Інфузорії

У минулому уроці ви дізналися про представників саркожгутикових — ми розглянули їхню будову, властивості, роль життя людини. Сьогодні ми дізнаємося про найвищі організовані найпростіші. інфузорія. Поговоримо про їх будову, спосіб життя та значення в природі.

Різноманітність інфузорій

Якщо зачерпнути води зі стоячої водойми біля берега і подивитися на неї під мікроскопом, то відкриється дивовижна картина. Серед численних мікроскопічних істот обов'язково будуть екземпляри, які формою нагадують туфельку. Це - інфузорії.

Інфузорії - це складноорганізовані найпростіші розміром від 10 мк до 4,5 мм, які мешкають у прісних та солоних водоймах, вологих ґрунтах.

Туфельки - Не єдиний вид інфузорій. Вчені нараховують більше 7 тис. видів інфузорійякі відрізняються формою, способом життя і навіть харчуванням.

Антоні Ван Левенгук у 1676 році розглядав під мікроскопом настій сіна і побачив маленьких істот, яких він назвав «настійними» тваринами — латиною «інфузорії» (від слова «інфузум» — «настій»).

Класи інфузорій

Спосіб життя інфузорій

Більшість інфузорій мешкає в водоймах та активно плаваєнаприклад, інфузорія-туфелька. Стилоніхії віддають перевагу пересуватися кроком - по дну водойми, по водних рослин завдяки подовженим війкам на черевній стороні тіла.

Інфузорії сувої прикріплюються на дно, до різних предметів або до рослин довгими стеблами, які можуть коротшати у відповідь на подразнення. Багато сувої утворюють колонії.

Серед інфузорій зустрічаються і паразитиякі живуть в організмах інших живих істот У товстому кишечнику людини зустрічається інфузорія балантидій, що викликає захворювання, схоже на дизентерію.

Стилоніхія Сувойка Балантидій

Якщо умови погіршуються, наприклад температура опускається нижче 0 °C, інфузорії можуть утворювати цисти округлої форми. Цисти можуть поширюватися за допомогою вітру та живих організмів.

Будова інфузорій

Інфузорії - хоч і найпростіші, але влаштовані вони складніше, ніж амеби та евгени. Інфузорії покриті тонкою еластичною оболонкою, що зберігає постійну форму тіла.

Форма інфузорій відрізняється. У плаваючих вона зазвичай обтічна - туфельки, тетрахімени. Сидячі інфузорії мають форму лійки, дзвіночка або трубки - трубач, сувойка. Повзаючі види, наприклад, стилоніхія, характерна сплощена форма тіла.

На тілі хижих інфузорій, що смокчуть, розташована безліч виростів — смокчучих трубочок.

На поверхні тіла інфузорій, що відносяться до війного класу, розташовані війки, що коливаються. В основі кожної вії лежить базальне тільце. Основне призначення вій - рух і допомога в захопленні їжі.

Вії можуть покривати все тіло інфузорій, розташовуватися хаотично або рядами, вони можуть склеюватися, утворюючи пучки та мембрани.

Під еластичною оболонкою перпендикулярно поверхні тіла розташовані трихоцисти (Від грец.трихос – «волосся» і кистіс – «бульбашка»), які схожі на короткі палички.

У випадку небезпеки трихоцисти з силою викидаються назовні, перетворюючись на тонкі довгі пружні нитки, які вражають хижака, який нападає на інфузорію. Цікаво, що на місці зіпсованих трихоцистів виростають нові.

Органоїди інфузорії-туфельки

Властивості інфузорій

Рух

Інфузорії - рухливі найпростіші, які пересуваються завдяки ритмічному згинання та розгинання вій, рухи яких нагадують веслування. Коли інфузорія-туфелька пливе, вона повільно обертається навколо поздовжньої осі тіла.

Сидячі інфузорії, які прикріплюються до предметів за допомогою стеблинки, здатні вкорочувати його при небезпеці шляхом скорочення. Вони мають спеціальні розселювальні особини — «бродяжки», покриті віями і здатні до активного плавання.

«Бродяжки» утворюються при безстатевому розмноженні, коли одна дочірня особина відпливає від материнської колонії. Знайшовши відповідне місце, вона прикріплюється до поверхні, перетворюється на сидячу інфузорію та створює колонію.

Бродяжка сидячих інфузорій

Подразливість

У відповідь роздратування найпростіші переміщаються у просторі до джерела роздратування чи то з нього. Рух до подразника позитивний таксіс, від подразника негативний.

Дихання

Інфузорії не мають спеціального органу, який відповідає за дихання. Вони дихають, убираючи кисень покривами тіла.

Харчування

Харчуються війкові інфузорії через спеціальне поглиблення клітинний рот, який переходить у клітинну горлянку.Біля рота вії більш товсті та довгі. Вони допомагають заганяти в горлянку потік води з їжею.

Основна їжа більшості інфузорій бактерії, водорості і залишки живих організмів. Зустрічаються хижі інфузорії, наприклад, бурсарію, що мешкає в прісних водоймах і поїдає в тому числі інших інфузорій.

Опинившись на дні горлянки, їжа потрапляє у травну вакуолюде перетравлюється. Перетравлені речовини надходять у цитоплазму та використовуються для життєдіяльності найпростіших.

Сосучі інфузорії харчуються через трубочки, схожі на щупальця, якими вони засмоктують видобуток - пропливають повз найпростіші, у тому числі віїні інфузорії.

Як же інфузорія знаходить свою здобич?

Вся справа в особливих речовинах, що виділяють бактерії. Інфузорія вловлює їх і рухається до їжі.

Виділення

Для видалення з травної вакуолі неперетравлених залишків інфузорій утворилася в задньому кінці тіла особлива структура. порошиця.

Так як інфузорії поглинають їжу разом із водою, від надлишку води їм необхідно регулярно позбавлятися. Для цього вони мають дві скорочувальні вакуолі та 5–7 приводних каналів. Канали заповнюються рідиною, далі вона потрапляє до центрального резервуару і виводиться назовні через пору при скороченні резервуара.

Розмноження

Інфузорії розмножуються двома способами. безстатевим та статевим. Безстатеве розмноження відбувається, як правило, у сприятливих умовах середовища, а статеве — при настанні несприятливих умов існування.

Безстатеве розмноження інфузорій - це просте поділ клітини, що відбувається 1-2 рази на день. Спочатку обидва ядра (вегетативне та генеративне) діляться мітозом, а потім відбувається розподіл тіла.

У інфузорії-туфельки, бурсарії, стилоніхії клітина ділиться навпіл поперечному напрямі, а у сидячих видів, наприклад, сувій — у поздовжньому. Другий спосіб - утворення нирки на материнській клітині, куди переміщаються ядра, що утворилися в результаті мітозу.

Статевий процес інфузорій, або кон'югація, не призводить до збільшення кількості особин, а служить для підвищення генетичної різноманітності, щоб краще пристосовуватися до різних умов середовища.

Послідовність статевого розмноження:

1. Дві інфузорії зближуються, їх оболонки у місці зіткнення розчиняються, і між клітинами утворюється цитоплазматичний місток.
2. Малі ядра діляться двічі, виходить лише чотири ядра.
3. Три ядра гинуть, залишається по одному малому та одному великому ядру.
4. Мале ядро ​​ділиться ще раз - виходить знову два ядра.
5. Особи обмінюються малими ядрами, які в кожній клітині зливаються в одне.
6. Ядра діляться навпіл, одне з яких стає макронуклеосом, а інше - мікронуклеосом.

Частина органел теж ділиться, інші утворюються заново. Весь процес займає близько 12 години. Після цього через деякий час інфузорії приступають до активного безстатевого розмноження поділом.

Значення інфузорій у природі та житті людини

Інфузорії - мікроскопічні тварини, які входять до ланцюг живлення водних біоценозів. Вони харчуються бактеріями, іншими найпростішими, у тому числі водоростями, а самих їх поїдають водні безхребетні та мальки риб.

Ґрунтові інфузорії живляться бактеріями, у тому числі патогенними, регулюючи їх чисельність, та сприяють підвищенню родючості ґрунту.

Інфузорії-симбіонти, які живуть у шлунку копитних тварин, допомагають їм перетравлювати тверду рослинну їжу.

Інфузорії допомагають вченим-біологам.Їх спеціально розводять у лабораторних умовах, щоб фіксувати зміну рухливості, загибель та швидкість розмноження. У стійкому середовищі їх властивості стабільні, це дозволяє використовувати їх як тести.

Паразитичні інфузорії здатні викликати захворювання у тварин та людини. Наприклад, інфузорія іхтіофтиріус викликає у риб, у тому числі акваріумних, таке захворювання, як іхтіофтиріоз.

Інфузорії - корм для мальків Риба, хвора на їхтіофтиріоз

Часті питання

Вії інфузорії покриті органоїдами, схожими на вії. Вони дозволяють найпростішим пересуватися. У смокчучих інфузорій замість вій і рота є тонкі щупальця, якими вони всмоктують видобуток.

Інфузорії здатні до статевого розмноження (кон'югація), і безстатевого, шляхом розподілу (копуляція).

Інфузорії харчуються одноклітинними водоростями, бактеріями та навіть іншими інфузоріями.

Усі інфузорії роблять це, але все по-різному: вчені розшифрували механізми статевого процесу Paramecium

Статевий процес у інфузорій — унікальне явище у світі живих істот. Вони займаються сексом не заради розмноження чи задоволення, їхня мета — підвищити генетичну різноманітність. Вчені СПбДУ разом із колегами з Польщі та Франції досліджували статевий процес у п'яти видів інфузорій із групи Paramecium aurelia та змогли дізнатися, які саме генетичні механізми ховаються за цим феноменом. Результати опубліковані у престижному науковому журналі Genome Biology and Evolution.

Статевий процес є одним із найважливіших механізмів підтримки генетичної різноманітності живого. Поява системи статей виявилося найважливішим кроком в еволюції еукаріотів.Інфузорії — найвідоміші протисти зі складною системою «підлог» (типів спарювання). у кожного учасника формується однаковий диплоїдний геном. «статевому» ядрі (мікронуклеусі) і піддається масштабним перебудовам в соматичному ядрі (макронуклеусі), в якому практично не залишається некодирующей «сміттєвої» ДНК. стає більше, проте вони вже відрізняються від тих, які поєдналися в пару. генетично ідентичні, а по-друге, їх генотипи відрізняються від батьківських.

Якщо провести аналогію з людиною (у якої статевий процес також не завжди веде до розмноження), можна її уявити, ніби після акту любові обидва партнери ставали близнюками і при цьому одночасно перетворювалися на своїх власних дітей — по суті, перероджувалися.

Один із авторів дослідження, професор кафедри мікробіології СПбДУ кандидат біологічних наук Олексій Потєхін

Вчені кілька років досліджували особливості статевого процесу п'яти видів інфузорій-туфельок з роду Paramecium і з'ясовували, як забезпечується наявність двох «статей» у клітин, які не мають статевих ознак. «Інфузорії підходять до питань сексу не ортодоксально. туфельки Paramecium є множинні та бінарні системи типів спарювання.Безліч типів парування значно розширює можливості для вибору статевого партнера — головне, щоб це не була клітина того ж генотипу (з тим самим типом парування), а бінарні системи — це звична нам "двопорожнина". Як показала практика, двох статей цілком достатньо», - розповідає Олексій Потєхін.

Інфузорії Paramecium aurelia в ході статевого процесу утворюють пару, при цьому клітини щільно стикаються одна з одною і між партнерами формується прямий контакт - цитоплазматичний місток.

Інфузорії низки видів Paramecium поділяються на два типи: «парні» (Е) та «непарні» (О) — дуже умовно їх можна назвати представниками різних «статей», оскільки в процес спарювання вступають лише клітини різних типів. Однак, як вони розпізнають один одного, довгий час було невідомо. Ключем до розгадки став ген mtA, який раніше виявлений у Paramecium tetraurelia. Він кодує білок, що знаходиться на вії клітин «парного» типу спарювання в момент готовності клітини до статевого процесу. Цей білок дозволяє клітині розпізнати інфузорію другого, непарного типу спарювання, і такі клітини можуть з'єднатися одна з одною. Ген mtA працює за допомогою двох інших білків, mtB та mtC, які кодують специфічні фактори транскрипції для mtA. Клітина, яка здатна синтезувати всі три білки, матиме тип парування Е, а якщо щось не працює, то тип парування Про.

Два варіанти успадкування типів спаровування у інфузорій Paramecium

Щоб очистити соматичний геном від усього непотрібного, інфузорії використовують механізм геномного сканування, за допомогою особливих малих РНК порівнюючи старий, свідомо працюючий і новий ген, який формується після статевого процесу.У результаті нового геному видаляються всі послідовності ДНК, яких був у старому, потім старий макронуклеус руйнується, а управління життям клітини перетворюється на новий макронуклеус. "При цьому генотип нових ядер відрізняється від батьківського, як і належить в результаті статевого процесу", - зазначає Олексій Потєхін.

Дослідження підтримано грантом РФФД 19-04-00710а.

Саме за допомогою геномного сканування інфузорії виду Paramecium tetraurelia цитоплазматично успадковують тип спарювання, тобто у клітини-нащадка він буде тим самим, що й у батька. «У клітин з типом спарювання О в геномі немає робочого гена mtA, так як послідовність ДНК, що містить промотор (стартова ділянка) і початок гена mtA, має випадкову схожість з транспозонами (так званими стрибаючими генами, що становлять значну частину в непотрібній клітині ДНК) і може бути видалена з геному макронуклеуса як непотрібна. Якщо це відбувається, то в наступних поколіннях ця послідовність завжди видалятиметься при розвитку макронуклеуса, адже вона вже втрачена з "трафарету". У результаті ген mtA мовчить, а клітина успадковує тип парування О», - говорить Олексій Потєхін.

Цитоплазматичне успадкування типів парування характерно ще для декількох видів-двійників комплексу Paramecium aurelia: P. biaurelia, P. sexaurelia, P. septaurelia, P. octaurelia, P. decaurelia та P. dodecaurelia. У новому дослідженні вчені показали, що ці види, незважаючи на свою близьку спорідненість, використовують один і той же механізм, але різні способи досягти «двопорожнини». У кількох видів використовується той самий спосіб, що у P.Tetraurelia - епігенетично успадкована делеція (або хромосомна перебудова) фрагмента, що містить промотор і початок послідовності гена mtA. У P. sexaurelia такій же «помилковій» перебудові піддається, навпаки, кінець гена mtA. У двох видів, P. biaurelia та P. septaurelia, за «сміттєву» ДНК можуть бути прийняті різні фрагменти гена mtB, без якого не може працювати ген mtA. Кінцевим результатом таких перебудов у всіх випадках є відсутність білка mtA, а клітини з цими делеціями матимуть тип спарювання.

Коли я був студентом, 25 років тому, мене вразило, що для маленької групи видів інфузорій існує три способи успадкування типів спарювання (у всіх багатоклітинних тварин такого розмаїття не знайдеш). І тоді це було абсолютною загадкою, тому що ніхто не мав уявлення про геномне сканування, ні про гени типів спарювання.

Професор кафедри мікробіології СПбДУ кандидат біологічних наук Олексій Потєхін

«І те, що нашій групі вдалося зробити великий внесок у дослідження цього феномену, викликає у мене почуття гордості за здобутий науковий результат. Це був справжній науковий пошук», — наголошує вчений.

Механізми виникнення типів парування Е та Про у різних видів Paramecium aurelia. Ген mtA відповідає за експресію типу парування Е, його транскрипцію забезпечують фактори mtB, mtC або невідомі білки з тією самою функцією.

Ще в одного виду, P. tredecaurelia, типи спарювання успадковуються не за цитоплазмою, а класично - відповідно до законів Менделя. Вчені з'ясували, що різниця між клонами Про та Е типів спарювання у цього виду полягає у втраті одного нуклеотиду в промоторі гена mtA у клонів типу Е. У геномі P.Tredecaurelia при цьому немає функціонального гена mtB, і його роль відіграє інший фактор транскрипції. Проведені експерименти дозволили встановити, що сайт зв'язування цього невідомого фактора якраз припадає на ділянку промотора з однонуклеотидною делецією та ген mtA працює з-під такого промотора. Якщо ж делеції немає, сайт не розпізнається і ген mtA не може експресуватися. Такий самий сайт зв'язування в промотор гена mtA характерний ще для трьох видів комплексу Paramecium aurelia, і всі вони не мають гена mtB.

Це означає, що в еволюції цієї групи кілька разів відбувалися перемикання з однієї системи регуляції типів спарювання на іншу. При різних рішеннях результат завжди один: у кожній природній популяції мають бути клітини двох типів спарювання. В еволюції Paramecium, як виявилося, може закріпитися будь-яка схема підтримки різнополості - як за участю різних генів, так і передбачає різні перебудови всередині тих самих генів. Це говорить про те, наскільки статевий процес є важливим навіть для одноклітинних організмів», — підкреслює Олексій Потєхін.