20 завораживающих фактов о невообразимо маленьких объектах
1. Но начнем мы совсем с другой стороны. Прежде чем отправиться в путешествие к глубинам материи, давайте обратим свой взор вверх.
Например, известно, что до Луны в среднем почти 400 тысяч километров, до Солнца — 150 миллионов, до Плутона (который уже не виден без телескопа) — 6 миллиардов, до ближайшей звезды Проксимы Центавра — 40 триллионов, до ближайшей крупной галактики туманности Андромеды — 25 квинтиллионов, и наконец до окраин обозримой Вселенной — 130 секстиллионов.
Впечатляюще, конечно, но разница между всеми этими «квадри-», «квинти-» и «сексти-» не кажется столь уж огромной, хотя они и различаются между собой в тысячу раз. Совсем другое дело микромир. Разве в нем может быть скрыто так уж много интересного, ведь ему просто негде там поместиться. Так говорит нам здравый смысл и ошибается.
2. Если на одном конце логарифмической шкалы отложить самое маленькое известное расстояние во Вселенной, а на другом — самое большое, то посередине окажется… песчинка. Её диаметр — 0.1 мм.
3. Если положить в ряд 400 млрд песчинок, их ряд обогнёт весь земной шар по экватору. А если собрать эти же 400 млрд в мешок, весить он будет около тонны.
4. Толщина человеческого волоса — 50–70 микронам, то есть их 15–20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.
5. Размер бактерий — от 0.5 до 5 микрон. Если увеличить среднюю бактерию до такого размера, что она удобно ляжет нам в ладонь (в 100 тысяч раз), толщина волоса станет равной 5 метрам.
6. Кстати, внутри человеческого тела обитает целый квадриллион бактерий, а их общий вес составляет 2 килограмма. Их, собственно, даже больше, чем клеток самого тела. Так что вполне можно сказать, что человек — это просто такой организм, состоящий из бактерий и вирусов с небольшими вкраплениями чего-то еще.
7. Размеры вирусов различаются еще больше, чем бактерий, — чуть ли не в 100 тысяч раз. Если бы дело обстояло так с людьми, то они были бы ростом от 1 сантиметра до 1 километра, и их социальное взаимодействие стало бы любопытным зрелищем.
8. Средняя длина наиболее распространенных разновидностей вирусов — 100 нанометров или 10^(-7) степени метра. Если мы снова выполним операцию приближения таким образом, чтобы вирус стал размером с ладонь, то длина бактерии будет 1 метр, а толщина волоса — 50 метров.
9. Длина волны видимого света — 400–750 нанометров, и увидеть объекты меньше этой величины попросту невозможно. Попытавшись осветить такоей объект, волна просто обогнет его и не отразится.
10. Иногда задают вопрос, как выглядит атом или какого он цвета. На самом деле, атом не выглядит никак. Просто вообще никак. И не потому, что у нас недостаточно хорошие микроскопы, а потому что размеры атома меньше расстояния, для которого существует само понятие «видимости»…
11. Вдоль окружности земного шара можно плотно разместить 400 триллионов вирусов. Много. Такое расстояние в километрах свет проходит за 40 лет. Но если собрать их всех вместе, то они легко поместятся на кончике пальца.
12. Примерный размер молекулы воды — 3 на 10^(-10) метра. В стакане воды таких молекул 10 септиллионов — примерно столько миллиметров от нас до Галактики Андромеды. А в кубическом сантиметре воздуха молекул 30 квинтиллионов (в основном, азота и кислорода).
13. Диаметр атома углерода (основы всей жизни на Земле) — 3.5 на 10^(-10) метра, то есть даже чуть больше, чем молекулы воды. Атом водорода в 10 раз меньше — 3 на 10^(-11) метра. Это, конечно, мало. Но насколько мало? Поражающий всякое воображение факт состоит в том, что мельчайшая, едва различимая крупинка соли состоит из 1 квинтиллиона атомов.
Давайте обратимся к нашему стандартному масштабу и приблизим атом водорода так, чтобы он удобно лег в руку. Вирусы тогда будут 300-метрового размера, бактерии 3-километрового, а толщина волоса станет равна 150 километрам, и даже в лежащем состоянии он выйдет за границы атмосферы (а в длину может достать и до Луны).
14. Так называемый «классический» диаметр электрона — 5.5 фемтометров или 5.5 на 10^(-15) метра. Размеры протона и нейтрона еще меньше и составляют около 1.5 фемтометров. Протонов в метре примерно столько же, сколько муравьев на планете Земля. Используем уже привычное нам увеличение. Протон удобно лежит у нас в ладони, — и тогда размер среднего вируса окажется равным 7 000 километрам (почти как вся Россия с запада на восток, между прочим), а толщина волоса в 2 раза превысит размеры Солнца.
15. О размерах сложно сказать что-то определенное. Предполагается, что они находятся где-то в пределах 10^(-19) — 10^(-18) метра. Самый маленький — истинный кварк — «диаметром» (давайте для напоминания о вышесказанном будем писать это слово в кавычках) 10^(-22) метра.
16. Есть еще такая штука как нейтрино. Посмотрите на свою ладонь. Через нее ежесекундно пролетает триллион нейтрино, испущенных Солнцем. И можете не прятать руку за спину. Нейтрино с легкостью пройдут и сквозь ваше тело, и сквозь стену, и сквозь всю нашу планету, и даже сквозь слой свинца толщиной в 1 световой год. «Диаметр» нейтрино равен 10^(-24) метра — эта частица в 100 раз меньше истинного кварка, или в миллиард раз меньше протона, или в 10 септиллионов раз меньше тираннозавра. Почти во столько же раз сам тираннозавр меньше всей обозримой Вселенной. Если увеличить нейтрино так, чтобы он был размером с апельсин, то даже протон будет в 10 раз больше Земли.
17. А сейчас я искренне надеюсь, что вас должна поразить одна из двух нижеследующих вещей. Первая — мы можем продвинуться еще дальше (и даже сделать какие-то осмысленные предположения о том, что там будет). Вторая — но при этом двигаться вглубь материи бесконечно все-таки нельзя, и вскоре мы уткнемся в тупик. Вот только для достижения этих самых «тупиковых» размеров нам придется опуститься еще на 11 порядков, если считать от нейтрино. То есть эти размеры меньше нейтрино в 100 миллиардов раз. Во столько же раз песчинка меньше всей нашей планеты, кстати.
18. Итак, на размерах 10^(-35) метра нас ждет такое замечательное понятие, как планковская длина, — минимальное расстояние из возможных в реальном мире (насколько это принято считать в современной науке).
19. Еще здесь обитают квантовые струны — объекты весьма примечательные с любой точки зрения (например, они одномерны, — у них нет толщины), но для нашей темы важно, что их длина тоже находится в пределах 10^(-35) метра. Давайте проделаем наш стандартный «увеличительный» эксперимент в последний раз. Квантовая струна становится удобного размера, и мы держим ее в руке как карандаш. При этом нейтрино будет в 7 раз больше Солнца, а атом водорода в 300 раз превысит размеры Млечного Пути.
20. Наконец мы подошли к самой структуре мироздания — масштабу, на котором пространство становится похожим на время, время на пространство, и происходят разные другие причудливые штуки. Дальше уже ничего нет (наверное)…
Сравнение размеров вирусов и бактерий
Микроорганизмы настолько малы по сравнению с людьми, что может возникнуть соблазн думать, что они примерно одного размера.
Бактерии и вирусы — это микроскопические организмы, которые могут вызывать болезни у животных и человека. Хотя эти микробы могут иметь некоторые общие характеристики, они также очень различны. Бактерии обычно намного крупнее вирусов, и их можно рассматривать под световым микроскопом. Вирусы во много раз меньше бактерий и видны только под электронным микроскопом.
Бактерии — это одноклеточные организмы, которые размножаются бесполым путем независимо от других организмов. Для размножения вирусам требуется помощь живой клетки.
Где они живут
Некоторые бактерии считаются экстремофилами и могут выживать в чрезвычайно суровых условиях, таких как гидротермальные источники, а также в желудках животных и людей.
Вирусы: подобно бактериям, вирусы можно обнаружить практически в любой среде. Это патогены, которые заражают прокариотические и эукариотические организмы, включая животных, растения, бактерии и археи (одноклеточные).
Вирусы, которые заражают экстремофилов, таких как археи, имеют генетическую адаптацию, которая позволяет им выживать в суровых условиях окружающей среды (гидротермальные источники, серные воды и т. д).
Вирусы могут сохраняться на поверхностях и на объектах, которые мы используем каждый день в течение различных отрезков времени (от секунд до лет) в зависимости от типа вируса.
Бактериальная и вирусная структура
Бактерии — это прокариотические клетки, которые проявляют все характеристики живых организмов. Бактериальные клетки содержат органеллы и ДНК, которые погружены в цитоплазму и окружены клеточной стенкой.
Эти органеллы выполняют жизненно важные функции, которые позволяют бактериям получать энергию из окружающей среды и размножаться.
Вирусы: вирусы не считаются клетками, но существуют как частицы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключенные в белковую оболочку.
Некоторые вирусы имеют дополнительную мембрану, называемую оболочкой, которая состоит из фосфолипидов и белков, полученных из клеточной мембраны ранее инфицированной клетки-хозяина.
Эта оболочка помогает вирусу проникнуть в новую клетку путем слияния с клеточной мембраной и помогает ему выйти из нее путем почкования. Также известные как вирионы, вирусные частицы существуют где-то между живыми и неживыми организмами.
Хотя они содержат генетический материал, у них нет клеточной стенки или органелл, необходимых для производства энергии и размножения. Вирусы полагаются исключительно на хозяина для репликации.
Размер и форма
Бактерии: бактерии могут быть найдены в различных формах и размерах. Распространенные формы бактериальных клеток включают кокки (сферические), бациллы (палочковидные), спирали и вибрионы.
Для примера: Один нанометр равен 10 ангстрем. Расстояние между атомами углерода в алмазе равно 0,154 нм. Длины волн видимого света, воспринимаемого человеком, лежат в диапазоне 380—760 нм. Диаметр атома гелия составляет около 0,06 нм, а диаметр рибосомы — около 20 нм.
Микрометр (µm или мкм) — равен одной миллионной доле метра (10 −6 метра или 10 −3 миллиметра). Диаметр эритроцита составляет 7 мкм, толщина человеческого волоса от 40 до 120 мкм, 3–8 мкм — толщина паутины, 70 — 180 мкм — толщина бумаги
Считающаяся самой крупной в мире бактерией, Thiomargarita namibiensis может достигать размера в 750 000 нанометров (0,75 миллиметра) в диаметре.
Вирусы: размер и форма вирусов определяются количеством нуклеиновых кислот и белков, которые они содержат. Вирусы, как правило, имеют сферическую (полиэдрическую), палочковидную или спиральную форму.
Некоторые вирусы, такие как бактериофаги, имеют сложную форму, которая включает в себя добавление белкового хвоста, прикрепленного к капсиду с хвостовыми волокнами, отходящими от хвоста.
Вирусы гораздо меньше бактерий. Обычно их размеры варьируются от 20 до 400 нанометров в диаметре. Самые крупные известные вирусы, пандоравирусы, имеют размер около 1000 нанометров или полный микрометр.
На видео ниже можно посмотреть сравнение размеров различных микроорганизмов, клеток и вирусов.
Микроорганизмы настолько малы по сравнению с людьми, что у вас может возникнуть соблазн думать, что они примерно одного размера.
Как показывает это видео, это совсем не так. Риновирус и вирус полиомиелита имеют размер 0,03 микрона (мкм), эритроцит — 8 мкм, нейрон — 100 мкм и яйцо лягушки — 1 мм. Это диапазон в 5 порядков, примерно такой же разницы, как рост человека и толщина атмосферы Земли.
Почему запах пердежа пробивается сквозь маску, а вирусы — нет?
У противников ношения масок есть много доводов разной степени абсурдности: от «мне неудобно» до «маски — печать Сатаны на лице». Но самый восхитительный из них заключается в том, что ткань пропускает запах кишечных газов, а значит, неспособна защитить и от вирусов. Определенная логичность в этом есть, но аргумент все равно неверный. Журналисты Lifehacker объяснили, почему, а заодно провели любопытный ликбез по наночастицам.
Недавно в твиттере стало вирусным видео, на котором некая женщина из города Чико, Калифорния, отказывается от ношения маски в булочной и объясняет это «элементарной физикой»: якобы раз штаны не способны удержать пердеж, то и маска не сможет защитить от вируса. На это сотрудник магазина отвечает ей: «Просто повзрослей… И проваливай!». В общем-то, он оказался прав.
Задача маски — отфильтровать капли воды, которые исторгаются из нашего тела с чиханием, кашлем и дыханием. В них-то и содержатся потенциальные вирусы. Но маска работает даже если не учитывать водяные пары.
Причина №1. Маска — многослойная
Kotaku ссылается на актуальную статью «Эффективность аэрозольной фильтрации обычных тканей, используемых в респираторных тканевых масках», опубликованную 24 апреля 2020. В ней медики рассказывают об эффективности ткани как фильтра. Оказалось, что один слой материала может блокировать от 5 до 95 процентов частиц размером около 300 нанометров. Разброс огромен, но если взять два или более слоя, доля отфильтрованных частиц составляет уже 80-95%. Однако многослойность маски — это еще не самый крутой довод в их пользу.
Причина №2: «молекулы пердежа» слишком малы
Профессор химии Тревор Макал отмечает, что молекула метантиола, ответственный за тот самый запах кишечных газов, имеет размер всего около 0,4 нанометра. Иначе говоря, он пролетает сквозь любую ткань, словно комар сквозь тюремную решетку. Напомним, что в предыдущем исследовании авторы оперировали размерами около 300 нанометров — в сотни раз большими, чем атомы метантиола.
Причина №3: вирусы — просто громадны по сравнению с молекулами метантиола
Однако вирусы — это не молекулы. Размеры COVID-19 колеблются в диапазоне от 60 до 140 нанометров. На фоне молекулы размером 0.4 нанометра они словно «Звезда Смерти». Ткань, особенно многослойная, уже не пропускает их, либо пропускает крайне мало. Но даже это еще не финальный довод в пользу ношения маски.
Причина №4: вирусы находятся в каплях воды, а не летают сами по себе
Как бы ни были велики вирусы по сравнению с молекулами, их главное средство транспортировки, водные капли, еще больше. Капли от чихания имеют размеры до 100 000 нанометров. Капли от кашля — около 1000 нанометров. Капли аэрозоля (в данном случае взвеси воды в воздухе от дыхания) размером не превышают 5000 нанометров. Даже посредственная маска должна защитить от них.
Разумеется, все это имеет смысл только если вы носите маску правильно, а не ходите с высунутым носом или оставляете большие щели между тканью и кожей. Берегите себя, а также не выпускайте газы в скоплении людей — как видите, их от запаха не защитят даже многослойные маски.
Молекула больше вируса или меньше?
Ученые до сих пор не уверены, стоит ли считать вирусы живыми существами. Эти организмы размером всего несколько нанометров представляют собой завернутую в белковую оболочку короткую нитку нуклеотидов, где закодирована генетическая информация. Они гораздо меньше бактерий и клеток, неспособны самостоятельно производить белки, из которых состоит все живое. Поэтому фактически не живут вне клетки. В природе могут сохраняться длительное время в неактивном состоянии. Но, попав в живой организм, быстро размножаются за счет ресурсов хозяина.
Большинство вирусов неопасны для человека, поскольку наша иммунная система их уничтожает. Уже в слизистой оболочке, через которую чаще всего проникают вирусы, на них нападают фагоциты, а в крови — лимфоциты. Клетки начинают производить белки-интерфероны, мешающие вирусу размножаться. В крайнем случае зараженные клетки гибнут сами. Однако некоторые вирусы настолько быстро размножаются, что ломают все защитные механизмы или настраивают их против организма, вызывая тяжелое воспаление, лихорадку.
Возможно, вирусы — это части ДНК или РНК, сбежавшие из многоклеточного организма. По другой гипотезе, вирусы древнее, чем клетка. Вот почему части вирусного генома встроены в ДНК бактерий и животных в виде «мусора». Высказывалось также предположение, что борьба вирусов и клеток послужила драйвером эволюции.
Вирусы открыты в 1892 году русским микробиологом Дмитрием Ивановским, пытавшимся понять, чем вызвана мозаичная болезнь табака. С тех пор описано несколько тысяч вирусов. Но ученые полагают, что еще сотни тысяч или миллионы неизвестны. Вирусы очень разнообразны по своему строению и механизму действия. В природе нет ни одной группы живых организмов, которую бы не поражали вирусы. Человек — не исключение.
Размер бактерий, спор, вирусов и грибов, микроорганизмов
Размеры микроорганизмов
Как показывает само название, объекты, относимые к микроорганизмам, были выделены по признаку их малых размеров. Если принять за критерий границу видимости невооруженным глазом, равную 70—80 мкм5, то все объекты, которые лежат за пределами этой границы, можно отнести к микроорганизмам. Мир микроорганизмов — это преимущественно мир одноклеточных форм. Диапазон размеров микроорганизмов велик (табл.2).
Величина самых крупных представителей микромира, лежащих на границе видимости невооруженным глазом, приблизительно 100 мкм (некоторые диатомовые водоросли, высшие протисты). На порядок ниже размеры одноклеточных зеленых водорослей и клеток дрожжей, еще ниже размеры, характерные для большинства бактерий. В среднем линейные размеры бактерий лежат в пределах 0,5–3 мкм, но есть среди бактерий свои «гиганты» и «карлики». Например, клетки нитчатой серобактерии Beggiatoa alba имеют диаметр до 50 мкм; Achromatium oxaliferum, считающийся одним из крупных бактериальных организмов, имеет в длину 15—100 мкм при поперечнике примерно 5—33 мкм, а длина клетки спирохеты может быть до 250 мкм.
Таблица 2. Размеры различных объектов
| Объект | Линейные размеры, мкм* |
| Одноклеточные эукариоты | |
| Некоторые диатомовые водоросли и высшие протисты | 100 |
| Зеленая водоросль Chlorella | 2-10 |
| Клетка дрожжей Saccharomyces | 6-10 |
| Прокариотные организмы | |
| Крупные | |
| Achromatium oxaliferum | 5-33х15-100 |
| Beggiatoa alba | 2-10х1-50 |
| Cristispira pectinis | 1,5х36-72 |
| Macromonas mobilis | 6-14х10-30 |
| Thiovulum majus | 5-25 |
| Spirochaeta plicatilis | 0,2-0,7х80-250 |
| Обычные | |
| Bacillus subtilis | 0,7-0,8×2-3 |
| Escherichia coli | 0,3-1х1-6 |
| Staphylococcus aureus | 0,5-1,0 |
| Thiobacillus thioparus | 0,5х1-3 |
| Rickettsia prowazeki | 0,3-0,6×0,8-2 |
| Мелкие | |
| Mycoplasma mycoides | 0,1х0,25 |
| Bdellovibrio bacteriororus | 0,3×1,2 |
| Haemobarfonella muris | 0,1×0,3-0,7 |
| Wolbachia melophagi | 0,3х0,6 |
| Вирусы | |
| Крупные | |
| табачной мозаики | 0,02×0,3 |
| коровьей оспы | 0,26 |
| гриппа | 0,1 |
| фаг Т2 | 0,06×0,2 |
| Мелкие | |
| 0Х174 | 0,025 |
| желтой лихорадки | 0,022 |
| вирус-сателлит | 0,018 |
| Толщина ЦПМ бактериальной клетки | 0,01 |
| Рибосома | 0,018 |
| Молекула глобулярного белка | |
| крупная | 0,013 |
| мелкая | 0,004 |
Самые мелкие из известных прокариотных клеток — бактерии, принадлежащие к группе микоплазм. Описаны микоплазмы с диаметром клеток 0,1–0,15 мкм. Поскольку молекулы всех соединений имеют определенные физические размеры, то, исходя из объема клетки с диаметром 0, 15 мкм, легко подсчитать. что в ней может содержаться порядка 1200 молекул белка и осуществляться около 100 ферментативных реакций. Минимальное число ферментов, нуклеиновых кислот и других макромолекулярных компонентов, необходимых для самовоспроизведения теоретической «минимальной клетки», составляет, по про веденной оценке, около 50. Это то, что необходимо для поддержания клеточной структуры и обеспечения клеточного метаболизма. Таким образом, в группе микоплазм достигнут размер клеток, близкий к теоретическому пределу клеточного уровня организации жизни. Мельчайшие микоплазменные клетки равны или даже меньше частиц другой группы микроскопических организмов — вирусов.
Если бактериальные клетки обычно можно увидеть в световой микроскоп, то вирусы, размеры большинства которых находятся в диапазоне 16–200 нм, лежат за пределами его разрешающей способности. Впервые наблюдать вирусы и выяснить их структуру удалось после изобретения электронного микроскопа. По своим размерам вирусы занимают место между самыми мелкими бактериальными клетками и самыми крупными органическими молекулами. Размер частиц вируса-сателлита (18 нм) и величина крупной молекулы глобулярного белка (13 нм) близки. Таким образом, если раньше между известными биологам организмами и неживыми молекулами химиков существовала пропасть, то теперь этой пропасти нет: она заполнена вирусами.
Размеры всех живых организмов, выраженные в одних единицах, например в ангстремах, располагаются в диапазоне от 102 (самые мелкие вирусы) до 1011 (размеры кита). Если за границу, разделяющую микро- и макромиры, принять предел видимости невооруженным глазом, т. е. приблизительно 106Å. то, как можно видеть из приведенных значений, на долю микромира приходится огромный диапазон величин.
Краткое рассмотрение различных представителей микромира, занимающих определенные «этажи» размеров, показывает. что, как правило, величина объектов определенно связана с их структурной сложностью. Нижний предел размеров свободноживушего одноклеточного организма определяется пространством, требуемым для упаковки внутри клетки аппарата, необходимого для независимого существования. Ограничение верхнего предела размеров микроорганизмов определяется, по современным представлениям, соотношениями между клеточной поверхностью и объемом. При увеличении клеточных размеров поверхность возрастает в квадрате, а объем — в кубе, поэтому соотношение между этими величинами сдвигается в сторону последнего. У микроорганизмов по сравнению с макроорганизмами очень велико отношение поверхности к объему. Это создает благоприятные условия для активного обмена между микроорганизмами и внешней средой. И действительно, метаболическая активность микроорганизмов, измеренная по разным показателям, в расчете на единицу биомассы намного выше, чем у более крупных клеток. Поэтому представляется закономерным, что низшие формы жизни могли возникнуть и в настоящее время могут существовать только на базе малых размеров, так как последние создают целый ряд преимуществ, обеспечивающих жизнеспособность этим формам жизни.
Бактерии могут иметь большой набор форм и размеров (или морфологий). За размером бактериальные клетки обычно в 10 раз меньшие, чем клетки эукариотов, имея только 0,5-5,0 м в своем самом большом размере, хотя гигантские бактерии, такие как Thiomargarita namibiensis и Epulopiscium fishelsoni, могут вырастать до 0, 5 мм в размере и быть видимыми невооруженным глазом.
Наименьшими свободноживущими бактериями являются микоплазмы, члены рода Mycoplasma, лишь 0,3 м в длину, приблизительно уровне за размером самым большим вирусам.
Мелкий размер важный для бактерий, потому что он приводит к большому соотношению объема к площади поверхности, которая ускоряет транспорт питательных веществ и выделения отходов. Низкое соотношениях объема к площади наоборот ограничивает скорость метаболизма микробу. Причина для существования больших клеток неизвестная, хотя кажется, что большой объем используется прежде всего для хранения дополнительных питательных веществ.
Однако, существует и наименьший размер свободноживущей бактерии. Согласно теоретическим подсчетам, сферическая клетка диаметром меньше 0,15-0,20 мкм становится неспособной к самостоятельному воспроизведению, поскольку в ней физически не помещаются все необходимые биополимеры и структуры в достаточном количестве.
Недавно были описанные нанобактерии (и похожие нанобы и ультрамикробактерии), что имеют размеры меньше «допустимых», хотя факт существования таких бактерий все еще остается под вопросом. Они, в отличие от вирусов, способные к самостоятельному росту и размножению, но требуют получения ряда питательных веществ, которые они не могут синтезировать, из среды или от клетки-хозяина.
Размеры микробов и вирусов
Известный ботаник Карл Линней в конце XVIII века ввел систему классификации животных и растений, которая служит и до настоящего времени. Однако даже Линней не смог разобраться в мире бесконечно малых существ и отнес их в сборную группу, названную им хаосом.
Микробы – это в основном одноклеточные бесхлорофилльные организмы прокариотического типа.
По форме различают шаровидные, палочковидные и извитые микробы. Между этими группами имеются многочисленные и часто незаметные переходы. Большая часть относится к группе бактерий.
С линнеевских времен прошло немало лет.
Первозданный микробный хаос постепенно упорядочился. Оказалось, что и у микробов можно найти признаки, столь же типичные для каждого из них, как, скажем, окраска надкрылий для жука-кузьки. Но кое в чем хаос еще остался — ив первую очередь в самом названии «микроб».
Оно происходит от двух греческих слов: «микрос» — малый и «биос» — жизнь. Если так, то к микробам можно сопричислить все живые существа, которые едва заметны или вовсе незаметны для невооруженного глаза.
Тогда наибольший размер микроба — 1/10 — 1/20 доля миллиметра (в 2—3 раза меньше, чем точка на этой странице). В микробиологии принято производить измерения в тысячных долях миллиметра — микронах, и в тысячных долях микрона — миллимикронах.
Следовательно, размер заметного (особенно, когда он подвижен) невооруженным глазом микроба до 50 микрон.
Выращивание микробов для тестирования на них антибиотиков. Фото: Nathan Reading
Многие простейшие (инфузории, амебы) имеют довольно сложное строение и достигают нескольких сот микрон. Ими занимается особая наука, называемая протистологией, которая уже давно отделилась от микробиологии.
Среди простейших есть настоящие гиганты, например раковинные амебы, раковинки которых такой же величины, как и у мелких улиток. Но не будем задерживаться на этом классе мельчайших живых существ.
Хоть они и мельчайшие, но все же во много раз больше, чем любой микроб.
Отдельную бактерию простым глазом не увидишь. Правда, есть так называемые серобактерии, которые образуют нити длиной в десятки сантиметров, но это исключение. А правило таково: размер бактерии колеблется около величины в два микрона. Для этой величины уже не найдешь подходящего наглядного сравнения: такая бактерия меньше типографской точки в 250—500 раз.
Итак, существа, которых биологи прошлых лет относили в одну группу (точь-в-точь, как мы называем букашкой и муравья, и тлю, и жучка-короеда), даже по размерам сильно отличаются друг от друга.
Крупная инфузория в 400—500 микрон почти в сто тысяч раз больше вируса.
Еще Д, И. Ивановский получил вирус табачной мозаики в форме кристаллов.
Кристаллическое живое существо! Это казалось настолько странным, что многие ученые только на этом основании отвергали возможность признания вирусов живыми, считая их химическим веществом.
А тем не менее ничего странного в этом нет. Размеры вирусов настолько малы, что в формировании их облика огромную роль играют межмолекулярные силы. Они-то и заставляют химически однородные вирусы образовывать кристаллы из живых существ. Кристаллы, которые живут!
Долгое время считалось, что такие кристаллы могут образовывать только вирусы растений, но затем удалось провести также кристаллизацию живой материи из вирусов животных и людей.
Размер бактерий
На первом совещании по вопросам происхождения жизни, которое состоялось в Москве, американский ученый лауреат Нобелевской премии Уэндел М. Стенли демонстрировал кристаллы, полученные из вирусов полиомиелита.
Каковы же размеры вируса? Понятие о «среднем росте» ввести для вирусов довольно затруднительно: в мире невидимых есть свои великаны и свои карлики.
Обычно размеры микробов измеряются микронами (микрон – это одна тысячная миллиметра), а для вирусов используют еще в 1000 раз более мелкую единицу измерения – миллимикрон.
По сравнению с копейкой вирус выглядит таким же маленьким, как сама монета по сравнению с футбольным полем стадиона «Динамо» в Москве. Микробы, возбуждающие возвратный тиф, имеют размеры 10–12 микронов, безвредный микроб «чудесная палочка» – чуть меньше микрона. А вот вирус клещевого энцефалита имеет величину в 30 миллимикронов, вирус табачной мозаики в два раза меньше, размеры вирусов гриппа не превышают 120 миллимикронов, а вирус «крошка», возбуждающий ящур, равен примерно 8 миллимикронам.
Между тем самое крупное млекопитающее — синий кит, величиной в 30 метров — длиннее четырехсантиметровой землеройки-малютки всего в 750 раз.
Значит, в наших руках уже есть один признак, который поможет нам навести порядок в мире микробов.
По форме и по строению микробы отличаются друг от друга, пожалуй, не меньше, чем по величине. Несомненно, самые красивые и причудливые из них это простейшие, особенно инфузории.
Шаровидные микробы — кокки в форме единичных шариков, или шариков, сцепленных между собой в цепочку — стрептокков, или шарики сцепленных по четыре — тетракокки; из 8 клеток расположенных в два яруса один над другим — сарцины; в виде гроздей винограда — стафилоккоки.
Палочковидные или цилиндрические формы принято делить на бактерии и бациллы.
Все палочковидные формы, не образующие спор, называются бактериями, а образующие споры-бациллыами. Парные соединения клеток- диплобактерии или диплобациллы, соединенные в цепочки- стрептобактерии или стрептобациллы.
Извитые или изогнутые, бактерии различаются по длине, толщине и степени изогнутости.
Палочки, изогнутые в виде запятой называют вибрионами. палочки с одним или несколькими завитками – спириллами, а с многочисленными завитками наподобие длинной спирали- спирохеты.
Размеры бактерий очень малы.
В среднем диаметр тела б. бактерий 0,5 — 1 мкм. (микрон), а длина 1-5 мкм. Масса бактериальной клетки — 0,004 г. Формы тела бактерий, как и размеры, может изменяться под влиянием условий развития.
Недавно на портале maminuklubs.lv одна из мамочек задала вопрос, какова же разница между микробами, бациллами, бактериями и вирусами. Мамин Клуб связался с Центром по контролю и профилактике заболеваний Латвии, чтобы дать полный ответ на этот вопрос. Итак, что же нам ответили специалисты центра.
Что такое микробы, бактерии, бациллы и вирусы?
Все вышеперечисленное является микроорганизмами, которых называют так же микробами.
Одни из главных микробов это вирусы.
Вирусы это мельчайшие микроорганизмы, которые могут размножаться только в живой клетке. Вирусы это паразиты со сравнительно простым строением: его внутренность это нуклеокапсид, который состоит из нуклеиновой кислоты. После попадания в клетку вирус теряет свою оболочку, а нуклеиновая кислота управляет процессами в клетке. Клетка начинает производить новые составляющие, необходимые для построения нового вируса, а потом сама умирает, в свою очередь вновь образовавшиеся вирусы внедряются в другие клетки, и процесс образования вируса начинается снова.
Хочется подчеркнуть и то, что антибиотики на вирусы не действуют.
В основном вирусы вызывают часто встречаемые заболевание, такие как грипп и инфекции дыхательных путей, кишечные инфекции (рота и норавирусы), гепатит А, так называемые детские болезни – ветрянку, корь, свинку и другие тяжелые инфекционные заболевания, такие как полиомиелит, энцефалит, гепатиты В и С, СПИД, геморрагические лихорадки и так далее.
Бактерии это одноклеточные организмы, которые очень просты – у них нет ядра, и они обычно содержат только одну хромосому.
Бактерии находятся везде — в почве, воде, воздухе, на фруктах, в организме животных и людей.
В нашем организме триллионы бактерий, которые сосредоточены в основном в пищеварительном тракте. Они помогают переварить пищу, а также являются главным источником витамина К, необходимого для свертывания крови. В отличие от вирусов, бактерии могут жить и размножаться в организме человека или животного, а также во внешней среде при наличии благоприятных условий.
Только 300 из 4600 известных видов бактерии считаются патогенными, но все же бактерии вызывают множество различных заболеваний у растений, животных и людей.
Среди патогенных бактерий, которые угрожают жизни человека туберкулез, дифтерия, столбняк, менингит, кишечные инфекции (сальмонеллез, дизентерия, кампилобактериоз), различные сексуально трансмиссивные заболевания, некоторые виды пневмонии, а также кариес.
Очень опасными инфекциями являются чума, холера, брюшной тиф.
Протозои или одноклеточные, также как и бактерии, одноклеточны организмы, но в некоторых случая имеющие больше одного ядра. К ним относятся амебы и трипаносомы, а также паразиты, вызывающие малярию. Примерно третья часть одноклеточных являются паразитами, а всего их насчитывают около 10 тысяч, но лишь небольшая часть вызывает заболевания у человека.
Грибки также могут вызывать заболевания.
У этих организмов есть ядро, и, свиваясь тонкими нитями, они образуют мицелий. На данный момент самые распространенные грибки, те которые относятся к деформации кожного покрова, к примеру, инфекция грибка на ногах и кандидоз. Более тяжелые грибковые инфекции угрожают людям с очень сильно ослабленной иммунной системой вследствие недостаточного питания, рака, употребления сильных медикаментов и вирусных инфекций.
Как и при каких условиях все эти микроорганизмы воздействую на наше здоровье?
Что касается инфекционных заболеваний – их может возбуждать один вид микроорганизмов (простая инфекция) или несколько (смешанная инфекция).
Процесс инфицирования начинается с того момента, как возбудитель попал в человеческий организм. Процессы жизнедеятельности микроорганизмов и их размножение стимулируют защитные реакции организма: вырабатываются антитела, возникают аллергии, развивается иммунитет.
Случается, что микроорганизм-возбудитель заболевания может находиться в организме человека в неактивном состоянии, и сам человек может чувствовать себя здоровым, но при наличии неблагоприятных условий (переутомление, переохлаждение, неполноценное питание) могут открыться патогенные особенности микроорганизма, и человек может заболеть (аутоинфекция).
Мир микроорганизмов крайне богат и многообразен, и их роль в природе велика.
Микроорганизмы широко распространены в природе и активно участвуют в обмене веществ. Они находятся повсюду, в том числе на предметах окружающей вас среды.
Тем не менее, у каждого микроорганизма есть свой метод выживания. Вирусы вне живого организма размножаться не могут, и многие из них во внешней среде могут выжить небольшой отрезок времени.
Например, вирус гриппа может жить несколько часов, вирусы гепатита — несколько дней, вирус полиомиелита в воде может сохраняться более длительный период времени.
Жизнеспособность и способность бактерий к размножению во внешней среде зависит от особенностей конкретной бактерии. Бактерии не только выживают, они могут и размножаться в окружающей среде в зависимости от подходящей им температуры, влажности, количества кислорода и питательных веществ.
Отдельные бактерии при неблагоприятных условиях могут образовывать споры (Сибирская язва, бактерия ботулизма, палочки столбняка), которые могут сохраняться долгие годы.
Микроорганизмы гибнут под воздействием высоких, реже низки температур, высыхая, от химических средств, содержащих хлор или спирт, УФ лучей.
Поэтому очень часто активность того или иного заболевания зависит от времени года.
Помимо этого микроорганизмы могут вырабатывать сопротивляемость к употребляемым лекарствам (антибиотики, противовирусные препараты), что называется резистентность. Такое обычно случается, когда противомикробные препараты применяются необоснованно, бесконтрольно и без назначения врача.
Это делает лечение отдельных болезней более затруднительными и создает необходимость в поиске новых медикаментов.
Большое значение в борьбе с микробами имеет профилактика — личная гигиена и гигиена окружающей среды, а также иммунизация.
