почему вирусы считают неклеточной формой жизни
Почему вирусы считают неклеточной формой жизни
Подробное решение параграф § 16 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Какие организмы относят к паразитам?
Вопрос 2. Что представляют собой вирусы?
Пространственная организация вирусов очень разнообразна. Они часто имеют правильную геометрическую форму — палочки, нити или шара.
Белки вирусов формируют оболочку, защищающую нуклеиновую кислоту. Они также отвечают за антигенные свойства вирусной частицы, а также могут выполнять функции ферментов.
Сложные вирусы окружены мембраной, содержащей липиды и сложные белки — гликопротеины, соединённые с углеводными компонентами. Однако эта мембрана не синтезируется ими самими, она является «позаимствованной» при выходе вируса частью мембраны той клетки, где была «собрана» данная вирусная частица.
Например, вирус табачной мозаики имеет палочковидную форму и представляет собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в полости расположена спираль РНК. Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.
Тело бактериофага кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на которой закреплены 6 нитей. Внутри головки находится ДНК.
Вопрос 3. Какие вирусы вам известны?
Вирус табачной мозаики, бактериофаг, аденовирусы, вирусы гриппа, герпеса, полиомиелита, оспы, бешенства, чумы, ВИЧ и др.
Вопрос 4. Почему вирусы можно считать внутриклеточными паразитами?
Они способны проникать в живые клетки и размножаться только внутри них, используя для этой цели биосинтетические и энергетические клеточные системы хозяина. Пока вирус не проник в клетку хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д. Учитывая данные обстоятельства, можно утверждать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами.
Вопрос 5. Почему вирусы считают неклеточной формой жизни?
Любая клетка состоит из ядра и цитоплазмы, в которой происходят все биохимические процессы. Вирусы в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Вирус же — это всего лишь часть ДНК или РНК и несколько оболочек (белковая и липопротеиновая). Также вирусы способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Таким образом, вирусы можно рассматривать как неклеточную форму жизни.
Вопрос 6. Каковы особенности строения вирусов? Расскажите об этом на конкретных примерах.
Здесь подходит ответ на вопрос 2 из этого параграфа. Можно еще добавить строение вируса гриппа. Это РНК — содержащий вирус, капсид которого снаружи покрыт остатками клеточных мембран, содержащих белки — гликопротеины. Гены этих белков часто мутируют, что приводит к появлению новых штаммов (локальных разновидностей) вируса.
Вопрос 7. Каковы основные пути заражения вирусами? Приведите примеры.
Человек заражается вирусами разными путями, в принципе так же, как бактериями и другими прокариотами.
1.Алиментарный путь — пища, вода. В воду, как правило, вирусы попадают вместе со сточными водами, в пищу заносятся грязными руками.
2.Воздушно — капельный — вирусы острых респираторный заболеваний; другие — попадают непосредственно от одного человека другому на слизистые носа, глотки, то есть верхних дыхательных путей.
3.Половой — при половом контакте вирусы попадают на слизистую половых путей.
4.Трансмиссивный — при укусе кровососущих членистоногих (клещи, комары) вирусы попадают непосредственно в кровь. Вирус бешенства заносится в кровь при укусе зараженными животными.
5.Трансплантационный путь — при переливании зараженной крови, пересадке тканей от зараженных людей.
6.Инструментальный путь — при пользовании грязными шприцами, другими медицинскими инструментами во время различных медицинских манипуляций.
Вопрос 8. Каковы основные меры профилактики вирусных заболеваний?
Во — первых, имеет смысл стимулировать иммунную систему путём неспецифической активации иммунитета. Для этого применяют закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами).
Во — вторых, можно делать прививки, вводя человеку вирусные белки, фрагменты этих белков или вирусные частицы с разрушенными нуклеиновыми кислотами. Введение такого препарата (он называется вакцина) вызывает образование в организме человека специфических белков — антител, которые распознают белки — антигены данного вируса и запоминают их. Поэтому, когда в организм попадает настоящий вирус, иммунная система быстро с ним справляется, поскольку помнит, по каким белкам его можно распознать.
И, в — третьих, если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.
Вопрос 9. Какие особенности отличают вирусы от других живых организмов? Представьте ответ на вопрос в форме таблицы.
Вопрос 10. Используя дополнительные источники информации, подготовьте короткое сообщение в виде презентации о сходстве СПИДа и вирусного гепатита В.
Вопрос 11. Какие распространённые заболевания, вызываемые вирусами, вы знаете? Предложите правила профилактики вирусных заболеваний.
Самыми известными и распространенными являются следующие вирусные заболевания.
Грипп и простуда. Их признаками являются: слабость, повышенная температура, боль в горле. Используются противовирусные препараты, при присоединении бактерий дополнительно назначают антибиотики.
Свинка. Поражаются дыхательные пути, в редких случаях у мужчин поражаются семенники.
Желтая лихорадка. Вредит печени и кровеносным сосудам.
Корь. Опасна детям, затрагивает кишечник, дыхательные пути и кожу.
Ларингит. Нередко возникает на фоне других проблем.
Полиомиелит. Проникает в кровь через кишечник и дыхание, при поражении головного мозга наступает паралич.
Ангина. Существует несколько видов, характерны головная боль, высокая температура, сильная боль в горле и озноб.
Гепатит. Любая разновидность вызывает желтизну кожи, потемнение мочи и бесцветность кала, что говорит о нарушении нескольких функций организма.
Тиф. Редок в современном мире, поражает кровеносную систему, может привести к тромбозу.
Сифилис. После поражения половых органов возбудитель попадает в суставы и глаза, распространяется дальше. Долго не имеет симптомов, поэтому важны периодические обследования.
Энцефалит. Поражается головной мозг, гарантировать излечение нельзя, высок риск смерти.
К профилактике вирусных заболеваний относят: исключение контактов с больными людьми, исключение незащищенных случайных половых связей, закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами). Также можно делать прививки, а если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.
Вопрос 12. Выполните задание в тетради.
1) Вирусы размножаются: а) самостоятельно вне клетки хозяина; б) только в клетке хозяина; в) только в воде; г) в присутствии солнечного света.
Правильный ответ: б) только в клетке хозяина.
2) Капсид — это: а) цитоплазма вируса; б) ДНК вируса; в) оболочка вируса; г) ферменты вируса.
Правильный ответ: в) оболочка вируса.
3) Вирусы относят к доклеточным организмам, потому что они: а) не содержат ядра; б) не способны к самостоятельному обмену веществ; в) являются паразитами; г) не способны размножаться.
Правильный ответ: б) не способны к самостоятельному обмену веществ;
Вопрос 13. На основании чего вирусы относят к живым организмам?
Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют свой набор генов и эволюционируют путем естественного отбора, а также в том, что способны размножаться, создавая собственные копии путем самосборки.
Вопрос 14. Используя доступные информационные источники, изучите и обсудите с учителем и одноклассниками проблему происхождения вирусов.
Происхождение вирусов — вопрос, который на протяжении многих лет составлял предмет дискуссий, поэтому происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно. Было выдвинуто три гипотезы происхождения вирусов:
1. Вирусы — потомки бактерий и других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную (регрессивную) эволюцию.
2. Вирусы — потомки древних доклеточных форм жизни, перешедших к паразитическому способу существования.
3. Вирусы — дериваты (производные) клеточных генетических структур, ставших относительно автономными, но сохранивших зависимость от клеток.
Можно отметить, что зависимость вирусов от других организмов, в клетках которых они могут расти и размножаться, дает основание считать, что они не могли появиться раньше клеточных организмов. Предполагается, что вирусы представляют собой сильно дегенерировавшие клетки или их фрагменты, которые в процессе приспособления к паразитизму вторично утратили клеточное строение.
Некоторые ученые полагают, что вирусы и бактериофаги — обособившиеся генетические элементы клеток, которые эволюционировали вместе с клеточными формами жизни.
Также можно предположить, что вирусы появились (и появляются и поныне) как результат воздействий (прежде всего неблагоприятных) на биологическую клетку. И в том числе как отклик на неблагоприятное воздействие от других клеток, клеток другого вида. «Предполагается, что вирусы, не являясь самостоятельными живыми существами, представляют собой информационное средство в системе всебиологической борьбы за существование».
Что мы знаем о вирусах и методах защиты от них?
Что такое вирус?
Как устроен вирус?
В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.
Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.
Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!
Вирусы. Цикл развития бактериофага. Скачать наглядное пособие в большом разрешении можно здесь.
Как вирус попадает в организм?
Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.
«Для проникновения в клетку белки поверхности вируса связываются со специфическими поверхностными белками клетки. Прикрепление, или адсорбция, происходит между вирусной частицей и клеточной мембраной. В мембране образуется дырка, и вирусная частица или только генетический материал попадают внутрь клетки, где будет происходить размножение вируса. Сегодня ученые всего мира сделали важное открытие о том, что заражение коронавирусом людей преклонного возраста объясняется тем, что у пожилых людей накапливается специфический белок, который помогает COVID-19 проникать внутрь клетки эпителия».
Выход вируса
Скорость распространения вирусной инфекции
Вирусная латентность
Как вирус распространяется?
Почему с вирусами так тяжело бороться?
Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.
Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.
Коронавирус
К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.
Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.
Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.
Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:
«Мы пытались рассказать Вам не только о существующих научных фактах о вирусах, но и показать, что определенные знания помогают нам в нынешней практической ситуации сохранить свое здоровье и здоровье своих близких. Мы понимаем, что сегодня коронавирус может находиться практически везде: на поверхностях любых предметов, в окружающей среде и т.д. Поэтому самоизоляция – это один из важнейших способов защиты от инфекции. Находясь дома, вы защищаете не только свое здоровье, но и помогаете медикам и ученым, которые сражаются с этим вирусов и день и ночь. Ведь, чем меньше шансов у нас с вами заболеть, тем больше шансов появляется у них, чтобы победить коронавирус. Пожалуйста, оставайтесь дома и соблюдайте режим самоизоляции и нормы гигиены».
Все о вирусах и бактериях простыми словами
Вирусы, микробы, бактерии – что это такое?
Вирусы
Говоря строго, вирусы — это не совсем существа: ученые называют их неклеточной формой жизни или даже организмами на границе живого. Все потому, что вирусы 1 не обладают важным свойством живого — клеточным строением, которое есть у всех животных, растений, грибов и бактерий. Они не имеют собственного обмена веществ, поэтому не могут жить сами по себе. Для существования им всегда нужен другой организм, по сути, вирусы являются внутриклеточными паразитами.
Размеры вирусов колеблются от 20 до 350 нм (нанометр – одна миллионная миллиметра). Самые мелкие — парвовирусы, которые вызывают заболевания животных: всего 18 нм в диаметре. Вирусы гриппа побольше: 80–120 нм. А возбудители оспы и трахомы совсем «великаны»: достигают 300 нм, и их даже можно рассмотреть в обычный световой микроскоп (а чтобы увидеть более мелкие вирусы, необходим уже электронный).
Хотя вирусные заболевания преследовали людей во все времена, сами вирусы открыты совсем недавно по историческим меркам: их существование подтвердил в 1892 году русский микробиолог Дмитрий Ивановский. В студенчестве он изучал болезни растений и заинтересовался природой мозаичной болезни табака. Через несколько лет опытов Ивановский сумел разглядеть в световой микроскоп скопления возбудителя этой болезни, после чего он рассказал о своих изысканий в статье. А первого возбудителя вирусного заболевания человека — желтой лихорадки — обнаружили только в 1901 году. И только в 1937-м получилось разработать вакцину от нее, а ведь эта болезнь убивала людей несколько веков! С момента открытия вирусы активно изучаются, но большая их часть все еще даже не систематизирована. А ведь регулярно появляются новые вирусы! При этом даже нет единой гипотезы, как произошли вирусы, с которой были бы согласны все вирусологи. Одни считают их потомками доклеточных форм жизни, другие — «сбежавшими» генетическими структурами, которые отвоевали себе немного независимости от клеток. Зато уже подсчитано количество всех вирусов на планете: 10 в 39 степени — это больше, чем звезд во Вселенной. Прежде чем получить такое число, ученые выяснили, 2 что каждый день на квадратном метре нижнего слоя земной атмосферы скапливается более 800 млн вирусов.
Вирусы устроены очень лаконично — из-за этого ученые когда-то считали их инертными кристаллами. Эти «кристаллы» по-разному выглядят внешне — могут быть шарообразными, спиралевидными, продолговатыми. Но, по сути, любые вирусы — это просто оболочка, внутри которой находится генетический материал в виде молекул ДНК или РНК. Это «или» — важное отличие вируса от нас, живых существ: в наших клетках всегда имеется и то, и другое: и ДНК, и РНК. А вот что у нас с вирусом общее, так это стремление размножить свой генетический материал. Для этого вирусы и должны попасть в живую клетку. Бывает, что вирусный геном просто встраивается в хозяйскую ДНК, и могут пройти годы, прежде чем вирус «проснется». А если вирус попал в половые клетки и интегрировался в хромосомы, то он будет передаваться и потомкам хозяина. В человеческом геноме очень много таких включений (примерно 8%), полученных миллионы лет назад в ходе эволюции. Некоторые из них постепенно разрушаются, а другие оказались полезными для нас и участвуют в физиологических процессах. Например, в 2018 году ученые выяснили, 3 что важнейшую роль в формировании нашей долговременной памяти играет ген вирусного происхождения.
Но что, если вирус прятаться не хочет, а жаждет деятельности? Тогда его генетический материал фактически перехватывает командование в живой клетке: заставляет множить свои копии, которые проникают во все новые и новые ткани и органы. И во время этой «штамповки» происходит процесс, благодаря которому вирусы и приобрели репутацию коварных убийц. Новые вирусы не получаются 100-процентными копиями — какая-нибудь да выходит с «ошибкой», т. е. слегка измененным геномом. Это вирусные мутации, которые помогают микроорганизму выживать, несмотря на усилия организма, который активно сражается с инфекцией. Из-за мутаций вирусы могут выглядеть иначе и обманывать иммунную систему — ей приходится заново с ним знакомиться и разрабатывать стратегию борьбы. Такой уловкой активно пользуются вирусы гриппа, которые мутируют непрерывно и каждый год приходят к нам в виде новых штаммов. Но самая удачная ситуация для вируса — оказаться в одной клетке со своими «коллегами» другого вида: например, когда встречаются вирусы человека, птицы и обезьяны. Тогда они могут обменяться целыми кусками генома, и в результате получится принципиально новый штамм, мощный и опасный мутант, которого не остановят даже межвидовые барьеры — он сможет сначала заразить животное, а потом человека. Такие вирусные эксперименты, как правило, случаются в жарких перенаселенных странах, где все не очень хорошо с санитарией, а люди чаще контактируют с дикими и сельскохозяйственными животными. Поэтому мы так часто слышим, что в Юго-Восточной Азии вспыхнула новая инфекция.
Бактерии
В отличие от вирусов, бактерии — самые что ни на есть живые организмы, хотя и тоже очень маленькие (длиной до 10 мкм, то есть одной сотой метра). Они одноклеточные, но одна эта клетка может имеет разные формы: бактерии бывают круглыми, в виде палочек, звездочек или кубиков, есть даже гофрированные и С-образной формы. По строению бактерии сложнее, чем вирусы — у них есть клеточная стенка, внутриклеточные структуры, органеллы, жгутики для передвижения. Они самостоятельно живут и размножаются (с помощью простого деления).
Бактерии — одни из первых обитателей Земли, и они же самые вездесущие — их находят даже там, где вообще никому не выжить. Бактериям не страшен ни холод, ни кислые источники, где температура воды почти 100° С. Они живут и в Мертвом море, и в нижнем слое стратосферы, и в Марианской впадине, и даже в радиоактивных отходах. Учеными описано примерно 10 тыс. видов бактерий, но на самом деле их гораздо больше. Первым бактерии увидел голландский ученый Антони ван Левенгук в 1676 году. Он хотел выяснить, почему жгучий перец раздражает язык, и решил изучить перечную настойку под микроскопом. Каково же было удивление натуралиста, когда в крошечной капле он увидел движущихся существ! Левенгук назвал их «анимакули» и стал искать повсюду: в дождевой воде, на одежде, в соскобе с собственных зубов. О своих наблюдениях он рассказал в письме к Лондонскому королевскому обществу по развитию знаний о природе. Но настоящий интерес к открытию Левенгука проснулся гораздо позже, ближе к середине XIX века, когда начала развиваться клеточная теория.
Микробы
Когда вы говорите ребенку, что вокруг полно микробов, вы не ошибаетесь. Микробы, или микроорганизмы — это собирательное название всего живого, что меньше 0,1 мм и не видно невооруженным глазом. К ним относят простейших (микроскопических одноклеточных животных), бактерий и крошечные грибки, а также вирусы (с этим согласны не все ученые, т. к. вирусы — все же не живые организмы). В термине «микроб» объединились греческое μικρό (маленький) и βίος — жизнь. Большинство микробов состоят из одной клетки, но есть среди них и многоклеточные.
Что опаснее — вирусы или бактерии?
А вот на этот вопрос ответить невозможно: вирусы и бактерии могут быть и опасными, и безвредными в зависимости от ситуации. Большинство людей спокойно переносят сезонный грипп — ежегодные вирусные заболевания, но в начале ХХ века испанский грипп унес, по разным оценкам, 3-5% населения Земли. Страшные эпидемии прошлого — чума, холера, оспа — вызывались бактериями, но мы спокойно контактируем с миллионами других бактерий каждый день. Новая коронавирусная инфекция к началу июля 2021 года охватила уже более 182 млн человек во всем мире, при этом практика показывает, что, будучи по началу высокопатогенными, новые вирусы со временем становятся менее опасными. Как видите, опасность, которую несут вирусы или бактерии, зависит от их «видовых» характеристик. Что же касается противостояния вирусам и бактериям, в обоих случаях есть сложности.
Бороться с опасными бактериями люди тоже давно научились — с помощью антибиотиков (обратите внимание: на вирусы они не действуют, поскольку разработаны для совершенно иной формы жизни!). Но тут другая проблема: к ним у бактерий со временем вырабатывается устойчивость. И чем чаще мы их используем, тем больше становится бактерий, которые к ним совсем не чувствительны. Например, к пенициллину, с которого когда-то и началась история антибиотиков, сегодня бактерии уже равнодушны. А прошло все 80 лет с момента его первого применения. Новые антибиотики тоже разрабатываются, но это очень долгий и дорогой процесс, поэтому чаще модифицируются уже имеющиеся лекарства.
Какие болезни вызываются вирусами?
Какие болезни вызываются бактериями?
Как и вирусы, бактерии 5 могут быть безопасными для живых организмов или болезнетворными. Такие бактерии-паразиты попадают в организм и начинают питаться за его счет, активно размножаются, повреждая клетки и отравляя их продуктами своей жизнедеятельности. Так и начинается заболевание. У человека бактерии вызывают туберкулез, коклюш, менингит, чуму, тиф, столбняк, холеру, дифтерию, фурункулез, стрептококковую ангину. У животных — бруцеллез, сибирскую язву. У растений подобная инфекция вызывает гнили, ожоги, пятнистости, увядание. Но полезных бактерий все-таки тоже гораздо больше. Например, миллионы бактерий населяют наш кишечник, кожу, даже дыхательные пути. Они называются микробиотой, и ее баланс очень важен для сохранения здоровья: она создает условия, в которых вредные микроорганизмы жить не смогут. Две группы таких бактерий вы точно знаете: это бифидо- и лактобактерии, которые живут в кишечнике.
Как уберечься от вирусов и бактерий?
Мир населен огромным количеством бактерий и вирусов, и избавиться от них полностью невозможно, да и неразумно — ведь без них не сможем существовать и мы сами. Но предотвратить вирусное или бактериальное заболевание в повседневной жизни возможно. Надо только придерживаться правил:
Справочно-информационный материал