Подцарство одноклеточные животные, или простейшие

Общая характеристика. Обнаружил одноклеточных животных Антоний ван Левенгук в 1673 г. Это были инфузории в перцовой настойке.

К простейшим принадлежат животные, тело которых состоит из одной клетки. Но эта клетка – очень сложный организм с присущими ему физиологическими процессами: обмен веществ, дыхание, пищеварение, выделение, раздражимость, размножение. Пищеварительные и выделительные вакуоли, жгутики, реснички и другие органеллы обеспечивают ее нормальную жизнедеятельность. Это организмы, одновременно пребывающие на двух уровнях организации: клеточном и организменном.

Почти везде, где есть жизнь, есть и простейшие. Среди них существуют свободноживущие и паразиты. Большинство свободноживущих живут в воде, но из достаточно много во влажных местах суши. Паразиты селятся в других организмах, питаясь за их счет и причиняя им вред.

Размеры одноклеточных колеблются от 0,05 до 0,15 мм, но бывают и исключения. При благоприятных условиях простейшие способны размножаться очень быстро, делясь каждые несколько часов.

Особенности строения одноклеточных животных и процессов их жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение, осморегуляция, движение, раздражимость, размножение, инцистирование). Клетка (организм) простейших имеет очень сложную структуру. Определенные участки ее – органеллы приспособлены к выполнению разных выполнению разных функций, которые у многоклеточных организмов выполняют органы. Одни из них выполняют функцию передвижения (реснички, жгутики, псевдоподии), другие – переваривания пищи (пищеварительные вакуоли), третьи – выделение избытка воды и продуктов диссимиляции (пульсирующие вакуоли) и др.

Самыми примитивные представители простейших (например, амебы) не имеют постоянной формы тела. При передвижении и захвате добычи форма их тела изменяется. При этом в каждом месте их тело вытягивается, образую ложноножки, куда медленно перетекает цитоплазма. Эктоплазма переходит в эндоплазму.

Питание одноклеточных может происходить эндоцитозом в любом месте (амебы), через клеточный рот (инфузория-туфелька), осмотически (малярийный плазмодий) или миксотрофно (эвглена зеленая на свету фотосинтезирует, а в темноте – эндоцитозом). Не переваренные остатки пищи выводятся или экзоцитозом (саркодовые), или через выделительную пору – порошицу (инфузории).

Дышат одноклеточные всей поверхностью тела. Простейшие паразиты являются анаэробами. Выделительную функцию выполняют пульсирующие вакуоли (у саркодовых) с приводными канальцами (у инфузорий).

Осморегуляция обусловливается работой пульсирующих вакуолей или изменением концентрации цитоплазмы (морские одноклеточные, у большинства которых этих вакуолей нет).

Движение саркодовых обеспечивают ложноножки, инфузорий – реснички, эвглены зеленой – жгутики.

Раздражимость одноклеточных проявляется в форме разнообразных таксисов.

Размножение бесполое (митотическое деление), некоторым одноклеточным (инфузории) присущ половой процесс.

Инцистирование – образование цисты одноклеточными для перенесения неблагоприятных условий (циста покоя), размножение (циста размножения) и распространения. У некоторых паразитов простейших образование цисты способствует проникновению в другой организм через внешнюю среду.

Существует несколько вариантов классификации простейших. Зоологи используют преимущественно такие названия типов этих животных: Саркодовые, Жгутиковые, Многожгутиковые, Споровики, Реснитчатые.

Пресноводные и морские простейшие, их роль в природе и жизни человека. Амеба протей – характерный представитель типа Саркодовых. Живет в пресных водоемах. Достигает длины 0,5 мм. Форма тела непостоянная. Внешний слой цитоплазмы (эктоплазма) более плотный, чем внутренний (эндоплазма), в нем практически нет органелл общего назначения. Передвигается с помощью псевдоподий. Тело перетекает из одной части в другую. Псевдоподии (ложноножки, корненожки) служат для захвата пищи (эндоцитоз). Амеба питается бактериями, одноклеточными водорослями, другими мелкими простейшими. Она обтекает псевдоподиями питательные частички со всех сторон, псевдоподии как бы «замыкают» комочки (фагоцитоз) или капельки (пиноцитоз) в пузырек, образуя фагосому, которая оказывается в цитоплазме. Фагосома, покрытая цитоплазматической мембраной, сливается с лизосомой, превращаясь в пищеварительную вакуоль. Под действием ферментов лизосомы происходит внутриклеточное пищеварение. Продукты расщепления распределяются по цитоплазме. Вакуоль с непереваренными остатками подходит к поверхности тела, и они выбрасываются наружу (экзоцитоз).

В теле амебы есть сократительная (пульсирующая) вакуоль. Она осуществляет осморегуляцию и выведение жидких продуктов обмена веществ. Амеба настолько маленькая, что кислород, растворенный в воде, попадает в клетку путем диффузии.

У амебы одно ядро. Размножается она бесполо, митозом с последующим делением тела пополам (цитокенез).

При неблагоприятных условиях (снижение температуры, высыхание водоемов, недостаток пищи) амебу становятся неактивными, покрываются плотной оболочкой и образуют цисту. При этом исчезают псевдоподии, содержимое цитоплазмы уплотняется, клетка становится круглой. В состоянии цисты амебы способны в течение многих месяцев выдерживать неблагоприятные условия. В случае улучшения условий амебы выходят из оболочек и возвращаются к активной жизни.

Эвглена зеленая – современная систематика не дает однозначного ответа на вопрос к какому царству – Растений или Животных – принадлежит этот вид. Часто это простейшее существо позиционируют как представителя Жгутиковых (Саркожгутиковых). На переднем конце тела у нее есть углубление – клеточный рот, и именно от этого места отходит единственный жгутик этого животного. Жгутик делает вращательные движения и, ввинчиваясь в воду, создает поток воды, которым к клеточному рту поступают частички пищи (например, бактерии), которые эвглена поедает. Однако она может питаться и автотрофно. В теле эвглены есть хлоропласты, благодаря которым она способна фотосинтезировать. В темноте эвглена питается как животное, а на свету – и как животное, и как растение (миксотрофное питание).

Возле основания жгутика эвглена имеет светочувствительную ячейку, которая выполняет функцию фоторецептора, обеспечивая фототаксис.

Инфузория-туфелька – представитель типа Реснитчатых. Среди простейших является самым сложно организованным организмом. Встречается в пресных водоемах и морях. Среди инфузорий много паразитирующих форм. Характерная особенность их строения – постоянная форма тела, двуядерность, наличие клеточного рта, клеточной глотки, порошицы и многочисленных ресничек, которые являются органеллами движения.

По строению реснички напоминают короткие жгутики, в основании которых находятся базальные тельца. Колебания ресничек напоминают гребные движения, при комнатной температуре осуществляют до 30 колебаний в секунду. Движение ресничек согласованное благодаря сетке сократительных волоконец (фибрилл), которые расположены в цитоплазме и присоединены к базальным тельцам ресничек и образуют единый двигательный аппарат. Возбуждение по фибриллам синхронизирует сокращение.

У всех инфузорий не менее двух ядер, у инфузории-туфельки – два. Одно их них больше (макронуклеус), другое меньше (микронуклеус). Микронуклеус содержит диплоидный набор хромосом и выполняет основную роль в половом процессе. Большое ядро содержит неполный набор хромосом малого ядра, но его набор генов увеличен, поэтому общее количество ДНК в макронуклеусе в десятки и сотни раз больше, чем в микронуклеусе. Макронуклеус регулирует все жизненные процессы клетки, кроме полового.

Форма тела инфузории-туфельки постоянна из-за того, что она покрыта тонкой эластичной и крепкой оболочкой – пеликулой, которую создает внешний слой эктоплазмы.

Пищеварительные вакуоли формируются у основания клеточного рта. Попаданию пищи в ротовое отверстие (цитостом) способствуют колебания ресничек, которое вызывает движение окружающей воды. Клеточный рот переходит в клеточную глотку. Возле внутреннего края глотки формируется пузырек, в который попадают частички пищи. Таким образом формируется пищеварительная вакуоль. При достаточном питании она образуется приблизительно каждую минуту (образуются дискретные кишки). В пищеварительные вакуоли попадают ферменты. Движутся эти вакуоли в определенном порядке в направлении от отходника. После завершения процессов всасывания питательных веществ пищеварительные вакуоли поочередно подходят к порошице (отходника, анальной поры) и через нее выбрасывают наружу непереваренные остатки.

Осморегуляция и процессы выделения осуществляются двумя сократительными вакуолями, которые окружены приводящими канальцами. Последние составляют дренажную систему, которая обеспечивает сосредоточивание продуктов обмена в сократительных вакуолях.

Размножение инфузорий бесполое, но иногда у них наблюдается половой процесс. Бесполое размножение осуществляется 1-2 раза в сутки поперечным делением их тела пополам, которое начинается с деления ядра.

Конъюгация – одна из форм полового процесса, присущая инфузориям. При этом в каждой инфузории вследствие сложных перестроек образуется два гаплоидных ядра – стационарное и мигрирующее. Мигрирующее переходит к партнеру и сливается со стационарным, образуя диплоидный синкарион. После сложных перестроек из синкариона формируется большое (макронуклеус) и малое (микронуклеус) ядра клетки. Благодаря этому увеличиваются адаптивные возможности организма. После конъюгации происходит интенсивное бесполое размножение.

В экосистемах морей и пресных водоемов инфузории поедают бактерии, одноклеточных животных, растений и детрит. Этим они способствуют минерализации органической составляющей водоемов. Мальки рыб часто живут в местах скопления инфузорий. Разные виды простейших могут существовать в пресных водоемах с неодинаковой степенью загрязнения воды, поэтому их используют для определения санитарного состояния воды. Для этого сравнивают видовой состав и численность простейших в водоемах разных типов.

Фораминиферы – морские простейшие типа саркодовых. Характерным признаком является наличие защитной черепашки (из карбоната кальция или песчинок), которая может иметь сложное строение. Внутри черепашки находится тело фораминиферы, которое напоминает тело амебы. Черепашка пронизана многочисленными мелкими порами и имеет большое отверстие - устье. Сквозь поры и устья выходят тоненькие псевдоподии, которые ветвятся и в определенных местах сливаются. Так образуется ловящая сетка. Цитоплазма ложноножек находится в постоянном движении: она циркулирует от середины до периферии. Частички пищи прилипают к ложноножкам и направляются внутрь, где и перевариваются. Большинство фораминифер лежит на дне – это бентосные организмы морей.

В клетке фораминиферы находится одно или несколько ядер, которые могут делиться на вегетативные и генеративные. Жизненный цикл большинства фораминифер происходит с чередованием бесполого и полового размножения. Особи, которые возникают в результате деления (бесполое размножение), со временем производят мелкие половые клетки. Половые клетки разных особей сливаются попарно и образуют зиготу, из которой развивается особь, размножающаяся митотическим делением.

Из черепашек фораминифер формируются залежи мела и извести. После гибели животных они оседают на дно. Этот процесс оседания продолжается миллионы лет, вследствие чего образуются залежи черепашек. Пиренеи, Альпы, Гималаи, местами состоят из фораминиферных известняков, которые давно используются как строительный материал.

Радиолярии – входят в состав планктона. Удерживаться на плаву им удается благодаря каплям жира в цитоплазме. Они имеют внутриклеточный скелет из кремнезема сложного строения. Тоненькие псевдоподии образуют вокруг клетки ловящую сетку, с помощью которой захватывается добыча. Размножаются в основном бесполо. В цитоплазме лучевиков часто живут одноклеточные водоросли (мутуализм). В случае недостатка пищи лучевики некоторую их часть переваривают.

Радиолярии на протяжении миллионов лет участвуют в образовании осадочных пород. Преимущественно из залежей остатков радиолярий состоит остров Барбадос в Карибском море. Из радиолярий образуются залежи, из которых добывают яшму, опалы.

Одноклеточные почвы и их роль в процессах почвообразования. В почвах всех типов есть представители амеб, жгутиковых, инфузорий. Они живут в капиллярах почвы, заполненных водой. Источником питания этих простейших являются почвенные бактерии, водоросли, грибы или остатки отмерших организмов. Активность почвенных одноклеточных определяется наличием влаги в почве. Засуху они переносят в виде цист. Особенностью простейших почвы являются их маленькие размеры. Разлагая органические вещества, простейшие почвы вместе с другими организмами, живущими в нем, участвуют в процессах почвообразования.

Симбиотические одноклеточные: мутуалисты, комменсалы, паразиты (дизентерийная амеба, трипаносомы, малярийный плазмодий).

Дизентерийная амеба – живет в толстом кишечнике человека. При определенных условиях она питается бактериями микрофлоры кишок, не причиняя вреда человеку. Такое явление, когда паразит живет в организме хозяина, но не вредит ему, называется бессимптомным паразитоносительством. Носитель амеб может их распространять. Амебы выводятся с его калом наружу в форме цист, которые длительное время сохраняют жизнеспособность. Попадать в организм человека цисты могут в основном с некипяченой питьевой водой, немытыми овощами. При других условиях эти амебы проникают в оболочку кишок и начинают питаться клетками крови. Кишки из-за этого покрываются язвами, пищеварение нарушается. Возникает кровавый понос, развивается амебная дизентерия. Больной человек выделяет около 300 млн цист в день.

Трипаносомы – возбудители трипаносомозов. Развиваются паразиты со сменой хозяев. Первая часть жизненного цикла трипаносомы проходит в пищеварительном канале мухи цеце, за пределами ареала распространения этих мух трипаносома не встречается. Вторая часть жизненного цикла проходит в человеке или других млекопитающих (коровы, свиньи, собаки, дикие животные). У больного трипаносомозом наблюдаются мышечная слабость, истощение, умственная депрессия, сонливость (африканская сонная болезнь). Такое состояние может длиться до 7-10 лет и, если болезнь не лечить, она заканчивается смертью. Борьба с сонной болезнью усложняется потому, что ее резервуарами являются антилопы, у которых муха цеце тоже пьет кровь. У антилоп течение этой болезни легкое, трипаносомы сохраняются в них и передаются мухами. В зоне сонной болезни скотоводство усложнено.

Малярийный плазмодий – вызывает болезнь малярию. Окончательным хозяином плазмодия является малярийный комар. После укуса зараженного комара вместе с его слюной в кровь человека попадают плазмодии, которые с течением крови разносятся по телу и проникают в печень, где размножаются бесполо. Из клеток печени новое поколение паразитов снова попадает в кровеносное русло и проникает в эритроциты. Начинается эритроцитарная часть цикла развития. На этой стадии паразит размножается бесполо множественным делением, используя для питания гемоглобин. После использования паразитами всей пищи оболочка эритроцита лопается и они вместе с токсическими продуктами своего метаболизма попадают в кровь. С этим процессом совпадает приступ малярии. Это происходит много раз. Половое размножение плазмодиев возможно только в организме малярийного комара, который пьет кровь больного человека.

Лейшмании – паразитируют в клетках кожи или внутренних органов (печени, селезенки) человека. Они передаются при укусах двукрылых кровососущих насекомых – москитов.

Лямблии – паразитируют в протоках печени, тонких кишках вызывают нарушения их функций и воспаление.