XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние плесени на живые организмы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Недавно я открыл банку варенья и сверху обнаружил «шапку» в виде плесени. Мама быстро убрала эту гадость и сказала: «Все, можешь кушать». Я задумался, стало ли варенье безопасным? Ведь со школьного курса биологии я усвоил, что на поверхности продукта мы видим часть гриба, а его грибница прорастает в продукт как в питательную среду.
Цель исследования: выявить влияние плесневого гриба на организм на примере личинок насекомых, бифидобактерий и прорастание семян.
Задачи исследования:
1. выяснить, что такое плесень, ее виды, свойства.
2. выявить влияние плесневого гриба на личинки восковой моли.
3. выявить влияние плесневого гриба на живые бифидобактерии.
4. выявить влияние плесневого гриба на прорастание семян кабачков, огурцов, помидор.
5. выявить влияние низкой температуры на рост и размножение плесени.
Предмет исследования: вредное действие плесени на организм на примере личинок насекомых, бифидобактерий и семян.
Объект исследования: плесень
Методы исследовательской работы: изучение литературы, проведение экспериментов, проведение опроса, наблюдение, анализ полученных результатов.
Гипотеза: я считаю, что употребление продуктов, пораженных плесенью, может навредить организму.
Актуальность: большинство людей не знает об опасности для здоровья человека, которая возникает при употреблении в пищу заплесневелых продуктов. Они могут вызывать серьезные заболевания, в том числе и смертельные. Моя работа – это наглядный образец того, как плесень может повлиять на живой организм. Возможно, многие, кто ознакомится с моей работой, откажутся от употребления продуктов, на которых ранеенаходилась плесень и тем самым избегут проблем со здоровьем. Ведь всем известно, что любую болезнь легче предупредить, чем лечить.
1. Теоретическая часть
1.1. Что такое плесень
Плесень появилась на Земле более 200 млн. лет назад. В медицинском словаре плесень – это любой многоклеточный волокнистый гриб, который образуется поверх разлагающегося или гниющего вещества.
Плесень относят к классу грибов, которых в природе насчитывается свыше 100 000 видов. Известно, что около 100 видов грибов опасны для людей и животных. Другие играют важную роль в экологической цепи: они участвуют в разложении органических веществ и их переработке, что служит удобрением для новых растений. Другие виды грибов сосуществуют с растениями в симбиозе, помогая им впитывать полезные вещества из почвы.
Плесень растет на камне, бетоне, краске, бумаге и коже – например, в ванной комнате и на книгах, на продуктах питания. Плесневые грибы распространены как в жилище человека, так и во внешней среде.
Плесень и ее споры вместе с другими микроорганизмами (вирусами, бактериями) обнаруживаются в воздухе любого помещения, как отдельно, в виде мелких частиц, так и в форме микровключений в пылевые частицы. И на улице, и в помещении количество спор подвержено сезонным колебаниям. Так, некоторые грибы образуют споры круглогодично – например, Penicillium. Другие, паразитирующие на растениях (такие, как Cladosporium, Alternaria), появляются весной, летом и осенью, а зимой исчезают.
Плесень – это особый мир.
Жители этого мира сходны по своим характеристикам с бактериями, растениями и животными.
И все-таки более близка плесень к растениям, не смотря на то, что по способу питания гетеротроф как животные и бактерии. Как и их родственники растения, грибки поглощают питательные вещества всей своей поверхностью, а не заглатывают, в отличие от животных. Причем если человек и животное должны сначала проглотить пищу, а затем переварить ее, у плесени все происходит наоборот. Если органические молекулы слишком велики или их состав очень сложен, плесень выделяет пищеварительные ферменты, которые расщепляют молекулы на более простые, легко усвояемые организмом соединения.
Плесень неприхотлива к пище. Для питания она использует готовые органические вещества, содержащие углерод (крахмал, сахар, глицерин) и азот. Не способна искать себе пропитание. Она сразу поселяется на самой пище. Питание происходит путем всасывания веществ, предварительно обработанных ферментами самих микроорганизмов.
С растениями плесень роднят и другие факторы: неподвижность, верхушечный рост, наличие клеточных стенок.
Однако в отличие от растений грибки не могут использовать солнечную энергию, питаться углекислым газом из воздуха и синтезировать органические молекулы, вещества из углекислого газа, как это делают растения. Напротив, плесень разрушает органическую материю, выделяя при этом в атмосферу углекислый газ, летучие вещества, эфирные масла и минеральные вещества, – что создает ее сходство с бактериями. Так же как бактерии, грибки имеют клеточное строение. Однако если в клетке бактерии мы не найдем ядра, то грибная клетка может иметь одно или несколько ядер.
Вместе с тем плесень проявляет и ряд черт, свойственных животным. Так же, как и животные, грибки употребляют готовые органические вещества в виде разнообразных растений и животных останков.
1.2. Виды плесени
Посинение, позеленение поверхностей, шелушение стен, черные точки на потолке свидетельствуют о присутствии плесени. Порой плесень имеет вид пленок, корочек, рыхлого или порошкообразного налета на испорченных пищевых продуктах, прелых листьях, на гнилой древесине.
Существуют различные виды плесени. Она может различаться по цвету, строению и влиянию на здоровье человека (Приложение 1).
Чёрная плесень пугает людей больше всего, так как она является более заметной на многих поверхностях.
Она выглядит как чёрные пятна небольших размеров. Чёрная плесень – это не один конкретный вид, а целая группа, так как такой цвет могут приобретать разнообразные штаммы на разных этапах развития. Также оттенок может зависеть и от поверхности, на которой грибок поселился. Может появляться на продуктах питания и на поверхностях при условии высокой влажности.
Зеленая плесень – род грибков из группы аскомицетов. Она тоже может считаться весьма распространённой. Её споры чаще всего обнаруживаются в почве или в самых разных органических материалах, например, в компосте.
Грибки выглядят как светло-зелёный налёт с неровной поверхностью. Нередко зелёная плесень поражает овощи и фрукты, а также другие продукты (особенно кисломолочные). Она довольно быстро развивается и почти сразу проникает вглубь тканей, тем самым заражая их полностью. Именно поэтому употребление испорченных фруктов может привести к серьёзным отравлениям. Нередко зелёная плесень обосновывается на строительных материалах (особенно на дереве) и начинает постепенно разрушать их. Зелёная плесень довольно прихотлива, так как любит повышенную влажность, а также относительное тепло. Оптимальная для размножения температура – это 20-25 градусов.
Розовая плесень представлена родом трихоцетий, который включает в себя около 70 различных видов грибков.
Она выглядит как светло-розовый матовый или слегка пушистый налёт. Чаще всего такие грибки безобидны и безопасны для людей, но всё же употреблять их в пищу не стоит. Данный вид в большинстве случаев поражает растительные остатки, а также продукты разложения или гниения, например, гниющие растения, испорченные овощи или фрукты, неправильно хранящиеся крупы и зёрна.
Белая плесень тоже распространена, но, как правило, опасений вызывает гораздо меньше. Действительно, она менее опасна.
Чаще всего белая плесень поражает почву (в том числе и ту, в которой обитают комнатные растения), деревья, различные растения, а также сыр и хлеб. Некоторые виды используются для изготовления благородных сыров. Грибки выглядят как белый налёт с множеством переплетений тончайших нитей.
Голубая плесень – это грибки синевы, которые чаще всего поражают дерево.
Некоторые виды используются для изготовления сыров. Такие грибки выглядят как голубой налёт. Для людей голубая плесень опасности не представляет.
Серая плесень относится к сапрофитным микрогрибам и очень опасна для людей. Выглядит она как серый налёт. Стоит отметить, что серая плесень может поражать как любые поверхности и материалы, так и продукты питания.
Виды плесени довольно многочисленны, но причины появления грибков одинаковые:
- Отсутствие вентиляции. Если имеет место быть недостаток свежего воздуха, то грибки быстро приживутся и начнут размножаться. Именно поэтому они чаще всего обитают в плохо проветриваемых помещениях, например, в ванных комнатах или погребах.
- Повышенная влажность. Это условие для размножения грибков является идеальным. И если влажность повышается до 90-95%, то плесень сразу начинает развиваться. Во влажном помещении на поверхностях образуется конденсат, который и провоцирует образование плесневого налёта.
- Перепады температур. Они приводят к образованию конденсата.
- Плохая герметизация. В этом случае влага проникает в помещение (или в упаковку с продуктами, например).
1.3 Свойства плесени
Грибы играют большую роль в жизни человека, и плесневые грибы не исключение. У плесени можно выделить как полезные, так и вредные свойства.
Полезные свойства плесени.
В 1928 году английский микробиолог Александер Флеминг случайно обнаружил антибактериальное свойство зелёной плесени. Эта плесень, названная Penicillium notatum, способна убивать бактерии, но безвредна для человека и животных. Это открытие положило начало производству пенициллина, который считается «самым действенным средством в современной медицине». В 1945 году Флеминг и его коллеги Хоуард Флори и Эрнст Чейн удостоились за свой труд Нобелевской премии в области медицины. С тех пор плесень стали применять для получения различных лекарственных препаратов, например, лекарств от мигрени, для лечения болезни Паркинсона и предотвращения образования тромбов.
Плесень также открыла двери в восхитительный мир вкуса. Взять, к примеру, сыр – бри, камамбер, голубой датский сыр, горгонцола, рокфор и стилтон, все они обязаны своим особенным вкусом некоторым видам плесени рода пенициллиум. То же самое можно сказать и о салями, соевом соусе и пиве.
Кроме того, плесень применяется в виноделии. Ягоды винограда, на которых образовалось нужное количество плесени, собирают в определённое время и используют в производстве элитных десертных вин. Плесень ботритис серый, или благородная плесень, повышает концентрацию сахара в виноградных ягодах, благодаря чему вкус вина становится более насыщенным. В винном погребе, где происходит процесс брожения, особая погребная плесень придаёт вину его окончательный вкус.
Вредные свойства плесени.
Помимо того, что микроскопический грибок способен уничтожать целые здания, он еще и ядовит для человеческого организма. В процессе роста он вырабатывает вещества, которые поражают легкие, кишечник, кожу. Их споры проникают в дыхательные пути и «оседают» внутри нас, открывая дорогу бактериям и вирусам. Аллергия – чуть ли не самое безобидное следствие проживания с плесенью в качестве соседа. Микроскопический грибок способен разрушать структуру ДНК и приводить к раковым заболеваниям.
Об опасных свойствах некоторых видов плесени известно уже давно. В VI веке до н.э. ассирийцы использовали древний вид биологического оружия – спорынью, с помощью которой они отравляли воду в колодцах своих врагов. В средние века той же самой плесенью, которая иногда появляется на колосьях ржи, вызывало у многих людей зуд, судороги, галлюцинации и гангрену. Эта болезнь, известная как эрготизм, называлась тогда «огонь святого Антония», так как многие, кто от неё страдал, совершали паломничество к гробнице святого Антония во Франции, надеясь на чудесное исцеление. Жители сельской местности, конечно, знают, что такое спорынья или рожки. В колосе ржи, а иногда и других злаков, среди обыкновенных, здоровых зерен попадаются зерна крупные, уродливые, действительно похожие на рожок темно-фиолетового цвета. Грибок, вызывающий эту болезнь, проникает в завязь цветка. Здесь его грибница сильно разрастается, образуя твердый, плотный рожок. Это и есть спорынья. Она ядовита. Семена от нее нужно очищать. Хлеб, испеченный из муки, содержащей значительное количество спорыньи, может вызывать тяжелую болезнь, которую называют «злые корчи», и даже смерть. Название болезни показывает, что яд спорыньи вызывает сильное сокращение мускулов (судороги), спорынью употребляют в медицине, но только по предписанию врача и в очень малых дозах.
По словам ученых, плесень и ее яд практически не выводятся из организма. Самой опасной, в данном случае, считается желтая плесень из рода аспергилл, которая «заводится» на молочных продуктах, рыбе и орехах. Она выделяет опасное вещество афлатоксин – это самое сильное канцерогенное вещество, которое выделяет плесень. Это опасное для жизни вещество использовалось в производстве современного биологического оружия.
Плесень способна выделять токсические вещества, которые могут нанести вред организму людей и животных. Действие плесени ощущается, когда её споры проникают через вдыхаемый воздух, через поверхность кожи или проглатываются вместе с пищей.
2. Практическая часть
2.1. Опрос детей и взрослых
Провел опрос детей и взрослых моей школы (Приложение 2), задавая вопрос: «Употребляете ли продукты, с которых предварительно была снята плесень?»
Самый популярный ответ (30 респондентов): да, я употребляю очищенные от плесени продукты.
Второе место: (25 респондентов): заплесневевшую пищу убираю в морозильник. После заморозки удаляю плесень с продукта и съедаю его.
Третье место: (20 респондентов): ни в коем случае не употребляю продукты, на которых ранее находилась плесень.
Из 20 респондентов, которые отрицательно ответили на мой вопрос, 12 человек оказались медикам. Заинтересовался, что же врачи знают такого о плесени, чего не знаем мы. Почему они однозначно отвечали, что продукты с плесенью и даже после очищения от плесени кушать нельзя? Для поиска ответа на этот вопрос я отправился в поликлинику и провел беседу с врачом.
2.2. Экскурсия в поликлинику, беседа с врачом
Врач рассказала мне, что заплесневевшая пища токсична, ее употребление может привести к тяжелому заболеванию печени. Продукты, в которых начинает размножаться любая плесень, становятся источниками микотоксинов и афлатоксинов (токсичные вещества природного происхождения). То есть плесень выделяет токсины, которые пропитывают продукт. Микотоксины практически не разлагаются при термической обработке – варка, жарка от них не избавляет. Эти токсины вызывают отравление. Афлатоксины – вызывают тяжелое заболевание печени, первичный рак. Это заболевание, к сожалению, пока очень плохо лечится, по факту оно смертельно (Приложение 3).
Так же врач пояснил, что большое количество афлатоксинов может скапливаться в зерновых и бобовых культурах. Опасно игнорировать плесень на горохе, фасоли, арахисе, кофе и какао.
Задав вопрос врачу, существует ли максимальная доза плесени, которая при употреблении человеком не навредит организму, я услышал такой ответ: Влияние плесени на организм человека зависит от состояния здоровья, хронических заболеваний и иммунитета. Для каждого человека такая доза является индивидуальной. Если человек ослаблен, то плесень, попавшая в организм, может мгновенно вызвать аллергическую реакцию и спровоцировать серьёзное заболевание. Здоровому же человеку, такая же доза плесени не навредит. Плесень пройдет через ЖКТ и естественным путем выйдет из организма.
2.3 Эксперимент влияние плесневого гриба на насекомого
Для начала, я запасся личинками восковой моли (Приложение 4). Большую восковую моль разводят в лабораторных условиях как модельный объект для физиологических и биохимических исследований. Затем, взял на анализ часть продукта (варенье), который был повержен плесенью. Воспользовавшись микроскопом, увидел гифы (нитевидное образование) гриба (Приложение 5). Основная функция гиф – поглощение воды и питательных веществ. Они выглядят не страшно и смутят не каждого. Гомогенизировал данный продукт, т.е. смешал варенье с плесенью до плотной однородной массы. Накормил получившейся смесью насекомое (образец №1) - личинку. Для контроля в эксперименте, образцу №2 я предложил чистый продукт (чистое варенье), а образцу №3 –воду (Приложение 6).
Прошли сутки. Образец №1, которого я накормил продуктом, поверженным плесенью - немного вялый, на покровах появились какие то пятна, новообразования. Остальные образцы активны и похоже, чувствуют себя не плохо (Приложение 7).
Прошло 2 дня. Образец №1 очень вялый, не проявляет активности, передвигается с трудом. Личинка приобрела темный цвет и внешне стала очень отличаться от образцов 2 и 3, которые активны и расползаются в разные стороны (Приложение 8).
Прошло 3 дня. Образец №1 перестал проявлять признаки жизни.
Я понял, что внешнего осмотра явно не достаточно. Токсикоз мог негативно подействовать на физиологию личинки. «Сердце» насекомого не билось. Кишечник – необычный. Он пуст. У личинок, которым в качестве контроля я давал чистый продукт и воду, он наполнен соответственно (Приложение 9).
Вывод: Возможно, метаболиты (вещества, подвергшиеся в процессе обмена веществ химическим превращениям) гриба подействовали именно на кишечник в большей степени. Например, они могли нарушить работу кишечной микробиоты (множество различных видов микроорганизмов, населяющих кишечник).
2.4 Эксперимент влияние токсинов гриба на живые бифидобактерии
В кишечнике человека живет множество различных микробов. К самым основным микроорганизмам, которые населяют наш кишечник, относятся: бифидобактерии, лактобактерии, стафилококки, бактероиды, кишечная палочка. Кишечная флора человека меняется со временем. Этому способствует диета, общее состояние здоровья. Неполадки с микрофлорой есть у абсолютного большинства людей, даже если мы о них не подозреваем. Антибиотики, консерванты в продуктах питания, стресс, неправильное питание, употребление алкоголя и другие вредные привычки, недостаток сна отражаются как на здоровье в целом, так и на микрофлоре в частности, ведь в организме всё взаимосвязано. Проблемы с пищеварением, лишний вес, частые простуды, раздражительность, упадок сил — все это симптомы того, что микрофлору нужно привести в порядок. Исследования показали, что некоторые коммерчески доступные штаммы бактерий из родов бифидобактерий и лактобактерий при приеме внутрь обладают лечебными действиями. Они нормализуют деятельность желудочно-кишечного тракта, улучшают обменные процессы, поддерживают здоровую микрофлору кишечного тракта, укрепляют иммунную систему. Их можно приобрести в аптеке.
Проверим, как плесень подействует на живые бифидобактерии. Приобрел сухие бактерии. Они находились в анабиозе, т.е. «спали». Им потребовалось не менее 6 часов, чтобы напитаться жидкостью и активироваться. Соблюдая все условия (оптимальная температура 36-40 градусов, отсутствие прямых солнечных лучей) я дождался, когда мои бифидобактерии проснуться. Бактерии активны, они перемещаются по предметному стеклу очень быстро. Добавил к ним гомогенизированное варенье с плесенью и стал наблюдать (Приложение 10).
Через 5 минут бифидобактерии замедлились, а через 15 минут остановили свое движение.
Бифидобактерии, которые в качестве контря в эксперименте, не смешивались с заплесневевшим продуктом оставались активными. Их цикл жизни остановился, лишь, когда вода испарилась. Это произошло через 6 часов с начала эксперимента.
Вывод: плесневые грибы отрицательно влияют на живые бифидобактерии, они способствуют их гибели.
2.5 Эксперимент влияние плесневого гриба на прорастание семян
Затем, я решил провести эксперимент, чтобы выяснить влияет ли плесневый гриб на рост и развитие некоторых семян. Ведь семена тоже относятся к живым организмам. Взял несколько семян кабачков, огурцов, и помидор, поместил их в чашки Петри на предварительно вымоченные водой ватные диски и оставил прорастать, поставив в теплое солнечное место (Приложение 11). После этого, для контроля в эксперименте, я добавил к таким же образцам семян, которые расположил во втором ряду гомогенизированную плесень, разбавленную водой. Стал наблюдать за происходящим. Спустя 3 дня семена кабачков и огурцов без плесени стали прорастать, а остальные семена были без изменений (Приложение 12). На 5-ые сутки проросли и семена помидор без плесени, а вот семена, в которые я добавил гомогенизированную плесень так и не проросли, зато плесенью покрылся весь ватный диск (Приложение 13). На 10 день в первом ряду я наблюдал уже сформированные ростки кабачков, огурцов и помидор, которые готовы к пересадки в грунт. А во втором ряду все семена оставались не проросшими (Приложение 14). Скорее всего, это произошло из-за выделяемых плесенью токсичных веществ, которые губительно влияют на живые организмы и способности плесени очень быстро размножаться.
Затем я вскрыл семена овощей, которые замачивал в плесени и увидел, что их внутренности полностью покрыты грибком (Приложение 15).
Проведя, этот простой эксперимент, я пришел к выводу: плесневые грибы негативно влияют на рост и развитие растений и возможно способствуют их гибели.
2.6. Эксперимент влияние низкой температуры на рост и размножение плесени
Когда я проводил опрос детей и взрослых моей школы, задавая вопрос: «Употребляете ли продукты, с которых предварительно была снята плесень?» многие взрослые люди отвечали, что заплесневевшую пищу убирают в морозильник. После тщательной заморозки удаляют плесень с продукта и затем съедают его. Такие ответы побудили меня провести еще один эксперимент. Я решил изучить, как же низкая температура влияет на рост и размножение плесени?
Разгерметизировал грушевое повило. Создал необходимые для роста грибов условия (температура 20-25 градусов, ежедневные перепады температуры). На 3 день повидло покрылось белыми ниточками. На 4 день я уже наблюдал хорошо просматриваемый гриб. На мой взгляд, я вырастил зеленую плесень. Этот грибок представляет собой грибок аскомицет (лат. Ascomycota). Его споры можно обнаружить где угодно: в грунте, компосте, на гладкой поверхности камня, хлебобулочных изделиях, на всех пищевых продуктах. Этот грибок при попадании во внутренние органы человека при хорошем иммунитете переваривается желудочным соком и выводится из организма. Но, в случае, если иммунитет человека ослаблен болезнью или общим истощением, споры плесени проникают в кровоток и могут вызвать тяжелые заболевания, например, бронхиальную астму, цирроз печени, злокачественные и доброкачественные новообразования (Приложение16).
Контейнер с заплесневевшим повидлом поместил в морозильник, выставил температуру -16 градусов. Выждал сутки. Достал повидло, снял замороженную плесень. Не создавая условий для роста грибов, я плотно закрыл контейнер и убрал в холодильник. Стал наблюдать. Ровно через сутки повидло вновь покрылось плесенью. Причем, плесенью была покрыта вся поверхность повидла (Приложение17).
Вывод: это говорит о том, что заморозка пагубно не влияет на плесень, не способствует остановке ее размножения. Плесень впадает в «спячку», а при наступлении необходимых для ее существования условий, она пробуждается, возобновляет свой рост и размножение.
Заключение
Проведя свое масштабное исследование, я пришел к выводам:
-
Все таки, лучше не есть варенье с плесенью и любые другие заплесневевшие продукты.
-
Я убедился, что на поверхности продукта мы видим часть гриба, а его грибница прорастает в продукт, как в питательную среду.
-
Попав в кишечник, плесень не погибает. Она продолжает свое существование и пагубно влияет на микрофлору. Это может привести к серьезным заболеваниям.
-
Также плесень негативно влияет на прорастание семян. Возможно, проникнув во внутрь семечки, плесень поглощает её полностью.
-
Заморозка заплесневевших продуктов не приводит к уничтожению плесени на них. При наступлении благоприятных условий, плесень возобновляет свой жизненный цикл. Поэтому, заплесневевшие продукты необходимо выбрасывать.
Список литературы
-
Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 2003.
-
Большаямедицинскаяэнциклопедия. М.: АСТ, Астрель, 2006. – 736 c.
-
Мел // Естествознание: Энциклопедический словарь / Сост. В.Д. Шолле. – М.: Большая российская энциклопедия, 2002. – 543 с.
-
Сайт: Wikipedia.ru
-
Сайт: Science-start.ru
-
Сайт: Postnauka.org
Приложения
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9
Приложение 10
Приложение 11
Приложение 12
Приложение 13
Приложение 14
Приложение 15
Приложение 16
Приложение 17