Микология_Переведенцева. Микология Грибы и грибоподобные организмы
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
пряжка. 2. Грибы часто обладают одинаковым строением в силу конвергентного сходства, обусловленного, например, паразитическим образом жизни. На схеме (рис. 2) показано, что виды А, В, С в онтогенезе имеют похожие стадии развития: D 1 , D 2 , D 3 10 3. Грибы имеют особый тип эволюционного процесса ( симгенез). В результате этого процесса объединяются геномы организмов (А + В), относящихся даже к разным царствам. Новый организм (С) дает начало новой эволюционной линии (рис. 3). Рис. 3. Упрощенная схема симгенеза 9 4. По грибам существует мало палеомикологических материалов. Так как споры грибов довольно устойчивы к факторам внешней среды, то спорово-пыльцевой анализ широко используется в палеомикологии. Имеются отпечатки растений с паразитическими грибами, а также окремненные остатки шляпочных и трутовых грибов. Методы изучения грибов На разных этапах развития систематики грибов преобладали определенные методы их изучения, что было обусловлено уровнем знаний и развитием техники. 1. До XX в. наиболее распространенным методом построения классификационных систем был сравнительно-морфологический. 2. Позднее большое значение приобретает онтогенетический подход, что особенно важно для выявления разных стадий развития одного вида в ходе онтогенеза, особенно сумчатых грибов. 3. В последнее время развивается ультраструктурный подход. При классификации грибов учитывается строение крист митохондрий, наличие сформированных диктиосом, строение жгутикового аппарата, порового аппарата септ. 4. Знание различий биохимического состава грибов применяется в хемотаксономии. При этом учитываются состав полисахаридов клеточной стенки, путь синтеза лизина и др. А В С А В С D 1 Рис. 2. Конвергентное сходство грибов D 2 D3 11 5. С 90-х гг. XX в. при построении систем используется молекулярная систематика (геносистематика), основанная на выяснении нуклеотидной последовательности определенных генов. Методы геносистематики имеют как положительные, так и отрицательные черты. Положительным является то, что они объективны, воспроизводимы, на молекулярном уровне редко возникает конвергенция, что позволяет проверить гипотезы филогенетических связей. Отрицательной оказывается тенденция судить об эволюции организмов по результатам исследования эволюции отдельных генов (18 S и 28 S РНК). Номенклатура и таксономические категории грибов В названиях грибов, как и в названиях других организмов, используется бинарная номенклатура, предложенная К. Линнеем. Основной единицей в систематике является вид. Каждый вид имеет научное название, состоящее из двух слов, обозначающих родовую принадлежность и видовой эпитет. Кроме того, нередко существуют народные названия, которых у организма может быть множество, что часто приводит к путанице. Например, Leccinum scabrum (Bull.: Fr.) S.F. Gray (первое слово – род, а все вместе – вид) – обабок обыкновенный. По- русски этот гриб называется березовик, подберезовик, обабок. После названия вида следуют сокращенные фамилии авторов. В скобках указан автор, который впервые обнародовал видовое название гриба. За скобками приводится автор, который произвел изменения и предложил данную комбинацию видового и родового названия. Существует Международный кодекс ботанической номенклатуры (МКБН), в котором детально разработаны правила наименования растений и грибов. Таксоны выше рода имеют названия с унифицированным окончанием, по которым можно определить принадлежность вида к тому или иному таксономическому рангу. Например, обабок обыкновенный (подберезовик) в системе таксонов будет выглядеть следующим образом (табл. 1). Таблица 1 Таксономическая характеристика Leccinum scabrum (Bull: Fr.) S.F. Gray Название таксона Единое окончание для таксона Название таксона русское латинское Царство Regnum – Fungi Отдел Divisio …mycota Basidiomycota Класс Classis …mycetes Basidiomycetes Порядок Ordo …ales Boletales Семейство Familia …aceae Boletaceae Род Genus – Leccinum Вид Species – L. scabrum (Bull.: Fr.) S.F. Gray 12 Кроме перечисленных основных таксономических рангов (вид, род, семейство, порядок, класс, отдел, царство) в сложных системах используются такие категории, как подцарство, подотдел, подкласс, подпорядок, подсемейство, подрод. У вида могут быть разновидности (Varietas), формы (Forma). При необходимости царства объединяют в надцарства (империи), отделы – в надотделы, классы – в надклассы и т. д. 13 МЕСТО ГРИБОВ В СИСТЕМЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА Практически все живые организмы можно разделить по структурно- морфологическому строению на две группы (надцарства, империи): прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариоты (Procaryota) не имеют ядерной оболочки, хромосом. Настоящий половой процесс (мейоз) и митоз отсутствуют. Нет пластид, митохондрий, эндоплазматической сети, телец Гольджи, микротрубочек. В клеточной стенке может быть глюкопептид муреин. Жгутиков чаще всего нет или они просто устроены. Пищевых вакуолей нет, но имеются газовые вакуоли. Многие могут фиксировать атмосферный азот, дыхание анаэробное и аэробное, чувствительны к антибиотикам, но устойчивы к облучению. К прокариотам относятся бактерии, актиномицеты, цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Все остальные организмы относятся к эукариотам. Эукариоты (Eucaryota) имеют ядро, окруженное мембраной, генный материал находится в хромосомах, состоящих из нитей ДНК и белков. Имеются настоящий половой процесс, мейоз и митоз. В клетках могут быть пластиды, митохондрии, эндоплазматическая сеть, тельца Гольджи, микротрубочки, пищевые вакуоли. Жгутики сложного строения. Как правило, эукариоты не фиксируют атмосферный азот, являются аэробами или вторичными анаэробами. Не чувствительны к антибиотикам, но чувствительны к облучению. Другой принцип классификации организмов – эколого-трофический. В соответствии с ним выделяют царства: растения, животные, грибы. К растениям относятся автотрофные (фотосинтезирующие) организмы. В экосистемах они являются продуцентами. К животным относятся зоотрофные организмы, питающиеся другими организмами. Они составляют группу консументов. Для грибов характерно осмотрофное питание (поглощение веществ всем телом). Они являются редуцентами. Примером реализации изложенного подхода при построении классификационных систем являются системы Р. Уиттекера (Whittaker, 1969 – 2 надцарства, 5 царств) и А. Л. Тахтаджяна (1973, 1976 – 2 надцарства, 4 царства). Система Р. Уиттекера, усовершенствованная Л. Маргелис (1983), показана в упрощенном варианте на рис. 4. К прокариотам относится царство монеры – Monera. Эукариоты объединяют четыре царства: растения, животные, грибы, различающиеся способами питания (фототрофный, зоотрофный, осмотрофный), способами развития, и царство протоктисты (Protoctista), или протисты (Protista), где сосредоточены организмы простого строения, имеющие чаще всего жгутиковые стадии в цикле развития. Отражённые на схеме 14 отделы организмов, относящиеся к протистам, ранее рассматривались в составе царства Грибы. Некоторые из них (Oomycota, Hyphochytridiomyco- ta, Labirintulomycota) имеют мицелиальные талломы, а также другие морфологические структуры, сходные с грибами. Поэтому их называют грибоподобными протистами, грибоподобными организмами, псевдогрибами. Таким образом, грибы (в традиционном понимании) рассредоточены в двух царствах (протисты и грибы). Рис. 4. Схема строения органического мира 42 (упрощенный вариант) В более поздних системах грибы входят в состав нескольких царств. Так, Т. Кавалье-Смит (Cavalier-Smith, 1998) предложил систему органического мира, состоящую из двух надцарств и шести царств. Прокариоты содержат одно царство (Bacteria), а эукариоты распределены между пятью царствами (Animalia, Protozoa, Fungi, Chromista, Plantae). Организмы, ранее относившиеся к царству Mycota (грибы – в традиционном понимании), входят в состав трех царств: Fungi (собственно грибы), Chromista (хромисты, куда включены и многие водоросли), Protozoa (простейшие животные). Разделение грибов по трем царствам основано на ряде признаков (состав клеточной стенки, путь синтеза лизина, подвижность в вегетативном состоянии, строение зооспор и гамет), что соответствует их происхождению тремя самостоятельными эволюционными линиями (более подробно эти вопросы будут освещены в соответствующих разделах). 15 1. Царство Chromista включает водоросли (бурые, желто-зеленые, золотистые, диатомовые), а также грибоподобные организмы – Oomycota, Hyphochytridiomycota, Labirintulomycota,для которых характерно наличие зооспор с двумя гетероконтными жгутиками, гладким и перистым (у гифохитридиомицетов – один перистый). В клеточной стенке чаще всего присутствует целлюлоза, синтез лизина идет по типу автотрофных организмов (у лабиринтуломицетов лизина нет), митохондрии в основном с трубчатыми кристами. 2. Царство Protozoa наряду с простейшими животными составляет группа «миксомицетов» (Acrasiomycota, Dictyosteliomycota, Myxomycota, Plasmodiophoromycota), имеющих вегетативную амебоидную стадию, зоотрофное питание, в циклах развития – подвижные стадии (с двумя апикальными гладкими жгутиками), митохондрии в основном с трубчатыми кристами. 3. Царство Fungi, Mycotaобразуют грибы, не имеющие подвижных стадий (исключение – хитридиомицеты с одним гладким жгутиком). Основной компонент клеточной стенки – хитин, синтез лизина идет по типу животных, митохондрии с пластинчатыми кристами, диктиосомы отсутствуют. Современные системы базируются в основном на данных молекулярной биологии, электронной микроскопии, биохимии. Количество надцарств (империй) и царств в этих системах значительно варьирует и достигает порой десятков. Особенностью указанных систем является то, что в состав даже одного царства входят растения (водоросли), животные (простейшие) и грибы. Далее приведен сокращенный вариант классификации грибов, изложенный в «Словаре грибов» 9-е изд. (2001) (www.indexfungorum.org) с некоторыми изменениями, принятыми в настоящем издании (табл. 2). Таблица 2 Система грибов и грибоподобных организмов Царство Отделы Основные классы Protozoa – Простейшие животные 1. Acrasiomycota – акразиомикота Acrasiomycetes – акразиомицеты 2. Dictyosteliomycota – диктиостелиомикота Dictyosteliomycetes – диктиостелиомицеты 3. Myxomycota – миксомикота (слизевики) 1. Myxomycetes – миксомицеты 2. Protosteliomycetes – протостелиомицеты 4. Plasmodiophoromycota – плазмодиофоромикота (паразитические слизевики) Plasmodiophoromycetes – плазмодиофоромицеты Chromista– хромисты 1. Hyphochytridiomycota – гифохитридиомикота Hyphochytriomycetes – гифохитридиомицеты 2. Labyrinthulomycota – лабиринтуломикота Labyrinthulomycetes – лабиринтуломицеты 16 3. Oomycota – оомикота Oomycetes – оомицеты Окончание табл. 2 Царство Отделы Основные классы Fungi, Mycota– Грибы 1. Ascomycota – аскомикота (сумчатые грибы) 1. Dothideomycetes – дотидеомицеты 2. Eurotiomycetes – эуроциомицеты 3. Laboulbeniomycetes – лабульбениомицеты 4. Leotiomycetes – леоциомицеты 5. Orbiliomycetes – орбилиомицеты 6. Pezizomycetes – пецицомицеты 7. Saccharomycetes – сахаромицеты 8. Schizosaccharomycetes – схизосахаромицеты 9. Sordariomycetes – сордариомицеты 10. Taphrinomycetes – тафриномицеты 2.Basidiomycota – базидиомикота (базидиальные грибы) 1. Agaricomycetes – агарикомицеты 2. Dacrymycetes – дакримицеты 3. Exobasidiomycetes – экзобазидиомицеты 4. Tremellomycetes – тремелломицеты 5. Urediniomycetes – урединиомицеты, ржавчинные грибы 6. Ustilaginomycetes – устилагиномицеты, головневые грибы 3.Chytridiomycota – хитридиомикота 1. Chytridiomycetes – хитридиомицеты 2. Monoblepharidiomycetes – моноблефаридиомицеты 4.Glomeromycota – гломеромикота Glomeromycetes – гломеромицеты 5.Zygomycota – зигомикота 1. Trichomycetes – трихомицеты 2. Zygomycetes – зигомицеты 6. Группа анаморфные грибы, дейтеромицеты, несовершенные грибы, митогрибы В «Словаре грибов» эти грибы не выделены в самостоятельную группу, но для удобства изучения материала мы сочли возможным их рассматривать отдельно 7. Лишайники, или лихенизированные грибы В «Словаре грибов» лишайники находятся в отделах: сумчатые и базидиальные грибы. Мы рассматриваем их как сборную группу 17 ВРЕМЯ ПОЯВЛЕНИЯ ГРИБОВ Грибы появились на нашей планете около 1,3 млрд. лет назад в протерозойском эоне. В строматолитах (кораллоподобные осадочные образования, карбонатные или кремниевые) этого периода обнаружены грибоподобные организмы, которые были похожи на дрожжи и мукоровые грибы. В целом палеонтологические свидетельства разнообразия грибов немногочисленны. Более устойчивы к воздействиям внешней среды споры грибов, поэтому спорово-пыльцевой анализ широко используется в палеомикологии. В фанерозойский эон (палеозойская эра), в верхнем докембрии, обитали водные грибы. В кембрии (около 600 млн. лет назад) появляются хитридиевые грибы, а уже в силуре (около 430 млн. лет назад) наблюдается переход грибов от водного образа жизни к наземному (рис. 5). В это время на растительных остатках в прибрежных зонах обитали «слизистые» оомикота, аско- и дейтеромикота. В девоне (около400 млн. лет назад) эндофитные грибы рода Glo- mites обнаружены в окременелых тканях осевых органов риний. Наряду с симбиотическими у них были выражены патогенные свойства. Эндомикориза была широко распространена в раннем девоне. К этому времени относятся находки первых древних лишайников (цианолишайники). В девоне также получают развитие паразитические грибы и сапротрофы (аскомикота). Сумчатые грибы, таким образом, являются более древними в сравнении с базидиальными. Данные молекулярной генетики (анализ последовательностей 18 SPHK с использованием базы данных банка генов, число мутационных замен в ряде генов) подтвердили палеонтологические свидетельства о том, что дивергенция грибов произошла около 400 млн. лет назад, когда появились наземные растения. В конце палеозойской эры ( пермский период, 280 млн. лет назад) палеонтологические находки говорят о наличии «белой гнили» растений, вызываемой обычно базидиальными грибами. В мезозойскую эру (триасовый период, 225 млн. лет назад) параллельно с развитием голосеменных растений возникает эктомикориза, образуемая агариковыми грибами. Основное развитие микоризы приходится на меловой период (около 130 млн. лет назад). В это же время обнаружены плодовые тела агариковых грибов. Имеются достоверные находки окремненных остатков агарикового гриба археомарасмиус (Archaeomarasmius legetti – 90–94 млн. лет назад), похожего на современных представителей рода Marasmius (негниючник). Таким образом, грибы являются одними из древнейших организмов на нашей планете. Уже в палеозойскую эру (девон, около 400 млн. лет 18 назад) появились основные группы грибов, трофически и топически связанных с растениями и животными. Их эволюция шла в основном совместно с эволюцией растений (коэволюция). Грибы способствовали освоению растениями суши, их процветанию и развитию, что привело к многообразию растений и наземных экосистем. Рис. 5. Время (млн. лет) возникновения основных таксономических групп грибов 28 Гипотезы происхождения грибов Вопрос о происхождении грибов до сих пор окончательно не решён. Предполагают, что грибы возникли несколькими самостоятельными эволюционными линиями. К настоящему времени известно несколько гипотез происхождения грибов. 1. Происхождение от каких-то бесхлорофилльных амебообразных или жгутиконосных эукариот – зоофлагеллят. В результате приспособления к наземному образу жизни жгутики у многих видов были утрачены. 2. Предками некоторых отделов грибов являются водоросли (цианобактерии, бурые, красные и др.). Возможно, сумчатые грибы (а от них – базидиальные) произошли от безжгутиковых красных водорослей из класса Florideophyceae. У красных водорослей есть общие черты с сумчатыми грибами: строение пор – септ (перегородок между клетками), в оболочках некоторых водорослей обнаружен хитин, имеются сходные по химическому составу метаболиты. У багрянок во время митоза, как и у 19 грибов, сохраняется ядерная оболочка (закрытый митоз). Достаточно много общего у красных водорослей и цианобактерий (прокариоты), в частности, состав пигментов и некоторых других соединений. Поэтому согласно другой гипотезе (парафлоридейная гипотеза) сумчатые грибы и багрянки произошли от общего предка, но затем развивались независимо друг от друга. Оомикота являются самостоятельной эволюционной линией, берущей начало от форм, близких к золотистым или желто-зеленым водорослям. 3. Происхождение от прокариотного организма, близкого к Eubacteria. Фотосинтезирующая бактериальная клетка в результате совершенствования структур дала начало простейшей эукариотной клетке. Эволюция шла через промежуточный дрожжеподобный организм протомицес (Protomyces), давший начало развитию грибной клетки. Доказательством тому является примитивное строение клеток аскомицетных дрожжей: в них отсутствует аппарат Гольджи, а также пульсирующие вакуоли и жгутики. Митохондрии примитивные, геном минимальный (сравним лишь с геномом цианобактерий), химический состав клеточных стенок близок к прокариотам. Эта гипотеза подтверждается современными данными об ультраструктурном строении клеток прокариот и эукариот. 4. На основании изучения последовательностей малых субъединиц рибосомальной РНК в 1993 г. было высказано предположение о том, что предком животных и грибов был единый |