения, а именно эту черту
обычно рассматривают как фундаментальное свойство живой материи. У вирусов
нет собственного обмена веществ, и для синтеза собственных молекул им
необходима клетка-хозяин. По этой причине они не способны размножаться вне
клетки.

40. Вирусы

Вирусы иногда рассматривают в комплексе с другими условно автономными
биологическими структурами, так называемыми молекулярными
информационными агентами или минами. Мины это автономные генетические
структуры, способные функционировать только в клетках и зависящие от
клеточных систем синтеза нуклеиновых кислот и белков. В отношении
молекулярных информационных агентов стоит вопрос о принадлежности их к
живой материи. В отношении разных их типов этот вопрос решается по-разному,
либо рассматривается как неправомерный.
В настоящее время известны следующие типы таких структур:
вирусы,
плазмиды (симбиотические вирусы?),
вироиды и субвирусные частицы (не кодирующие белок репликаторы),
прионы (самокодирующиеся белки).
Если ДНК и РНК считать простейшими формами доклеточной живой
материи, а N-основания, рибозы, нуклеозиды и нуклеотиды, которые входят в
состав этих нуклеиновых кислот, – простейшими элементами живой материи, то
вирусы и даже вироиды следует рассматривать как живые субстанции.
К минам пока не относят нанобактерии, но, видимо, можно расширить всю
эту группу как неклеточные организмы.

41. Вирусы

Насчет происхождения вирусов существует 3 гипотезы. Две из них говорят о
том, что вирусы так или иначе происходят от живых организмов и представляют
собой деградировавшие клетки или «сбежавшие» гены. Но если бы вирусы
происходили от клеток, то, по крайней мере, большая часть их генов должна быть
гомологична генам клетки, однако на деле это не так. Существует огромное
количество вирус-специфических белков. Например, многие вирусы имеют
отличную от клеточной ДНК-полимеразу. Эти данные говорят в пользу третьей
теории – независимого происхождения вирусов.
Вирусы, вероятно, не полифилетическая группа. Белок внешней оболочки
(капсида) у всех, за немногим исключением, вирусов содержит одно и то же
характерное сочетание аминокислот. Эта последовательность специфична для
вирусов, но она не встречается в геномах клеток.
По одной из гипотез, ДНК могла впервые появиться у вирусов. В отличие от
РНК, ДНК не обладает способностью к саморепликации. Конечно, у ДНК есть
несомненные преимущества: во-первых, молекула ДНК химически более
стабильна, а во-вторых, она состоит из двух комплементарных цепей, что
позволяет в случае повреждения одной цепи восстановить информацию по
другой. ДНК – изобретение вирусов против клеток, которые научились
уничтожать их РНК.

42. Вирусы

Однажды ДНК-содержащий вирус «застрял» в РНК-клетке, потеряв гены,
необходимые для построения белковой оболочки. И на этом этапе РНК-гены
хозяина могли начать постепенно включаться в ДНК вируса. Со временем
РНК-хромосома таяла, а ДНК-хромосома росла, пока, в конце концов, все
гены клетки не перешли на вирусную хромосому. Гены нового организма,
отвечающие за трансляцию, остались бы у него от РНК-клетки, а гены,
отвечающие за синтез ДНК, – от вируса. Французский ученый Патрик
Фортерр утверждает, что такое событие произошло в эволюции трижды: 3
вируса стали родоначальниками трех доменов живого.
Классификация вирусов:
1.
РНК-содержащие вирусы (ретровирусы).
2.
ДНК-содержащие вирусы.
3.
Мегавирусы (вирусы-гиганты) (самый массивный вид двухнитиевых
ДНК-содержащих или отдельное живое царство?).
Новости о вирусах.
1.
Французские ученые обнаружили гигантский новый вирус Ученые из
университета Экс-Марсель сообщают, что размер найденного ими вируса –
около микрона (0,001 мм) в поперечнике. Обычные вирусы имеют размер от
10 до 100 нанометров, то есть в 10-100 раз меньше.

43. Новости о вирусах

2. РНК-содержащие вирусы (ретровирусы). У некоторых вирусов геномом
служит не ДНК, как обычно, а РНК. Такие вирусы были названы ретровирусами
(ретро – обратный). В 1970 г. Был открыт механизм передачи информации от
вирусной РНК к ДНК, т.е. наоборот тому, что имеет место в клетках высших
организмов. Такой процесс получил название обратной транскрипции, а фермент,
его осуществляющий, был назван обратной транскриптазой или ревертазой.
Ретровирусы – обширное семейство вирусов (Retroviridae), заражающих
преимущественно позвоночных. Это РНК-содержащие вирусы, обладающие
уникальным механизмом репродукции – группа онкогенных РНК геномных
вирусов.
3. Ретровирусы пронизывают жизнь многих существующих на земле
видов от дрожжей и дрозофилы, до приматов и человека. Это вирусы, которые,
как и другие вирусы, для собственного размножения используют сложную
молекулярную и надмолекулярную систему жизнеобеспечения клетки, заставляя
ее подчиняться своим регуляторным сигналам. Но это и необычные вирусы,
поскольку они под-страивают свой жизненный цикл под жизненный цикл клеткихозяина, превращая свою генетическую молекулу – РНК в ДНК и стабильно
встраивая эту ДНК в геном клетки.

44. Новости о вирусах

В состав ретровирусов входит фермент обратная транскриптаза, которая
обеспечивает синтез ДНК на матрице вирусной РНК внутри клетки-хозяина.
Открытие обратной транскрипции (отсюда название ретровирусы) опровергло
центральную догму молекулярной биологии, утверждавшую, что перенос
генетической информации возможен только в направлении от ДНК к РНК и затем
к белку.
Ретровирус раздваивает функции своего генетического материала:
инфекционную функцию, т.е. функцию самораспространения, выполняет
вирусная РНК, а функцию экспрессии вирусных генов и синтеза молекул РНК,
которые затем перенесут генетическую информацию в другие клетки, выполняет
вирусная ДНК.
Мимивирус – совершенно необычный вирус - у него более 1000 генов (у
обычных вирусов – всего лишь десятки), и он может размножаться без помощи
клеточного ядра. Классические вирусы внедряют в жертву свою ДНК, которая,
встраиваясь в ядерную, заставляет клетку производить новые копии "взломщика".
Мимивирусу всё это не нужно: он справится и сам, подайте только энергию и
соответствующие аминокислоты. Биологи обнаружили у него гены, которые
кодируют белки, переносящие как АТФ, так и другие нужные "кирпичики".
Такие вирусы-гиганты в древности вполне могли стать родоначальниками
ядер клеток всех животных и растений.

45. Вирусы

Самый большой в мире вирус. Геном Megavirus chilensis состоит из ДНК,
содержащей 1 259 197 пар оснований – больше, чем у мимивируса. Открыто
уникальное поведение этого крупнейшего вируса и расшифрован его геном. К
этому мегавирусу, вероятно, может относиться понятие полужизнь, хотя такое
понятие далеко не все учёные соглашаются принять.
Предварительные выводы и возможные перспективы
Рассмотренная здесь система высших таксонов считается одной из самых
современных, однако, несмотря на её, с первого взгляда кажущуюся
естественность и очевидность, на самом деле далеко не окончательна, не всеми
принята и, вне сомнения, ещё на раз будет пересмотрена и исправлена. Из явных
недостатков этой системы следует отметить размытость некоторых границ,
например: даже такой, казалось-бы очень чёткий, критерий, как автотрофность
растений и гетеротрофность животных, не всегда срабатывает – есть
фотосинтезирующие животные (с некоторыми из них мы позже вкратце
познакомимся) и нефотосинтезирующие растения, например петров крест,
рафлезия. Выделение из многими принятого царства протистов ещё одного
царства – хлористов – рядом учёных не одобряется из-за сложности отнесения
отдельных таксонов или даже групп таксонов к одному из этих царств. Не нашли
своего места в этой системе лишайники.
Остаётся нерешённым и, видимо, ещё долго таковым останется вопрос о
моно- или полифелитическом происхождении биоты на нашей планете. К этой
проблеме мы ещё не раз будем возвращаться.