CC BY
37
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 574.46, 57.013
ТЕРМОДИНАМИКА КОЛОНИЙ, БИОПЛЕНОК, МИЦЕЛИАЛЬНЫХ СТРУКТУР ГРИБОВ
К.А. Корляков, к.б.н., преподаватель ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный
университет»» е-mail: korfish@mail.ru
Аннотация
Изучены особенности структуры колоний, биопленок, мицелия грибов различных уровней организации с использованием тепловизера. Установлено, что термодинамика данных образований отличается относительно устойчивой пониженной температурой по сравнению с температурой окружающей среды. Показана возможность изучения специфики функционирования данных образований в моделируемых условиях.
Ключевые слова: грибы, колонии, мицелий, распределение тепла.
ВВЕДЕНИЕ
Структура и динамика биопленок микроорганизмов и матов водорослей изучаются в последние годы микробиологами и гидробиологами очень активно (Николаев, Плакунов, 2007; Жегало, Тембрел, Карпов и др., 2012). Данная проблема имеет как фундаментальный характер, так и прикладной. В наземных экосистемах мицелий многих таксономических групп грибов образует структуры по многим характеристикам похожие на биопленки микроорганизмов, простейших и водорослей. Вместе с тем раздел фаз «твердый субстрат -газ» позволяет проводить исследования с использованием приборов, которые бессильны на разделе фаз «твердый субстрат - жидкость». Это открывает возможности для изучения функционирования надорганизменных структур грибов в различных условиях существования.
Целью работы являлось изучение особенностей термодинамики мицелиальных и колониальных структур грибов в различных искусственно моделируемых условиях существования.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследования выполнены на базе лаборатории экологии водных сообществ экологического факультета и кафедры микробиологии биологического факультета Челябинского государственного университета. Для изучения колоний бактерий и грибов рода Candida микроорганизмы выращивались в термостате на агаровой среде. Предварительно часть поверхности агара в чашках Петри была деформирована стерильным лезвием для создания неровного рельефа в виде борозд. После образования колоний центрического типа проводилась съемка ифракрасной камерой (тепловизер Fluke ti200). Для изучения структуры мицелия грибов в герметичные пластиковые контейнеры с почвой помещались деревянные дощечки с различными по диаметру отверстиями и углублениями. После чего в соответствующем режиме увлажнения выращивались мицелиальные структуры покрывающие поверхность деревянных заготовок с соответствующей съемкой инфракрасной камерой. Таким образом, были подготовлены различные характеристики микрорельефа для последующего его освоения грибными структурами.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Колонии грибов Candida albicans в отличие от колоний таких микроорганизмов, как Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Klebsiella ozaenae отличались изолированным от среды термоградиентом (рис. 1). Температура колоний грибов была в среднем на 0.7 0 F (0.40 C) ниже температуры окружающей питательной среды.
А
Рис. 1. А - колонии Candida albicans, Б - колонии Klebsiella ozaenae, В - колонии
Staphylococcus aureus.
Неровный субстрат агара способствовал тому, что колонии дрожжей дробились преимущественно на четыре части расположенные по две с каждой стороны борозды (рис. 2). При этом сохранялась общая центрическая структура колонии. Высота этой разбитой колонии была соответственно ниже, и температура ее приближалась к температуре окружающей среды.
Рис. 2. Термодинамические особенности колоний на неровном рельефе.
Следовательно, центрические колонии грибов отличаются более организованным метаболизмом, направленным на потерю меньшего количества энергии. Экотонные колонии наоборот рассеивают больше энергии. Мицелий многоклеточных грибов, разрастающийся на поверхности деревянного субстрата, также отличался более низкой температурой по сравнению с окружающей средой (рис. 3).
Рис. 3. Мицелий гриба на деревянном искусственном субстрате.
Мицелиальная структура создавала термическое поле снижающее температуру субстрата, мощность которого была обусловлена плотностью мицелиальных гиф.
В ходе экспериментов удалось (проследить) изучить функциональные особенности биопленки покрывающей кусок деревяной ветки (рис. 4). Молодые гифы, которые начали развиваться после соответствующего увлажнения среды отличались более низкой температурой по сравнению с ранее образованными участками этой же ткани по всей видимости уже не функционирующей.
Рис. 4. Участки с мертвым и живым мицелием грибов видимые в инфракрасном спектре.
Зигомицеты и грибы с центрическими колониями поселяющиеся на деревянном субстрате с различными ландшафтными характеристиками отличались тем, что колонии их выстраивались вдоль резких вертикальных изменений рельефа (рис. 5). Как правило, перед различного рода углублениями. Причем зигомицеты препочитали селиться внутри глубоких углублений, а поверх мелких углублений (5 мм и менее) выстраивали мицелиальные структуры «сшивающие» поверхность сплошным слоем. Центрические колонии на углах 90 0 меняли свою форму на более вытянутую. У биопленок образуемых на краях деревянных субстратов в инфракрасном спектре были хорошо видны термоградинты отделяющие одну колонию от другой.
Рис. 5. Организация центрических колоний грибов на деревянном субстрате с различным
ландшафтом.
ВЫВОДЫ
1. В целом грибы в отличие от животных и растений отличаются пониженной температурой по сравнению с окружающей средой. В этом случае грибные образования служат термоизолятом.
2. Чем четче выражена структурная организация грибных образований, тем ниже у них температура. Неровный ландшафт способствует образование экотонных сообществ с большим количеством как поступающей, так и рассеивающей живыми организмами энергии, что было установлено нами ранее (Корляков, 2013; Корляков, Нохрин, Арсентьева, 2013).
3. Метод инфракрасной термографии позволяет изучать структурно-функциональные характеристики всех типов грибных надорганизменных образований.
Благодарности: Автор выражает благодарность преподавателю биологического факультета Андреевой С.В. за постановку экспериментов с микробными культурами.
Список литературы
1. Жегало Е.А., Тембрел Е.И., Карпов Г. А., Герасименко Л.М., Орлеанский В.К. Альгобактериальный мат и его роль в отложении кремнистого компонента (кальдера вулкана Узон, Камчатка) // Альгология. 2012. Т. 22, № 2. С. 166-174.
2. Николаев Ю.А., Плакунов В.К. Биопленка - «город микробов» или аналог многоклеточного организма // Микробиология. 2007. Т. 76, № 2. С. 148-163.
3. Корляков К.А. Особенности формирования ценозов диатомовых водорослей на неровной поверхности стекла // Материалы XIII Международной научной конференции альгологов "Диатомовые водоросли: современное состояние и перспективы исследований", 24-29 августа 2013 г. Борок, Россия. Кострома, 2013. С. 126-127.
4. Корляков К.А., Нохрин Д.Ю., Арсентьева Н.Ю. Особенности роста монокультур микроорганизмов на неровных поверхностях. Материалы IX Международной научно-практической конференции "Перспективные разработки науки и техники - 2013", 715 ноября 2013 г. № 29. Биологическая наука: 7-15 ноября 2013 г. Ргеешув!. 2013. С. 37-45.
THERMODYNAMICS OF THE COLONIES, BIOFILMS, MYCELIAL STRUCTURES FUNGI
K.A. Korlyakov, cand. sc. (bio.), lecturer of "Chelyabinsk State University",
e-mail: korfish@mail.ru
Abstract
The features of the structure of the colonies, biofilms, mycelium of different levels of organization using teplovizers. Found that different formations thermodynamics data relatively stable at lower temperature compared to ambient temperature. The possibility of studying the specifics of the functioning of these entities in a simulated environment.
Keywords, fungi, colonies, mycelium, distribution of heat.
