Все помнят классическое изображение инфузории-туфельки из учебника биологии, копируемого из издания в издание. Однако немногие задумываются, почему честь представлять неисчислимое количество одноклеточных организмов - простейших и бактерий - выпала именно инфузории-туфельке. Фото , полученное с помощью одного из микроскопов и видеоокуляра Альтами, позволит детально рассмотреть образец высшего совершенства элементарной ячейки жизни.
Прежде чем мы рассмотрим готовый микропрепарат инфузории-туфельки, строение ее тела-клетки под микроскопом , узнаем, что представляет собой это простейшее в среде обитания. Какую роль выполняет инфузория-туфелька в природе, какое место занимает в пищевой цепочке?
Инфузория или парамеция хвостатая (от лат. Paramecium caudatum) обитает в пресных водах. Свое название одноклеточное получило за удлиненные реснички на задней половине тельца. Между ресничками, которых насчитывается по всему тельцу более десяти тысяч, расположены трихоцисты или мелкие веретеновидные тельца. Они представляют собой органеллы (органы у многоклеточных) нападения и защиты, которые с силой выбрасываются и вонзаются в вражеское тело или в жертву. Сбоку на тельце инфузории находится предротовое углубление, переходящее в рот. Пищу инфузория переваривает образуя специальные пищеварительные вакуоли, отделяемые от глотки, которые проходят через весь организм, увлекаемые током цитоплазмы. При благоприятных температурных условиях и обилии пищи вакуоли образуются каждую минуту. Функцию выделения выполняют две сократительные вакуоли. Инфузория питается другими простейшими, одноклеточными водорослями, и сама служит кормом для личинок рыб и амфибий. Именно поэтому простейших рода Paramecium интенсивно выращивают на рыболовных хозяйствах, а также в аквариумистике.
Теперь можем приступить к исследованию инфузории под микроскопом . Не беда, если готового микропрепарата не окажется под рукой. Любой аквариумист поделится с вами пару-тройкой секретов разведения инфузорий-туфелек либо самими особями, вместе с водой из аквариума. Также можно добыть простейших в любом стоячем водоеме и для получения критической массы, достаточной для исследования, создать наиболее благоприятные условия для размножения туфелек. Эти простейшие легко разводятся в домашних условиях на высушенных банановых корках или настое сенной трухи.
Мы поделимся с вами самым простым, но от этого не менее эффективным, способом разведения инфузории на кусочке моркови. Замоченный кусочек моркови (грамм на литр) долго не разлагается бактериями, а вода остается прозрачной. Емкость помещается в темное место с температурой чуть выше комнатной. Через несколько суток можно увидеть невооруженным взглядом белесоватую взвесь, окружающую морковь, которая представляет собой скопление инфузорий-туфелек, хаотично плавающих в толще воды.
Размножается инфузория-туфелька один-два раза в сутки изначально бесполым способом, то есть делением клетки пополам по экватору. Через несколько таких делений клетка готова размножаться половым способом — сложным обменом частицами малого ядра. Причем при половом размножении число особей остается прежним, не увеличивается, но клетка получает усовершенствованную способность приспосабливаться к окружающим условиям среды.
Далее помещаем капельку воды между предметным и покровным стеклом. Живые инфузории под микроскопом , уже при 80-тикратном увеличении, представляют собой не перестающее двигаться скопище клеток длиной 0,2—0,3 мм. Поэтому строение животной клетки под микроскопом можно изучить лишь на погибающем от высыхания простейшем. Подсыхающие инфузории под микроскопом выглядят более одутловатыми и практически не двигаются. Меняя объектив, устанавливаем увеличение в 200 раз: картина та же, но крупнее, различимо внутренне строение простейших.
Двухмерное изображение простейшего не соответствует тому, что вы увидите в объективе. Клетка под микроскопом вовсе не похожа на пресловутую дамскую туфельку или веретено, как изображают инфузорию художники-анималисты. Форма тела одноклеточного организма имеет «хребет» и в поперечном разрезе оказывается не овалом, а ромбом. По-видимому, выступ усиливает гидродинамику и улучшает маневренность инфузории. Овальную форму тельце простейшего принимает лишь при усыхании.
Хоть инфузория-туфелька под микроскопом выглядит несколько иначе, чем на иллюстрации из школьного учебника, все же, при восьмисоткратном увеличении можно увидеть основные элементы строения животной клетки. Под микроскопом различимы ядро, цитоплазма и другие форменные элементы животной клетки. Состоящая из полисахаридов и белков оболочка клетки под микроскопом (световым) не видна. Ее строение смогут изучить счастливые обладатели электронного микроскопа.
Мы уверены, теперь вы будете проводить целые часы с микроскопом Альтами, ведя наблюдение за жизнью отнюдь не примитивного простейшего со сложным латинским названием Paramecium caudatum или инфузория-туфелька. Фото , которые вы сделаете с помощью видеоокуляра Альтами, будут напоминать вам о том, что природа совершенна.
Инфузория-туфелька известна ещё со школьных уроков биологии. Это один из видов ресничных одноклеточных организмов, который не относится к царству животных, растений или грибов, а входит в промежуточную группу протистов. Обитает существо в пресной воде, а интересное название оно получило за постоянную форму тела, подобную отпечатку подошвы туфли.
Инфузория туфелька – ресничный одноклеточный организм, который входит в промежуточную группу протистов
Научная классификация
Вид инфузорий относится к надцарству эукариотов, то есть организмов, обладающих ядром. Им соответствует тип ресничных, класс Oligohymenophorea и род парамеций. Особенностью представителей этого ранга является предпочтение кислыми условиями среды.
Исследователи в своё время затратили множество усилий на расшифровку генома некоторых видов, относящихся к парамециям. Оказалось, что он содержит 40 000 генов, кодирующих белки, тогда как у человека их всего около 28 000. Увеличение количества генов произошло в результате нескольких дупликаций первоначального генома. Способ кодирования последовательности аминокислотных остатков у инфузорий уникален наличием единичного, а не тройственного, как в универсальном генетическом коде, кодона, который завершает синтез полипептидной цепи.
Общее описание
Оптимальная среда обитания для организма - пресная стоячая вода , в которой есть разлагающиеся органические соединения. В частности, этим условиям соответствует домашний аквариум, в пробе илистой воды которого часто обнаруживаются простейшие.
Среда обитания инфузории туфельки – стоячая вода
Рассмотреть инфузорию можно только под микроскопом, так как её размер не превышает 0,1−0,3 мм. Почти на 7% клетка состоит из сухого вещества, химический состав которого представлен следующими компонентами:
- белок (58%);
- липиды (31,4%);
- зола (3,6%).
Тело инфузории-туфельки покрыто плотным слоем цитоплазмы, под наружной мембраной которой расположены такие элементы цитоскелета, как альвеолы и микротрубочки. Организм состоит из следующих элементов:
- ядро (макронуклеус);
- ядрышко (микронуклеус);
- продольные и поверхностные реснички;
- ротовое отверстие;
- сформированные и формирующиеся пищеварительные вакуоли (фагосомы);
- отверстие, через которое происходит опорожнение пищеварительной вакуоли (цитопиг или порошица);
- две сократительные вакуоли.
Каждый органоид выполняет важные функции.
Ядро и ядрышко
У инфузории есть два ядра, каждое из которых имеет своё строение и функции. Малое обладает округлой формой, содержит в себе наследственный материал. С его генома плохо считываются матричные РНК, поэтому наследственная информация не преобразуется в белок или иной функциональный продукт, и экспрессия генов отсутствует. В случае разрушения ядрышка жизнь туфельки продолжается, но она будет только размножаться бесполым путём, половой процесс будет невозможен.
Созревание большого ядра бобовидной формы приводит к сложным перестройкам в наследственном материале. С его генов считываются все мРНК, поэтому именно от него зависит синтез белков. Разрушает ядро половой процесс, но по его окончании макронуклеус снова восстанавливается.
Реснички и трихоцисты
Ресничек у маленькой клетки насчитывается от 10 до 15 тысяч. Они вырастают из базальных телец, которые формируют сложную систему цитоскелета, включающую в себя посткинетодесмальные фибриллы и филаменты. В основании органелл образуются парасомальные мешочки, возникающие вследствие впячивания наружной мембраны.
Ресничек у инфузории насчитывается от 10 до 15 тысяч Между плотно расположенными инфузорными ресничками ещё остаётся место для 5−8 тысяч органоидов защиты, называемых трихоцистами. Они представляют собой одну из разновидностей секреторных пузырьков, выталкиваемых инфузорией в процессе экзоцитоза. Выглядят они как тела с наконечником, поперечно исчерченные через каждые 7 нм, располагаются в мембранных мешочках. Защитная функция проявляется в моментальном удлинении и выстреливании в случае опасности. Однако некоторые представители инфузорий лишены таких органелл и при этом вполне жизнеспособны.
Инфузория-туфелька передвигается при помощи ресничек. Совершая волнообразные движения, она плывёт тупым концом вперёд. Органеллы делают прямой удар в выпрямленном состоянии. Возвратный осуществляется в изогнутом. Процесс этот нельзя назвать синхронным , так как темп задаёт первая ресничка в ряду, а каждая последующая повторяет действие с небольшой задержкой. Это приводит к вращению туфельки вокруг своей оси во время передвижения. За секунду она преодолевает 2−2,5 мм расстояния.
Изгибая тело, инфузория может поменять направление. При неожиданном столкновении с препятствием она резко подастся назад, так как в её мембране резко уменьшится разность потенциалов, и внутрь проникнут ионы кальция. Затем туфелька будет в течение некоторого времени совершать движения вперёд и обратно, за время которых кальций выйдет из клетки, и вскоре продолжит путь по изначальной траектории.
Органы, обеспечивающие питание
Рот туфельки выглядит как углубление на теле, переходящее в клеточную глотку. Вокруг ротового отверстия расположены сложные структуры, сформированные из цилий. Питается инфузория-туфелька в основном водорослями, бактериями и другими мелкими одноклеточными организмами, которых находит по выделяемым ими химическим веществам. Волосковидные структуры вокруг рта загоняют добычу в глотку вместе с потоком воды.
Рот инфузории выглядит как углубление на теле Далее еда поступает в пищеварительную вакуоль, образованную в процессе фагоцитоза, и под действием цитоплазматического потока перемещается в задний конец клетки, возвращается к передней части и снова уходит назад. Вакуоль сливается с лизосомами, что сопровождается возникновением кислотной среды, которая постепенно сдвигается в сторону слабощелочной.
Фагосома мигрирует и увеличивает скорость всасывания путём отделения мелких мембранных пузырьков. Всё, что не может быть переварено, выбрасывается через порошицу, лишённую развитой цитоплазмы. Переваренные продукты рассредоточиваются по межклеточному пространству и используются для осуществления жизнедеятельности.
После выполнения своей функции вакуоль сливается с наружной мембраной и разрушается, выделяя мелкие пузырьки. Впоследствии они по микротрубкам, образующим цитоскелет, поступают в клеточную глотку, где формируют новую фагосому.
Интересно, что обилие пищи влияет на то, сколько живёт инфузория-туфелька. Продолжительность жизни составляет всего несколько дней при избыточном питании и несколько месяцев (иногда до года) при скудном рационе.
Сократительные вакуоли
Сократительные вакуоли расположены на передней и задней частях клеток. Каждая из них состоит из резервуара, открывающегося наружу порой, и отходящих радиальных каналов, окружённых множеством тонких трубочек, перекачивающих жидкость из цитоплазмы. Всю хрупкую систему удерживает цитоскелет.
Основная функция этих внутренних органоидов - осморегуляция. Диффузия молекул воды внутрь клетки приводит к избытку жидкости , который и выводится вакуолями. Приводящие каналы откачивают воду в резервуар, который затем сокращается и отделяется от трубок, через пору выбрасывая воду за пределы клетки. Две вакуоли работают попеременно, каждая сокращается по 10−25 секунд в зависимости от температуры окружающей среды. Спустя час выброшенный объём жидкости приравнивается к объёму самой клетки.
Процесс размножения
Инфузория-туфелька размножается бесполым способом, который заключается в поперченном делении и сопровождается сложными процессами регенерации. Так как из единой особи получается две, каждой из новых туфелек достаётся по одной сократительной вакуоли, и они вынуждены достраивать недостающую самостоятельно. Клеточный рот достаётся только одной инфузории, а второй в это время приходится образовывать ротовое отверстие с необходимыми структурами вокруг него. Базальные тельца и новые реснички каждая представительница формирует самостоятельно.
Инфузориям свойственен и половой процесс, называемый конъюгацией, он заключается в переносе ядер между клетками партнёров. В процессе принимают участие туфельки, образованные делением разных материнских клеток. Они склеиваются ротовыми полостями, в результате чего образуется цитоплазматический мостик.
Инфузории могут размножаться как бесполым, так и половым способом В это время у каждой особи разрушаются большие ядра, а малые делятся, вдвое уменьшая при этом количество хромосом. В результате получается 4 ядра, 3 из которых разрушаются. Оставшееся делится на два генетически идентичных ядра, и у каждого партнёра образуются мужской и женский пронуклеусы. Женские ядра остаются каждое в своей клетке, а мужскими инфузории обмениваются. При обмене происходит слияние женского и мужского пронуклеусов и образуется новое ядро, делящееся ещё на два. Они и становятся новыми большим и малым ядрами.
Возможности изучения
Рассказ про инфузорию-туфельку можно услышать ещё в школе, но как именно исследователи изучали крохотный организм, знают не все. На самом деле в наблюдении за ним нет ничего сложно, кроме того, размер в десятые миллиметра является довольно большим для простейших. Всё это означает, что исследования можно провести даже в домашних условиях, но сначала для этого нужно развести культуру инфузорий.
Поскольку туфельки присутствуют во всех водоёмах, вода берётся из этих источников. Для чистоты эксперимента нужно взять три стеклянные ёмкости и в одну из них положить разлагающиеся веточки и листья, в другую - живые растения, в третью - ил со дна. Все материалы берутся из водоёма, оттуда же добывается и жидкость и заливается в банки.
Когда всё готово, нужно внимательно просмотреть содержимое ёмкости и убедиться, что в ней нет посторонних видимых глазом организмов, например, насекомых или личинок. Если они есть, их придётся выловить, в противном случае инфузории будут съедены. Подготовленная среда обитания ставится на окно, прикрывается стеклом и оставляется при комнатной температуре на несколько дней. При этом нужно следить, чтобы на ёмкость не попадали прямые солнечные лучи.
Спустя двое суток банку следует встряхнуть и проверить, не появилось ли там каких-либо организмов. Это могут быть как туфельки, так и другие существа, но проверяется это просто. Нужно взять каплю воды у освещённой стенки сосуда ближе к поверхности, именно в этом месте будет концентрироваться большинство интересующих организмов. Затем каплю следует поместить на стекло и рассмотреть через микроскоп или хотя бы лупу.
Если при этом видны веретеновидные тела, перемещающиеся быстро и плавно и вращающиеся вокруг своей оси, значит, получилось развести туфелек. Если в капле присутствует кусочек зелени или бактериальная плёнка, сразу множество инфузорий будет скапливаться вокруг пищи.
Для ускорения процесса размножения инфузорий нужно поместить их в благоприятную среду Отделить туфелек от других животных несложно. Обычно они двигаются намного быстрее остальных организмов, этим и нужно воспользоваться. Для этого каплю, в которой есть несколько типов существ, помещают на стекло и ставят в хорошо освещённое место. Рядом с ней приливают небольшое количество свежей воды и проводят зубочисткой линию от одной жидкости к другой так, чтобы получился тонкий водяной мостик, соединяющий две среды. Инфузории быстро пройдут расстояние и окажутся в новой капле.
Бывает, что не удаётся рассмотреть ничего живого в воде, в таком случае можно добавить в ёмкость несколько капель кипячёного молока и подождать ещё два дня. Спустя это время можно ещё раз попытаться изучить развившиеся организмы.
Далее туфельки будут размножаться, ускорить этот процесс можно, создав им благоприятные условия. Для этого их помещают в одну из следующих сред:
- на высушенную банановую кожуру;
- на листья салата;
- в молоко;
- в настой сена.
Разведённые таким образом организмы могут использоваться для наблюдения за ними в исследовательских целях либо приносить практическую пользу. Поскольку инфузории - естественные санитары пресных вод, они могут дезинфицировать жидкость в аквариумах с рыбами, а также служить кормом для мальков.
Таким образом, инфузории-туфельки - это удивительные организмы, обладающие уникальными особенностями (например, половым процессом без размножения), они могут быть изучены даже в домашних условиях.
Когда мамы и папы начинают объяснять ребенку, что можно рассмотреть в микроскоп
, то, как правило, на ум приходит красивая и эффектная инфузория туфелька. Как много значит верно подобранное название! Пытаясь вспомнить школьный курс биологии, каждый отмечает, что это необычное существо прочно сидит в памяти, наряду с пестиком и тычинкой.
Является классикой исследований начального уровня. Для того, чтобы ее лицезреть воочию, не обязательно обладать углубленными знаниями. Достаточно лишь правильно настроить прибор. Удивление гарантированно - «в живую» она такая же, как на картинке учебника 7 класса! Ресничный одноклеточный организм имеет форму женской туфли, в области свода которой располагается темное пятно - ядро (Макронуклеус), а рядом, размером поменьше- малое ядрышко (Микронуклеус). Ее пищеварительная система едва ли заметна, однако это не портит общего впечатления от увиденного.
Добыть туфельку можно двумя способами. Первый - для тех, кто хочет получить все и сразу: присмотритесь к наборам готовых микропрепаратов, сделанных в заводских условиях. Каждый производитель подобных аксессуаров понимает значимость инфузории для юного биолога и старается в 60% случаев включить ее в состав. Второй - для самых преданных исследовательскому делу специалистов (маленьких и больших): набрать воду и небольшое количество ила в водоеме с несильным течением (желательно, чтобы это был обычный пруд или неглубокий карьер, однако, порой она встречается даже в лужах), а далее приготовить препарат самостоятельно, заключив взятую пробу илистой жидкости между предметным и покровным стеклами. Использование различных красителей (специальных или естественных, таких как йод) сделает изображение более контрастным. Наблюдать ее можно в детский биологический микроскоп на кратности от 40 до 800. Технология и сам процесс практически ничем не отличается от рассматривания тех же клеток лука , просто на слабом увеличении мы увидим сразу несколько инфузорий. При смене увеличений следите за тем, чтобы образец был отцентрирован на столике, т.е. его рассматриваемая часть всегда находилась точно под оптикой объектива - придется воспользоваться препаратоводителем или аккуратно двигать стеклышки руками, ослабляя зажимы держателя.
Вчера недалеко от сада в мелком болотце зачерпнул воды. Выбирал место как можно более тёмное и вонючее, чтобы зацепить побольше живности. Основной целью были мелкие ракообразные, вроде дафний и циклопов. Когда же я разглядывал каплю этой воды более детально, увидел и совсем мелких и шустрых организмов. У них кроме оболочки с движущимися ресничками четко просматривались внутри крупные органоиды почему-то коричневого и зеленого цвета. Основная форма этих мелких организмов была эллиптическая, но при некоторых поворотах был хорошо заметен профиль, напоминающий след обуви. Да, это наверняка инфузория , возможно даже из рода парамеций (инфузории-туфельки , Paramecium ). На видео хорошо видно, как они копошатся рядом с кусочками ила, пытаясь пульсирующими ресничками загнать себе в глотку бактерий и другую мелкую органику. На представленном видео первые полминуты сняты при слабом увеличении, и инфузории похожи на мелкие копошащиеся точки, а дальше увеличение сильнее в несколько раз, и их форму можно рассмотреть в деталях.
Инфузории, или ресничные (лат. Ciliophora) - тип простейших из группы Alveolata. Форма тела инфузорий может быть разнообразной, размеры одиночных форм от 10 мкм до 4,5 мм. Живут в морях и пресных водоёмах в составе бентоса и планктона, некоторые виды - в интерстициали, почве и во мхах. Название «инфузория» происходит от лат. infusum («настойка») по месту первоначального обнаружения простейших - в травяных настойках.
Парамеции, или инфузории туфельки (лат. Paramecium) - род инфузорий, включающий несколько сотен видов, в том числе множество видов-двойников. Длина тела различных представителей составляет от 50 до 350 микрометров. Клетки в форме туфельки (отсюда народное название – «инфузории-туфельки»). Обитают обычно в пресных реках и прудах.
Клетка парамеции состоит из жесткой пелликулы, т.е. плазматической мембраны с лежащим под ней слоем плоских вакуолей (альвеол), которая окружает клеточное содержимое – цитоплазму. Поверхность покрыта волосовидными структурами – ресничками, с помощью которых парамеции плавают. Светлый наружный слой цитоплазмы (эктоплазма) содержит веретеновидные структуры, называемые трихоцистами. При действии на парамеции сильного раздражителя или атаке другого организма трихоцисты «выстреливают» из клетки длинные белковые нити. Возможно, это защитный механизм.
Зернистая внутренняя цитоплазма (эндоплазма) содержит одно крупное ядро (макронуклеус), одно или несколько мелких ядер (микронуклеусов), пищеварительные вакуоли и две сократительные вакуоли. Сбоку клетки находится ротовая впадина. Волнообразные биения выстилающих ее ресничек гонят пищевые частицы вглубь – в «глотку». В конце ее на уровне эндоплазмы формируется пищеварительная вакуоль. Она отделяется от глотки, мигрирует по определенному маршруту в цитоплазме, переваривая материал, затем выбрасывает наружу непереваренные остатки через определенный участок поверхности позади ротовой впадины, называемый анальной порой, и одновременно с этим разрушается.
Питаются парамеции простейшими, бактериями и водорослями. Метаболические отходы удаляются диффузно через всю поверхность клетки, а сократительные вакуоли (по одной у каждого конца парамеции) регулируют содержание в ней воды.
Бесполое размножение парамеции происходит путем деления надвое. Сначала делятся ядра. Затем на клетке образуется поперечная перетяжка, которая углубляется и разделяет ее на две дочерние, идентичные друг другу и материнской. Половой процесс называется конъюгацией и размножением сам по себе не является. Две клетки одного вида соединяются временным цитоплазматическим мостиком, обмениваются скопированным материалом микронуклеусов и расходятся.
У некоторых видов наблюдается эндомиксис: полная перестройка ядерного аппарата внутри клетки, когда макронуклеус разрушается, а микронуклеус делится и восстанавливает его из своего материала. В обоих случаях сразу после ядерной реорганизации обычно происходит несколько клеточных делений.
Дальше от людей в процессе эволюции микроорганизмы. Бактерии, например, представляют одноклеточные организмы, которые воспроизводятся путем деления клеток. Деление клетки происходит обычным путем, где материнская клетка делится на две равные клетки дочерние. Дальше не различается родительская и потомственная клетки, поэтому можно считать, что эти организмы не стареют.
Если нет насильственной смерти, бактерии до недавнего времени были бы бессмертны. Однако старение простейших организмов с асимметричным разделением, в виде снижения репродуктивного вывода с возрастом происходит, поскольку они теряют способность восстанавливаться и воспроизводить. С другой стороны некоторые бактерии могут формировать споры и оставаться в состоянии анабиоза в течение многих лет. Тем не менее несмотря на основные клеточные функции быть одинаковыми для всех живых организмов они имеют много различий по сравнению с клетками человека. Например, бактерии имеют круговые хромосомы, не имеют митохондрии, и др.
Таким образом, сколько живут бактерии конкретно сказать нельзя в связи с особенностью размножения.
Продолжительность жизни инфузории
Половая генетическая рекомбинация появившаяся в процессе эволюции у инфузории можно рассматривать в качестве адаптации генома к окружающей среде с обменом генетической информацией. Такой процесс является выгодным с точки зрения увеличения разнообразия.
Появление полового различия относится к появлению старения многих эволюционных линий.
Начиная с инфузории, в которых отдельным клеткам «суждено умереть». Процесс, напоминающий программируемую смерть организма , который наблюдается и у животных. Примером является простейшие сосущие инфузории Tokophrya без каких-либо средств для удаления отходов, что делает смерть неизбежной, особенно быструю при обильном питании.
Сколько живут инфузории зависит от питания: от нескольких дней до месяца.
Эта форма старения в результате механических ограничений в структуре организмов называется «Механическое старение».
Геронтологи изучают организмы которые могут размножаться бесполым путем до сотен поколений, но в конечном итоге достигается исчезновение клонов. И наконец многочисленные виды среди инфузории не показывают никаких признаков клонового старении при размножении путем деления.
Примеры встречаются среди таксонов и радиолярий. При отсутствие половой фазы многие виды могут размножаться не обнаруживая старения клона.
Позволяет видеть простейшие микроорганизмы как бактерии и инфузории.