Identyfikacja wspólnych cech grzybów

słowo grzyb pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego grzyby. Rzeczywiście, znany grzyb jest strukturą reprodukcyjną używaną przez wiele rodzajów grzybów. Istnieje jednak wiele gatunków grzybów, które w ogóle nie produkują grzybów. Będąc eukariotami, typowa komórka grzyba zawiera prawdziwe jądro i wiele organelli związanych z błoną. Grzyby królestwa obejmują ogromną różnorodność organizmów żywych określanych zbiorczo jako Euomycota lub grzyby prawdziwe. Podczas gdy naukowcy zidentyfikowali około 100 000 gatunków grzybów, jest to tylko ułamek z 1,5 miliona gatunków grzybów prawdopodobnie obecnych na Ziemi. Grzyby jadalne, drożdże, czarna pleśń i producent antybiotyku penicyliny, Penicillium notatum, są członkami grzybów królestwa, które należy do domeny Eukarya.

Grzyby, niegdyś uważane za organizmy roślinopodobne, są bliżej spokrewnione ze zwierzętami niż roślinami. Grzyby nie są zdolne do fotosyntezy: są heterotroficzne, ponieważ wykorzystują złożone związki organiczne jako źródła energii i węgla. Niektóre organizmy grzybowe rozmnażają się tylko aseksualnie, podczas gdy inne ulegają zarówno rozmnażaniu bezpłciowemu, jak i rozmnażaniu płciowemu z naprzemiennymi pokoleniami. Większość grzybów wytwarza dużą liczbę zarodników, które są haploidalnymi komórkami, które mogą przejść mitozę, tworząc wielokomórkowe, haploidalne osobniki. Podobnie jak bakterie, grzyby odgrywają istotną rolę w ekosystemach, ponieważ są rozkładającymi się i uczestniczą w cyklu składników odżywczych, rozkładając materiały organiczne na proste cząsteczki.

struktura i funkcja komórek

grzyby są eukariotami i jako takie mają złożoną organizację komórkową. Jako eukarioty, komórki grzyba zawierają jądro związane z błoną. DNA w jądrze jest owinięte wokół białek histonowych, podobnie jak w innych komórkach eukariotycznych. Kilka rodzajów grzybów ma struktury porównywalne z bakteryjnymi plazmidami (pętle DNA); jednak poziome przenoszenie informacji genetycznej z jednej dojrzałej bakterii do drugiej rzadko występuje u grzybów. Komórki grzyba zawierają również mitochondria i złożony system błon wewnętrznych, w tym retikulum endoplazmatyczne i aparat Golgiego.

w przeciwieństwie do komórek roślinnych, komórki grzybów nie mają chloroplastów ani chlorofilu. Wiele grzybów wykazuje jasne kolory wynikające z innych pigmentów komórkowych, od czerwonego do zielonego do czarnego. Jadowita Amanita muscaria (muchomor) jest rozpoznawalna po jaskrawoczerwonej czapeczce z białymi łatami (ryc. 1). Pigmenty w grzybach są związane ze ścianą komórkową i odgrywają rolę ochronną przed promieniowaniem ultrafioletowym. Niektóre pigmenty grzybicze są toksyczne.

podobnie jak komórki roślinne, komórki grzybów mają grubą ścianę komórkową. Sztywne warstwy ścian komórkowych grzybów zawierają złożone polisacharydy zwane chityną i glukanami. Chityna, znajdująca się również w egzoszkielecie owadów, daje wytrzymałość strukturalną ścianom komórkowym grzybów. Ściana chroni komórkę przed wysuszeniem i drapieżnikami. Grzyby mają błony plazmatyczne podobne do innych eukariotów, z tym, że struktura jest stabilizowana przez ergosterol: cząsteczkę steroidu, która zastępuje cholesterol występujący w błonach komórkowych zwierząt. Większość członków grzybów królestwa jest niemotylna. Flagella są produkowane tylko przez gamety w prymitywnym Filum Chytridiomycota.

siedliska

chociaż grzyby są przede wszystkim związane z wilgotnym i chłodnym środowiskiem, które zapewniają dopływ materii organicznej, kolonizują zaskakującą różnorodność siedlisk, od wody morskiej po ludzką skórę i błony śluzowe. Chytrydy występują głównie w środowiskach wodnych. Inne grzyby, takie jak Coccidioides immitis, który powoduje zapalenie płuc, gdy jego zarodniki są wdychane, rozwijają się w suchej i piaszczystej glebie południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych. W oceanie żyją grzyby pasożytujące na rafach koralowych. Jednak większość przedstawicieli grzybów Królestwa rośnie na dnie lasu, gdzie ciemne i wilgotne środowisko jest bogate w rozkładające się szczątki roślin i zwierząt. W tych środowiskach grzyby odgrywają ważną rolę jako rozkładacze i recyklery, dzięki czemu członkowie innych królestw mogą być zaopatrywani w składniki odżywcze i żyć.

odżywianie

podobnie jak zwierzęta, grzyby są heterotrofami; używają złożonych związków organicznych jako źródła węgla, zamiast wiązać dwutlenek węgla z atmosfery, jak to robią niektóre bakterie i większość roślin. Ponadto grzyby nie usuwają azotu z atmosfery. Podobnie jak zwierzęta, muszą je uzyskać ze swojej diety. Jednak w przeciwieństwie do większości zwierząt, które spożywają pokarm, a następnie trawią go wewnętrznie w wyspecjalizowanych organach, grzyby wykonują te kroki w odwrotnej kolejności; trawienie poprzedza spożycie. Po pierwsze, egzoenzymy są transportowane z hyphae, gdzie przetwarzają składniki odżywcze w środowisku. Następnie mniejsze cząsteczki wytwarzane przez to zewnętrzne trawienie są wchłaniane przez dużą powierzchnię grzybni. Podobnie jak w przypadku komórek zwierzęcych, polisacharydem przechowywania jest glikogen, a nie skrobia, jak stwierdzono w roślinach.

grzyby są głównie saprofitami: organizmami, które czerpią składniki odżywcze z rozkładającej się materii organicznej. Pozyskują swoje składniki odżywcze z martwej lub rozkładającej się materii organicznej: głównie materiału roślinnego. Egzoenzymy grzybowe są w stanie rozkładać nierozpuszczalne polisacharydy, takie jak celuloza i lignina z martwego drewna, na łatwo przyswajalne cząsteczki glukozy. Węgiel, azot i inne pierwiastki są w ten sposób uwalniane do środowiska. Ze względu na zróżnicowane szlaki metaboliczne grzyby pełnią ważną rolę ekologiczną i są badane jako potencjalne narzędzia w bioremediacji. Na przykład niektóre gatunki grzybów mogą być używane do rozkładania oleju napędowego i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). Inne gatunki zajmują metale ciężkie, takie jak kadm i ołów.

niektóre grzyby pasożytują na roślinach lub zwierzętach. Smut i holenderska choroba Wiązów wpływają na rośliny, podczas gdy grzybica stóp i kandydoza (pleśniawki) są medycznie ważnymi infekcjami grzybiczymi u ludzi. W środowiskach ubogich w azot, niektóre grzyby uciekają się do drapieżnictwa nicieni (małe niedegmentowane glisty). Gatunki grzybów Arthrobotrys mają wiele mechanizmów do pułapki nicieni. Jeden z mechanizmów polega na zwężaniu pierścieni w obrębie sieci hyphae. Pierścienie puchną, gdy dotykają nicienia, chwytając go mocno. Grzyb przenika do tkanki robaka, rozszerzając wyspecjalizowane hyphae zwane haustoria. Wiele grzybów pasożytniczych posiada haustoria, ponieważ struktury te przenikają do tkanek gospodarza, uwalniają enzymy trawienne w ciele gospodarza i wchłaniają strawione składniki odżywcze.

wzrost

wegetatywne ciało grzyba jest jednokomórkową lub wielokomórkową plechą. Grzyby dymorficzne mogą zmieniać się od stanu jednokomórkowego do wielokomórkowego w zależności od warunków środowiskowych. Grzyby jednokomórkowe są ogólnie określane jako drożdże. Saccharomyces cerevisiae (drożdże piekarskie) i gatunki Candida (czynniki pleśniawki, powszechne zakażenie grzybicze) są przykładami grzybów jednokomórkowych (Rysunek 2). Canadida albicans jest komórką drożdży i czynnikiem kandydozy i pleśniawki i ma podobną morfologię do bakterii coccus; jednak drożdże są organizmem eukariotycznym (zwróć uwagę na jądro).

większość grzybów to organizmy wielokomórkowe. Wykazują dwa odrębne stadia morfologiczne: wegetatywny i rozrodczy. Stadium wegetatywne składa się z plątaniny smukłych struktur przypominających nić, zwanych hyphae (liczba pojedyncza, hypha), podczas gdy etap rozrodczy może być bardziej widoczny. Masa hyphae jest grzybnią (ryc. 3).

może rosnąć na powierzchni, w glebie lub rozkładającym się materiale, w cieczy, a nawet na żywej tkance. Chociaż pojedyncze strzępki muszą być obserwowane pod mikroskopem, grzybnia grzyba może być bardzo duża, a niektóre gatunki naprawdę są ” grzybem olbrzymim.”Olbrzymia Armillaria solidipes (grzyb miodowy) jest uważana za największy organizm na Ziemi, rozprzestrzeniając się na ponad 2000 akrów podziemnej gleby we wschodnim Oregonie; szacuje się, że ma co najmniej 2400 lat.

Większość grzybiczych hyphae dzieli się na oddzielne komórki przez ściany końcowe zwane przegrodą (liczba pojedyncza, przegroda) (ryc. 4a, C). U większości grzybów, małe otwory w przegrodzie umożliwiają szybki przepływ składników odżywczych i małych cząsteczek z komórki do komórki wzdłuż hypha. Są one opisane jako perforowane przegrody. Hyphae w plechach (należących do rzędu Zygomycota) nie są rozdzielone przegrodami. Zamiast tego są one tworzone przez duże komórki zawierające wiele jąder, układ opisany jako hyphae koenocytic (Fig. 4b).

grzyby rozwijają się w środowiskach, które są wilgotne i lekko kwaśne, i może rosnąć z lub bez światła. Różnią się one pod względem zapotrzebowania na tlen. Większość grzybów to aeroby obligatoryjne, wymagające tlenu do przetrwania. Inne gatunki, takie jak Chytridiomycota, które mieszkają w żwaczu bydła, są zobowiązującymi beztlenowcami, ponieważ używają tylko oddychania beztlenowego, ponieważ tlen zakłóci ich metabolizm lub zabije. Drożdże są pośrednie, będące beztlenowcami. Oznacza to, że najlepiej rosną w obecności tlenu przy użyciu oddychania tlenowego, ale mogą przetrwać przy oddychaniu beztlenowym, gdy tlen nie jest dostępny. Alkohol otrzymywany z fermentacji drożdżowej wykorzystywany jest w produkcji wina i piwa.

rozmnażanie

grzyby rozmnażają się seksualnie i/lub aseksualnie. Grzyby doskonałe rozmnażają się zarówno płciowo, jak i bezpłciowo, podczas gdy grzyby niedoskonałe rozmnażają się tylko bezpłciowo (przez mitozę).

w rozmnażaniu płciowym i bezpłciowym grzyby wytwarzają zarodniki, które rozpraszają się z organizmu macierzystego, unosząc się na wietrze lub podczepiając się do zwierzęcia. Zarodniki grzybów są mniejsze i lżejsze od nasion roślin. Olbrzymi grzyb puffball otwiera się i uwalnia biliony zarodników. Ogromna liczba uwalnianych zarodników zwiększa prawdopodobieństwo lądowania w środowisku, które będzie wspierać wzrost (ryc. 5).

rozmnażanie bezpłciowe

grzyby rozmnażają się bezpłciowo przez fragmentację, pączkowanie lub wytwarzanie zarodników. Fragmenty hyphae mogą rozwijać nowe kolonie. Komórki somatyczne u drożdży tworzą pąki. Podczas pączkowania (rodzaj cytokinezy) po stronie komórki tworzy się wybrzuszenie, jądro dzieli się mitotycznie, a pączek ostatecznie odłącza się od komórki macierzystej. Histoplazma (Fig. 6) przede wszystkim infekuje płuca, ale może rozprzestrzeniać się na inne tkanki, powodując histoplazmozę, potencjalnie śmiertelną chorobę.

najczęstszym sposobem rozmnażania bezpłciowego jest tworzenie bezpłciowych zarodników, które są wytwarzane tylko przez jednego rodzica (poprzez mitozę) i są genetycznie identyczne z tym rodzicem (ryc. 7). Zarodniki umożliwiają grzybom rozszerzenie ich dystrybucji i kolonizację nowych środowisk. Mogą być uwalniane z plechy macierzystej Na zewnątrz lub wewnątrz specjalnego worka rozrodczego zwanego sporangium.

istnieje wiele rodzajów bezpłciowych zarodników. Konidiospory są jednokomórkowymi lub wielokomórkowymi zarodnikami, które uwalniane są bezpośrednio z wierzchołka lub z boku strzępki. Inne bezpłciowe zarodniki powstają w wyniku fragmentacji strzępki tworząc pojedyncze komórki, które są uwalniane jako zarodniki; niektóre z nich mają grubą ścianę otaczającą fragment. Jeszcze inne bud z wegetatywnej komórki macierzystej. Sporangiospory powstają w sporangium (ryc. 8).

rozmnażanie płciowe

rozmnażanie płciowe wprowadza genetyczną zmienność w populacji grzybów. U grzybów rozmnażanie płciowe często zachodzi w odpowiedzi na niekorzystne warunki środowiskowe. Podczas rozmnażania płciowego powstają dwa typy godowe. Gdy oba typy krycia są obecne w tej samej grzybni, nazywa się homotallic lub self-płodne. Grzybica heterotalliczna wymaga dwóch różnych, ale zgodnych, grzybni do rozmnażania płciowego.

Chociaż istnieje wiele różnic w rozmnażaniu płciowym grzybów, wszystkie obejmują następujące trzy etapy (ryc. 7). Po pierwsze, podczas plazmogamii (dosłownie „małżeństwo lub związek cytoplazmy”) dwie haploidalne komórki łączą się, prowadząc do stadium dikariotycznego, w którym dwa haploidalne jądra współistnieją w jednej komórce. Podczas kariogamii („małżeństwa nuklearnego”) jądra haploidalne łączą się tworząc diploidalne jądro zygotowe. Ostatecznie mejoza zachodzi w narządach gametangia (pojedyncza, gametangium), w których powstają gamety różnych typów kojarzeń. Na tym etapie zarodniki są rozpowszechniane w środowisku.

Grzybożercy

rozprzestrzenianie się zwierząt jest ważne dla niektórych grzybów, ponieważ zwierzę może przenosić zarodniki w znacznej odległości od źródła. Zarodniki grzybów rzadko są całkowicie rozkładane w przewodzie pokarmowym zwierzęcia, a wiele z nich jest w stanie kiełkować, gdy są przekazywane do kału. Niektóre grzyby gnoju faktycznie wymagają przejścia przez układ trawienny roślinożerców, aby zakończyć ich cykl życia. Czarna trufla-ceniony przysmak dla smakoszy—jest owocnikiem podziemnego grzyba. Prawie wszystkie trufle są ektomorficzne i zwykle występują w bliskim związku z drzewami. Zwierzęta jedzą trufle i rozpraszają zarodniki. We Włoszech i Francji myśliwi trufli używają samic świń do wąchania trufli. Samice świń są przyciągane do trufli, ponieważ grzyb uwalnia lotny związek ściśle związany z feromonem wytwarzanym przez samce świń.

Sprawdź swoje zrozumienie

Odpowiedz na poniższe pytania, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji. Ten krótki quiz nie liczy się do twojej oceny w klasie i możesz go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) przestudiować poprzednią sekcję dalej, Czy (2) przejść do następnej sekcji.