Cuvântul ciupercă provine din cuvântul latin pentru ciuperci. Într-adevăr, ciuperca familiară este o structură reproductivă utilizată de multe tipuri de ciuperci. Cu toate acestea, există și multe specii de ciuperci care nu produc deloc ciuperci. Fiind eucariote, o celulă fungică tipică conține un nucleu adevărat și multe organite legate de membrană. Regatul Ciuperci include o enormă varietate de organisme vii denumite în mod colectiv Eucomycota sau ciuperci adevărate. În timp ce oamenii de știință au identificat aproximativ 100.000 de specii de ciuperci, aceasta este doar o fracțiune din cele 1,5 milioane de specii de ciuperci prezente probabil pe Pământ. Ciupercile comestibile, drojdiile, mucegaiul negru și producătorul de antibiotic penicilină, Penicillium notatum, sunt toți membri ai regatului Ciuperci, care aparține domeniului Eukarya.

Ciupercile, odată considerate organisme asemănătoare plantelor, sunt mai strâns legate de animale decât de plante. Ciupercile nu sunt capabile de fotosinteză: sunt heterotrofe, deoarece folosesc compuși organici complexi ca surse de energie și carbon. Unele organisme fungice se înmulțesc doar asexual, în timp ce altele suferă atât reproducere asexuată, cât și reproducere sexuală cu alternanță de generații. Majoritatea ciupercilor produc un număr mare de spori, care sunt celule haploide care pot suferi mitoză pentru a forma indivizi multicelulari, haploizi. La fel ca bacteriile, ciupercile joacă un rol esențial în ecosisteme, deoarece acestea sunt descompunătoare și participă la ciclul nutrienților prin descompunerea materialelor organice în molecule simple.

obiective de invatare

  • Descrieți structurile comune ale ciupercilor
  • Identificați habitatele comune ale ciupercilor
  • Descrieți modul de nutriție și creștere a ciupercilor
  • Explicați reproducerea sexuală și asexuată în ciuperci

Structura și funcția celulei

Ciupercile sunt eucariote și, ca atare, au o organizare celulară complexă. Ca eucariote, celulele fungice conțin un nucleu legat de membrană. ADN-ul din nucleu este înfășurat în jurul proteinelor histonice, așa cum se observă în alte celule eucariote. Câteva tipuri de ciuperci au structuri comparabile cu plasmidele bacteriene (bucle de ADN); cu toate acestea, transferul orizontal al informațiilor genetice de la o bacterie matură la alta are loc rar la ciuperci. Celulele fungice conțin, de asemenea, mitocondrii și un sistem complex de membrane interne, inclusiv reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi.

toate acestea

Figura 1. Amanita muscaria otrăvitoare este originară din regiunile temperate și boreale din America de Nord. (credit: Christine Majul)

Spre deosebire de celulele vegetale, celulele fungice nu au cloroplaste sau clorofilă. Multe ciuperci prezintă culori strălucitoare provenite din alți pigmenți celulari, variind de la roșu la verde până la negru. Amanita muscaria otrăvitoare (fly agaric) este recunoscută prin capacul său roșu aprins cu pete albe (Figura 1). Pigmenții din ciuperci sunt asociați cu peretele celular și joacă un rol protector împotriva radiațiilor ultraviolete. Unii pigmenți fungici sunt toxici.

La fel ca celulele vegetale, celulele fungice au un perete celular gros. Straturile rigide ale pereților celulari fungici conțin polizaharide complexe numite chitină și glucani. Chitina, găsită și în exoscheletul insectelor, conferă rezistență structurală pereților celulari ai ciupercilor. Peretele protejează celula de desicare și de prădători. Ciupercile au membrane plasmatice similare cu alte eucariote, cu excepția faptului că structura este stabilizată de ergosterol: o moleculă de steroizi care înlocuiește colesterolul găsit în membranele celulare animale. Cei mai mulți membri ai regatului Ciuperci sunt nemotivi. Flagelele sunt produse numai de gametii din primitivul Phylum Chytridiomycota.

Habitate

Deși ciupercile sunt asociate în primul rând cu medii umede și reci, care asigură un aport de materie organică, ele colonizează o diversitate surprinzătoare de habitate, de la apa de mare la pielea umană și membranele mucoase. Chytrids se găsesc în primul rând în mediile acvatice. Alte ciuperci, cum ar fi Coccidioides immitis, care provoacă pneumonie atunci când sporii sunt inhalați, prosperă în solul uscat și nisipos din sud-vestul Statelor Unite. Ciupercile care parazitează recifele de corali trăiesc în ocean. Cu toate acestea, majoritatea membrilor Ciupercilor Regatului cresc pe podeaua pădurii, unde mediul întunecat și umed este bogat în resturi care se descompun de la plante și animale. În aceste medii, ciupercile joacă un rol major ca descompunători și reciclatori, făcând posibil ca membrii celorlalte regate să fie alimentați cu substanțe nutritive și vii.

Nutriție

La fel ca animalele, ciupercile sunt heterotrofe; ei folosesc compuși organici complecși ca sursă de carbon, mai degrabă decât să fixeze dioxidul de carbon din atmosferă în ceea ce privește unele bacterii și majoritatea plantelor. În plus, ciupercile nu fixează azotul din atmosferă. La fel ca animalele, trebuie să o obțină din dieta lor. Cu toate acestea, spre deosebire de majoritatea animalelor, care ingeră hrană și apoi o digeră intern în organe specializate, ciupercile efectuează acești pași în ordine inversă; digestia precede ingestia. În primul rând, exoenzimele sunt transportate în afara hifelor, unde procesează substanțele nutritive din mediu. Apoi, moleculele mai mici produse de această digestie externă sunt absorbite prin suprafața mare a miceliului. Ca și în cazul celulelor animale, polizaharida de stocare este glicogen, mai degrabă decât amidon, așa cum se găsește în plante.

Ciupercile sunt în mare parte saprobe (cunoscut și sub numele de saprofite): organisme care obțin nutrienți din materia organică în descompunere. Aceștia își obțin nutrienții din materie organică moartă sau în descompunere: în principal material vegetal. Exoenzimele fungice sunt capabile să descompună polizaharidele insolubile, cum ar fi celuloza și lignina lemnului mort, în molecule de glucoză ușor absorbabile. Carbonul, azotul și alte elemente sunt astfel eliberate în mediu. Datorită căilor metabolice variate, ciupercile îndeplinesc un rol ecologic important și sunt investite ca instrumente potențiale în bioremediere. De exemplu, unele specii de ciuperci pot fi utilizate pentru a descompune motorina și hidrocarburile aromatice policiclice (HAP). Alte specii absorb metale grele, precum cadmiul și plumbul.

Unele ciuperci sunt parazite, infectând fie plante, fie animale. Smut și boala olmului olandez afectează plantele, în timp ce piciorul atletului și candidozele (afte) sunt infecții fungice importante din punct de vedere medical la om. În mediile sărace în azot, unele ciuperci recurg la prădarea nematodelor (viermi rotunzi nesegmentați mici). Speciile de ciuperci Arthrobotrys au o serie de mecanisme pentru a prinde nematodele. Un mecanism implică constrângerea inelelor în rețeaua de hife. Inelele se umflă când ating nematodul, prinzându-l strâns. Ciuperca pătrunde în țesutul viermelui prin extinderea unor hife specializate numite haustoria. Multe ciuperci parazite posedă haustorie, deoarece aceste structuri pătrund în țesuturile gazdei, eliberează enzime digestive în corpul gazdei și absorb nutrienții digerați.

Creştere

Figura 2. Candida albicans. (credit: modificare a lucrării de către Dr. Godon Roberstad, CDC; date de la barele la scară de la Matt Russell)

Corpul vegetativ al unei ciuperci este unicelular sau multicelular talus. Ciupercile dimorfe se pot schimba de la starea unicelulară la cea multicelulară în funcție de condițiile de mediu. Ciupercile unicelulare sunt în general denumite drojdii. Saccharomyces cerevisiae (drojdie de brutar) și speciile Candida (agenții aftei, o infecție fungică obișnuită) sunt exemple de ciuperci unicelulare (Figura 2). Canadida albicans este o celulă de drojdie și agentul candidozei și afte și are o morfologie similară cu a bacteriilor coccus; cu toate acestea, drojdia este un organism eucariot (notați nucleul).

Majoritatea ciupercilor sunt organisme multicelulare. Ele prezintă două etape morfologice distincte: vegetativ și reproductiv. Etapa vegetativă constă dintr-o încurcătură de structuri subțiri asemănătoare firelor numite hife (singular, hifa), în timp ce stadiul de reproducere poate fi mai vizibil. Masa hifelor este a miceliu (Figura 3).

Figura 3. Miceliul ciupercii Neotestudina rosati poate fi patogen pentru om. Ciuperca intră printr-o tăietură sau o răzuire și dezvoltă un micetom, o infecție subcutanată cronică. (credit: CDC)

Poate crește pe o suprafață, în sol sau material în descompunere, într-un lichid sau chiar pe țesut viu. Deși hifele individuale trebuie observate la microscop, miceliul unei ciuperci poate fi foarte mare, unele specii fiind cu adevărat „ciuperca urâtă”. Gigantul Armillaria solidipes (ciuperca de miere) este considerat cel mai mare organism de pe Pământ, răspândindu-se pe mai mult de 2.000 de acri de sol subteran din estul Oregonului; se estimează că are cel puțin 2.400 de ani.

Majoritatea hifelor fungice sunt împărțite în celule separate de pereții finali numiți septuri (singular, sept) (Figura 4a, c). În majoritatea filurilor de ciuperci, găurile mici din septuri permit fluxul rapid de substanțe nutritive și molecule mici de la celulă la celulă de-a lungul hifei. Sunt descrise ca sept perforate. Hifele din matrițele de pâine (care aparțin Phylum Zygomycota) nu sunt separate prin septuri. În schimb, acestea sunt formate din celule mari care conțin mulți nuclei, un aranjament descris ca hife coenocitice (Figura 4b).

Figura 4. Hifele fungice pot fi (a) septate sau (b) coenocitice (coeno- = „comune”; -citice = „celulare”) cu mulți nuclei prezenți într-o singură hifă. O micrografie cu câmp luminos a (c) Phialophora richardsiae prezintă septuri care împart hifele. (credit c: modificarea muncii de către Dr. Lucille Georg, CDC; date cu bare de scară de la Matt Russell)

Ciupercile prosperă în medii umede și ușor acide și pot crește cu sau fără lumină. Acestea variază în ceea ce privește necesarul de oxigen. Majoritatea ciupercilor sunt obligați aerobii, necesitând oxigen pentru a supraviețui. Alte specii, cum ar fi Chytridiomycota care locuiesc în rumenul vitelor, sunt obligă anaerobii, prin aceea că folosesc doar respirația anaerobă, deoarece oxigenul le va perturba metabolismul sau îi va ucide. Drojdiile sunt intermediare, fiind anaerobe facultative. Aceasta înseamnă că acestea cresc cel mai bine în prezența oxigenului folosind respirația aerobă, dar pot supraviețui folosind respirația anaerobă atunci când oxigenul nu este disponibil. Alcoolul produs din fermentarea drojdiei este utilizat în producția de vin și bere.

Reproducere

Ciupercile se reproduc sexual și/sau asexual. Ciupercile perfecte se reproduc atât sexual, cât și asexual, în timp ce ciupercile imperfecte se reproduc doar asexual (prin mitoză).

Atât în ​​reproducerea sexuală, cât și în cea asexuată, ciupercile produc spori care se dispersează de organismul părinte, fie prin plutirea pe vânt, fie prin prinderea unui animal. Sporii fungici sunt mai mici și mai ușori decât semințele plantelor. Ciupercile uriașe de puffball se deschid și eliberează trilioane de spori. Numărul uriaș de spori eliberați crește probabilitatea de a ateriza într-un mediu care va sprijini creșterea (Figura 5).

Figura 5. (a) ciuperca gigantică cu bile de puf eliberează (b) un nor de spori când ajunge la maturitate. (credit a: modificare a lucrării de Roger Griffith; credit b: modificare a lucrării de Pearson Scott Foresman, donat Fundației Wikimedia)

Reproducere asexuată

Figura 6. Celulele întunecate din această micrografie cu lumină de câmp strălucitor sunt drojdia patogenă Histoplasma capsulatum, văzută pe un fundal de țesut albastru deschis. (credit: modificare a muncii de către Dr. Libero Ajello, CDC; date cu bare de scară de la Matt Russell)

Ciupercile se reproduc asexual prin fragmentare, înmugurire sau producerea de spori. Fragmente de hife pot crea noi colonii. Celulele somatice din drojdie formează muguri. În timpul înmuguririi (un tip de citokineză), se formează o umflătură pe latura celulei, nucleul se împarte mitotic, iar mugurele se detașează în cele din urmă de celula mamă. Histoplasma (Figura 6) infectează în principal plămânii, dar se poate răspândi în alte țesuturi, provocând histoplasmoza, o boală potențial fatală.

Cel mai comun mod de reproducere asexuată este prin formarea de spori asexuali, care sunt produși de un singur părinte (prin mitoză) și sunt identici genetic cu acel părinte (Figura 7). Sporii permit ciupercilor să-și extindă distribuția și să colonizeze noi medii. Ele pot fi eliberate din talusul părinte fie în exterior, fie în interiorul unui sac special de reproducere numit sporangiu.

Figura 7. Ciupercile pot avea atât stadii de reproducere asexuate, cât și sexuale.

Figura 8. Această micrografie cu lumină de câmp luminos arată eliberarea de spori dintr-un sporangiu la sfârșitul unei hife numite sporangiofor. Organismul este un Mucor sp. ciupercă, o mucegai întâlnită adesea în interior. (credit: modificare a lucrării de către Dr. Lucille Georg, CDC; date cu bare de scară de la Matt Russell)

Există multe tipuri de spori asexuali. Conidiosporii sunt spori unicelulari sau multicelulari care sunt eliberați direct din vârful sau latura hifei. Alți spori asexuali își au originea în fragmentarea unei hife pentru a forma celule unice care sunt eliberate ca spori; unele dintre acestea au un perete gros care înconjoară fragmentul. Cu toate acestea, alții înmuguresc celula părinte vegetativă. Sporangiosporii sunt produși într-un sporangiu (Figura 8).

Reproducere sexuală

Reproducerea sexuală introduce variații genetice într-o populație de ciuperci. La ciuperci, reproducerea sexuală apare adesea ca răspuns la condițiile de mediu nefavorabile. În timpul reproducerii sexuale, se produc două tipuri de împerechere. Când ambele tipuri de împerechere sunt prezente în același miceliu, se numește homotalic sau autofertil. Micelii heterotalici necesită două micelii diferiți, dar compatibili, pentru a se reproduce sexual.

Deși există multe variații în reproducerea sexuală fungică, toate includ următoarele trei etape (Figura 7). În primul rând, în timpul plasmogamiei (literalmente, „căsătorie sau unire a citoplasmei”), două celule haploide fuzionează, ducând la un stadiu dikariotic în care două nuclei haploizi coexistă într-o singură celulă. În timpul cariogamiei („căsătoria nucleară”), nucleul haploid fuzionează pentru a forma un nucleu zigot diploid. În cele din urmă, meioza are loc în organele gametangia (singular, gametangium), în care sunt generați gameti de diferite tipuri de împerechere. În acest stadiu, sporii sunt diseminați în mediu.

Fungivore

Dispersarea animalelor este importantă pentru unele ciuperci, deoarece un animal poate transporta spori la distanțe considerabile de la sursă. Sporii fungici sunt rar degradați complet în tractul gastro-intestinal al unui animal și mulți sunt capabili să germineze atunci când sunt trecuți în fecale. Unele ciuperci de bălegar necesită de fapt trecerea prin sistemul digestiv al erbivorelor pentru a-și finaliza ciclul de viață. Trufa neagră - o apreciată delicatesă gourmet - este corpul roditor al unei ciuperci subterane. Aproape toate trufele sunt ectomicorice și se găsesc de obicei în strânsă asociere cu copacii. Animalele mănâncă trufe și dispersează sporii. În Italia și Franța, vânătorii de trufe folosesc porci femele pentru a adulmeca trufele. Porcii femele sunt atrași de trufe, deoarece ciuperca eliberează un compus volatil strâns legat de un feromon produs de porci masculi.

Verificați-vă înțelegerea

Răspundeți la întrebările de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele tratate în secțiunea anterioară. Acest scurt test face nu numărați pentru nota dvs. din clasă și o puteți relua de un număr nelimitat de ori.

Utilizați acest test pentru a vă verifica înțelegerea și pentru a decide dacă (1) studiați în continuare secțiunea anterioară sau (2) treceți la secțiunea următoare.