Как выглядит ржавчина под микроскопом
Горка красной икры: как выглядит ржавчинный гриб под микроскопом
Садоводы, и просто те, кто смотрит под ноги, гуляя по улице, наверняка не раз замечали по осени листья растений, нижние части которых покрыты рыжими точками, похожими на ржавчину. Вот на фото, например, лист осота. Так выглядит поражение ржавчинным грибом. Это микроскопический грибок, который паразитирует внутри растения-хозяина, нити его мицелия располагаются между клетками растения-хозяина, высасывая из него питательные вещества. Появление «ржавчины» говорит об одной из последних стадий (хотя на самом деле таких стадий 5), на которой гриб выносит спорангии либо другие органы наружу растения для распространения дальше. Но если посмотреть на эту «ржавчину» под сильным увеличением через микроскоп, то открывается совсем другая картина: россыпи каплеобразных спорангиев похожи на горки красной икры, они покрывают лист где отдельными небольшими точками, а где целыми группами. На последних двух фото увеличение еще больше. Там можно видеть устьица на листе, через которые растение осуществляет газообмен. И отдельные нити спорангиев.
Ржавчиной называют такое заболевание, при котором грибами подкласса Heterobasidiomycetes поражаются живые ткани растений, преимущественно листья. Ржавчинники не питаются мертвыми органическими веществами, поэтому, высосав соки из одного растения, они приступают к следующему. Зачастую сначала обнаруживается ржавчина на листьях культур, если вовремя не принять соответствующие меры, это заболевание может погубить все растение.
У многих ржавчинных грибов известны пять стадий жизненного цикла (нумеруемые 0—IV). Различные стадии гриба могут жить на одном или на разных видах растений. Во время первой стадии цикла (0) в разнообразных по виду спермогониях (или пикниях) образуются спермации (или пикниоспоры), выходящие из них вместе с жидкостью через остиолы. Для второй стадии (I) характерны образующиеся в эциях (или эцидиосорусах) эциоспоры (плазмогамоспоры). Они одноклеточные, обычно тонкостенные, бородавчатые, из них вырастают гифы двуядерного мицелия.
На дикариотическом мицелии образуются урединии (уредии, или уредосорусы, — стадия II) с обычно одноклеточными окрашенными пористыми урединиоспорами. У некоторых видов вместо урединиоспор образуются более тёмные и толстостенные амфиспоры. Из спор третьей стадии снова образуются урединии или же телии (телеутосорусы) — органы четвёртой стадии гриба (III). В них имеются долговечные телиоспоры (также телеутоспоры или телеутоспородесмы), состоящие из нескольких клеток. Стадия гриба с телиями и телиоспорами называется телеоморфой вида. Из телиоспор образуются базидии (или метабазидии, также промицелий) с 2—4 базидиоспорами (споридиями), характерные для последней стадии цикла (IV). Они гаплоидные, одноклеточные быстро прорастают.
При развитии ржавчины на растении обычно происходит местное, локальное заражение, т. е. поражение паблюдается па небольшом участке, куда попала одна спора гриба. У небольшого числа видов мицелий может пронизывать все растение и давать так называемое диффузное поражение всего растения. Для ржавчинных грибов характерно также массовое рассеивание спор. Оседая на растениях, споры ржавчины, переносимые ветром на многие километры, вызывают множество местных очагов инфекции на растении одного и того же вида.
Прорастающая спора ржавчинного гриба дает так называемую ростковую трубку, которая чаще всего через устьица проникает в ткани растения-хозяина. Мицелий гриба растет и распространяется внутри тканей растения, посылая в клетки гаустории, с помощью которых происходит питание гриба. Гифы ржавчинных грибов распространяются по межклетникам растения-хозяина. Контакт между цитоплазмой хозяина и паразита осуществляется в кончиках гаусторий. Недавно было показано, что на конце гаустории, примыкающей к цитоплазме растения-хозяина, оболочки нет. В этом месте есть только цитоплазменная мембрана, через которую питательные вещества хозяина переходят в мицелий паразита.
Как выглядит ржавчина под микроскопом
О ржавчине рассказывается на многих сайтах. Есть много фотографий, но только изделий или, в крайнем случае, макроструктура. Как выглядит ржавчина под микроскопом?
 |  |
| а | б |
Если поверхность железных изделий не защищать, то в конце концов изделие рассыплется в порошок. Красный окисел не пассивирует поверхность, т.е. не защищает ее от дальнейшего разрушения. (Кстати, концентрированная серная кислота пассивирует поверхность. При взаимодействии железа с кислотой на поверхности железа образуется сернокислое железо и окисление железа прекращается).
Окисление возможно и на воздухе, т.к. он в наших условиях содержит некоторое количество влаги. На рис. 2 показана ржавчина на изломе пластинки быстрорежущей стали Р6М5.
Рисунок 2. Излом стали Р6М5; окисление в комнатных условиях; светлопольное изображение
Ржавчина образуется и при коррозии металла в почве (рис. 3 и 4). На рис. 3 показан фрагмент детали сельхозтехники, пролежавшей несколько лет в поле. Это макроструктура, которая показывает расположение окисленных участков на поверхности. Более красивую и интересную картину дает микроструктура (рис. 4). Видны кристаллы красной ржавчины (рис. 4 а) и осадки другого типа (рис. 4 б), состав которых не определялся.
Рисунок 3. Фрагмент детали сельхозтехники; почвенная коррозия.
 |  |
| а | б |
Рисунок 4. Ржавчина и осадки на изломе детали; темнопольное изображение
Поскольку влага присутствует и в воздухе, окисляются и шлифы металлов и сплавов, хранящиеся не в специальных условиях. Окисление их усиливается еще и потому, что они протравлены. Нетравленные шлифы хранятся куда лучше. На рис. 5 показано окисление протравленных шлифов стали ШХ15. Ржавчина в основном располагается на матрице (мартенсит), карбиды (белая фаза) видны хорошо (рис. 5а). В структуре зернистого перлита (рис. 5 б) окисляется феррит, на изображении он имеет голубой и зеленый цвет; ржавчина сосредоточена в виде отельных пятен (до поры, пока не окислится весь образец).
 |  |
| а | б |
На рис. 6а показано крупное скопление окислов. Некоторые из них имеют красный цвет, это ржавчина, другие – светлый (рис. 6 б). Состав их не анализировали; также это может быть и пыль, поскольку шлиф находился на открытом воздухе.
 |  |
| а | б |
Рисунок 6. Скопления окислов на поверхности шлифа: а – светлое поле, б- темное поле.
Если процесс зашел далеко, то практически вся поверхность покрыта ржавчиной (рис. 7). Участков чистого металла осталось мало.
 |  |
Рисунок 7. Сплошной окисный слой на шлифе
Все, что содержит железо, может ржаветь. В том числе и метеориты (рис. 8).
«Ржавчина» на деревьях
Весной и летом, когда стоит влажная погода, стволы многих деревьев приобретают необычный кирпично-красный цвет. Такую «ржавчину» создают многочисленные нитчатые водоросли из рода Трентеполия.
В биологическом понимании водоросли — это эукариотические фотосинтезирующие организмы (а также их ближайшие родственники, утерявшие хлорофилл), у которых, в отличие от высших растений, нет разделения тела на ткани и органы. Распространение водорослей не ограничено лишь водной средой, они есть и на суше — как компоненты лишайников или как самостоятельные организмы, живущие на камнях, почве, коре и даже на снегу.
Крупные таксономические группы водорослей — отделы — выделяют, основываясь прежде всего на особенностях строения органелл клетки (например, жгутиков, хлоропластов, клеточной стенки или других структур), а также на особенностях биохимии, в том числе наборе фотосинтетических пигментов. По этим признакам трентеполии однозначно относятся к отделу зеленых водорослей: клеточная стенка, два либо четыре жгутика у подвижных стадий, хлоропласт с двумя мембранами, основные фотосинтетические пигменты — хлорофилл a и b, вспомогательные пигменты — каротиноиды и ксантофиллы. Но ведь на вид они вовсе не зеленые!
Трентеполия на камнях и сосновой коре. Фото из статьи G. Liu et al., 2012. Massive Trentepohlia-bloom in a glacier valley of Mt. Gongga, China, and a new variety of Trentepohlia (Chlorophyta) и © Евгения Правдолюбова, Виноградово, Московская область, 22 апреля 2018 года
Обычно представители отдела зеленых водорослей и вправду зеленые. Но в данном случае зеленый цвет хлорофиллов маскируется кирпично-красными или желтыми пигментами-каротиноидами, которые нужны прежде всего для защиты от солнечного излучения. Помимо каротиноидов, из которых преобладает β-каротин, клетки этих водорослей содержат много масел. Накопление жиров характерно и для других микроскопических зеленых водорослей, но интенсивно оно идет именно в стрессовых условиях — при неоптимальной для водоросли температуры или слишком высокой освещенности.
В роде Trentepohlia выделяют 35 видов, большая часть которых распространена ближе к экватору. Они отличаются друг от друга предпочтениями по субстрату (разные виды встречаются на коре деревьев, на известняке, на цементе), формой клеток и характером ветвления нитей. Встречая дерево с «ржавым» стволом в наших краях, вы скорее всего увидите водоросль Trentepohlia umbrina. Она отличается от других близких видов более округлыми клетками — это хорошо видно, если рассмотреть таллом под микроскопом.
Различные виды трентеполии в световом микроскопе: а — Trentepohlia aurea встречается и на камнях, и на зданиях, и на ветках и стволах деревьев (диаметр клетки 10–20 мкм); б — T. abietina, можно встретить на коре деревьев (диаметр клетки 8–12 мкм); в — T. umbrina, растет на коре деревьев (диаметр клетки 12–27 мкм); г — T. jolithus, растет на камнях (длина масштабных отрезков 20 мкм). Фото © A. J. Silverside с сайта bioref.lastdragon.org, с сайта galerie.sinicearasy.cz, из статьи G. Liu et al., 2012. Massive Trentepohlia-bloom in a glacier valley of Mt. Gongga, China, and a new variety of Trentepohlia (Chlorophyta)
Обратите внимание, что на части фотографий трентеполия растет на сосновой коре. Это достаточно необычно: трентеполия предпочитает субстрат с относительно высоким pH и избегает кислых субстратов, а кора сосны, в отличие от коры многих других деревьев, в норме представляет собой как раз кислый субстрат. Показано, что рост трентеполии T. umbrina на коре сосны может служить индикатором щелочного загрязнения. В лесу в Воскресенском районе Московской области, где были сделаны эти снимки, «ржавчина» плотно покрывала стволы сосны именно вдоль дороги, по которой ездит транспорт, а в глубине леса сосновые стволы были привычного цвета.
Фото © Евгения Правдолюбова, Виноградово, Московская область, 22 апреля 2018 года.
Создаем эффект ржавчины на различных поверхностях
В последнее годы обретает все большую популярность ржавый цвет. Добиться такой расцветки можно одним из двух способов: имитировать ржавление или же заржавить металл естественным образом. О том, как сделать ржавчину различными способами, пойдет речь ниже.
Натуральная ржавчина
В данной статье не берется в расчет естественное ржавление металла, которое постепенно происходит с ним под действием окружающей среды. Ускорить появление натуральной ржавчины можно путем химической реакции, которая вызовет коррозию металла.
Прежде всего, нужно убедиться, что металл, который нужно заржавить, подвержен коррозии. Ржавлению подвержены металлы с содержанием железа. Однако многие материалы устойчивы к появлению ржавчины, например, нержавейка или хромовые сплавы. Хорошо поддаются коррозии кованое железо и чугун.
Медно-кислотный раствор
Раствор уксуса и отбеливателя
Данная методика лучше всего подходит для металлов на основе железа или олова. Обязательное условие: поверхность не должна быть прогрунтованной или покрытой герметиком.
Другие способы
Выше перечислены наиболее распространенные методы ускорения коррозийных процессов. Однако существуют и другие способы.
Ржавление с помощью перекиси водорода и соли:
Ржавление с помощью перекиси водорода и уксуса:
Ржавление с помощью лимонного сока и соли:
Имитация ржавчины
Для того, чтобы получить эффект ржавчины необязательно портить материал. Можно имитировать ржавление. Причем придать заржавленный вид можно как металлу, так и другим материалам, в частности древесине.
Краска под ржавчину
Ржавый оттенок образуется смешением красного, желтого и коричневого пигментов. Также можно добавить немного синего — это позволит придать покрытию яркости и глубины.
Существует природный пигмент, который без всякого смешивания разных цветов дает возможность получить ржавый оттенок. Называется этот пигмент — охра (другое название — сурик железный), которая представляет собой смесь глины и гидрата окиси железа.
Природная охра не является самостоятельным видом красок. Это лишь компонент, который в том или ином количестве добавляется в лакокрасочные материалы (краски, эмали) и грунтовки. Помимо этого компонента, в красках присутствуют и другие вещества.
Пигмент отличается следующими характеристиками:
Эффект ржавчины придаст любому изделию совершенно уникальный, неповторимый вид. Причем сделать все это можно своими руками. Главное в процессе работы – соблюдать технологический процесс и придерживаться защитных мер, так как во многих случаях придется работать с небезопасными для здоровья химикатами.
Как выглядит ржавчина под микроскопом
В журнале Nature опубликован очень подробный обзор, характеризующих особенности строения и жизненный цикл SARS-CoV2, механизмы инфицирования и избегания своевременного иммунного ответа, обозначены потенциальные мишени для создания противовирусных препаратов. Также представлены результаты компьютерного моделирования строения вируса и механизмов проникновения в клетку.
Особенностью данного вируса является наличие очень большого количества гликанов на поверхности спайк-протеина, маскирующих его от иммунной системы человека. Поэтому на первом этапе заболевания вирус подобен «волку в овечьей шкуре» и остается невидим для иммунной системы. В дальнейшем, когда вирус уже размножился, иммунный ответ может развиться даже избыточно, что, по-видимому, лежит в основе тяжелого течения заболевания.
В S2- субъединице спайк-протеина есть три участка, делающих «ножку» спайк-протеина гибкой, что позволяет ей «искать» рецепторы на клетках хозяина более эффективно. Такая структура довольно редка для вирусов, обычно аналогичные «шипики» на поверхности вириона ригидны (такова, например, ситуация у вируса гриппа).
Важной частью спайк-протеина является RBD-домен, функцией которого является связь с рецептором ACE2 на поверхности клетки-хозяина. У SARS-CoV2 эта связь в 2-4 раза сильнее, чем у вируса SARS. Во время взаимодействия с рецептором этот домен «выдвигается» из-за двух маскирующих его молекул гликанов. Исследования in vitro показали, что мутации в этих двух гликанах могут полностью нарушать процессы проникновения вируса в клетку. Для эффективного взаимодействия RDB и ACE2 предпочтительна более «высокая» позиция этого домена на остальными структурами. У альфа варианта вируса найдено 10 дополнительных мутаций, приводящих RBD – домен в более «высокое» положение, а у дельта вируса – еще 3 мутации.
Попав в клетку, вирус подавляет экспрессию генов клетки-хозяина, в том числе – образование интерферонов, сигнализирующих о вирусной инфекции. Для ковидной инфекции типична очень низкая концентрация интерферонов в крови.
В дальнейшем может происходить формирование синцитиев из клеток легочной ткани. Считается, что синцитии позволяют дольше и эффективнее вырабатывать вирусные белки. Такой тип агрессии типичен для персистирующих вирусов – например, ВИЧ. SARS-CoV2 индуцирует даже формирование синцитиев клеток респираторного эпителия с лимфоцитами, что мешает нормальному иммунному ответу. Такой тип «маскировки» от иммунитета типичен для опухолей, а не вирусов.
В дальнейшем перестраивается эндоплазматический ретикулум с формированием шарообразных двухмембранных структур, в которых происходит активный синтез белков вируса. Выход вирионов наружу осуществляется в лизосомах, формирующихся в комлексе Гольджи, путем экзоцитоза. Считается, что молекулярные механизмы, ответственные за описанные процессы, могут быть мишенями для противовирусной терапии.
В месте соединения S1 и S2 субъединиц спайк-протеина есть зона, которая способна связывать и быть расщепленной фурином – протеазой клетки-хозяина, содержащейся в лизосомах. Такое предварительное расщепление значительно упрощает в дальнейшем взаимодействие с трансмембранной протеазой TMPRSS2 и значительно увеличивает проникновение вирусной частицы в следующую клетку. Для вируса SARS показано, что порядка 10% вирусных частиц на выходе из клетки – хозяина связано с фурином. У вируса SARS-CoV2 в соответствующем локусе, отвечающем за связь с фурином, идентифицированы мутации. Как следствие, до 50% вирионов альфа-разновидности SARS-CoV2, выходящих из клетки-хозяина, связаны с фурином, а в случае дельта-вируса – до 90%, что, по-видимому, и объясняет более агрессивное распространение этого варианта вируса. Есть данные, что у пациентов с дельта-формой в тканях легких и носоглотки содержание вирионов достоверно выше, чем у носителей альфа-формы.
По материалам: Megan Scudellari. How the coronavirus infects cells — and why Delta is so dangerous. Nature 595, 640-644 (2021). doi: