Fungi - Kinrui

Japanese: 菌類 - きんるい

A group of organisms that make up the kingdom fungi, alongside the kingdoms plant and animal.

Changes in the view of fungi

The first fungi that ancient humans saw were large mushrooms. It was only after the invention of the microscope that they were able to see tiny fungi. Mushrooms and molds were considered to be the same type, since their bodies are made of minute thread-like hyphae. When the classification of living things began to be based on a simple animal-plant dichotomy, mushrooms and molds were included in the plant category because they do not move like animals. These fungi do not have chlorophyll, which is found in other plants. Slime molds such as Dictyostelium purpurea do not have hyphae, but they also do not have chlorophyll, so they are classified as molds. These fungi were thought to be lower plants in which the chlorophyll has degenerated, and non-flowering cryptogams. Meanwhile, bacteria emerged as a possible cause of decay and disease. These were also classified as lower cryptogams, but were treated as a separate group of organisms from the fungi mentioned above. Thus, fungi and bacteria occupied a position in the plant kingdom for a long time, but now, based on considerations of the origin and evolution of life, comparisons of nutrition, body structure, and reproduction methods of living organisms, and the structure of ecosystems, bacteria and fungi, that is, prokaryotic and eukaryotic fungi, are now considered to be fungi that constitute a kingdom separate from the plant kingdom.

[Hironori Terakawa]

Fungal Ecology

There are fungi all over the earth that are suited to their environment. Some live in deserts, while others grow on glass, absorbing moisture from the air and traces of organic matter. Generally, they grow at temperatures between 10 and 40 degrees Celsius, but some fungi can grow on snow and ice at -10 degrees Celsius, and in hot springs at 100 degrees Celsius. Some bacteria live in highly alkaline lakes, highly acidic hot springs, and salt water with a concentration of 30%. Others grow thousands of meters underground at 600 atmospheres, and on the ocean floor at more than 1000 atmospheres. A very small proportion of bacteria do not require organic matter, but the rest live on living organisms and their products, as well as organic matter in the process of decomposition, and are found in abundance on the surface of the earth. More than 3 billion bacteria live in one gram of fertile soil, and the total length of the mycelium in one gram of forest soil can reach 10 kilometers. Some live in soil or water as saprophytes, some as parasites causing disease or killing living organisms, and some as symbiotic organisms supporting the life of their hosts. Fungi reproduce by binary fission or by spores.

[Hironori Terakawa]

The unique nutritional method of fungi

The basis of living things is the method of nutrition to survive, and their systems have evolved in the direction of making this as effective as possible. Plants get their nutrition through photosynthesis and absorption, while animals get their nutrition through digestion and absorption, whereas fungi only absorb. Absorption has a history of over 3 billion years. The prokaryotic primitive organisms that were born as a result of chemical evolution in the waters of the early Earth lived and evolved by absorbing the primitive organic matter dissolved in the surrounding water. Fungi inherited this function of absorption, and later evolved from prokaryotic to eukaryotic. During the prokaryotic period, the mechanism of photosynthesis developed in addition to absorption, giving rise to the first plants (cyanophytes). Separately, from the eukaryotic organisms that performed absorption, the ancestors of animals (protozoa) that added the mechanism of digestion were born. Some bacteria have a variety of exceptional nutritional methods, but these are noteworthy as vestiges that show the evolutionary path of such primitive nutritional methods. The differences in the characteristic nutritional methods of plants, animals, and fungi are important when considering the structure of the Earth's ecosystem.

[Hironori Terakawa]

Fungi as reducers

The group of organisms that flourished in the water for about 3 billion years eventually expanded their habitat onto land, and the marine ecosystem rapidly developed into a terrestrial ecosystem, integrating with the land. This ecosystem is a material circulation system consisting of the following three groups: Plants are important producers that create organic matter from inorganic matter (especially carbon dioxide) through photosynthesis. This organic matter is used by animals and fungi, with animals acting as consumers first and then assisting the fungi in their work. Fungi are important reducers that release enzymes from their bodies to break down and absorb complex organic matter, then turn it into inorganic matter. Most of the carbon dioxide required by plants comes from the reducing action of fungi. Living organisms are the targets of this fungal work. The first step is biodegradation, and the parasitic fungi that perform this are prokaryotic fungi in animals and eukaryotic fungi in plants. When an organism dies, the corpse is decomposed by various saprophytic fungi. Thus, diseases caused by fungi, fermentation, decay, and decay are phenomena that accompany the decomposition of organic matter, and represent an important part of the material circulation that takes place on a global scale.

[Hironori Terakawa]

Fungal morphology

Living organisms were originally unicellular, but evolved intracellular structures to make their nutritional methods more effective, and then further evolved into multicellular organisms. Whereas plants live with spread leaves and animals move around, fungi have adapted to a life form that burrows into a substrate. Thus, fungi no longer need the complex forms of plants and animals, and even those that have evolved from unicellular organisms still have thread-like hyphae, or mycelium, which are branched hyphae. If the environment is good, mycelium can continue to grow indefinitely in a substrate.

Using this vegetative system as a foundation, animals, plants and fungi have evolved their own characteristic reproductive systems, that is, structures for reproduction. In terrestrial fungi, mycelial tissue develops to form large mushrooms, which reproduce by producing many spores. This combination of complex reproductive systems and simple vegetative systems is not seen anywhere else. Also, while animals and plants have developed hermaphroditism, fungi have developed a mating system using incompatibility factors.

[Hironori Terakawa]

Prokaryotic fungi

Prokaryotic fungi are tiny fungi that belong to the subkingdom Prokaryote, and do not have a membrane-bound nucleus or mitochondria (mitochondrial cells) inside their cells. They are distributed widely across the globe, living as saprophytes or on the surfaces or inside of animal and plant bodies. Some are pathogenic, but many are symbiotic. In particular, in almost all animals that feed on trees and grass, symbiotic bacteria in the digestive tract break down the cellulose. In plants, rhizosphere fungi and other rhizobium are found. Some also parasitize or live symbiotically with other fungi. The majority of fungi survive by breaking down organic matter, and at the same time, they play a role in the global circulation of important elements. This subkingdom is broadly divided into the following five phyla. Viruses are not included here, as they are considered to be quasi-living organisms.

(1) Mycoplasmas: This is the smallest group of prokaryotic fungi, and is about the size of a large virus. However, unlike viruses, they have two types of nucleic acid, just like other fungi. They are single-celled organisms without cell walls, and come in a variety of shapes. Many of them parasitize animals and plants. The most notable of these is bovine pleuropneumonia, which parasitizes the lungs of cattle and spreads rapidly.

(2) Bacteria are single-celled organisms whose cell walls consist of peptidoglycan (a general term for compounds in which a peptide chain is bound to a polysaccharide chain). They are spherical or slightly elongated, and generally measure around 1 micrometer (1/1000 of a millimeter). Some have bacterial flagella for movement. They usually grow by division, and are distributed over a wide area. Some are parasitic, but most are saprophytic, and perform aerobic respiration or fermentation. A few have special nutritional methods.

(3) Myxobacteria: Cylindrical single-celled bodies surrounded by a layer of mucus instead of a cell wall, and perform gliding movements. They live underground or in water, some live on land as saprophytes on plants and animal droppings, and some decompose other bacterial cells. They grow by binary fission and form colonies to move about. Each cell later develops a thick wall and becomes a dormant spore, but in many cases the colony first forms a minute fruiting body, which is a red, yellow or brown sphere or ovoid, and several hundred spores are surrounded by a common membrane.

(4) Spirochetes: A slender, spiral-shaped, single-celled organism with a flexible cell wall that periodically bends and extends. It has no flagella. Some can reach lengths of several hundred micrometers. They multiply by binary fission. Some live in the human mouth and are non-pathogenic, living as saprophytes in mud or sewage.

(5) Actinomycetes: They have cell walls made of peptidoglycan and are non-motile. Although unicellular organisms such as Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae tend to branch slightly, most others have branched filamentous mycelium. These hyphae are generally tubular, less than 1 micrometer wide, and grow by producing spores. The majority of them are saprophytic underground, and Streptomyces in particular play a major role in protein degradation.

[Hironori Terakawa]

Eukaryotic fungi

Eukaryotic fungi are fungi belonging to the subkingdom Eukaryomycota; their cells are larger than those of prokaryotic fungi and contain a membrane-enclosed nucleus and mitochondria. They are widely distributed across the globe, and some are saprophytic, while others are parasitic or symbiotic. All live on living organisms and their products as sources of nutrition and energy, and therefore, together with prokaryotic fungi, they play an important role in the global circulation of important elements. Eukaryotic fungi are broadly divided into the following nine phyla, based on a comprehensive comparison of their organization and reproductive methods.

(1) Myxomycetes Most of them live in soil, lack cell walls, and move in an amoeboid manner. Some are unicellular with one nucleus (myxomycete amoebae), but generally are polynucleated with many nuclei (plasmodia). Large plasmodia turn into fruiting bodies less than a few centimeters in size, and spores form on or inside the fruiting bodies. Zoospores that develop from spores have two tail-like flagella, one long and one short, at the anterior end of the body.

(2) Cellular slime molds These are slime mold amoebae that mostly live in soil, but they do not produce flagellated zoospores. Furthermore, they grow by binary fission and usually gather in large numbers to form colonies (pseudoplasmodia). When they stop moving, the cells pile up one on top of the other to form fruiting bodies consisting of stalks less than 2 mm high and chain-like spores at the end of them.

(3) Labyrinthules: They are parasitic or saprophytic on marine plants. A spindle-shaped unicellular organism or group of such organisms without cell walls is connected by fine tubular threads of cytoplasm to form a tiny reticulated pseudoplasmodial organism. The unicellular organism slides within the microscopic tubes and multiplies by dividing. These cells later become dormant spores. The zoospores that arise from the spores have a pair of one feathery flagellum and one caudal flagellum on the side of their body.

(4) Oomycetes: These fungi are generally parasitic or saprophytic on plants in water or on land. They have tubular mycelium with cellulosic cell walls and multiple nuclei, but grow by producing numerous zoospores of the same type as the Labyrinthulae. They also produce oospores as a result of a characteristic fusion.

(5) Chytrids: They are unicellular or root-like mycelia with chitinous cell walls, and are mostly parasitic in water, with hosts being algae, plankton, or other mycelium. Some are saprophytic. They reproduce by producing zoospores, which have a single feather-shaped flagellum at the anterior end of the body.

(6) Chytrids: A unicellular or tubular mycelium with a chitinous cell wall, with a single caudal flagellum at the rear end of the zoospore. They are found in a wide geographical distribution and are parasitic or saprophytic on various organisms. In particular, those with well-developed mycelium are noted as reducing agents in water and underground.

(7) Zygomycetes: They have developed tubular mycelium, and many of them reduce organic matter on land and reproduce by producing immotile spores. When they conjugate, they produce characteristic zygospores. Their cell walls are made of chitin, along with the Ascomycetes and Basidiomycetes below.

(8) Ascomycetes Generally, they develop multicellular mycelium and reproduce by immotile spores. When they conjugate, they form characteristic asci and ascospores. A small number of them form mushrooms before that. They are widely distributed and are mainly powerful reducers of vegetable matter.

(9) Basidiomycetes: Multicellular mycelium that is parasitic, symbiotic or saprophytic, mainly on vegetable matter. They are important reducers, especially in forests. They fuse to form characteristic basidia and basidiospores, but many of them produce mushrooms before that.

[Hironori Terakawa]

Use of fungi

The decomposition of organic matter has been used to treat wastewater and sewage, to create compost and leaf mold, and to produce a variety of fermented foods. Other uses include the production of organic acids, alcohol, vitamins, growth promoters, antibiotics, and other medicines. Mushrooms are eaten, used medicinally, and are decorative, and are the subject of mushroom hunting. Many people love mushrooms and entrust their dreams to them. Mushrooms are also considered a symbol of immortality and longevity and messengers of happiness, and mushroom designs are used on everyday items, hobby items, and even stamps.

[Hironori Terakawa]

Classification of fungi
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Classification of fungi

Three basic types of fungal conjugation
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Three basic types of fungal conjugation

Flagellated zoospores
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Flagellated zoospores

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

植物界と動物界とに並ぶ菌界を構成する生物群。

菌類観の変遷

大昔の人間の目に最初に映った菌類は大形のキノコであった。微小な菌類をみたのは顕微鏡の発明後である。キノコやカビは、体が微細な糸状の菌糸でできているので、両者は同類と考えられた。生物の分類が単純な動植二分法で行われるようになってからは、キノコやカビは動物のようには動かないので植物類に含められた。これらの菌類には、他の植物にみられるクロロフィル（葉緑素）はない。ムラサキホコリカビのような変形菌類には菌糸はないが、クロロフィルもないのでカビの仲間入りをした。これらの菌類はクロロフィルが退化した下等植物であり、花の咲かない隠花植物であると考えられた。一方、腐敗や病気の原因として細菌類が浮かび上がった。これも下等な隠花植物の仲間入りをしたが、前記の菌類とは別の生物群として扱われた。こうして菌類と細菌類は植物界に長いこと地位を占めてきたが、現在では、生物の起源と進化の考察、生物の栄養法・体制・生殖法の比較、および生態系の仕組みなどからみて、細菌類と菌類、つまり原核菌類と真核菌類は、植物界とは別の菌界を構成する菌類と考えられるようになった。

［寺川博典］

菌類の生態

地球上の至る所に、その環境に適した菌類が分布している。砂漠にすむものもあり、空中の水分と微量の有機物を吸収してガラスなどの上で生育するカビもある。一般に生育温度は10～40℃であるが、菌によっては、零下10℃の氷雪上から100℃の温泉中まで生育し、その幅は広い。強アルカリ湖、あるいは強酸性温泉、濃度30％の塩水中で生きる細菌もある。また、600気圧の地下数千メートルの所や、1000気圧以上の海底で生育するものもある。細菌類のごく一部のものは有機物を必要としないが、その他の菌類は、生物体とその生産物や分解途中の有機物を栄養源・エネルギー源とする生活を営み、地球表層に多くすんでいる。肥えた土壌1グラム中には30億以上の細菌がすみ、森林土壌1グラム中の菌糸の合計の長さは10キロメートルにもなる。地中でも水中でも、腐生生活をするものもあり、生体に寄生して病気を生じたり殺したり、あるいは共生して宿主の生活を支えているものもある。菌類は、二分裂または胞子によって繁殖する。

［寺川博典］

菌類の特徴的栄養法

生物の基本は生きるための栄養法であり、それをすこしでも効果的にする方向へ体制が進化してきた。植物類の栄養法は光合成・吸収であり、動物類は消化・吸収であるのに対して、菌類は吸収のみを行う。吸収には三十数億年の歴史がある。原始地球の水中で化学進化の結果として誕生した原核性の原始生物群は、周りの水中に溶けている原始有機物を吸収して生活と進化を行った。この吸収という働きを受け継いできたのが菌類であり、のちに原核性から真核性へと進化した。その原核時代に、吸収に加えて光合成の仕組みが発達して最初の植物類（藍藻(らんそう)類）が生じた。それとは別に、吸収を行っていた真核性のものから、消化という仕組みが加わった動物類（原生動物）の祖先が生じた。細菌類の一部には例外的な種々の栄養法がみられるが、それらはこのような原始時代の栄養法の進化経路を示す名残(なごり)として注目される。植物類、動物類、菌類の特徴的栄養法の違いは、地球生態系の仕組みを考えるうえで重要である。

［寺川博典］

還元者としての菌類

30億年ほどをかけて水中で繁栄した生物群は、やがてその生活圏を陸上に広げ、海洋生態系は陸上と一体となって急速に地球生態系へと発展した。この生態系は、次のような三者による物質循環システムである。植物類は光合成によって無機物（とくに二酸化炭素）から有機物をつくる生産者として重要である。この有機物を動物類と菌類が利用するが、まず動物類は消費者となって、次の菌類の働きを助ける。菌類は酵素を体外に出して複雑な有機物を分解して吸収し、さらに無機物にする還元者として重要である。植物類が必要とする二酸化炭素の大半は菌類の還元作用による。生物体はこの菌類の働きの対象となる。その第一歩は生体分解であるが、これを行う寄生菌は、動物類では原核菌類、植物類では真核菌類が目だっている。生物が死ぬと、種々の腐生菌によって死体分解が行われる。こうして、菌類による病気、発酵・腐敗・腐朽などは、有機物の分解に伴う現象であって、地球規模で行われる物質循環の重要な部分を示すものである。

［寺川博典］

菌類の形態

生物はもともと単細胞体であったが、それぞれの栄養法を効果的にする方向へ細胞内構造の進化を行い、さらに多細胞体への進化を行ってきた。植物類が葉を広げて生活し、動物類が動いて生活するのに対して、菌類は基物に潜って生活する体制となった。こうして菌類では動植物類のような複雑な形態は無用となり、単細胞体から進んだものでも、その本体は糸状の菌糸であり、菌糸が枝分れした菌糸体である。環境がよければ、菌糸体は基物中で無限に成長を続けられる。

　このような栄養体の体制を土台にして、動物、植物、菌は、それぞれ特徴のある生殖体、つまり繁殖のための構造が進化した。陸上の菌類では、菌糸組織が発達して大形のキノコを形成し、たくさんの胞子を生じて繁殖する。このような複雑な生殖体と簡単な栄養体という組合せは、ほかではみられない。また、動植物類では雌雄性が発達したが、菌類では不和合因子による交配系が発達した。

［寺川博典］

原核菌類

原核菌類は原核菌亜界に属する微小な菌類で、細胞内には膜で囲まれた核やミトコンドリア（糸粒体）がない。地球上に広く分布して腐生、あるいは動植物体の表面や内部にすんでいる。そのなかには病原菌もあるが、多くは共生的である。とくに、木や草を餌(えさ)とするほとんどすべての動物では、そのセルロースの分解を消化管内共生菌が行っている。植物類では根粒菌その他の根圏菌類がみられる。また、他の菌に寄生あるいは共生するものもある。大多数のものは有機物を分解することによって自らが生き、同時に重要元素の地球規模での循環に働いている。この菌亜界は次のような五つの菌門に大別される。なお、ウイルス類は準生物であるという考えから、ここには含めない。

(1)マイコプラズマ類　原核菌類中、最小の生物群で、大形ウイルスの大きさである。しかし、ウイルスと違って、他の菌類と同様に2種類の核酸をもっている。細胞壁のない単細胞体で、形はいろいろになる。多くのものが動植物類に寄生する。ウシの肺に寄生して急速に伝染する牛肺疫(ぎゅうはいえき)はもっとも古くから注目された。

(2)細菌類　単細胞体で、細胞壁成分はペプチドグリカン（多糖鎖にペプチド鎖が結合した化合物の総称）である。球形またはすこし細長く、一般に1マイクロメートル（1ミリメートルの1000分の1）前後である。細菌鞭毛(べんもう)があって運動するものもある。普通は分裂して増殖し、広範囲に分布している。寄生菌もあるが多くは腐生菌で、酸素呼吸または発酵を行う。少数のものには特殊栄養法がある。

(3)粘液細菌類　細胞壁のかわりに粘液層で包まれた円柱状の単細胞体で、滑走運動を行う。地中や水中にすみ、地上で植物体や動物類の糞(ふん)に腐生し、また他の細菌細胞を分解するものもある。二分裂によって増殖し、集団をつくって滑走する。のちに各細胞は厚壁を生じて休眠胞子になるが、多くのものではその前に集団が微小子実体を形成する。これは赤・黄・褐色の球ないし卵形で、数百の胞子が共通の膜で包まれている。

(4)スピロヘータ類　柔軟な細胞壁のある細長い螺旋(らせん)形の単細胞体で、周期的に屈伸運動を行う。鞭毛はない。長さが数百マイクロメートルに達するものもある。二分裂によって増殖する。水中の泥土や汚水中で腐生、あるいはヒトその他の動物類に病気を生じ、また、ヒトの口内にすんで病原性のないものもある。

(5)放線菌類　ペプチドグリカンを成分とする細胞壁があって、運動はしない。結核菌やライ菌の仲間の単細胞体のものにもすこし分岐する傾向があるが、その他の多くのものは分岐した糸状の菌糸体である。この菌糸は一般に幅が1マイクロメートル以下の管状で、胞子をつくって増殖する。その大多数のものが地中で腐生し、とくにストレプトミケス仲間はタンパク質分解の主役である。

［寺川博典］

真核菌類

真核菌類は真核菌亜界に属する菌類であって、その細胞は原核菌類の細胞よりも大きく、細胞内に膜で囲まれた核とミトコンドリアをもっている。地球上に広く分布して腐生、あるいは寄生・共生するものもある。すべてのものが生物体とその生産物を栄養源・エネルギー源として生活し、それに伴って、原核菌類とともに、重要元素の地球規模での循環に重要な役割を演じている。真核菌類は、体制と生殖法を総括的に比較することによって、次の九つの菌門に大別される。

(1)変形菌類　多くは土壌にすみ、細胞壁がなく、アメーバ運動を行う。1核をもつ単細胞体（粘菌アメーバ）の場合もあるが、一般には多数の核をもつ多核体（変形体）である。大きい変形体は数センチメートル以下の子実体に変わり、その表面か内部に胞子ができる。胞子から生じた遊走子には、長短2本の尾型鞭毛が体前端にある。

(2)細胞粘菌類　ほとんど土壌にすむ粘菌アメーバであるが、鞭毛のある遊走子は生じない。また、二分裂して増殖したものが普通は多数集まって集団（偽(ぎ)変形体）をつくる。これは移動後に停止すると、細胞が順次に積み重なって、2ミリメートル以下の高さの柄とその先の連鎖状胞子群からなる子実体を形成する。

(3)ラビリンチュラ類　海産植物類に寄生または腐生する。細胞壁のない紡錘形の単細胞体やその集団が、細胞質の微細な管状の糸で連絡して微小な網状偽変形体を形成する。単細胞体はこの微細管内を滑走し、分裂して増殖する。これらの細胞は、のちに休眠胞子となる。胞子から生じた遊走子の体側には、羽型鞭毛1本と尾型鞭毛1本の1組がついている。

(4)卵菌類(らんきんるい)　水中や陸上で一般に植物類に寄生または腐生している。セルロース質の細胞壁と多核をもつ管状菌糸体であるが、前のラビリンチュラ類と同型の遊走子を多数生じて増殖する。また、特徴的な接合の結果、卵胞子ができる。

(5)サカゲツボカビ類　キチン質細胞壁のある単細胞体ないし根状菌糸体で、多くは水中で寄生し、宿主は藻類、プランクトン、他の菌糸などである。腐生するものもある。遊走子を生じて繁殖するが、その体前端には1本の羽型鞭毛がある。

(6)ツボカビ類　キチン質細胞壁のある単細胞体または管状菌糸体で、遊走子には体後端に1本の尾型鞭毛がある。地理的分布が広く、いろいろの生物に寄生または腐生し、とくに菌糸体の発達しているものは水中・地中での還元者として注目される。

(7)接合菌類　管状菌糸体が発達し、多くは陸上で有機物の還元を行い、不動の胞子を生じて繁殖する。接合を行うと特徴的な接合胞子ができる。細胞壁は次の子嚢(しのう)菌類、担子菌類とともにキチン質である。

(8)子嚢菌類　一般に多細胞菌糸体が発達し、不動の胞子で繁殖する。接合すると特徴的な子嚢と子嚢胞子を形成する。その前に少数のものはキノコをつくる。分布は広く、おもに植物質を強力に還元する。

(9)担子菌類　多細胞菌糸体がおもに植物質に寄生、共生あるいは腐生する。とくに森林での重要な還元者である。接合して特徴的な担子器と担子胞子を形成するが、その前に多くのものがキノコをつくる。

［寺川博典］

菌類の利用

有機物分解作用を利用して汚水・汚物を処理し、堆肥(たいひ)・腐葉土をつくり、また各種の発酵食品がつくられてきた。そのほか、有機酸、アルコール、ビタミン、成長促進剤、抗生物質その他の医薬品の製造も行われる。キノコには食用、薬用、観賞用などがあり、キノコ狩りの対象となる。キノコを愛し、夢を託する人は多い。キノコはまた不老長寿の象徴とか幸福の使者とされ、キノコをデザインした生活用品、趣味用品、切手などもつくられる。

［寺川博典］