Ciupercile, latine pentru ciuperci, sunt eucariote care sunt responsabile pentru descompunerea și ciclul nutrienților prin mediu.

obiective de invatare

Descrieți rolul ciupercilor în ecosistem

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Ciupercile sunt mai strâns legate de animale decât de plante.
  • Ciupercile sunt heterotrofe: utilizează compuși organici complexi ca surse de energie și carbon, nu fotosinteză.
  • Ciupercile se înmulțesc fie asexual, fie sexual, fie ambele.
  • Majoritatea ciupercilor produc spori, care sunt definiți ca celule haploide care pot suferi mitoză pentru a forma indivizi multicelulari, haploizi.
  • Ciupercile interacționează cu alte organisme formând fie asociații benefice sau mutualiste (micorize și licheni), fie provocând infecții grave.

Termeni cheie

  • micoriza: o asociere simbiotică între o ciupercă și rădăcinile unei plante vasculare
  • spori: o particulă reproductivă, de obicei o singură celulă, eliberată de o ciupercă, algă sau plantă care poate germina într-o altă
  • lichen: oricare dintre numeroasele organisme simbiotice, fiind asociații de ciuperci și alge; adesea găsite ca pete albe sau galbene pe pereții vechi etc.
  • Ascomycota: o diviziune taxonomică în cadrul regatului Ciuperci; acele ciuperci care produc spori într-un sporangiu microscopic numit asc
  • heterotrofă: organisme care utilizează compuși organici complexi ca surse de energie și carbon

Introducere în ciuperci

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 Ascomycota 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.

margini

Exemple de ciuperci: Multe specii de ciuperci produc ciuperca familiară (a) care este o structură reproductivă. Această (b) ciupercă de corali prezintă corpuri fructifere viu colorate. Această micrografie electronică arată (c) structurile purtătoare de spori ale Aspergillus, un tip de ciuperci toxice care se găsesc mai ales în sol și plante.

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 și anorganice în molecule simple.

Ciupercile interacționează adesea cu alte organisme, formând asociații benefice sau mutualiste. De exemplu, majoritatea plantelor terestre formează relații simbiotice cu ciuperci. Rădăcinile plantei se conectează cu părțile subterane ale ciupercii formând micorize. Prin micorize, ciuperca și planta schimbă substanțe nutritive și apă, ajutând mult supraviețuirea ambelor specii. Alternativ, lichenii sunt o asociere între o ciupercă și partenerul său fotosintetic (de obicei o algă). Ciupercile provoacă, de asemenea, infecții grave la plante și animale. De exemplu, boala olandeză a ulmului, cauzată de ciuperca Ophiostoma ulmi, este un tip deosebit de devastator de infestare fungică care distruge multe specii native de ulm (Ulmus sp.) Prin infectarea sistemului vascular al arborelui. Gândacul de coajă de ulm acționează ca un vector, transmitând boala din copac în copac. Introdusă accidental în anii 1900, ciuperca a decimat ulmii de pe continent. Multe ulmi europeni și asiatici sunt mai puțin susceptibili la boala olmă olandeză decât ulmii americani.

La om, infecțiile fungice sunt, în general, considerate dificile de tratat. Spre deosebire de bacterii, ciupercile nu răspund la terapia tradițională cu antibiotice, deoarece sunt eucariote. Infecțiile fungice se pot dovedi mortale pentru persoanele cu sistem imunitar compromis.

Ciupercile au multe aplicații comerciale. Industria alimentară folosește drojdii la coacere, fabricarea berii și fabricarea brânzeturilor și vinului. Mulți compuși industriali sunt produse secundare ale fermentației fungice. Ciupercile sunt sursa multor enzime și antibiotice comerciale.

Structura și funcția celulelor fungice

Ciupercile sunt descompunători heterotrofi cu pereți celulari groși unicelulari sau multicelulari care mănâncă materie în descompunere și fac încurcături de filamente.

obiective de invatare

Descrieți structurile fizice asociate ciupercilor

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Pereții celulari fungici sunt rigizi și conțin polizaharide complexe numite chitină (adaugă rezistență structurală) și glucani.
  • Ergosterolul este molecula de steroizi din membranele celulare care înlocuiește colesterolul din membranele celulare animale.
  • Ciupercile pot fi unicelulare, multicelulare sau dimorfe, adică atunci când ciupercile sunt unicelulare sau multicelulare în funcție de condițiile de mediu.
  • Ciupercile din stadiul vegetativ morfologic constau dintr-o încurcătură de hife subțiri, asemănătoare firului, în timp ce stadiul de reproducere este de obicei mai evident.
  • Ciupercilor le place să se afle într-un mediu umed și ușor acid; pot crește cu sau fără lumină sau oxigen.
  • Ciupercile sunt heterotrofe saprofite prin faptul că utilizează materie organică moartă sau descompusă ca sursă de carbon.

Termeni cheie

  • glucan: orice polizaharidă care este un polimer al glucozei
  • ergosterol: echivalentul funcțional al colesterolului găsit în membranele celulare ale ciupercilor și a unor protizi, precum și precursorul de steroizi al vitaminei D2
  • miceliu: partea vegetativă a oricărei ciuperci, formată dintr-o masă de hife ramificate, asemănătoare firelor, adesea subterane
  • hifa: o structură lungă, ramificată, filamentoasă a unei ciuperci, care este principalul mod de creștere vegetativă
  • sept: divizarea peretelui celular între hife ale unei ciuperci
  • talus: corp vegetativ al unei ciuperci
  • saprofit: orice organism care trăiește cu materie organică moartă, ca anumite ciuperci și bacterii
  • chitină: o polizaharidă complexă, un polimer de N-acetilglucozamină, găsit în exoscheletele artropodelor și în pereții celulari ai ciupercilor; considerat a fi responsabil pentru unele forme de astm la om

Structura și funcția celulei

Ciupercile sunt eucariote și au o organizare celulară complexă. Ca eucariote, celulele fungice conțin un nucleu legat de membrană în care ADN-ul este înfășurat în jurul proteinelor histonice. Câteva tipuri de ciuperci au structuri comparabile cu plasmidele bacteriene (bucle de ADN). Celulele fungice conțin, de asemenea, mitocondrii și un sistem complex de membrane interne, inclusiv reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi.

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. Pigmenții din ciuperci sunt asociați cu peretele celular. Acestea joacă un rol protector împotriva radiațiilor ultraviolete și pot fi toxice.

Amanita muscaria otrăvitoare: Amanita muscaria otrăvitoare este originară din regiunile temperate și boreale din America de Nord.

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.

Creştere

Corpul vegetativ al unei ciuperci este un talus unicelular sau multicelular. Ciupercile dimorfe se pot schimba de la starea unicelulară la cea multicelulară în funcție de condițiile de mediu. Ciupercile unicelulare sunt denumite în general drojdii. Saccharomyces cerevisiae (drojdie de brutar) și speciile Candida (agenții aftei, o infecție fungică obișnuită) sunt exemple de ciuperci unicelulare.

Exemplu de ciupercă unicelulară: Candida albicans este o celulă de drojdie și agentul candidozei și aftei. Acest organism 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. Stadiul vegetativ constă dintr-o încurcătură de structuri subțiri asemănătoare firelor numite hife (singular, hifă), în timp ce stadiul de reproducere poate fi mai vizibil. Masa hifelor este un miceliu. 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.

Exemplu de miceliu al unei ciuperci: 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.

Majoritatea hifelor fungice sunt împărțite în celule separate prin pereți finali numiți septuri (singular, sept) (a, 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 (b). Ciupercile prosperă în medii umede și ușor acide; pot crește cu sau fără lumină.

Divizarea hifelor în celule separate: 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.

Nutriție

La fel ca animalele, ciupercile sunt heterotrofe: folosesc compuși organici complexi ca sursă de carbon, mai degrabă decât să fixeze dioxidul de carbon din atmosferă, la fel ca 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 ordinea 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 mai degrabă glicogen decât amidonul din plante.

Ciupercile sunt în principal saprobi (saprofitul este un termen echivalent): organisme care obțin nutrienți din materia organică în descompunere. Aceștia își obțin nutrienții din materie organică moartă sau în descompunere, în principal din 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 cercetate ca instrumente potențiale în bioremediere.

Unele ciuperci sunt parazite, infectând fie plante, fie animale. Smut și olmul olandez afectează plantele, în timp ce piciorul atletului și candidozele (afte) sunt infecții fungice importante din punct de vedere medical la om.

Reproducerea ciupercilor

Ciupercile se pot reproduce asexual prin fragmentare, înmugurire sau producând spori sau sexual cu micelii homotalici sau heterotalici.

obiective de invatare

Descrieți mecanismele de reproducere sexuală și asexuată la ciuperci

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Noi colonii de ciuperci pot crește din fragmentarea hifelor.
  • În timpul înmuguririi, se formează o umflătură pe partea laterală a celulei; mugurul se detașează în cele din urmă după ce nucleul se împarte mitotic.
  • Sporii asexuali sunt identici genetic cu părinții și pot fi eliberați fie în afara, fie în interiorul unui sac de reproducere special numit sporangiu.
  • Condițiile adverse de mediu cauzează adesea reproducerea sexuală la ciuperci.
  • Miceliul poate fi homotalic sau heterotalic atunci când se reproduce sexual.
  • Reproducerea sexuală fungică include următoarele trei etape: plasmogamie, cariogamie și gametangie.

Termeni cheie

  • homotalic: structurile reproductive masculine și feminine sunt prezente în aceeași plantă sau miceliu fungic
  • gametangiu: un organ sau celulă în care sunt produși gametii care se găsește în mulți protiști multicelulari, alge, ciuperci și gametofiții plantelor
  • spori: o particulă reproductivă, de obicei o singură celulă, eliberată de o ciupercă, algă sau plantă care poate germina într-o altă
  • sporangiu: o cutie, capsulă sau recipient în care sporii sunt produși de un organism
  • cariogamie: fuziunea a doi nuclei în interiorul unei celule
  • plasmogamie: stadiul reproducerii sexuale care se alătură citoplasmei miceliilor doi părinți fără fuziunea nucleilor

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.

Eliberarea sporilor fungici: (A) ciuperca gigantică cu bile de puf eliberează (b) un nor de spori când ajunge la maturitate.

Reproducere asexuată

Ciupercile se reproduc asexual prin fragmentare, înmugurire sau producerea de spori. Fragmente de hife pot crea noi colonii. Fragmentarea micelială apare atunci când un miceliu fungic se separă în bucăți, fiecare component crescând într-un miceliu separat. 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.

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

Tipuri de reproducere fungică: Ciupercile pot utiliza atât etapele asexuale, cât și cele sexuale ale reproducerii; reproducerea sexuală apare adesea ca răspuns la condiții adverse de mediu.

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.

Eliberarea sporilor dintr-un sporangiu: Această micrografie cu lumină de câmp luminos arată eliberarea de spori dintr-un sporangiu la sfârșitul unei hife numite sporangiofor. Organismul descris este un Mucor sp. ciuperca: o mucegai întâlnită adesea în interior.

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. 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. 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.