К типу простейших относятся животные, древние формы которых были прародителями всего многообразного животного мира. В связи с этим изучение простейших имеет большое значение для понимания эволюции животного мира. В рассматриваемый тип входит до 40 000 видов. Простейшие широко распространены на нашей планете и обитают в различных средах - в морях и океанах, пресных водах, а некоторые виды - в почве. Многие простейшие приспособились к обитанию в теле других организмов - растений, животных, человека. Все они выполняют различные функции: активно участвуют в круговороте веществ, очищают воду от бактерий и гниющих органических веществ, влияют на почвообразовательные процессы, служат пищей для более крупных беспозвоночных. Многие морские одноклеточные имеют твердые минеральные скелеты. На протяжении десятков миллионов лет микроскопические скелеты умерших животных опускались на дно образовывая там мощные залежи известняков, мела, зеленого песчаника. Скелеты некоторых простейших используются в практике геологоразведочных работ для определения нефтеносных слоев.
Простейшие - микроскопически малые животные различной формы, размеры которых колеблются от 2-3 до 50-150 мкм и даже до 1-3 мм. Наиболее крупные представители этого типа, например раковинные корненожки, обитающие в полярных морях у берегов России, и ископаемые нуммулиты достигают в диаметре 2-3 см.
Тело простейших, состоит из тех же компонентов, что и клетка многоклеточных - наружной мембраны, цитоплазмы, ядра и органоидов и при этом морфологически соответствует одной клетке. В силу этого простейших нередко называют одноклеточными животными (Monocytozoa). Однако в физиологическом отношении они не могут приравниваться к отдельным клеткам многоклеточных (Metazoa), так как их тело выполняет все функции, свойственные многоклеточным животным. Единственная клетка, которая представляет собой организм простейших, передвигается, захватывает пищу, размножается, защищается от врагов, т. е. обладает всеми свойствами целого организма и физиологически ему соответствует. Поэтому в настоящее время простейших называют организмами на клеточном уровне или "неклеточными" организмами.
Ядро является обязательной составной частью тела простейших. Обычно имеется одно ядро. Однако существуют и многоядерные формы. У инфузорий постоянно присутствуют два ядра: крупное вегетативное - макронуклеус и мелкое генеративное - микронуклеус. Ядро регулирует процессы жизнедеятельности и играет важную роль в размножении и передаче наследственных свойств потомству.
Большую часть тела простейшего составляет протоплазма. Под микроскопом в ней можно различить наружный плотный, прозрачный, гомогенный (однородный) слой - эктоплазму и расположенную внутри обычно зернистую эндоплазму более жидкой консистенции. Протоплазма служит основным субстратом жизнедеятельности.
Поверхность эктоплазмы у большинства форм представлена тонкой эластичной оболочкой - пелликулой (лат. pellicula - шкурка), состоящей из белков и жироподобных веществ. Обладая свойством полупроницаемое, оболочка регулирует поступление веществ из внешней среды (вода, соли, кислород и т. п.). Пелликула является частью живой протоплазмы. У некоторых видов на поверхности тела (пелликулы) развивается толстая оболочка - кутикула (лат. cuticula - кожица), играющая защитную и опорную роль. Кутикула не обладает свойствами живой протоплазмы.
В эндоплазме кроме ядра находятся органоиды общего назначения - митохондрии, эндоплазматическая сеть, сетчатый аппарат и др. Кроме того, в соответствии с функциями, присущими целому организму, простейшие имеют органоиды специального назначения, осуществляющие функции передвижения, питания, выделения, защиты и др.
Органоиды специального назначения
В связи с питанием, выделением, движением и другими функциями в теле простейших обособляются отдельные участки протоплазмы, выполняющие определенные жизненные функции одноклеточных как самостоятельных организмов. Эти участки получили общее название органоидов, или органелл. У простейших выделяют органоиды специального назначения в соответствии с функциями, в отличие от любых других клеток, имеющих органоиды общего значения (митохондрии, центросомы, рибосомы и др.)
Органоиды питания имеют различное строение. В зависимости от типа ассимиляции и способа питания простейших разделяют на несколько групп (рис. 1).
Первую группу составляют аутотрофные простейшие. Они питаются наподобие зеленых растений, поглощая из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли (голофитное питание). Органоидами ассимиляции у них служат хроматофоры, содержащие хлорофилл. На солнечном свету с их участием синтезируются углеводы. Аутотрофные простейшие не нуждаются в готовых органических веществах. Они синтезируют углеводы, жиры и белки из неорганических веществ.
Вторую группу составляют гетеротрофные простейшие, не имеющие хлорофилла. Они могут использовать в пищу только готовые органические вещества. Большинство из них питается бактериями, водорослями, простейшими. Такой способ питания называется голозойным (животным). При этом пища переваривается в особых органоидах - пищеварительных вакуолях, имеющих вид пузырька. Вакуоли образуются в протоплазме вокруг проглоченной пищевой частицы. Если пищи много, в теле простейшего одновременно возникает несколько вакуолей. Переваривание пищи происходит при участии пищеварительных соков, поступающих из протоплазмы. У многих простейших имеются органоиды, служащие для поступления в их тело пищевых частиц и выбрасывания непереваренных остатков пищи наружу. К ним относятся клеточный рот - цитостом, клеточная глотка - цитофаринкс и анальная пора.
Органоиды выделения . У большинства пресноводных видов существуют особые пульсирующие вакуоли. Они имеют вид пузырьков, к которым из протоплазмы подходит система канальцев. Пульсирующие вакуоли постепенно наполняются жидкостью, после чего, быстро сокращаясь, выбрасывают жидкость наружу. Таким путем простейшие освобождаются от избытка воды, которая при жизни в условиях пресноводного водоема по закону осмоса [показать] все время поступает в их тело. Если воду не удалять, то произойдет набухание и гибель простейшего.
Явление осмоса состоит в следующем: если два раствора с разной концентрацией разделены полупроницаемой мембраной, то растворитель (вода) переходит из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.
Органоидами движения у простейших (рис. 2) служат:
- псевдоподии или ложноножки (греч. pseudos - ложный, podos - нога), представляющие собой временные протоплазматические выступы; возникают у амебы на любом месте ее тела. Движение осуществляется за счет тока протоплазмы, которая постепенно переливается в одну из псевдоподий; при этом противоположный конец тела укорачивается.
- жгутики (или бичи) - постоянные органоиды, имеющие вид длинных протоплазматических нитей, начинающихся обычно на переднем конце; Они производят винтообразные движения.
- реснички - постоянные органоиды, представляющие собой многочисленные короткие протоплазматические нити. Их движения состоят из быстрых взмахов в одном направлении и медленного последующего выпрямления.
Движение тесно связано с раздражимостью и часто служит внешним ее проявлением. Раздражимостью называется способность организма отвечать на воздействие внешней и внутренней среды определенными активными реакциями.
Простейшие обладают раздражимостью. На действие различных механических, световых, химических или других раздражителей внешней среды они отвечают направленным движением, получившим название таксис (греч. taxis - расположение в порядке). Различают таксисы, направленные либо в сторону раздражителя, либо от него, а в зависимости от раздражителей выделяют термо-, фото-, гидро, хемо-, гальванотаксисы и т.д. Одна из форм движения, характерная для таксиса - амебоидные движения, связанные с деформацией клетки образованием выпячиваний протоплазмы в виде псевдоподий. В образовании псевдоподий проявляется свойство протоплазмы переходить из состояния геля в золь и обратно. Мерцательные движения осуществляются жгутиками и ресничками.
У некоторых видов для восприятия раздражителей существуют особые органоиды. К их числу относятся светочувствительные глазки, осязательные щетинки и т. п.
В теле простейших встречаются скелетные образования. Наружный скелет нередко представлен известковыми или кремневыми раковинками. Из внутренних скелетных образований следует упомянуть особый осевой стержень - аксостиль (геч. acson - ось, stylos - палочка).
Органоиды защиты . У некоторых простейших имеются защитные приспособления - трихоцисты - короткие палочки, расположенные в эктоплазме под пелликулой. При раздражении трихоцисты выстреливают, превращаясь в длинную упругую нить, поражающую врага или добычу.
Размножение
Простейшие размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение встречается как в виде деления на две части, так и в виде множественного деления (рис. 3).
В виде деления на две части начинается с деления клеточного ядра. При этом ядерные структуры равномерно-распределяются между двумя вновь образующимися ядрами (митоз). Вслед за ядром делится протоплазма, после чего две вновь возникшие дочерние особи начинают самостоятельную жизнь.
У большинства простейших протекает в виде копуляции, у инфузорий - в виде конъюгации (рис. 4).
При копуляции (лат. copulare - соединять) две особи подходят друг к другу, их протоплазма и ядра сливаются, образуя одну особь - зиготу, которая затем размножается бесполым путем.
Конъюгация (лат. conjagatio -- сопряжение, совокупление) - форма полового размножения, характерная для инфузорий. При конъюгации две инфузории прикладываются друг к другу своим телом. Их ядра подвергаются сложной перестройке. Макронуклеусы обоих партнеров разрушаются и исчезают. Микронуклеусы после двукратного деления и разрушения части ядерного материала образуют в каждой инфузории стационарное и блуждающее ядро. Первое остается на месте, а второе, двигаясь, переходит в партнера, где сливается с его стационарным ядром. Затем партнеры расходятся, а их ядра после деления образуют микро- и макронуклеус. Конъюгация является своеобразным оплодотворением и связана с комбинированием наследственных факторов (генов) двух особей.
Инцистирование
Если инцистированная особь вновь попадает в благоприятные условия, происходит эксцистирование; животное покидает цисту, превращается в вегетативную форму и возобновляет активную жизнедеятельность. Инцистирование патогенных простейших играет важную роль в распространении протозойных заболеваний.
Жизненный цикл
В жизненном цикле некоторых простейших происходит чередование морфологически различных форм. Отличают вегетативные, половые и инцистированные формы. Первые характеризуются активным питанием и ростом. Обычно они размножаются бесполым путем. Вторые представлены микро- и макрогаметами. Их появление предшествует половому процессу. Инцистированные формы (цисты) характеризуются устойчивостью к действию неблагоприятных условий среды.
Классификация
Деление типа простейших на классы базируется в основном на строении органоидов движения и особенностях размножения. Общепринятой является классификация, согласно которой все простейшие делятся на 4 класса.
Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).
Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).
Строение ограноидов эукариотов.
|
Название органоида |
Строение органоида |
Функции органоида |
|---|---|---|
|
Цитоплазма |
Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру. |
|
|
Рибосомы |
Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров. |
Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот. |
|
Митохондрии |
Органоиды, имеющие самую разнообразную форму - от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами. |
|
|
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) |
Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая. |
|
|
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов: |
Двухмембранные органоиды |
|
|
Лейкопласты |
Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений. |
Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ. |
|
Хлоропласты |
Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл. |
Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца. |
|
Хромопласты |
Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин. |
Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской. |
|
Лизосомы |
Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри - комплекс ферментов. |
Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки. |
|
Комплекс Гольджи |
Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах. |
|
|
Клеточный центр |
Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей - двух маленьких телец. |
Выполняет важную функцию для деления клетки. |
|
Клеточные включения |
Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки. |
Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки. |
|
Органоиды движения |
Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки). |
Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц. |
Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим
В средней части тела спорозоита имеется круглое отверстие, микропиле. Известно, что после проникновения спорозоита в клетку позвоночного хозяина он немедленно округляется, что трудно объяснить, учитывая плотность его пелликулы. Garnham с сотрудниками (1963) предположили, что цитоплазма спорозоита с ядром в этот момент выходит через микропиле, из оболочки.
Установлено сходство в строении спорозоитов и мерозоитов; у кровяных трофозоитов описано образование, подобное микропиле, выполняющее, возможно, роль цитостома (Aikawa, 1966).
Переваривание и усвоение пищи у простейших происходит в пищеварительных вакуолях - пузырьках, залегающих во внутреннем слое цитоплазмы. Пищей простейшим могут служить как оформленные частицы (в том числе и различные живые организмы), так и растворенные в окружающей среде вещества. Поглощение оформленных частиц осуществляется посредством Фагоцитоза. Захват их у саркодовых происходят в любой точке поверхности.
Однако у значительной части простейших для этого процесса специализируется какой-либо один из участков тела: образуется углубление - клеточный рот цитостом. Особенно сложно устроен цнтостом инфузорий, у которых он может окружаться специальными органеллами - удлиненными ресничками и мембранеллами.
Поглощение растворенных питательных веществ осуществляется посредством захвата поверхностью цитоплазмы капелек окружающей среды. Образовавшиеся пузырьки проходят через клеточную мембрану, отшнуровываются от нее и перемещаются в цитоплазму. Этот процесс носит название пиноцитоза.
Основные органеллы простейших.
Покровы тела.
Форма тела, симметрия.
Форма тела простейших и его окраска чрезвычайно разнообразны и обусловлены конкретными условиями существования. Функционально передним концом жгутиконосца является тот, где прикрепляется жгутик.
От воздействия внешней среды все простейшие, независимо от типа их организации, защищены клеточными оболочками самого различного строения. Основной структурной единицей всех типов покровов у простейших служит цитоплазматическая мембрана. С внутренней стороны плазмалеммы обычно располагаются субмембранные микрофиламенты или микротрубочки.
Появление жгутиков в качестве локомоторного аппарата привело к появлению у жгутиконосцев относительно еще одного типа покровов - плотной пелликулы . Пелликула образуется за счёт уплотнения периферического слоя цитоплазмы и наличия в нем опорных фибрилл. Она укреплена выростами корешковой системы.
Следующий этап усложнения покровов - наружный скелет, образованный белковыми, целлюлозными и даже хитиновыми пластинками, известковыми, кремнеземными структурами, а также гликопро-теидными студенистыми выделениями у некоторых жгутиконосцев.
У некоторых простейших покровы разных типов усложняются появлением более или менее сложной скульптуры, то есть системы более или менее правильно расположенных углублений и выступов, которые образуют что-то вроде ребер жесткости (Opalinidomorpha), ʼʼармированныеʼʼ микротрубочками. Такие покровы называются складчатая или гребенчатая тубулемма.
Для инфузорий характерен кортекс . В состав кортекса входят: пелликула (образована мембраной и системой альвеол), под пелликулой находится белковый слой – эпиплазма и комплекс кинетосом.
К общеклеточным структурам относятся: цитоплазма, ядро, митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы, аппарат Гольджи, центриоль.
Ядро одно либо их несколько. Учитывая зависимость отчисла ядер простейшие подразделяются на моноэнергидных и полиэнергидных. Для инфузорий характерен ядерный дуализм: функции ядер (микронуклеуса и макронуклеуса) различаются.
Специальными органеллами клетки являются: сократительные и пищеварительные вакуоли, микрофиламенты (участвуют в процессах сокращения и в клеточном делении, образуют фибриллы), микротрубочки (основная функция формирование цитоскелета͵ принимают участие в делении клетки, в формировании ротового аппарата͵ удерживают в определенном положении органеллы), экструсомы (разнообразны по форме, в ответ на раздражение выбрасывают содержимое), порошица, стигма, жгутики и реснички.
Включениями являются: капельки жира, белковые кристаллы, симбиотические организмы.
Основные органеллы простейших. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Основные органеллы простейших." 2017, 2018.
Клетки могут перемещаться при помощи специализированных органоидов, к которым относятся реснички и жгутики. Реснички клеток всегда многочисленны (у простейших их количество исчисляется сотнями и тысячами), а длина составляет 10-15мкм. Жгутиков же чаще всего 1-8, длина их - 20-50мкм.
Строение и функции органоидов движения
Строение ресничек и жгутиков, как у растительных, так и животных клеток сходно. Под электронным микроскопом обнаружено, что реснички и жгутики это немембранные органоиды, состоящие из микротрубочек. Две из них располагаются в центре, а вокруг них по периферии лежат еще 9 пар микротрубочек. Вся эта структура покрыта цитоплазматической мембраной, являющейся продолжением клеточной мембраны.
Жгутики и реснички обеспечивают не только передвижение клеток в пространстве, но и перемещение различных веществ на поверхности клеток, а также попадание пищевых частиц в клетку. У основания ресничек и жгутиков находятся базальные тельца, которые тоже состоят из микротрубочек.
Предполагают, что базальные тельца являются центром формирования микротрубочек жгутиков и ресничек. Базальные тельца, в свою очередь, нередко происходят из клеточного центра.
Большое количество одноклеточных организмов и некоторые клетки многоклеточных не имеют специальных органоидов движения и передвигаются при помощи псевдоподий (ложноножек), которое получило название амебоидного. В основе его лежит движение молекул особых белков, называемых сократимыми.
Особенности движения простейших
Одноклеточные организмы также способны передвигаться (инфузория туфелька, эвглена зеленая, амеба обыкновенная). Для перемещения в толще воды каждая особь наделена специфическими органоидами. У простейших такими органоидами являются реснички, жгутики, ложноножки.
Эвглена зелёная
Эвглена зелёная - представитель простейших из класса жгутиковых. Тело эвглены веретенообразной формы, удлиненное с заостренным концом. Органоиды движения эвглены зеленой представлены жгутиком, который находится на тупом конце. Жгутики - это тонкие выросты тела, число которых варьирует от одного до десятков.
Механизм движения при помощи жгутика отличается у разных видов. В основном это вращение в виде конуса, вершина которого обращена к телу. Перемещение наиболее эффективно при достижении углом вершины конуса 45°. Скорость колеблется в пределах от 10 до 40 оборотов за секунду. Часто наблюдается помимо вращательного движения жгутика, также его волнообразные покачивания.
Такой характер движения свойствен для одножгутиковых видов. У многожгутиковых нередко жгутики располагаются в одной плоскости и не формируют конуса вращения.
Микроскопическое строение жгутиков довольно сложное. Они окружены тонкой оболочкой, которая является продолжением наружного слоя эктоплазмы - пелликулы. Внутреннее пространство жгутика заполнено цитоплазмой и продольно расположенными нитями - фибриллами.
Периферически расположенные фибриллы отвечают за осуществление движения, а центральные выполняют опорную функцию.
Инфузория туфелька
Передвигается инфузория туфелька за счет ресничек, осуществляя ими волнообразные движения. Направляется вперед тупым концом.
Реснички двигаются в одной плоскости и делают прямой удар после полного выпрямления, а возвратный - в выгнутом положении. Удары идут последовательно один за другим с небольшой задержкой. Во время плаванья, инфузория осуществляет вращательные движения вокруг продольной оси.
Перемещается туфелька со скоростью до 2,5мм/c. Направленность меняется за счёт перегибов тела. Если на пути будет преграда, то после столкновения инфузория начинает двигаться в противоположную сторону.
Все реснички инфузорииимеют сходное строение с жгутиками эвглены зеленой. Ресничка у основания образует базальное зерно, которое играет важную роль в механизме движения организма.
У некоторых инфузорий реснички соединяются между собой и таким образом позволяют развить большую скорость.
Инфузории относятся к высокоорганизованным простейшим и свою двигательную активность они осуществляют с помощью сокращений. Форма тела простейшего может меняться, а после возвращаться в прежнее состояние. Быстрые сократительные движения возможны благодаря наличию особых волокон - мионем.
Амеба обыкновенная
Амеба - простейшее довольно крупных размеров (до 0,5мм). Форма тела полиподиальная, обусловлена наличием множественных псевдоподий - это выросты с внутренней циркуляцией цитоплазмы.
У амебы обыкновенной псевдоподии еще называют ложноножками. Направляя ложноножки в разные стороны, амёба развивает скорость в 0,2 мм/минуту.
К органоидам движения простейших не относятся цитоплазма, ядро, вакуоли, рибосомы, лизосомы, ЭПР, Аппарат Гольджи.
