Dziesiątki tysięcy organizmów, od grzybów, przez pleśń, po drożdże, zalicza się do grzybów. Niegdyś uważane po prostu za rośliny, grzyby wyłoniły się jako własne królestwo taksonomiczne. Poszczególne gatunki grzybów są zróżnicowane i mają wiele unikalnych właściwości: niektóre nieszkodliwe, inne pożyteczne, a jeszcze inne szkodliwe.
Klasyfikacja grzybów
W miarę doskonalenia technologii i rozwoju wiedzy naukowej minęły dziesiątki lat, zanim udało się odpowiednio sklasyfikować tę niezliczoną grupę organizmów.
Jeszcze w latach sześćdziesiątych XX wieku grzyby uważano za rośliny. W rzeczywistości, w tym czasie wszystkie organizmy były klasyfikowane tylko do dwóch grup lub królestw: roślin i zwierząt. W artykule z 1969 roku opublikowanym w czasopiśmie Science ekolog Robert Whittaker wyjaśnił podstawy tego systemu dwóch królestw. Przez wiele dziesięcioleci historii jedynymi żywymi istotami, które ludzie obserwowali wokół siebie, były albo „zakorzenione” rośliny, które same produkowały swoje pożywienie, albo ruchliwe zwierzęta, które poszukiwały swojego pożywienia. W ten sposób mobilność i sposób zdobywania pożywienia stały się kryteriami systemu klasyfikacji. „Zwierzęta się poruszały, a rośliny nie, i w ten sposób grzyby utknęły z roślinami” – powiedział Tom Volk, profesor botaniki na Uniwersytecie Wisconsin-La Crosse.
Jednakże, w przeciwieństwie do roślin, grzyby nie zawierają zielonego pigmentu chlorofilu i dlatego są niezdolne do fotosyntezy. Oznacza to, że nie mogą wytwarzać własnego pożywienia – węglowodanów – wykorzystując energię ze światła. To upodabnia je do zwierząt pod względem ich nawyków żywieniowych. Grzyby muszą pobierać pożywienie z substancji organicznych: związków zawierających węgiel, takich jak węglowodany, tłuszcze czy białka.
W oparciu o te i inne właściwości, w 1969 roku Whittaker zaproponował, aby grzyby stały się oddzielnym królestwem w ramach nowego systemu klasyfikacji pięciu królestw. Zaproponowana klasyfikacja obejmowała szeroki wachlarz gatunków. Wśród nich znalazły się grzyby, drożdże, pleśnie, pleśnie śluzowe, pleśnie wodne, purchawki i grzyby pleśniowe.
Od tego czasu system klasyfikacji i królestwo grzybów zostały jeszcze bardziej udoskonalone. Na przykład, śluzowce i pleśnie wodne zostały przeniesione do innego królestwa. Dziś członkowie królestwa Fungi są również znani jako „prawdziwe grzyby.”
Charakterystyka 'prawdziwych grzybów'
Według „Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia, Vol 1, 10th Ed.” (Wiley, 2008), liczne gatunki grzybów mają „szeroko zróżnicowane zwyczaje i cechy”, a uogólnienia mogą być trudne. Niemniej jednak, istnieje kilka kluczowych aspektów wspólnych dla wszystkich członków królestwa grzybów.
Komórki: Grzyby są eukariotami, tak jak rośliny i zwierzęta. Oznacza to, że mają dobrze zorganizowaną komórkę, charakterystyczną dla wszystkich eukariotów. Ich DNA jest zamknięte w centralnej strukturze zwanej jądrem (niektóre komórki mogą mieć wiele jąder, według „Van Nostrand”). Posiadają one również wyspecjalizowane maszyny komórkowe zwane organellami, które wykonują różne dedykowane funkcje, takie jak produkcja energii i transport białek.
Komórki grzybów są otoczone dwiema warstwami: wewnętrzną błoną komórkową i zewnętrzną ścianą komórkową. Te dwie warstwy mają więcej wspólnego ze zwierzętami niż z roślinami.
Podobnie jak błony komórek zwierzęcych, błony grzybów zbudowane są z białek i cząsteczek tłuszczowych zwanych lipidami. Ponadto, błony komórek zwierzęcych zawierają różne ilości cholesterolu. Podobnie błony grzybów zawierają unikalny steroid o nazwie ergosterol, według Volka.
Ściany komórkowe roślin są wykonane z celulozy, podczas gdy ściany komórkowe grzybów mają chitynę, substancję wyraźnie nieroślinną. W rzeczywistości egzoszkielety, czyli zewnętrzne twarde powłoki różnych stawonogów (owadów i skorupiaków, takich jak kraby i homary) są wykonane z chityny.
Struktura: Grzyby mogą być zbudowane z pojedynczej komórki, jak w przypadku drożdży, lub z wielu komórek, jak w przypadku grzybów.
Ciała wielokomórkowych grzybów zbudowane są z komórek, które łączą się w rzędy przypominające gałęzie drzew. Każda pojedyncza rozgałęziona struktura nazywana jest hialfą (liczba mnoga: hyphae). Najczęściej pojedyncze komórki w hyfie siedzą tuż obok siebie w linii ciągłej (znane też jako hiefy koenocytarne), ale czasami mogą być rozdzielone na przedziały poprzeczną ścianą (hiefy przegrodowe). Kilka hyfusów łączy się ze sobą, tworząc grzybnię, która stanowi ciało grzyba, według „Van Nostranda”.
„Grzyby są królami powierzchni”, Volk powiedział LiveScience, wyjaśniając, że hyfusy rozszerzają swoją powierzchnię, aby przyjmować pokarm, ułatwiać trawienie, a także rozmnażać się.
Odżywianie: Jak wspomniano wcześniej, ponieważ grzyby nie mogą prowadzić fotosyntezy, muszą wchłaniać składniki odżywcze z różnych substancji organicznych wokół nich. To czyni je heterotrofami, co dosłownie tłumaczy się jako „inne karmienie”, według Volka.
Zwierzęta są heterotrofami i muszą szukać swojego pożywienia. Ale w ich przypadku, trawienie odbywa się wewnątrz ciała. „Grzyby są inne” – powiedział Volk portalowi LiveScience. „Znajdują swoje jedzenie, zrzucają swoje enzymy na jedzenie, a trawienie odbywa się poza ich ciałem”. Te wyspecjalizowane enzymy trawienne są znane jako egzoenzymy i są wydzielane z końcówek rosnących hyphae na ich otoczenie, stwierdza Volk w „Encyclopedia of Biodiversity, 2nd Ed.” (Academic Press, 2013). Enzymy te są głównym powodem, dla którego grzyby są w stanie rozwijać się w różnych środowiskach, od powierzchni drzewiastych po wnętrza naszego ciała.
W wyniku aktywności egzoenzymów duże cząsteczki pokarmu są rozbijane na mniejsze, które są wprowadzane do wnętrza strzępek. Wewnątrz komórek grzybów zachodzi proces oddychania komórkowego. Oznacza to, że cząsteczki organiczne, takie jak węglowodany i kwasy tłuszczowe, są rozkładane w celu wytworzenia energii w postaci ATP.
Grzyby mają wiele źródeł pożywienia. Grzyby, które żywią się martwymi organizmami – i pomagają w ich rozkładaniu – nazywane są saprofitami. Jeśli grzyb czerpie pożywienie od żywego gospodarza, nie szkodząc mu, wtedy nazywamy go symbiontem lub mutualistą. Porosty – grzyby i glony razem – są przykładem związku mutualistycznego. Jeśli grzyb żywi się żywym gospodarzem, jednocześnie mu szkodząc, wtedy jest pasożytem, zgodnie z „Encyklopedią Bioróżnorodności”.
Reprodukcja: Różne grzyby są w stanie rozmnażać się bezpłciowo lub płciowo. Oba procesy mogą generować zarodniki. Są to specjalne komórki, które po uwolnieniu do odpowiedniego środowiska, mogą dać początek nowemu ciału grzyba. Zarodniki mogą być przenoszone do nowych środowisk przez powietrze lub wodę, według Utah State University.
Płodozmnażanie bezpłciowe zachodzi poprzez mitozę, kiedy to komórka grzyba dzieli się i wytwarza identyczne genetyczne kopie samej siebie. W prostszych, jednokomórkowych grzybach, takich jak drożdże, proces ten znany jest jako pączkowanie. W tym przypadku z komórki macierzystej wyłania się mały odrost lub pąk, który powoli zwiększa swoje rozmiary. Jądro dzieli się na dwie części i pąk oddziela się, gdy osiągnie rozmiary komórki macierzystej. Z drugiej strony, wielokomórkowe grzyby, takie jak pleśnie, rozmnażają się poprzez tworzenie bezpłciowych zarodników.
Czas trwania i czas trwania niektórych etapów rozmnażania płciowego różnią się dość znacznie między gatunkami grzybów. Co więcej, struktury rozrodcze również różnią się między gatunkami. Tak bardzo, że te morfologiczne różnice stanowią podstawę do podziału królestwa grzybów na podgrupy lub filie, zgodnie z „Encyklopedią Bioróżnorodności”.
Płciowe rozmnażanie w grzybach produkuje zarodniki poprzez mejozę. W rezultacie zarodniki te zawierają połowę liczby chromosomów rodzicielskich. Po uwolnieniu, zarodniki kiełkują w przypominające drzewa grzybnie i są gotowe do „kopulacji”. W przypadku grzybów, purchawek i muchomorów, rozgałęziona grzybnia (zwana też grzybnią pierwotną) dzieli się na segmenty zawierające pojedyncze jądro. Do kojarzenia dochodzi, gdy dwie grzybnie pierwotne stykają się ze sobą i tworzą grzybnię wtórną. Każdy segment grzybni wtórnej ma dwa jądra: po jednym z każdego segmentu pierwotnego. Pojedyncze jądra mają nadal połowę liczby chromosomów w stosunku do komórki macierzystej. W trakcie kilku etapów jądra łączą się, dając początek komórkom z pierwotną liczbą chromosomów. Po tym punkcie, płciowy cykl reprodukcyjny zaczyna się ponownie: następuje mejoza i produkowane są zarodniki, według „Van Nostrand.”
Grzyby i my
Grzyby są nierozerwalnie związane z naszym życiem i bytem. Wpływają na nasze zdrowie, żywność, przemysł i rolnictwo w sposób zarówno pozytywny jak i niepokojący.
Grzyby są źródłem ważnych leków. Antybiotyki penicylina i cefalosporyna, jak również lek cyklosporyna, który pomaga zapobiegać odrzuceniu przeszczepu, są produkowane przez grzyby, zgodnie z „Encyklopedią Bioróżnorodności”. Jednak przez to samo, grzyby produkują toksyny zwane mykotoksynami, które są dla nas szkodliwe. „Prawie wszystkie mykotoksyny są produkowane przez grzyby pleśniowe” – powiedział Volk. Na przykład grzyby Aspergillus, które rosną na kukurydzy i orzeszkach ziemnych, wytwarzają aflatoksyny. Ta mikotoksyna jest uważana za czynnik rakotwórczy i została powiązana z rakiem wątroby.
Drożdże (Saccharomyces cerevisiae) są niezbędne do fermentacji wina i piwa oraz do wypieku puszystego chleba. Charakterystyczny lazurowy odcień niebieskich serów jest spowodowany sporulacją grzyba Penicillium roquefortii, zgodnie z „Encyklopedią Bioróżnorodności”. Grzyby takie jak kurki i kanie są smacznymi dodatkami do potraw. Jednak grzyby rdzy i rdzy (nazwane tak ze względu na węglowy i rdzawy wygląd ich zarodników) rutynowo niszczą uprawy żywności i rośliny takie jak fasola, jęczmień i sosna, według „Van Nostrand.”
Ważne odkrycia naukowe zostały dokonane przy użyciu grzybów jako organizmów modelowych. Odkrycie, że geny kontrolują ekspresję enzymów, i że jeden gen kontroluje jeden enzym, było wynikiem eksperymentów z różową pleśnią Neurospora. Naukowcy George Beadle i Edward Tatum otrzymali za tę pracę Nagrodę Nobla w 1958 roku. Drożdże były również wykorzystywane jako organizm modelowy do odpowiedzi na pytania z dziedziny genetyki. Według artykułu z 1997 roku opublikowanego w czasopiśmie Science, wiele genów drożdży i ssaków koduje podobne białka, co czyni je użytecznym narzędziem do zrozumienia ludzkiego genomu i chorób takich jak zespół Wernera.
Jeszcze to, co wiemy dziś o grzybach i co możemy zrobić z grzybami, to dopiero początek wszystkiego, co jest możliwe. Jak stwierdza Volk w „Encyklopedii Bioróżnorodności”, istnieje 75 000 gatunków grzybów, które zostały nazwane. Uważa się jednak, że liczba ta stanowi zaledwie 5 procent gatunków występujących w przyrodzie. „O grzybach wiadomo stosunkowo niewiele w porównaniu ze zwierzętami i roślinami” – powiedział Volk w rozmowie z LiveScience. „Wciąż jest wiele nowych gatunków do odkrycia”.