На земле встречаются разнообразные живые организмы. Большие и не очень, сложные и простейшие. За одними человек может наблюдать невооруженным глазом, для исследования других требуется специальное оборудование. Любое живое существо состоит из клеток – миллионов, миллиардов клеток.

Инфузория-туфелька — один из простейших одноклеточных организмов. Лучшим ответом на вопрос, что это такое, будет представление окружности или любой другой замкнутой фигуры. Ограничивающий контур — стенки клетки или клеточные мембраны, внутри контура находится все необходимое для жизнедеятельности организма….

Почему туфелька?

Инфузории бывают разных размеров, но большинство их невидимы невооруженным глазом. Своим названием этот организм обязан внешнему виду. Клетки бывают довольно подвижными и даже могут менять свою форму. У инфузории-туфельки таких возможностей нет.

Мембрана всегда неподвижна, и вся клетка напоминает подошву обуви. Существо постоянно в движении. Достигается это посредством ресничек, покрывающих его внешнюю поверхность.

Все они движутся синхронно, с одинаковой частотой и силой. Интересно, что плавает туфелька тупым концом вперед, а особенности строения и направление движения заставляют ее вращаться вокруг продольной оси.

Внешний вид инфузории туфельки

За свое сходство с подошвой женской обуви этот вид инфузорий приобрел второе название – «туфелька». Форма этого одноклеточного организма постоянна и не меняется с ростом или другими факторами. Все тело покрыто мельчайшими ресничками, похожими на жгутики эвглены. Удивительно, но этих ресничек на каждой особи насчитывается около 10 тысяч! С их помощью клетка передвигается в воде и захватывает пищу.

Инфузория туфелька, строение которой так знакомо по учебникам биологии, не видна невооруженным глазом. Инфузории представляют собой мельчайшие одноклеточные организмы, но при большом скоплении их можно увидеть и без увеличительных приборов. В мутной воде они будут выглядеть как продолговатые белые точки, находящиеся в постоянном движении.

Где живет инфузория?

Проживают инфузории в водоемах и очень часто становятся пищей для рыб и других обитателей морей и океанов. Основная среда обитания туфельки — пресные водоемы со стоячей водой. Питанием служат водоросли и бактерии. Встретить ее можно и в домашних аквариумах. Волнообразное движение ресничек позволяет ей передвигаться со скоростью до 2 мм/с.

Направление движения может меняться двумя способами:

• изгиб самой клетки — обычный вариант,
• столкновение с каким-то препятствием.

В последнем случае туфелька может развернуться на 180 градусов. Реснички туфельки помогают ей не только в передвижении. Они отвечают также за питание, создавая ток жидкости в направлении ротового отверстия инфузории. Часть ресничек прогоняет бактерии вдоль тела инфузории. Часть, склеенная в более сложные формы, помогает «заглатывать» еду. Ротовое отверстие, или клеточный рот, инфузории находится примерно посередине вогнутой части.

Внимание! Разводят туфельку и искусственным путём. Опытные аквариумисты знают, что идеальным кормом для мальков рыб является именно инфузория-туфелька. Более того, среди новорожденных существуют привереды, которые, кроме нее, ничем не питаются. На множестве интернет-проектов, посвященных аквариумистике, люди рассказывают о способах ее разведения.

Особенности питания

Класс инфузории-туфельки считается одним из наиболее прожорливых. Процесс питания у них прекращается лишь во время размножения. Ротовое отверстие у этих микроорганизмов всегда открыто. Поэтому поток пищевых частиц, которые попадают в рот, практически не прерывается.

Во время движения реснички создают вокруг тела инфузории постоянный ток воды. С ним пища попадает через ротовое отверстие в глотку и скапливается на ее дне. Вместе с незначительным количеством воды пищевые частицы отходят от дна глотки и переходят в цитоплазму. При этом образуется пищеварительная вакуоль. Отделившись от глотки, она на протяжении часа проделывает по телу инфузории определенный путь.

Сначала вакуоль перемещается в сторону задней части тела. После этого, описав небольшую дугу, начинает движение к переднему краю. Затем вакуоль начинает перемещаться по периферии тела.

Завершается переработка пищи в теле данных микроорганизмов в определенном месте. Именно там непереваренные остатки выходят наружу. Этим различаются между собой такие микроорганизмы, как инфузория-туфелька, эвглена зеленая, амеба. У первой из них есть точно определенное место, в котором происходит процесс выделения. Это так называемая брюшная стенка. А вот, например, у амебы процесс дефекации может проходить в любом месте.

Дыхание и выделение

Отдельных органов, ответственных за данные функции, инфузория не имеет. Дыхание происходит всей поверхностью тела инфузории-туфельки. Кислород, поступая через цитоплазму клетки, расщепляет пищу на воду, углекислый газ, а также ряд других соединений.

Процесс сопровождается высвобождением энергии, необходимой существу для поддержания жизни. Второй функцией дыхания является вывод углекислого газа. Он так же как и кислород может выходить через всю поверхность тела инфузории.

Остальные вещества выводятся в пару специальных полостей, расположенные в разных концах туфельки. Их называют вакуоли. В процессе расщепления сложных органических веществ они наполняются водой с продуктами распада. В момент достижения критического наполнения вакуоль перемещается к поверхности тела и опустошается. Таким образом, выделения выводятся из организма инфузории-туфельки.

В спокойном положении вакуоли расположены в передней (у «каблука») и задней («пальцы») частях клетки инфузории. Ученые вычислили что вакуоли, попеременно сокращаясь, способны за час выбросить объем воды, примерно равный самому размеру клетки.

Способы размножения

Все процессы жизнедеятельности определяет среда обитания инфузории-туфельки. Размножение не является исключением. Так, при комфортной температуре клетки инфузорий делятся надвое. Этот процесс начинается с дробления ядра. Каждая из дочерних клеток получает только часть органелл, а недостающие восстанавливаются.

При понижении температуры воды или недостатке пищи, инфузории переходят к половому процессу. Он называется конъюгация. При этом две инфузории сближаются между собой, между ними формируется цитоплазматический мостик. По нему происходит обмен генетической информацией. В результате количество особей не изменяется. Значение этого процесса заключается в обновлении наследственного материала, что значительно увеличивает адаптационную способность организмов.

Водная среда обитания инфузории-туфельки обеспечивает необходимые условия для осуществления всех процессов ее жизнедеятельности: активного движения, гетеротрофного питания, аэробного дыхания и различных видов размножения.

Химия жизни

Инфузория является первоклассным химиком. Двигаясь вперед, она находит пропитание по незаметным изменениям состава воды. В месте большого скопления бактерий химический состав несколько изменяется, что позволяет инфузории-туфельке безошибочно находить себе пропитание.

Хоть туфелька и живет в стоячих водах, поедая бактерии и водоросли, она очищает водоем. В таких местах вода всегда чиста и прозрачна, ведь первыми загрязнителями естественных водоемов являются именно бактерии и споры водорослей — лучший корм для инфузорий.

Инфузории-туфельки очень разборчивы. Идеальная среда обитания должна быть пресной. Важным факторов их размножения является большое количество органических остатков, бактерий и мелких водорослей. Если последних мало, инфузории стараются уйти из такого места. Ощутив неблагоприятные условия, инфузории также постараются переместиться.

К плохим условиям для процессов, способствующих их проживанию, относятся похолодание, появление в воде примесей соли, а также недостаток света. Проявление любого из указанных свойств заставит инфузории переместиться – из менее освещенных слоев жидкости на поверхность, из соленого места в более чистое, пресное. Если же температура приближается к нулю, то инфузории мигрируют.

Важно! Владельцам рыбных хозяйств нужно понимать, что туфелька — стартовый корм для мальков. Если в водоеме планируется разводить рыбу, нужно позаботиться и создать инфузориям благоприятные условия для размножения.

Функции ядер

Микронуклеус содержит полный геном, с его генов почти не считываются мРНК и, следовательно, его гены не экспрессируются. При созревании макронуклеуса происходят сложные перестройки генома, именно с генов, содержащихся в этом ядре, считываются почти все мРНК; следовательно, именно макронуклеус «управляет» синтезом всех белков в клетке.

Микронуклеус содержит полный геном, с его генов почти не считываются мРНК и, следовательно, его гены не экспрессируются. При созревании макронуклеуса происходят сложные перестройки генома, именно с генов, содержащихся в этом ядре, считываются почти все мРНК; следовательно, именно макронуклеус «управляет» синтезом всех белков в клетке.

Миграции

При ухудшении условий для жизнедеятельности инфузории могут перебраться на новое место обитания. Процесс состоит из нескольких этапов:

1. Сотни тысяч туфелек собираются группками.
2. Каждая собирается в правильный шарик.
3. Многоклеточная особь переносится на новое место
4. На новом месте распадается на отдельные существа.

Перемещаться инфузории могут ветром или «пассажирами» на птицах и животных. Для шарика, в виде которого инфузории путешествуют, ученые придумали название — циста.

Может быть и другой вариант — инфузории впадают в «спячку». Группы не собираются, а отдельные существа создают собственные панцири-цисты, в которых могут находиться, пока условия не станут благоприятными.

Чем питается?

Рацион питания инфузории-туфельки состоит из бактерий и микроводорослей, которые содержатся в большом количестве в мутной застоявшейся воде. Питание происходит с помощью клеточного рта, по кругу которого расположены реснички. С их помощью микроорганизм может с легкостью захватывать как можно больше еды в рот. Изо рта пища проходит по клеточной глотке, попадая в вакуоли, в которых и происходит процесс пищеварения. Он может происходить в нескольких вакуолях сразу, и может длиться более часа.

Инфузория туфелька может питаться непрерывно, особенно когда температура воды более 17 градусов, прерываясь только для размножения.

Хищники

Есть у простейших свои охотники и свои жертвы. В роли последних чаще всего оказываются именно туфельки. На противоположном конце находятся особые виды инфузорий. Люди нашли два вида охотников:

• бурсария,
• дилептус.

Первая в несколько раз больше инфузории-туфельки. Ее размеры могут достигать 1 мм. Выглядит она, как рыболовная верша — воронка. В узком конце находится рот. Инфузория гоняется за туфельками, передвигаясь резкими размашистыми движениями.

Настигнув жертву, она замирает и пытается «пообедать». Дается ей это не так легко. Она обладает длинными ротовыми ресницами, которые загоняют туфельку в рот. Та отчаянно пытается вырваться. Часто довольно успешно.

Но если туфелька попала с током воды внутрь глотки, бурсария может праздновать победу, выбраться обратно инфузория-туфелька просто не успеет. Протоплазма бурсарии сжимается, умерщвляя добычу, после чего та переваривается.

Передвигаясь неспешными движениями, на туфелек может охотиться и дилептус — другой хищник. В отличие от бурсарии, которая просто хватает добычу ртом, одноклеточная инфузория дилептус действует хитрее. Имея длинный хобот, снабженный стрекательными иглами, инфузория использует его для умерщвления добычи. Им наносятся удары оказавшимся по соседству инфузориям, а уколы парализуют жертву. Далее начинается трапеза. Дилептус открывает широко растягивающийся рот и заглатывает добычу, которая может оказаться больше его размером.

Амеба

«Путь от амебы к человеку кажется некоторым очевидным прогрессом, но неизвестно, согласна ли с этим мнением амеба»

Бертран Рассел, британский философ

Амеба — пресноводный представитель класса корненожки. В отличие от многих простейших, она не имеет постоянной формы тела. Ее единственная клетка все время трансформируется. Передвигается амеба при помощи ложноножек.

Ложноножки служат еще и для захвата пищи — бактерий, одноклеточных водорослей и некоторых простейших собратьев амебы. Обхватив жертву ложноножками, амеба как бы заглатывает ее. Добыча оказывается в цитоплазме, где вокруг нее образуется пищеварительная вакуоль. Под влиянием пищеварительного сока, поступающего из цитоплазмы, пища переваривается. Питательные вещества проникают в цитоплазму, а непереваренные остатки выбрасываются.

АМЕБА — ПРОТЕЙ

Амебу впервые описал и нарисовал немецкий натуралист Иоганн Рёзель фон Розенхоф. Он назвал ее Протеем — в честь древнегреческого бога, меняющего внешность, когда заблагорассудится. С тех пор «амеба» — символ чего-то простого, безыскусного и недалекого.

Размножается амеба делением. Ядро делится надвое, обе половинки его расходятся, между ними образуется перетяжка. Затем из одной материнской клетки возникают две дочерние клетки. После завершения процесса деления они продолжают жить самостоятельно, независимо друг от друга.

Срок жизни туфельки

Выше были описаны два самых частых охотника. Но ответ на вопрос, сколько живут инфузории, зависит не только от количества желающих ими пообедать. Свое влияние оказывает и способ размножения (бесполое или половое), и среда обитания, и отсутствие или изменение качества питания. В обычной благоприятной среде инфузории-туфельки размножаются простым делением. Такой вариант назван бесполым. Но возможность такого размножения должна ограничиваться определенным количеством раз, в противном случае инфузория погибнет.

С другой стороны, половое размножение бывает только при серьезных угрозах жизни — резком похолодании или отсутствии пищи. Учитывая все варианты, срок жизни инфузории варьируется от нескольких дней до одного месяца.

Инфузория туфелька (Paramecium caudatum).

Бесполое размножение инфузории туфельки

Класс Ресничные инфузории (Ciliata)

Инфузория-туфелька, трубач, сувойки, балантидий

Инфузория-туфелька (Paramecium caudatum) (рис. 1А) обитает в пресных водоемах. В состав клеточной оболочки входит гибкая тонкая пелликула, придающая телу постоянную форму. Под пелликулой располагается прозрачный слой эктоплазмы, в котором находятся опорные фибриллы, базальные тельца ресничек и трихоцисты. Трихоцисты – мелкие округлые органоиды, которые под действием раздражителя выбрасывают тонкие остроконечные нити. Трихоцисты являются органоидами защиты и нападения. Все тело покрыто ресничками. На боковой поверхности тела располагается углубление – перистом (околоротовая воронка). На дне перистома – цитостом (клеточный рот), переходящий в цитофаринкс (клеточную глотку). Цитофаринкс погружен в эндоплазму. Питается инфузория-туфелька бактериями, водорослями, взвешенными частицами органического вещества. Ресничный аппарат околоротовой воронки направляет пищевую частицу через цитостом в цитофаринкс.

В эндоплазме эта пищевая частица упаковывается в мембрану, под которую многочисленные лизосомы «изливают» свои ферменты: формируется пищеварительная вакуоль. Пищеварительная вакуоль не остается на месте, а, попадая в токи эндоплазмы, совершает довольно сложный путь, называемый циклозом пищеварительной вакуоли. В начале циклоза в вакуолях кислая среда, в конце – щелочная. Непереваренные остатки выбрасываются наружу через цитопрокт (анальную пору, порошицу). Механизм выброса гомологичен экзоцитозу.

Инфузория-туфелька имеет две сократительные вакуоли, каждая из которых состоит из резервуара и 5–7 приводящих каналов. Вначале заполняются жидкостью приводящие каналы, из них содержимое выталкивается в резервуар, далее – из резервуара через выделительную пору наружу.

В эндоплазме располагаются один микронуклеус и один макронуклеус. Макронуклеус – крупный бобовидный – регулирует жизнедеятельность клетки, является полиплоидным. Микронуклеус – мелкий диплоидный – контролирует процесс размножения. В отличие от макронуклеусов, в микронуклеусах не происходит синтез РНК.

рис. 1. Ресничные инфузории. А — инфузория-туфелька, Б — трубач: 1 — перистом, 2 — цитостом, 3 — цитофаринкс, 4 — пищеварительная вакуоль, 5 — макронуклеус, 6 — микронуклеус, 7 — резервуар сократительной вакуоли,8 — приводящие каналы сократительной вакуоли, 9 — реснички, 10 — трихоцисты, 11 — цитопрокт.

При наступлении неблагоприятных условий инфузории-туфельки преобразуются в цисты.

Размножение – бесполое (поперечное деление клетки надвое), которое чередуется с половым процессом. В последнее время ряд авторов называют этот половой процесс, встречающийся только у инфузорий, примитивной формой полового размножения типа конъюгации. При бесполом размножении микронуклеус делится митозом, макронуклеус – амитозом. Конъюгация инфузорий-туфелек – сложный процесс, продолжающийся несколько часов. В конъюгации можно выделить следующие этапы (рис. 2).

рис. 2. Конъюгация у инфузории- туфельки.

1. Соединение двух инфузорий (конъюгантов) друг с другом перистомальными областями с образованием в месте контакта цитоплазматического мостика, соединяющего обе инфузории.
2. Демонтаж макронуклеусов, деление микронуклеусов мейозом с образованием четырех гаплоидных ядер.
3. Разрушение трех гаплоидных ядер, деление четвертого митозом. Из двух образовавшихся гаплоидных ядер, одно останется на месте, второе переместится по цитоплазматическому мостику в другую инфузорию. Первое ядро условно называют женским, второе – мужским.
4. Обмен мужскими ядрами, следствием которого является перекомбинация генетической информации.
5. Слияние мужского и женского ядер собразованием диплоидного синкариона, расхождение инфузорий. После расхождения инфузории называют эксконъюгантами.
6. Деление синкариона три раза митозом, образование восьми диплоидных ядер, из которых четыре являются микронуклеусами, четыре – будущими макронуклеусами.
7. Демонтаж трех микронуклеусов, образование инфузории с пятью ядрами: одно – микронуклеус (диплоидный), четыре – макронуклеусы, тоже диплоидные.
8. Деление каждого из эксконъюгантов надвое, причем генеративные ядра делятся митозом, а макронуклеусы расходятся попарно в дочерние клетки. Образование четырех дочерних инфузорий, каждая из которых имеет один микронуклеус и два макронуклеуса.
9. Деление каждой из четырех дочерних инфузорий надвое, вновь микронуклеусы делятся митозом, а макронуклеусы расходятся в дочерние инфузории. В итоге из одной материнской инфузории образуются четыре дочерних инфузории, в каждой из которых один макронуклеус и один микронуклеус. Микронуклеус остается диплоидным. Макронуклеус становится полиплоидным, поскольку перед каждым из расхождений в нем реплицируется ДНК.

рис. 3. Автогамия у инфузории- туфельки.

При длительном бесполом размножении, в результате амитотического деления макронуклеуса (произвольное распределение ДНК) может нарушиться жизнедеятельность инфузории. Для восстановления нормального набора хромосом и, следовательно, нормальной жизнедеятельности происходит процесс, называемый автогамией (рис. 3). Автогамию можно разделить на следующие стадии.

1. Демонтаж макронуклеуса, деление микронуклеуса митозом три раза с образованием восьми гаплоидных ядер.
2. Демонтаж шести гаплоидных ядер. Слияние двух оставшихся ядер с образованием диплоидного синкариона.
3. Деление синкариона, два ядра становятся микронуклеусами, два – макронуклеусами.
4. Деление инфузории с образованием двух особей, каждая из которых имеет нормальный микронуклеус и макронуклеус.

Трубач (Stentor polymorphus) обитает в пресных водоемах. Имеет характерную воронковидную форму тела (рис. 1Б). Может свободно плавать, может прикрепляться задним узким концом тела к субстрату, выпуская короткие псевдоподии. На переднем конце тела, расширенном в виде раструба, находится перистомальное поле. Тело трубача покрыто мелкими ресничками. По наружному краю перистомального поля проходят мембранеллы, образованные за счет слияния ряда ресничек. Трубач имеет одну сократительную вакуоль, состоящую из резервуара и двух приводящих каналов.

В эндоплазме вдоль тела располагается длинный четко видный макронуклеус, рядом с макронуклеусом – несколько микронуклеусов.

Сувойки (Vorticella sp.) – обитатели пресных водоемов. Держатся группами. От заднего конца тела отходит длинный тонкий стебелек, которым сувойка прикрепляется к растениям, раковинам моллюсков и пр. Стебелек способен резко скручиваться спиралью. Реснички у сувоек располагаются только вокруг ротовой воронки двумя рядами, образуя левозакрученную двойную спираль. Сувойки имеют одну сократительную вакуоль без приводящих каналов, один подкововидный макронуклеус, один микронуклеус.

рис. 4. Сувойки: 1 — начало деления, 2 — отделение «бродяжки», 3 — «бродяжка», 4 — конъюгация.

рис. 5. Балантидий (Balantidium coli)

Размножение – бесполое, чередующееся с конъюгацией. В результате бесполого размножения образуются свободноплавающие «бродяжки» (рис. 4). «Бродяжки» обеспечивают расселение сувоек. Поплавав некоторое время, «бродяжки» опускаются на субстрат и формируют стебелек. Конъюгация – анизогамная: один из конъюгантов – сувойка со стебельком, второй конъюгант – «бродяжка».

Балантидий (Balantidium coli) (рис. 5) паразитирует в толстом кишечнике человека и свиней. У человека вызывает тяжелое заболевание – балантидиоз. Инвазионной стадией являются цисты, которые могут находиться на немытых овощах, фруктах, грязных руках, в некипяченой воде. Балантидий может обитать в кишечнике, не вызывая патологических изменений (цистоносительство). В ряде случаев балантидии внедряются в стенку кишечника, в местах внедрения образуются глубокие кровоточащие язвы. Для балантидиоза характерны кровавый понос и боли в кишечнике. Основные источники инвазии – свиньи, зараженные балантидиями.

►