Для чего служат цисты одноклеточных животных для: «Для чего служат цисты одноклеточных животных?» – Яндекс.Кью

Подцарство Одноклеточные, или Простейшие — Документ

Подцарство Одноклеточные,

или Простейшие

Простейшие — одноклеточные животные, тело которых состоит из одной клетки. Однако их нельзя рассматривать как просто организованные формы, потому что морфологически клетка простейших равноценна клетке многоклеточного организма. В физиологическом отношении клетка простейших — целостный организм, которому присущи все проявления жизни: обмен веществ, раздражимость, рост, размножение и т. д. Роль органов у них выполняют органоиды.

Простейшие были открыты в 1675 году голландским естествоиспытателем Антуаном ван Ливенгуком. В первой классификации животных, предложенной в 1759 году шведским ботаником Карлом Линнеем, простейшие были объединены в один род под названием «хаос» (Chaos), который входил в тип червей. Только в 1845 году Келликер и Зибольд выделили их в самостоятельный тип животных.

И лишь совсем недавно, в 1980 году Левайн установил для простейших отдельное подцарство

Простейшие — живые существа, тело которых состоит из одной клетки или колоний клеток, где каждая клетка является самостоятельным организмом. Распространены повсеместно. Наибольшая часть видов обитает в пресной и морской воде, многие живут в почве, некоторые являются паразитами, их среда — организм растений или животных. Простейшие входят в состав биогеоценозов и участвуют в круговороте веществ в биосфере, в образовании осадочных пород (мел, известняк). Большинство простейших имеют микроскопические размеры (от 2 до 150 мкм).. Имеются среди простейших и «гиганты»: хищные инфузории бурсарии достигают 1,5 мм, а грегарина (паразитирует в кишечнике жуков) — до 1 см в длину. Среди ископаемых простейших встречались виды, размеры которых превосходили 6 см.

Различают от 5 до 7 типов простейших, каждый тип включает несколько классов. К настоящему времени описано более 30 тыс. видов, существует же их гораздо больше.

Происхождение одноклеточных

Как изветсно, первые живые существа возникли в первобытном мировом океане и были похожи на мельчайшие слизистые комочки. У них не было ни ядер, ни вакуолей , ни других частей клеток, но они могли расти, поглощая из окружающей среды питательные вещества, размножаться. В результате действия естественного отбора эти организмы постепенно усложнялись. От них и произошли первые одноклетчные организмы, имеющие ядра. Как установлено, они на самых ранних этапах эволюции живой природы дали начало одноклеточным животным и примитивным грибам. Их предками были древнейшие одноклеточные организмы — простейшие жгутиковые (так считают многие биологи).

Выводы:

1. Первым из животных на Земле появились одноклеточные животные, относящиеся к простейшим.

2. Среди простейших имеются не только одноклеточные формы, но и колониальные (вольвокс).

Общая характеристика простейших

1. Простейшие — одноклеточные животные, тело которых состоит из одной клетки. Морфологически клетка простейших равноценна клетке многоклеточного организма. В физиологическом отношении клетка простейших — целостный организм, которому присущи все проявления жизни: обмен веществ, раздражимость, рост, размножение и т. д. Роль органов у них выполняют органоиды.

2. Это широко распространенная группа животных, находящаяся в состоянии биологического прогресса. В ходе эволюции они приобрели многочисленные приспособления к условиям жизни в разных средах обитания (моря, пресные водоемы, сырая почва, жидкая среда других организмов).

3. Размеры простейших микроскопически малы. Их тело (клетка) состоит из цитоплазмы, в которой различают наружный слой — эктоплазму и внутрений — эндоплазму. У большинства видов клетка снаружи покрыта оболочкой, она придает животному постоянную форму (исключение — саркодовые). В эндоплазме, помимо органоидов, присущих всем клеткам, находятся органоиды, выполняющие функции пищеварения, выделения, движения (жгутики, реснички), защиты (трихоцисты у инфузорий), светочуствительный глазок (у свободноживущих жгутиковых).

4. По способу питания — это типичные гетеротрофные организмы (исключение эвглена зеленая).

5. Дышат всей поверхностью тела.

6. Осмотическое давление в клетке поддерживается за счет сократительных вакуолей (предохраняют простейших от избытка воды). У морских и паразитических — они отсутствуют. Основная функция выделения осуществляется через поверхность клетки.

7. Размножение осуществляется бесполым или половым путем.

8. Простейшие как полноценные живые организмы реагируют на воздействие внешней среды, т.е. обладают раздражимостью, которая проявляется в различных движениях (таксисах). Различают положительные таксисы (когда животные движется к раздражителю) и отрицательные таксисы (когда уходит от раздражителя).

9. Инцистирование — важная биологическая черта простейших — это способность при попадании в неблагоприятные условия образовывать цисту. Инцистирование обеспечивает не только переживание неблагоприятных условий, но и способствует широкому расселению.

10. Это самый древний тип животных. К наиболее древним классам этого типа следует относить жгутиковых и саркодовых, которые произошли от примитивной, вымершей к настоящему времени группы эукариотических гетеротрофных организмов. Инфузории связаны в своем происхождении со жгутиковыми. От жгутиковых (через колониальные формы) произошли и все многоклеточные животные.

Тип включает следующие классы:

жгутиковые, саркодовые или корненожки, инфузории, споровики и другие.

Класс саркодовые или корненожки

Обыкновенная амеба

Амеба обыкновенная относится к типу Простейшие, классу Саркодовые, или корненожки. Для них характерны ложноножки — органоиды, обеспечивающие передвижение и захват пищи. По строению представляет клетку, снаружи цитоплазма ограничена тончайшей цитоплазматической мембраной (плотная оболочка отсутствует), в результате чего тело амебы может менять свою форму.

Амеба- одно из наиболее просто устроенных животных, лишено скелета. Обитает в иле на дне пресных водоемов (канав, прудов). Внешне тело представляет собой сероватый студенистый комочек, не имеющий постоянной формы. (Слово «амеба» означает «изменчивая»). На ее теле постоянно образуются выросты — ложные ножки (псевдоподии), благодаря перетеканию цитоплазмы. Ее размеры достигают 0,5 мм. Движение происходит при помощи ложноножек и представляет собой медленное перетекание животного с одного места на другое. Передвигаясь, амеба наталкивается на одноклеточные водоросли, бактерии, мелкие одноклеточные, «обтекает» их включает в цитоплазму, образуя пищеварительную вакуоль. Пища переваривается с помощью пищеварительных ферментов, выделяемых цитоплазмой, происходит внутриклеточное пищеварение.

Жидкие продукты переваривания поступают в цитоплазму, а не переваренные остатки выбрасываются из пищеварительной вакуоли наружу в любом участке тела. Способ захвата пищи с помощью ложных ножек называется фагоцитозом. Жидкость поступает в тело амебы по тонким трубковидным каналам, т.е. путем пиноцитоза. Имеется одна сократительная вакуоль, удаляющая излишки жидкости через каждые 1-5 минут. В эндоплазме находится пузырьковидное ядро. Амеба размножается только бесполым путем — происходит деление клеток пополам. При неблагоприятных условиях (высыхание водоема, охлаждение воды и других изменениях среды) амеба втягивает ложноножки, покрывается двойной оболочкой и образует цисту. Дышит амеба всей поверхностью тела, поглощая растворенный в воде кислород и выделяя углекислый газ. При участии кислорода происходит разложение сложных пищевых частиц на более простые. В кишечнике человека и многих позвоночных животных обитают паразитические виды амеб. Один из них дизентерийная амеба — питается разрушенными частицами эпителия кишечника и эритроцитами крови и является возбудителем тяжелой болезни — амебной дизентерии (амебиаза). Дизентерийная амеба внешне похожа на обыкновенную , но отличается от нее очень короткими ложноножками. При питье грязной воды дизентерийные амебы попадают в кишечник человека. Быстро размножаются, проникают в стенки кишок и образуют там язвы. Ротовая и кишечная амебы безвредны — питаются бактериями и содержимым кишечника.

Выводы:

1. Обыкновенная и дизентерийная амебы — одноклеточные животные. Они передвигаются с помощью ложноножек и принадлежат к классу саркодовых, или корненожек.

2. Сходство корненожек с одноклеточными водорослями свидетельствует о родстве их с растениями.

3. В отличии от одноклеточных водорослей корненожки питаются органическими веществами растений и других простейших.

Морские раковинные корненожки (фораминиферы, радиолярии).

У этих простейших, относящихся, как и амеба, к классу корненожек, тело заключено в тонкую известковую раковину. У каждого вида корненожек раковина имеет свою форму. Морские корненожки — одни из самых древних животных, некоторые их виды жили миллионы лет назад. Когда такие корненожки погибали, их раковинки скапливались на дне моря, и постепенно из них образовались месторождения ценного строительного материала — известняка. Тот мел, которым пишут на школьной доске, белят стены и потолки зданий, также состоит из раковин морских корненожек. Вымершие корненожки имеют и другое важное значение: обнаружение некоторых их видов служит признаком того, что поблизости может находиться месторождение нефти. Поэтому изучением корненожек занимаются геологи, ведущие разведку полезных ископаемых. Фораминиферы и радиолярии — это морские корненожки, относящиеся к амебам. Тело фораминифер в диаметре 0,1-1 мм, иногда достигает до 20мм, заключено в раковину (чаще известковую). Через поры раковины высовываются ложноножки в виде длинных переплетающихся нитей. Их раковины участвуют в образовании морского ила, морских осадков и пород.

Из них образовались месторождения известняков.

Очень красивую форму раковин имеют другие морские корненожки — лучевики, или радиолярии, напоминающие крошечные звездочки, снежинки, колючие шарики или другие фигуры. Они находятся в толще воды. Причудливую форму им придают раковинки. Они пропитаны кремнеземом. Скопления раковин вымерших радиолярий образуют большие залежи. Их используют для шлифовки и полировки металлов, для изготовления наждачной бумаги.

Класс жгутиковые

Объединяет животных, органоидами движения, которых служат жгутики (один или несколько). У большинства представителей наружный слой цитоплазмы уплотняется, в результате чего на поверхности тела образуется плотная эластичная оболочка, определяющая форму животного. К этому классу относятся как автотрофные, так и гетеротрофные организмы. Размножаются бесполым путем — продольное деление клетки пополам — и половым: формируются гаметы, при слиянии которых образуется зигота.

Эвглена зеленая — наиболее распространенный представитель этого класса. Живет в пресных водоемах, плавает с помощью единственного жгутика, расположенного на переднем конце тела. Тело эвглены веретеновидное, покрыто плотной оболочкой. У основания жгутика, находится ярко-красный светочувствительный глазок — стигма (эвглена всегда плывет к освещенной части водоема, где условия для фотосинтеза наиболее благоприятны) и пульсирующая вакуоль (которая отвечает за дыхание и выделение так же, как и у амебы: через нее из организма удаляются избыток воды). На противоположном конце ее располагается крупное ядро, контролирующее все жизненные процессы организма. В цитоплазме эвглены имеются хлоропласты (более 20), содержащие хлорофилл, который придает ей зеленую окраску и обуславливает способность к фотосинтезу. Поэтому на свету она питается, как типичное растение, т.е. автотрофно. При наступлении темноты питается жидкой органической пищей как животное, т.е. становится гетеротрофным организмом. Благодаря этой способности питания эвглена как бы совмещает в себе признаки растения и животного. В цитоплазме скапливаются мелкие зернышки запасного питательного вещества, близкого по составу к крахмалу и расходуемого при голодании. Бесполое размножение начинается с деления ядра и заканчивается продольным делением всего тела простейшего. Старый жгутик отходит к одной из дочерних клеток, либо исчезает. В этом случае в обеих дочерних клетках жгутики образуются заново. При неблагоприятных условиях образует цисту, при этом жгутик отпадает, а тело эвглены округляется, покрываясь плотной защитной оболочкой. В таком состоянии эвглена проводит зиму или переносит высыхание водоема, в котором живет.

Среди жгутиковых встречаются паразитические формы (трипаносомы, лейшамании и др.). Трипаносомы живут в плазме крови человека и различных домашних животных, вызывая тяжелые заболевания (сонная болезнь в тропических странах, и др.).

Вольвокс

Среди жгутиковых встречаются и колониальные формы — вольвокс. В прудах и озерах можно найти плавающие в воде зеленые шарики диаметром до 1 мм. Каждый шарик состоит из множества клеток (больше тысячи), похожих по строению на эвглену зеленую. Клетки имеют грушевидную форму и 2 жгутика, соединены между собой цитоплазматическими мостиками. Основная масса шарика — это полужидкое студенистое вещество. Клетки погружены в него у самой поверхности, так что жгутики торчат наружу. Благодаря движению жгутиков вольвокс перекатывается в воде («вольвокс» означает «катящийся»). Каждая клетка выглядит как самостоятельное простейшее, но все вместе они образуют колонию, потому что соединены друг с другом. Этим объясняется согласованная работа жгутиков всей колонии. При размножении вольвокс некоторые клетки погружаются в глубь шарика. Там они делятся, образуя несколько новых молодых колоний, которые выходят из старого вольвокса наружу.

Выводы:

1. Разные способы питания свидетельствуют о единстве растительного и животного мира и в то же время являют пример своеобразный специализации, возникшей в ходе эволюции простейших.

2. Древние колониальные формы простейших рассматриваются как промежуточное звено между одноклеточными и многоклеточными организмами.

Класс споровики

Малярийный паразит или плазмодий.

Малярийный паразит — возбудитель малярии. Он имеет очень сложный жизненный цикл развития (в теле человека и в организме самки малярийного комара).

Его жизненный цикл складывается из последовательных фаз бесполого размножения, образования незрелых половых клеток, их созревания, оплодотворения и формирования одноклеточных «личинок» — спорозоитов. Человек заражается при укусе его самкой малярийного комара. Вместе с ее слюной через место прокола кожи проникают спорозоиты. Затем они попадают в клетки печени и стенки кровеносных сосудов. Здесь они растут, многократно делятся, обособляя вокруг себя цитоплазму. Такое множественное деление завершается образованием многочисленных клеток — мерозоитов. Новое поколение паразита в клетках печени и сосудов может проходить несколько раз и составляет скрытый, или тканевый период, приводящий к численному увеличению паразитов. Он длится 17 дней.

Затем начинается острый — эритроцитарный период в развитии паразита. В этот период происходит массовое разрушение клеток крови – эритроцитов. Мерозоиты проникают в эритроциты крови человека, питаются гемоглобином, выделяя продукты обмена многократно делятся. Образующиеся новые мерозоиты после разрушения эритроцита попадают в кровь и внедряются в новые кровяные клетки, разрушая и их. Этот период у разных видов длится от 48-72 часов. Приступ малярии начинается со времени выхода в кровь мерозоитов и ядовитых продуктов обмена и длится до времени второго вторжения паразитов в новые эритроциты (наблюдается озноб, головная боль, повышение температуры). После несколько циклов бесполого размножения в крови человека образуется незрелые половые клетки паразита. При укусе больного человека малярийным комаром незрелые половые клетки паразита вместе с кровью попадают в желудок комара.

Их созревание проходит в желудке самки малярийного комара — основного хозяина для малярийного паразита. В желудке самки развиваются зрелые половые формы, после их слияния образуется подвижная зигота, которая проникает через оболочку желудка комара и на его поверхности образует цисту. На поверхности желудка может быть несколько таких цист. В них путем множественного деления снова образуются спорозоиты, которые разносятся по всему телу и попадают в слюнные железы самки комара. Теперь насекомые при укусе здорового человека могут передать ему возбудителя.

Малярия — тяжелая болезнь, распространенная во всем мире. В дореволюционной России ежегодно отмечалось до 8 млн. больных малярией. К 1960 году малярия в нашей стране была практически ликвидирована, благодаря массовому лечению населения и уничтожения переносчика заболевания — малярийного комара.

Класс инфузории.

Это — наиболее высокоорганизованные простейшие. Органоидами движения служат реснички, по строению сходные со жгутиками, но более короткие и многочисленные. Тело покрыто прочной эластичной оболочкой, придающей ей постоянную форму. У большинства инфузорий 2 ядра: большое и малое. Большое ядро имеет полиплоидный набор хромосом и регулирует процессы движения, питания, выделения, а также бесполое размножение, осуществляемое поперечное деление клетки пополам. Малое ядро имеет диплоидный набор хромосом и играет важную роль в половом процессе, выступая в качестве носителя наследственной информации. Впервые инфузорий обнаружили в воде, настоянной на различных травах («инфузум» означает «настойка»).

Инфузория-туфелька наиболее распространенный представитель, обитатель пресных водоемов, длина тела 0,3 мм. Форма тела постоянная и напоминает подошву туфли. Все тело равномерно покрыто ресничками, расположенными рядами, их больше 10 тысяч. Работают они синхронно, совершая волнообразные движения, обеспечивается это плотными цитоплазматическими нитями — фибриллами Между ресничками расположены мелкие веретеновидные тельца — трихоцисты — органоиды защиты и нападения, которые в ответ на раздражение с силой выбрасываются и вонзаются в тело жертвы или врага. Питаются инфузории бактериями и одноклеточными водорослями. Сбоку на теле имеется углубление — предротовое углубление, ведущее в рот. На дне глотки в цитоплазме образуется пищеварительная вакуоль, которая отделяется от глотки и увлекается током цитоплазмы. При обилии пищи и нормальных температурных условиях (15 градусов) пищеварительные вакуоли образуются, каждые 1-2 мин. В них пища переваривается и усваивается цитоплазмой, после чего пищеварительная вакуоль, пройдя по часовой стрелке, подходит к заднему концу тела, где через специальное отверстие в оболочке – порошицу, выбрасывает непереваренные остатки пищи наружу. Функцию регуляции внутреннего давления выполняют 2 сократительные вакуоли.

Размножается туфелька бесполым и половым способом. При бесполом размножении тело туфельки вытягивается в длину, по экватору появляется перетяжка, которая делит клетку пополам. Повторяется 1-2 раза в сутки, а через несколько поколений бесполого размножения сменяется половым, протекающим по типу слияния — конъюгации. В теле обоих инфузорий большое ядро разрушается, а малое ядро делится на 4 части. Вскоре 3 новых ядра разрушаются, а четвертое вновь делится и образует в каждой инфузории одно женское и одно мужское ядро. Мужское ядро переходит в клетку своего партнера, где сливается с женским ядром. Таким образом, при половом процессе происходит обмен генетическим материалом между отдельными особями, которые получают новые признаки и свойства. Вскоре в каждой из них ядро делится на большое и малое. При половом размножении число особей не увеличивается, а обновляются наследственные свойства организма, и возрастает его способность приспосабливаться к условиям среды.

Характерной особенностью туфельки является раздражимость. Это способность организма отвечать определенным образом на воздействия окружающей среды. Это свойство характерно для всех живых существ. Раздражитель — фактор среды; раздражение — воздействие раздражителя; раздражимость — ответ организма на раздражение. Простейшие не имеют нервной системы, они воспринимают раздражения всей клеткой и способны отвечать на них движением, (таксисом), перемещаясь в направлении раздражителя или от него.

Поместим рядом на стекле каплю чистой воды и каплю воды с инфузориями. Соединим обе капли тонким водяным каналом. В каплю с инфузориями положим маленький кристаллик соли. По мере растворения соли туфельки будут переплывать в каплю с чистой водой: для инфузорий раствор соли вреден.

Изменим условия опыта. В каплю с инфузориями не будем прибавлять ничего. Зато в другую каплю добавим немного настоя с бактериями. Тогда туфельки соберутся около бактерий — своей обычной пищи. Эти опыты показывают, что инфузории могут отвечать определенным образом на воздействия окружающей среды, т.е. обладает раздражимостью).

Среди паразитических форм у человека встречается инфузория — балантидий. При попадании в слизистую оболочку она вызывает ее изъявления и кровавый понос. Эта инфузория живет в кишечной свиней, которые служат источником заражения людей, ухаживающих за животными.

Выводы:

1. Это наиболее жизнеспособный одноклеточный организм.

2. Биологическое значение полового размножения заключается в объединении в одном организме наследственных свойств 2-х особей. Это повышает жизнеспособность организма, что выражается в лучшей приспособленности к окружающим условиям.

Значение простейших в природе и жизни человека

1. Источник питания для других животных. (Составляют 1-ое звено в цепях питания).

2. Выполняют роль санитаров, очищая водоемы от бактерий и гниющих веществ.

3. Служат индикаторами чистоты воды.

4. Содействуют геологической разведке служат руководящими формами при разведке нефти и газа.

5. Участвуют в образовании залежей известняков.

6. Участвуют в круговороте веществ.

7. Оказывают влияние на почвообразовательные процессы.

8. Возбудители заболеваний домашних животных и человека.

Простейшие — создатели суши

Слово простейшие обычно ассоциируется у нас с мельчайшими, не видимыми глазу комочками протоплазмы. Они живут, питаются, размножаются, но какое нам до них дело — таких крошечных? Мало кто знает, что именно простейшим мы обязаны возникновением целых пластов геологических пород, а зачастую и горных массивов!

Пресноводные раковинные амебы защищают свое тело раковинкой из силикатных или известковых пластиночек, выделяемых цитоплазмой на поверхность клетки. У арцеллы раковинка имеет форму блюдечка, в центре которого расположено устье — отверстие, через которое наружу высовываются ложноножки амебы. Диффлюгия использует для построения раковины микроскопические песчинки или обломки скелета диатомовых водорослей. За строительством домика диффлюгии можно проследить (конечно, только под микроскопом) во время ее размножения. Перед делением клетка простейшего набирает много воды и выпирает из устья раковинки. Видно, как диффлюгия собирает ложноножками песчинки и обломки раковин водорослей. Твердые частицы собираются на поверхности цитоплазмы и склеиваются в раковинку для дочерней клетки при помощи особой застывающей жидкости.

Эти раковинные амебы обитают в мелких стоячих водоемах — прудах, канавах, глубоких лужах. Численность их невелика, и их не создают значительных донных отложений. Совсем другое дело — морские простейшие, сыгравшие колоссальную роль в создании земной суши. Радиолярии строят свой ажурный скелет из солей кремния, поглощаемых из морской воды. Радиолярии — планктонные организмы, жизнь их протекает в состоянии парения в морской воде, поэтому в строении их скелета должны сочетаться легкость и прочность, что достигается ажурной структурой, увеличивающей поверхность. Разнообразие форм скелетов радиолярий потрясает, эти существа — одни из самых красивых и изящных организмов на Земле. Знаменитый немецкий зоолог и эволюционист XIX в. Э.Геккель, бывший хорошим художником, посвятил им большой раздел своего атласа рисунков .

Большой сложности и разнообразия достигают скелеты и других морских раковинных простейших — фораминифер. В морях и океанах фораминифер можно обнаружить во всех широтах и на всех глубинах, однако наибольшее их разнообразие наблюдается в придонных слоях на глубинах до 200-300 м. Раковины одних фораминифер, как и у диффлюгии, состоят из посторонних частиц — песчинок. Фораминиферы поглощают песчинки, а затем выделяют их на поверхность клетки, где они к наружному слою цитоплазмы. Другая, большая часть фораминифер обладает известковыми раковинами. Эти раковины построены из веществ собственного тела животных, которые способны концентрировать в клетке соли кальция, содержащиеся в морской воде.

На дне морей и океанов отмершие раковины фораминифер рода глобигерина образуют известковый ил, который носит название голубого, или глобигеринового. Правда, далеко не все раковинки достигают дна. Подсчитано, что при размере 0,4 мм раковинки фораминифер опускаются со скоростью 2 см/с, т. е. для того чтобы погрузится на глубину 1000 м, им нужно 14 ч. За это время многие из них успевают просто раствориться в морской воде, так что прирост голубого ила идет весьма медленно, в среднем на 0,5-2 см за 100 лет. Тем не менее такой ил покрывает площадь в 120 млн км2, т.е. примерно треть поверхности дна мирового океана. Местами толщина ила достигает нескольких сотен метров. В толще ила идут химические процессы, которые превращают его в мел, известняк и другие осадочные породы.

До недавнего времени бытовало мнение, что мел целиком образован раковинками фораминифер. Однако на самом деле в состав ила входят еще и панцири одноклеточных жгутиконосцев, и мел как таковой на 90-98% состоит как раз из известковых панцирей жгутиконосцев кокколитофорид. Каждый панцирь, или коккосфера, состоит из 10-20 взаимосвязанных известковых щитков. Количество таких щитков в 1 см3 писчего мела исчисляется астрономическими цифрами — 1010-1011. Одна черта, проведенная школьным мелом на классной доске, содержит в себе остатки многих миллионов ископаемых простейших.

За десятки и сотни миллионов лет в результате геологических процессов из отложений раковинок простейших образовалась монолитная горная порода — известняк. В результате геологических поднятий участков морского дна горы известняка оказались на поверхности суши. Из известняка состоит Ливийский массив, из которого древние египтяне добывали материал для строительства пирамид фараонов. Дворцы и храмы Владимиро-Суздальской Руси, белокаменной Москвы тоже построены из таких известняков. Известняки — основная порода, из которой слагаются Альпы и Пиренеи, горы и нагорья Северной Африки. Пояс известняковых гор тянется от Гималаев в Среднюю Азию и на Кавказ.

Определенные группы видов вымерших фораминифер связаны с нефтеносными пластами. По видовому составу остатков фораминифер, обнаруженных при бурении в осадочных породах, образованных за миллионы лет отложениями раковинок этих животных, можно предсказать, имеются в данном месте нефтеносные пласты или нет.

А вот скелеты отмерших радиолярий, оседая на дно, образуют другие осадочные горные породы — радиоляриты, к которым относятся, например, яшмы, опалы, халцедоны, кремнистые сланцы и глины. Целиком из радиоляритов состоят яшмы Кавказа, кремнистые породы на Урале, Дальнем Востоке (Сихотэ-Алинь) и в Средней Азии.

Подцарство одноклеточные животные, или Простейшие

Подцарство Одноклеточные животные включает в себя животных, тело которых состоит из одной клетки. Эта клетка является сложным организмом с присущими ему физиологическими процессами: дыханием, пищеварением, выделением, размножением и раздражением.

Форма клеток у них разнообразна и может быть постоянной (жгутиковые, инфузории) и непостоянной (амеба). Органоидами движения являются ложноножки, жгутики и реснички. Питание у простейших бывает автотрофным (фотосинтез) и гетеротрофным (фагоцитоз, пиноцитоз). Размножение у одноклеточных бесполое (деление ядра – митоз, а затем продольный или поперечный цитокинез, а также множественное деление) и половое: конъюгация (инфузории), копуляция (жгутиковые).

Неблагоприятные условия простейшие переносят в состоянии цисты (плотная оболочка). В некоторых случаях циста является способом распространения. Встречаются как свободноживущие, так и паразитические формы. Насчитывается около 30 000 тысяч видов простейших. В природе они участвуют в почвообразовании, образуют залежи мела; у человека и животных простейшие способны вызывать ряд заболеваний (малярия, лейшманиоз и др.).

Около 30 000 видов одноклеточных объединены в несколько типов. Наиболее многочисленными являются типы Саркожгутиконосцы и тип Инфузории.

Тип Инфузории насчитывает более 7 500 видов. Это высокоорганизованные простейшие, которые имеют постоянную форму тела.

Обитают Инфузории в морских и пресных водоемах и являются свободноплавающими; ведут прикрепленный образ жизни. Передвигаются Инфузории с помощью ресничек. Среди них встречаются паразиты и симбионты.

Типичным представителем типа является инфузория-туфелька. Тело инфузории покрыто плотной оболочкой. У нее два ядра: большое (макронуклеус), которое регулирует все жизненные процессы, и маленькое (микронуклеус), играющее основную роль в размножении. Инфузория-туфелька питается водорослями, бактериями, а также некоторыми простейшими. Реснички инфузории колеблются, что «продвигает» пищу в ротовое отверстие, а затем в глотку, на дне которой образуются пищеварительные вакуоли, где и происходит переваривание пищи и всасыванием питательных веществ. Через порошицу – особый орган – удаляются непереваренные остатки. Функции выделения осуществляются сократительными вакуолями. Размножается инфузория-туфелька, как и амеба, бесполым способом (поперечное деление цитоплазмы, малое ядро делится митотически, большое – амитотически). Характерен и половой процесс – конъюгация. Это временное соединение двух особей, между которыми образуется цитоплазматический мостик, посредством которого они обмениваются разделившимися малыми ядрами. Половой процесс служит для обновления генетической информации.

Инфузории являются звеном в пищевых цепях. Обитающие в желудках жвачных, инфузории способствуют их пищеварению.

Класс Саркодовые (около 11 000 видов) относится к типу Саркомастигофора. Основные представители – это обители морей, пресных водоемов, почвы; небольшое число – паразиты. Движение осуществляется с помощью ложноножек.

Типичным представителем является амеба обыкновенная.

Живет амеба в пресноводных водоемах. Форма тела ее непостоянная. Ложноножки служат также и для захвата пищи – бактерий, одноклеточных водорослей, некоторых простейших. Непереваренные остатки выбрасываются из любого места амебы. Животное дышит всей своей поверхностью тела: кислород, растворенный в воде, посредством диффузии проникает в организм амебы, а образующийся при дыхании в клетке углекислый газ выделяется наружу. Животное обладает раздражимостью. Размножается амеба делением: сначала митотически делится ядро, а затем происходит деление цитоплазмы. При неблагоприятных условиях происходит инцистирование.

Раковинные корненожки создали залежи полезных ископаемых. Паразитические амебы вызывают кишечные заболевания человека и животных.

Класс Жгутиковые (более 6 000 видов) – это обитатели луж, прудов. Они являются симбионтами или паразитами. Передвигаются Жгутиковые посредством жгутиков – обычно их бывает 1-2, иногда больше.

Типичный представитель Жгутиковых – эвглена зеленая – имеет веретеновидную форму. От переднего конца тела эвглены отходит длинный тонкий жгутик: вращая им, эвглена передвигается, как бы ввинчиваясь в воду. В цитоплазме эвглены ядро и несколько окрашенных овальных телец – хроматофоры (20 штук), содержащие хлорофилл (на свету эвглена питается автотрофно). Светочувствительный глазок помогает эвглене находить освещенные места. При длительном содержании в темноте эвглена теряет свой хлорофилл и переходит к питанию готовыми органическими веществами, которые она всей поверхностью тела всасывает из воды. Дышит эвглена всей поверхностью тела. Размножение осуществляется делением надвое (продольное).

Жгутиковые являются звеном в экосистемах. Большое число Жгутиковых – это паразиты человека: трихомонады, лямблии, трипаносомы.

Остались вопросы? Не знаете, кто такие «Простейшие»?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog. tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Движение простейших. Регуляция давления внутри клетки. Переживание периодов неблагоприятных условий | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Раздел:

Физиология простейших

Движение. Амеба протей и арцелла передвигаются с помощью ложноножек, или псевдо­подий. Благодаря эластичности клеточной мембраны ложноножки могут образовываться в любом месте, при этом форма клетки, например у амебы протея, постоянно меняется. Когда движение цитоплазмы на­правлено наружу, то ложноножки вытягиваются, если же оно направ­лено внутрь клетки — втягиваются. Это обеспечивает медленное движение.

Быстрое движение обеспечивают жгутики или реснички — постоянные выросты клетки, покрытые мембраной. Жгутики совершают винтообразные движения, а работа ресничек на­поминает колебания маятника или движе­ния весел. Движения простейших часто связаны с их реакциями на разнообразные раздражители окружающей среды.

Регуляция давления внутри клетки. Пресноводные простейшие — амеба протей, арцелла обыкновенная, инфузория-туфелька — имеют специальные сократительные вакуоли. Вспомните: такие же органеллы есть и у пресноводной одноклеточной водоросли хламидомо­нады. Сократительные вакуоли обеспечивают выведение из клетки избытка воды, регулируя внутриклеточное давление. Вместе с водой выводятся некоторые продукты обмена веществ. У паразитических и большинства морских простейших сократительных вакуолей нет.

Переживание периодов неблагоприятных условий. При неблаго­приятных условиях клетка простейших прекращает движение, в ней уменьшается содержание воды, замедляются процессы обмена ве­ществ, втягиваются ложноножки, отпадают реснички или жгутики, вокруг клетки образуется плотная защитная оболочка. Так формируется циста (рис. 41). В стадии цисты некоторые одноклеточные животные могут находиться до 20 лет. При благоприятных условиях они выходят из оболочки цисты, процессы их жизнедеятельности активизируются. Циста обеспечивает не только переживание периодов неблагоприят­ных условий, но и распространение организмов. С потоками воды или воздуха, при помощи других животных цисты простейших могут переноситься на значительные расстояния. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 41. Цисты одноклеточных животных: 1 — амебы; 2 — инфузории

Некоторые характерные признаки представителей подцарства Простейшие:

• движению способствуют ложноножки, жгутики или реснички;
• продукты обмена веществ вместе с избытком воды выводятся из клетки благодаря работе сократительных вакуолей;
• периоды неблагоприятных условий переживают в виде цист, которые также служат для расселения.

На этой странице материал по темам:

• Малярного плазмодия простейшие

• При неблагоприятных условиях клетка простейших

• Краткое сообщение по биологии на тему движение хламидомонада

• Значение бодо

• Простейшие бодо

Вопросы по этому материалу:

• Какие органеллы движения встречаются у простейших?

• Что такое циста?

Общая характеристика и строение типа простейших. Простейшие. Общая характеристика и разнообразие простейших Общая характеристика подцарства одноклеточные животные

Одноклеточными или простейшими организмами принято называть те организмы, тела которых представляют собой одну клетку. Именно эта клетка и осуществляет все необходимые функции для жизнедеятельности организма: перемещение, питание, дыхание, размножение и удаление ненужных веществ из организма.

Подцарство Простейших

Простейшие выполняют одновременно и функции клетки, и отдельного организма. В мире насчитывается около 70 тыс. видов данного Подцарства, большая часть из них являются организмами микроскопического размера.

2-4 микрон — это размер мелких простейших, а обычные достигают 20-50 мкм; по этой причине увидеть их невооруженным глазом невозможно. Но встречаются, например, инфузории длиной в 3 мм.

Встретить представителей Подцарства простейших можно лишь в жидкой среде: в морях и водоемах, в болотах и влажных почвах.

Какими бывают одноклеточные?

Существует три типа одноклеточных: саркомастигофоры, споровики и инфузории. Тип саркомастигофор включает в себя саркодовые и жгутиковые, а тип инфузории — ресничные и сосущие.

Особенности строения

Особенностью строение одноклеточных является наличие структур, которые свойственны исключительно простейшим. Например, клеточный рот, сократительная вакуоль, порошица и клеточная глотка.

Для простейших характерно разделение цитоплазмы на два слоя: внутренний и наружный, который называют эктоплазмой. Строение внутреннего слоя включается в себя органеллы и эндоплазму (ядро).

Для защиты существует пелликула — слой цитоплазмы, отличающийся уплотнением, а подвижность и некоторые функции питания обеспечивают органеллы. Между эндоплазмой и эктоплазмой расположены вакуоли, которые регулируют водно-солевой баланс в одноклеточном.

Питание одноклеточных

У простейших возможны два вида питания: гетеротрофный и смешанный. Различают три способа поглощения пищи.

Фагоцитозом называют процесс захвата твердых частиц пищи при помощи выростов цитоплазмы, которые есть у простейших, а также других специализированных клеток у многоклеточных. А пиноцитоз представлен процессом захвата жидкости самой клеточной поверхностью.

Дыхание

Выделение у простейших осуществляется при помощи диффузии или через сократительные вакуоли.

Размножение простейших

Существует два способа размножения: половое и бесполое. Бесполое представлено митозом, во время которого происходит деление ядра, а затем цитоплазмы.

А половое размножение происходит при помощи изогамии, оогамии и анизогамии. Для простейших характерно чередование полового размножения и однократного или многократного бесполого.

Определение 1

Одноклеточные (простейшие) — организмы, в которых все функции живого выполняет одна клетка.

Кроме прокариот, к ним относятся одноклеточные эукариоты, среди которых есть и растения, и животные, и грибы.

Особенности одноклеточных организмов

Размеры простейших микроскопически малы. К особенностям одноклеточных организмов относится то, что они выполняют все функции живого с помощью клеточных органелл и является отдельным самостоятельным организмом, представленным лишь одной клетки. По строению и набором органелл клетки одноклеточных организмов подобные клеткам многоклеточных организмов. Среди одноклеточных эукариот выделяют как просто построенные организмы (амеба, хлорелла), так и достаточно сложные (инфузории, ацетабулярии).

Если для клеток многоклеточных организмов характерно дифференцировка функций и невозможность выполнять сразу все функции живого, то одноклеточные организмы эту способность сохраняют. Высокий уровень их организации — клеточный. Клетка одноклеточных организмов — это целостный организм, которому присущи все свойства живого: обмен веществ, раздражимость, рост, размножение и тому подобное.

Их тело состоит из цитоплазмы, в которой различают внешний слой — эктоплазму, и внутренний — эндоплазму. В большинстве видов клетка снаружи покрыта оболочкой, которая предоставляет одноклеточной животному постоянную форму. У простейших проявляются органеллы, выполняющие различные функции:

• пищеварения (пищеварительные вакуоли),
• выделения (сократительные вакуоли),
• движения (жгутики, реснички),
• восприятия света (светочувствительный глазок)

и другие органеллы, обеспечивающие все процессы жизнедеятельности. По способу питания — это гетеротрофные организмы. Простейшим свойственна раздражительность, проявляющаяся в различных движениях — таксисе. Различают положительные таксисы — движения к раздражителю, и отрицательные таксисы — движения от раздражителя.

Попадая в неблагоприятные условия, простейшие образуют цисты. Инцистирование — важная биологическая особенность простейших. Оно не только обеспечивает переживания неблагоприятных условий, но и способствует широкому расселению.

Водные одноклеточные

Морские одноклеточные животные, например фораминиферы и радиолярии, имеют внешний скелет в виде известковой раковины. К высокоорганизованных одноклеточных животных относятся инфузории. Органоидами движения в них выступают реснички, тело покрыто прочной эластичной оболочкой, которая предоставляет ему постоянной формы. Большинство инфузорий имеет два ядра: большое и малое. Большое вегетативное ядро — регулирует процессы движения, питания, выделения, а также бесполое размножение, осуществляемое поперечным делением клетки пополам. Малое ядро — генеративное, оно выполняет важную функцию в половом процессе.

Среди водных одноклеточных организмов также выделяют миксотрофы — организмы, которые могут питаться как с помощью фотосинтеза, так и гетеротрофно. Например, эвглена зеленая.

Живет эвглена в пресноводных водоемах и плавает с помощью единого жгутика, расположенного на переднем конце тела. В цитоплазме эвглены имеются хлоропласты, содержащие хлорофилл, позволяет эвглену питаться фототрофные. Если нет света, она переходит на гетеротрофное питания. Благодаря этому свойству эвглена сочетает в себе признаки растения и животного, что свидетельствует об эволюционном единстве растительного и животного мира.

Одноклеточные растения и грибы

Замечание 1

В природе много не только одноклеточных животных, но и одноклеточных растений и грибов. Например, среди зеленых водорослей к представителям одноклеточных принадлежат хламидомонада и хлорелла, а среди грибов одноклеточными являются дрожжи.

Одноклеточные растения и животные являются типичными эукариотическими клетками, имеющими соответствующие органеллы:

• поверхностную мембрану,
• ядро,
• митохондрии,
• аппарат Гольджи,
• эндоплазматическую сеть,
• рибосомы.

Различия строения одноклеточных животных и одноклеточных растений связаны с различиями способа их питания. Для растительных клеток характерно наличие пластид, вакуоли, клеточной стенки и других особенностей, связанных с фотосинтезом. Для животных клеток характерно наличие гликокаликса, пищеварительных вакуолей и других особенностей, связанных с гетеротрофным питанием.

У грибов клетка имеет клеточную стенку, в этом проявляется сходство грибов с бактериями и растениями. Но грибы являются гетеротрофами, и это роднит их с животными.

Одноклеточные эукариоты размножаются преимущественно бесполым путем, но у некоторых из них (например, у инфузории-туфельки) наблюдается половой процесс — обмен генетической информацией, а в других (например, в хламидомонады) происходит половое размножение. Бесполое размножение происходит путем деления клетки пополам с помощью митоза. При половом размножении образуются гаметы, которые затем сливаются с образованием зиготы.

Замечание 2

Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: амебы, балантидий, жгутиковые, инфузории, кокцидии, малярийный плазмодий, пищеварительная вакуоль, половой прогресс, порошица, саркодовые, сократительная вакуоль, споровики, эвглена зеленая.

Тело простейших животных состоит из одной клетки, осуществляющей все функции жизнедеятельности. Представители этого подцарства обладают всеми свойствами самостоятельного организма. Свободноживущие простейшие имеют дополнительные органоиды движения, питания, выделения, защиты и т.д. Некоторые из этих органоидов временные (ложноножки амебы), некоторые постоянные (жгутик эвглены, реснички инфузорий).

Роль простейших в природе и жизни человека:

– являются непременными участниками круговорота веществ и энергии в экосистемах, выступая в роли микро– консументов и редуцентов;

– образуют геологические залежи известняка, мела;

– являются объектами научного исследования;

Класс Жгутиковые. Представители этого класса имеют постоянную форму тела, благодаря наличию уплотненной клеточной оболочки.

Эвглена зеленая имеет веретенообразную форму тела. Размер клетки около 0,05 мм. Передвигается эвглена с помощью жгутика – цитоплазматического выроста, состоящего из тонких фибрилл . На переднем конце находится светочувствительный глазок. В цитоплазме, помимо всех, характерных для животных клеток, органелл, находятся хроматофоры , содержащие хлорофилл. На свету эвглена способна к фотосинтезу. Поэтому ее относят к промежуточным, между растениями и животными, эволюционным формам. Размножается эвглена бесполым путем, делением надвое по продольной оси. Половое размножение осуществляется путем копуляции (слияния клеток).

К колониальным формам жгутиковых относится вольвокс.

Тип Инфузории. Класс ресничные инфузории. Тип насчитывает около 6 тыс. видов.

Представители – инфузория-туфелька, инфузория-трубач.

Инфузория-туфелька – животное размером 0,1-0,3 мм.

Ее клеточная оболочка покрыта ресничками, служащими для передвижения. В клетке два ядра – вегетативное , полиплоидное и генеративное , диплоидное . Ротовое углубление на теле образует ротовую воронку, переходящую в клеточный рот, ведущий в глотку . В глотке формируются пищеварительные вакуоли , переваривающие пищу. Непереваренные остатки пищи удаляются через отверстие – порошицу .

У инфузории-туфельки две сократительные вакуоли, расположенные в противоположных концах тела. Через них выводится избыток воды и продукты обмена веществ.

Размножение инфузории происходит как бесполым, так и половым путями. При бесполом размножении происходит продольное деление клетки. При половом процессе между двумя инфузориями образуется цитоплазматический мостик. Полиплоидные (большие) ядра разрушаются, а диплоидные (малые) ядра делятся мейозом с образованием четырех гаплоидных ядер, три из которых погибает, а четвертое делится пополам, но уже митозом. Образуется два ядра. Одно – стационарное и другое – мигрирующее. Затем между инфузориями происходит обмен мигрирующими ядрами. Потом стационарное и мигрировавшее ядра сливаются, особи расходятся и в них снова образуются большое и малое ядра.

Класс Жгутиковые

Строение . У жгутиковых имеются жгутики, служащие органоидами движения и способствующие захвату пищи. Их может быть один, два или множество. Движением жгутика в окружающей воде вызывается водоворот, благодаря которому мелкие взвешенные в воде частички увлекаются к основанию жгутика, где имеется небольшое отверстие — клеточный рот, ведущий в глубокий канал-глотку.
Почти все жгутиковые покрыты плотной эластичной оболочкой, которая наряду с развитыми элементами цитоскелета определяет постоянную форму тела.
Генетический аппарат у большинства жгутиковых представлен одним ядром, но существуют также двуядерные (например, лямблии) и многоядерные (например, опалина) виды.
Цитоплазма четко делится на тонкий наружный слой — прозрачную эктоплазму и глубже лежащую эндоплазму.
Способ питания. По способу питания жгутиковые делятся на три группы. Автотрофные организмы как исключение в царстве животных синтезируют органические вещества (углеводы) из углекислого газа и воды при помощи хлорофилла и энергии солнечного излучения. Хлорофилл находится в хроматофорах, сходных по организации с пластидами растений. У многих жгутиконосцев с растительным типом питания имеются особые аппараты, воспринимающие световые раздражения, — стигмы.
Гетеротрофные организмы (трипаносома — возбудитель сонной болезни) не имеют хлорофилла и поэтому не могут синтезировать углеводы из неорганических веществ. Миксотрофные организмы способны к фотосинтезу, но питаются также минеральными и органическими веществами, созданными другими организмами (эвглена зеленая).
Осморегуляторная и отчасти выделительная функции выполняются у жгутиковых, как у саркодовых, сократительными вакуолями, которые имеются у свободноживущих пресноводных форм.
Размножение. У жгутиковых отмечается половое и бесполое размножение. Обычная форма бесполого размножения — продольное деление.
Среда обитания. Жгутиковые широко распространены в пресных водоемах, особенно небольших и загрязненных органическими остатками, а также в морях. Многие виды паразитируют у различных животных и человека и тем самым приносят большой вред (трипоносомы, паразиты кишечника и др. ).

Животные, состоящие из единственной клетки, располагающей ядром, называются одноклеточными организмами.

В них сочетаются характерные особенности клетки и независимого организма.

Одноклеточные животные

Животные подцарства Одноклеточных или Простейших обитают в жидких средах. Внешние формы их разнообразны — от аморфных особей, не имеющих определенных очертаний, до представителей со сложными геометрическими формами.

Насчитывается около 40 тысяч видов одноклеточных животных. К наиболее известным относятся:

• амеба;
• зеленая эвглена;
• инфузория-туфелька.

Амеба

Принадлежит классу корненожки и отличается непостоянной формой.

Она состоит из оболочки, цитоплазмы, сократительной вакуоли и ядра.

Усвоение питательных веществ осуществляется с помощью пищеварительной вакуоли, а кормом служат другие простейшие, такие как водоросли и . Для респирации амебе необходим кислород, растворенный в воде и проникающий через поверхность тела.

Зеленая эвглена

Обладает вытянутой веерообразной формой. Питается за счет превращения углекислого газа и воды в кислород и продукты питания благодаря световой энергии, а также готовыми органическими веществами при отсутствии света.

Относится к классу жгутиковые.

Инфузория-туфелька

Класс инфузории, своими очертаниями напоминает туфельку.

Пищей служат бактерии.

Одноклеточные грибы

Грибы отнесены к низшим бесхлорофилльным эукариотам. Они отличаются наружным пищеварением и содержанием хитина в клеточной стенке. Тело образует грибницу, состоящую из гифов.

Одноклеточные грибы систематизированы в 4 основных классах:

• дейтеромицеты;
• хитридиомицеты;
• зигомицеты;
• аскомицеты.

Ярким примером аскомицетов служат дрожжи, широко распространенные в природе. Скорость их роста и размножения велика благодаря особенному строению. Дрожжи состоят из одиночной клетки округлой формы, размножающейся почкованием.

Одноклеточные растения

Типичным представителем низших одноклеточных растений, часто встречающихся в природе, являются водоросли:

• хламидомонада;
• хлорелла;
• спирогира;
• хлорококк;
• вольвокс.

Хламидомонада отличается от всех водорослей подвижностью и наличием светочувствительного глазка, определяющего места наибольшего скопления солнечной энергии для фотосинтеза .

Многочисленные хлоропласты заменены одним большим хроматофором. Роль насосов, откачивающих излишки жидкости, выполняют сократительные вакуоли. Передвижение осуществляется при помощи двух жгутиков.

Зеленые водоросли хлореллы, в отличие от хламидомонады, обладают типичными растительными клетками. Плотная оболочка защищает мембрану, а в цитоплазме расположено ядро и хроматофор. Функции хроматофора сходны с ролью хлоропласт наземных растений.

С хлореллой схожа водоросль шарообразной формы хлорококк. Местом ее обитания служит не только вода, но и суша, стволы деревьев, растущих во влажной среде.

Кто открыл одноклеточные организмы

Честь открытия микроорганизмов принадлежит голландскому ученому А. Левенгуку.

В 1675 году он разглядел их в микроскоп собственного изготовления. За мельчайшими существами закрепилось название инфузория, а с 1820 года их стали называть простейшими животными.

Зоологами Келлекером и Зибольдом в 1845 году одноклеточные были отнесены к особому типу животного царства и разделены на две группы:

• корненожки;
• инфузории.

Как выглядит клетка одноклеточного животного

Строение одноклеточных организмов возможно изучить лишь с помощью микроскопа. Тело простейших существ состоит из единственной клетки, выполняющей роль независимого организма.

В состав клетки входят:

• цитоплазма;
• органоиды;
• ядро.

Со временем, в результате приспособления к окружающей среде, у отдельных видов одноклеточных появились специальные органоиды движения, выделения и питания.

Кто такие простейшие

Современная биология относит простейших к парафилетической группе животноподобных протистов. Наличие в клетке ядра, в отличие от бактерий, включает их в список эукариотов.

Клеточные структуры разнятся с клетками многоклеточных. В живой системе простейших присутствуют пищеварительные и сократительные вакуоли, у некоторых наблюдаются схожие с ротовой полостью и анальным отверстием органеллы.

Классы простейших

В современной классификации по признакам отсутствует отдельный ранг и значение одноклеточных.

Лабиринтула

Их принято подразделять на следующие типы:

• саркомастигофоры;
• апикомплексы;
• миксоспоридии;
• инфузории;
• лабиринтулы;
• асцестоспородии.

Устаревшей классификацией считается деление простейших на жгутиковых, саркодовых, ресничных и споровиков.

В каких средах обитают одноклеточные

Средой обитания простейших одноклеточных служит любая влажная среда. Амеба обыкновенная, эвглена зеленая и инфузория-туфелька являются типичными обитателями загрязненных пресных водных источников.

Наука долгое время относила опалин к инфузориям, благодаря внешнему сходству жгутиков с ресничками и наличию двух ядер. В результате тщательных исследований родство было опровергнуто. Половое размножение опалин происходит в результате копуляции, ядра одинаковые, а ресничный аппарат отсутствует.

Заключение

Биологическую систему невозможно представить без одноклеточных организмов, являющихся источником питания других животных.

Простейшие организмы способствуют образованию горных пород, служат показателями загрязненности водоемов, участвуют в круговороте углерода . Широкое применение микроорганизмы нашли в биотехнологиях.

Многообразие одноклеточных их роль в жизни человека и природы

This project is not published yet.

-Одноклеточные животные или простейшие -Разновидности простейших -Роль одноклеточных в жизни природы и человека

Одноклеточные животные или простейшие

Одноклеточные животные обитают в водоемах, каплях росы на листьях растений, во влажной почве, в органах растений, животных и человека.

Тело простейшего состоит из цитоплазмы, поверх которой имеется тончайшая наружная мембрана, а у большинства и плотная оболочка. В цитоплазме находятся ядро (одно, два или более), пищеварительные и сократительные (одна, две или более) вакуоли. Большинство простейших активно передвигается с помощью особых органоидов.

Подцарство простейших включает 40 тыс. видов, объединенных в несколько типов. Самые крупные из них два: тип Саркодовые и жгутиковые и тип Инфузории.

Тип саркодовые и жгутиковые

Места обитания, строение и образ жизни.

К саркодовым и жгутиковым относятся в основном свободноживущие организмы. Наиболее распространены из них амеба обыкновенная и эвглена зеленая. Амеба обыкновенная живет в придонных местах пресных водоемов. Она не имеет постоянной формы тела и передвигается перетеканием в образующиеся выпячивания — ложноножки (на греч. «амеба» означает «изменчивая»). Эвглена зеленая живет в верхних слоях пресных водоемов. Она имеет плотную оболочку, придающую ей постоянную веретеновидную форму тела; передвигается с помощью жгутика. Внутри тела эвглены имеются ядро, хлоропласты, сократительная вакуоль, светочувствительный глазок.

Амеб и других простейших, не имеющих оболочки и способных образовывать ложноножки, относят к саркодовым (от греч. «саркос» — плазма). Эвглен и других простейших, имеющих жгутики, относят к жгутиковым. Некоторые жгутиковые, например жгутиковая амеба, имеют жгутики и ложноножки, что свидетельствует о близком родстве саркодовых и жгутиковых и служит основанием объединения их в один тип.

Питание. Амеба обыкновенная питается в основном одноклеточными организмами, захватывая их ложноножками. Пища переваривается в пищеварительных вакуолях под влиянием пищеварительного сока. При этом сложные органические вещества пищи превращаются в менее сложные и переходят в цитоплазму (они идут на образование собственных органических веществ, которые служат строительным материалом и источником энергии). Непереваренные остатки пищи выводятся наружу в любой части тела. Эвглена зеленая, как и одноклеточные водоросли, на свету образует органические вещества. При недостатке света она питается растворенными в воде органическими веществами.

Дыхание. Свободноживущие простейшие дышат растворенным в воде кислородом, поглощая его всей поверхностью тела. Попав в цитоплазму, кислород окисляет сложные органические вещества, превращая их в воду, углекислый газ и некоторые другие соединения. При этом освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Углекислый газ, образующийся в процессе дыхания, удаляется через поверхность тела.

Раздражимость. Одноклеточные животные реагируют на свет, температуру, различные вещества и другие раздражители. Амеба обыкновенная, например, движется от света в затененное место (отрицательная реакция на свет), а эвглена зеленая плывет в сторону света (положительная реакция на свет). Способность организмов реагировать на действие раздражителей называется раздражимостью. Благодаря этому свойству одноклеточные животные избегают неблагоприятных условий и находят пищу.

Размножение саркодовых и жгутиковых происходит путем деления. Материнская особь дает начало двум дочерним, которые при благоприятных условиях жизни быстро растут, и уже через сутки происходит их деление.

Сохранение при неблагоприятных условиях жизни. При понижении температуры воды или высыхании водоема на поверхности тела амебы из веществ цитоплазмы образуется плотная оболочка. Само тело округляется, и животное переходит в покоящееся состояние, называемое цистой (от греч. «цистис» — пузырь). В таком состоянии амебы не только сохраняются при неблагоприятных условиях жизни, но и расселяются при помощи ветра и животных. В цисты превращаются многие саркодовые и жгутиковые, в том числе амеба дизентерийная, эвглена зеленая, лямблии и трипаносомы.

Тип инфузории

Места обитания, строение и образ жизни.

К типу инфузорий относятся туфельки, бурсарии, гуськи, сувойки. Эти и большинство других инфузорий живут в пресных водоемах с разлагающимися органическими остатками (их название происходит от греч. «инфузиум» — настой). Форма их тела веретеновидная (туфельки), бочонковидная (бурсарии), колоколовидная (трубачи).

Тело инфузорий покрыто рядами ресничек, при помощи которых они передвигаются. Имеются инфузории, например сувойки, ведущие сидячий образ жизни. К подводным предметам они прикрепляются сократимым стебельком.

Инфузории по сравнению с другими простейшими имеют более сложное строение. У них имеются большое и малое (или малые) ядра, клеточные рот и глотка, околоротовая впадина, постоянное место удаления остатков непереваренной пищи — порошица. Сократительные вакуоли инфузорий состоят из собственно вакуолей и приводящих канальцев.

Питание. Большинство инфузорий питается различными органическими остатками, бактериями и одноклеточными водорослями. Пища попадает в предротовую впадину благодаря согласованному колебанию окружающих ее ресничек, а затем через рот и глотку в цитоплазму (в образующуюся пищеварительную вакуоль). Не-переварившиеся остатки пищи удаляются через порошицу.

Дыхание и выделение у инфузорий происходят так же, как у саркодовых и жгутиковых, через всю поверхность тела.

Раздражимость. В ответ на действие света, температуры и других раздражителей инфузории движутся к ним или в обратную сторону (положительный и отрицательный таксисы — движения).

Размножение и сохранение при неблагоприятных условиях у инфузорий происходят в основном так же, как у саркодовых и жгутиковых.

Роль одноклеточных в жизни человека и природы

Простейшие — источник питания для других животных. В морях и в пресных водах простейшие, прежде всего инфузории и жгутиковые, служат пищей для мелких многоклеточных животных. Черви, моллюски, мелкие ракообразные, а также мальки многих рыб питаются преимущественно одноклеточными. Этими мелкими многоклеточными, в свою очередь, питаются другие, более крупные организмы. Самое большое из когда-либо живших на Земле животных — голубой кит, как и все другие усатые киты, питается очень мелкими ракообразными, населяющими океаны. А эти рачки питаются одноклеточными организмами. В конечном счете существование китов зависит от одноклеточных животных и растений. Простейшие — участники образования горных пород. Рассматривая под микроскопом размельченный кусочек обыкновенного писчего мела, можно видеть, что он состоит преимущественно из мельчайших раковинок каких-то животных. Морские простейшие (корненожки и радиолярии) играют весьма важную роль в образовании морских осадочных горных пород. В течение многих десятков миллионов лет их микроскопически мелкие минеральные скелеты оседали на дно и образовывали мощные отложения. В древние геологические эпохи при горообразовательном процессе морское дно становилось сушей. Известняки, мел и некоторые другие горные породы опасны значительной мере состоят из остатков скелетов морских простейших. Известняки с давних пор имеют огромное практическое значение как строительный материал. остатков простейших играет большую роль в определении возраста разных слоев земной коры и нахождении нефтеносных слоев.

Борьба с загрязненностью водоемов — важнейшая государственная задача. Простейшие — показатель степени загрязненности пресных водоемов. Каждому виду простейших животных необходимы для существования определенные условия. Одни простейшие живут только в чистой воде, содержащей много растворенного воздуха и не загрязненной отходами фабрик и заводов; другие приспособлены к жизни в водоемах средней загрязненности. Наконец, есть и такие простейшие, которые могут жить в очень загрязненных, сточных водах. Таким образом, нахождение в водоеме определенного вида простейших дает возможность судить о степени его загрязненности.

Простейшие — возбудители болезней человека и животных. Среди простейших очень многие ведут паразитический образ жизни. Они поселяются в различных органах человека и животных и часто бывают причиной тяжелых заболеваний. К болезням, вызываемым простейшими, относятся, например, малярия и кожный лейшманиоз (см. ст. «Насекомые и клещи — хранители и переносчики возбудителей болезней») .

Итак, простейшие имеют огромное значение в природе и в жизни человека. Одни из них не только полезны, но и необходимы; другие, на против, опасны.

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B4%D0%BD…

Одноклеточные животные (Простейшие) — Bio-Lessons

Простейшие — одноклеточные организмы, строение которых можно изучить только с помощью микроскопа. В клетке такого организма располагается цитоплазма с одним или несколькими ядрами. В настоящее время науке известно около 70 тыс. видов простейших.

Наука изучающая простейшие организмы — протозоология.

Одноклеточные беспозвоночные имеют простое строение, несмотря на это, такие процессы как обмен веществ, процессы пищеварения, дыхания, размножения и движения осуществляются так же как на уровне многоклеточного организма.

Следовательно, эта самостоятельная жизнеспособная клетка — целый живой организм. Одна единственная клетка выполняет у них функции всего организма. Движутся они с помощью ложноножек, жгутиков или ресничек. Обитают в пресной и соленой воде, почве, а также ведут па­разитический образ жизни в теле человека и животных. Определенные виды простейших живут колониями.

Впервые одноклеточных рассмотрел под микроскопом голландский ученый Антони ван Левенгук.

Немаловажную роль играют большая численность и широкое рас­пространение простейших в природе. Питаются они бактериями, одно­клеточными водорослями или другими простейшими. В свою очередь, сами они служат пищей для множества животных. Особое внимание им уделяется при исследовании периодов возникновения и развития живых организмов на Земле, деталей возникновения мира многоклеточных бес­позвоночных.

По способам передвижения и особенностям размножения простейших делят на 7 типов. Наиболее изучены саркомастигофоры, ресничные и споровики (рис.1).

Рис.1 Классификация простейших

Многие саркодовые обитают в морях и пресных водах (амеба) (рис.2), есть и паразитирующие виды (дизентерийная амеба).

 

Рис.2 Строение амебы обыкновенной

Некоторые саркодовые живут в почве и моховых подушках болот и лесов. Многие име­ют внутренний или наружный (в виде раковинки: арцелла, радиолярия, диффлюгия) скелет (рис.3).

Рис.3 Раковинные саркодовые

У представителей корненожек форма клетки, постоянно меняясь, образует ложноножки. Это их органеллы захвата пищи и движения (рис.4).

Рис.4 Схема питания амебы обыкновенной

Размножаются корненожки простым делением клетки пополам (рис.5)

Рис.5 Деление амебы обыкновенной

При наступлении неблагоприятных условий (высыхание водоема, низкие температуры и т.п.) простейшие образуют защитную оболочку — цисту.

Представители жгутиковых имеют постоянную форму тела и передвигаются с помощью специальных выростов — жгутиков.

Трипаносома, лямблии и трихомонада являются паразитами и вызывают заболевания как у людей так и у животных.

К колониальным формам жгутиковых относится вольвокс, который образует колонию в виде катящегося шара.

Представители имеющие хлоропласты (эвглена зеленая), питаются за счет фотосинтеза. Красный светочувствительный глазок позволяет им находить освещенные участки водоема (рис. 6).

Рис.6 Многообразие жгутиковых

У ресничных простейших (рис. 7) клетка устроена более сложно: име­ются 2 ядра, клеточный рот, глотка. Сократительные вакуоли служат для удаления избытка воды из клетки.

Рис.7 Строение инфузории-туфельки

Размножаются ресничные как простым делением клетки, так и обменом ядрами. В частности в ходе сближения простейшие обмениваются малыми (генеративными) ядрами. Данный процесс представляет собой форму полового размножения — конъюгация (рис.8).

Рис.8 Конъюгация инфузории

Органом передвижения являются реснички. (инфузория-туфелька.) Форма тела у нее постоянная. Снаружи оно покрыто плотной тонкой защитной оболочкой.

Споровики — это класс паразитических простейших (рис. 9). У них нет органов захвата пищи и передвижения. В организм хозяина они попадают при кровососании (малярийный плазмодий) или с недоброкачественной пищей. Паразитируют в клетках, тканях и органах животных и человека.

Малярию переносят комары из рода Анофелес.

 

Рис.9 Схема развития малярийного плазмодия

1 — укус малярийного комара

2 — проникновение плазмодия в клетки печени

3 — первая стадия деления

4 — выход плазмодия из клеток печени с дальнейшим проникновением в кровяные тельца (цикличная стадия второго деления)

5 — зрелая стадия плазмодия (вновь попадает в тело комара)

У одноклеточных беспозвоночных простое строение. Эта самостоя­тельная жизнеспособная клетка — целый живой организм. Они питаются одноклеточными водорослями, бактериями или другими простейшими. По способам передвижения и особенностям размножения простейших делят на 7 типов. Рассмотрены 3 из них: саркомастигофоры, ресничные и споровики.
Одноклеточных животных — простейших изучает раздел зоологии протозоология.

Тест на тему: «Одноклеточные животные»

Лимит времени: 0

0 из 15 заданий окончено

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

Информация

Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Правильных ответов: 0 из 15

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали 0 из 0 баллов (0)

Средний результат
Ваш результат

максимум из 20 баллов

Место	Имя	Записано	Баллы	Результат
Таблица загружается
Нет данных

Ваш результат был записан в таблицу лидеров

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

1. С ответом
2. С отметкой о просмотре

Проверочная работа по биологии в 7 классе на тему: «Введение.

Одноклеточные животные»

В2. Установите соответствие между болезнью, вызываемой паразитическим простейшим и особенностями протекания этой болезни:

В3. Какие четыре животных ведут дневной образ жизни?

А) летучая мышь Б) медведь

В) ящерица Г) пчела

Д) сова Е) волк

Ж) суслик З) филин

В4. Установите последовательность соподчинения таксонов у животных, начиная с наибольшей:

А) подцарство

Б) тип

В) царство

Г) класс

В5. Напишите вместо букв пропущенные в тексте понятия:

Инфузория-туфелька питается в основном __(А)__. Ресничками она создаёт ток воды и загоняет пищевые частицы в __(Б)__. Здесь вокруг пищевой частицы образуется __(В)__, которая затем перемещается по организму простейшего. В заднем конце тела инфузории-туфельки непереваренные остатки удаляются наружу через отверстие в мембране – __(Г)__.

Задания С

С1. Напишите определение понятию «Экологическая группа».

С2. Подробно опишите способ передвижения бодо.

С3. Рассмотрите рисунок «Строение амёбы протей». Определите и подпишите, что обозначено на нём буквами.

Критерии оценивания и ответы

Вариант 1.

задания

Ответ

Максимальный балл – 25 баллов

Задания А

А1

А

1

А2

Б

1

А3

А

1

А4

Г

1

А5

В

1

А6

В

1

Задания В

В1

1-Б, 2-Г

2 (1 – за один правильный ответ)

В2

А-1, Б-3, В-2

2

В3

А, Д, Е, З

2 (0,5 – за каждый правильный ответ)

В4

Б, В, Г, А

2 (0,5 – за каждую правильную букву на своём месте)

В5

А-кислород

Б-поверхность тела

В-сократительная вакуоль

Г-клеточный рот

2 (0,5 – за каждый правильный ответ)

Задания С

С1

Особь – самостоятельный организм, который питается, дышит, растёт, выделяет продукты обмена.

3 (1-2,5 – за неполное определение)

С2

Её цитоплазма постоянно перетекает от одного полюса клетки к другому. При этом по направлению потока цитоплазмы образуется выступ, который медленно вытягивается. Это формируется ложноножка, и амёба передвигается в том же направлении.

3 (1-2,5 – за неполное описание)

С3

А-реснички

Б-пищеварительная вакуоль

В-цитоплазма

Г-большое ядро

Д-клеточный рот

Е-порошица

3 (0,5 – за каждый правильный ответ)

Критерии выставления оценки:

Оценка

Количество набранных баллов

«Отлично»

21-25 баллов

«Хорошо»

16-20 баллов

«Удовлетворительно»

10-15 баллов

«Неудовлетворительно»

0-9 баллов

Критерии оценивания и ответы

Вариант 2.

задания

Ответ

Максимальный балл – 25 баллов

Задания А

А1

В

1

А2

Б

1

А3

Г

1

А4

Б

1

А5

А

1

А6

Б

1

Задания В

В1

1-А, 2-В

2 (1 – за один правильный ответ)

В2

А-1, Б-2, В-3

2

В3

Б, В, Г, Ж

2 (0,5 – за каждый правильный ответ)

В4

В, А, Б, Г

2 (0,5 – за каждую правильную букву на своём месте)

В5

А-бактерии

Б-клеточный рот

В-пищеварительная вакуоль

Г-порошица

2 (0,5 – за каждый правильный ответ)

Задания С

С1

Экологическая группа – объединение нескольких видов животных со сходным образом жизни и сходным местом обитания.

3 (1-2,5 – за неполное определение)

С2

На переднем конце тела – два жгутика. Один направлен вперёд. Когда этот жгутик быстро крутится, ввинчиваясь в воду, бодо движется вперёд. Второй жгутик направлен назад и служит рулём.

3 (1-2,5 – за неполное описание)

С3

А-пищеварительные вакуоли

Б-цитоплазма

В-ядро

Г-сократительная вакуоль

Д-ложноножки

Е-плазмалемма

3 (0,5 – за каждый правильный ответ)

Критерии выставления оценки:

Оценка

Количество набранных баллов

«Отлично»

21-25 баллов

«Хорошо»

16-20 баллов

«Удовлетворительно»

10-15 баллов

«Неудовлетворительно»

0-9 баллов

одноклеточных эукариотических паразитов | Микробиология

Цели обучения

• Обобщить общую характеристику одноклеточных эукариотических паразитов
• Описать общие жизненные циклы и способы размножения одноклеточных эукариотических паразитов
• Выявление проблем, связанных с классификацией одноклеточных эукариот
• Объясните таксономическую схему, используемую для одноклеточных эукариот
• Приведите примеры инфекций, вызываемых одноклеточными эукариотами

Клиническая направленность: Энтони, часть 1

Рисунок 1. Стригущий лишай представляет собой выпуклое красное кольцо на коже. (кредит: Центры по контролю и профилактике заболеваний)

Придя из школы домой, 7-летний Энтони жалуется, что большое пятно на его руке не перестает чесаться. Он продолжает чесать ее, привлекая внимание родителей. При более внимательном рассмотрении они видят, что это красное круглое пятно с приподнятым красным краем (рис. 1). На следующий день родители Энтони отвозят его к своему врачу, который исследует пятно с помощью лампы Вуда .Лампа Вуда излучает ультрафиолетовое излучение, которое вызывает флуоресценцию пятна на руке Энтони, что подтверждает то, что доктор уже подозревал: у Энтони случай стригущего лишая .

Мать Энтони огорчена, узнав, что у ее сына «червь». Как это могло случиться?

• Каковы некоторые вероятные способы, которыми Энтони мог заразиться стригущим лишаем?

Мы вернемся к примеру Энтони на следующих страницах.

Эукариотические микробы — чрезвычайно разнообразная группа, включающая виды с широким диапазоном жизненных циклов, морфологической специализацией и потребностями в питании. Хотя вирусы и бактерии вызывают больше болезней, чем микроскопические эукариоты, эти эукариоты несут ответственность за некоторые болезни, имеющие большое значение для общественного здравоохранения. Например, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2013 году от протозойной болезни малярии во всем мире умерло 584 000 человек (в основном дети в Африке). Протист-паразит Giardia вызывает диарейное заболевание (лямблиоз), которое легко передается через загрязненную воду.В США Giardia является наиболее распространенным кишечным паразитом человека (рис. 2). Хотя это может показаться удивительным, паразитические черви включены в исследование микробиологии, потому что идентификация зависит от наблюдения микроскопических взрослых червей или яиц. Даже в развитых странах эти черви являются важными паразитами человека и домашних животных. Меньше грибковых патогенов, но они также являются важными причинами болезней. С другой стороны, грибы сыграли важную роль в производстве противомикробных веществ, таких как пенициллин. В этой главе мы рассмотрим характеристики простейших, червей и грибов, рассматривая их роль в возникновении болезней.

Рис. 2. (a) Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает множество паразитов Giardia на стадии трофозоитов, или стадии питания, в кишечнике песчанки. (b) Индивидуальный трофозоит G. lamblia , визуализированный здесь на микрофотографии, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа. Этот протист, передающийся через воду, при приеме внутрь вызывает сильную диарею. (кредит a, b: модификация работы Центров по контролю и профилактике заболеваний)

Характеристики протистов

Слово протист — исторический термин, который сейчас неофициально используется для обозначения разнообразной группы микроскопических эукариотических организмов.Он не считается формальным таксономическим термином, поскольку описываемые им организмы не имеют общего эволюционного происхождения. Исторически протисты были неофициально сгруппированы в «животных-подобных» простейших , «похожих на растения» водорослей и «грибковых» протистов, таких как водяная плесень . Эти три группы протистов сильно различаются по своим основным характеристикам. Например, водоросли — это фотосинтезирующие организмы, которые могут быть одноклеточными или многоклеточными.С другой стороны, простейшие — это нефотосинтетические подвижные организмы, которые всегда одноклеточны. Другие неформальные термины также могут использоваться для описания различных групп протистов. Например, микроорганизмы, которые дрейфуют или плавают в воде под действием течения, обозначаются как планктон . Типы планктона включают зоопланктон , которые являются подвижными и нефотосинтетическими, и фитопланктон , которые являются фотосинтетическими.

Простейшие населяют самые разные среды обитания, как водные, так и наземные.Многие из них живут свободно, в то время как другие являются паразитами, выполняя жизненный цикл внутри хозяина или хозяев и потенциально вызывая болезни. Есть также полезные симбионты, которые предоставляют своим хозяевам метаболические услуги. Во время кормления и роста их жизненного цикла они называются трофозоитами ; они питаются мелкими частицами пищи, такими как бактерии. В то время как некоторые типы простейших существуют исключительно в форме трофозоитов, другие могут развиваться от трофозоитов до стадии инкапсулированной цисты, когда условия окружающей среды слишком суровы для трофозоитов.Киста представляет собой клетку с защитной стенкой, и процесс, в результате которого трофозоит становится цистой, называется инцистментом . Когда условия становятся более благоприятными, эти кисты запускаются сигналами окружающей среды, чтобы снова стать активными через эксцистмент .

Один из видов простейших, способных к инцистированию, — это Eimeria , который включает некоторые патогены человека и животных. На рисунке 3 показан жизненный цикл Eimeria .

Рисунок 3.В половом / бесполом жизненном цикле Eimeria ооцисты (вставка) выделяются с фекалиями и могут вызывать заболевание при попадании в организм нового хозяина. (кредит «жизненный цикл», «микрофотография»: модификация работы USDA)

Простейшие обладают множеством репродуктивных механизмов. Некоторые простейшие размножаются бесполым путем, а другие — половым; третьи способны как к половому, так и к бесполому размножению. У простейших бесполое размножение происходит путем бинарного деления, почкования или шизогонии. В шизогонии ядро ​​клетки делится несколько раз, прежде чем клетка делится на множество более мелких клеток.Продукты шизогонии называются мерозоитами, и они хранятся в структурах, известных как шизонты. Простейшие также могут размножаться половым путем, что увеличивает генетическое разнообразие и может привести к сложным жизненным циклам. Простейшие могут производить гаплоидные гаметы, которые сливаются через сингамию . Однако они также могут обмениваться генетическим материалом, объединяясь для обмена ДНК в процессе, называемом конъюгацией . Этот процесс отличается от конъюгации, происходящей у бактерий. Термин конъюгация протистов относится к истинной форме эукариотического полового размножения между двумя клетками разных типов спаривания.Он обнаружен у инфузорий , группы простейших, и описан ниже в этом подразделе.

У всех простейших есть плазматическая мембрана или плазмалемма , а у некоторых есть полосы белка внутри мембраны, которые добавляют жесткости, образуя структуру, называемую пленкой . У некоторых простейших, в том числе простейших, под мембраной есть отдельные слои цитоплазмы. У этих протистов внешний гелевый слой (с микрофиламентами актина) называется эктоплазмой .Внутри этого слоя находится золь (жидкая) область цитоплазмы, называемая эндоплазмой . Эти структуры способствуют формированию сложных форм клеток у некоторых простейших, тогда как другие (например, амебы) имеют более гибкие формы (рис. 4).

Различные группы простейших имеют специализированные структуры питания. Они могут иметь специальную структуру для приема пищи посредством фагоцитоза, называемую цитостомом , и специализированную структуру для экзоцитоза отходов, называемую цитопроктом .Ротовые борозды, ведущие к цитостомам, выстланы волосковидными ресничками, которые собирают частицы пищи. Простейшие гетеротрофны. Простейшие, которые являются голозойными , глотают частицы цельной пищи посредством фагоцитоза. Формы сапрозой поглощают мелкие растворимые молекулы пищи.

Многие протисты имеют штыревые жгутики или волосовидные реснички , состоящие из микротрубочек , которые могут использоваться для передвижения (Рис. 4). Другие протисты используют цитоплазматические отростки, известные как псевдоподии («ложные ножки»), чтобы прикрепить клетку к поверхности; затем они позволяют цитоплазме течь в расширение, тем самым продвигаясь вперед.

Простейшие имеют множество уникальных органелл и иногда не имеют органелл, обнаруженных в других клетках. Некоторые из них имеют сократительные вакуоли , органеллы, которые можно использовать для вывода воды из клетки для осмотической регуляции (солевой и водный баланс) (рис. 4). Митохондрии могут отсутствовать у паразитов или быть изменены на кинетопластиды (модифицированные митохондрии) или гидрогеносомы (см. «Уникальные характеристики прокариотических клеток» для более подробного обсуждения этих структур).

Рисунок 4. (a) Paramecium spp. имеют волосовидные придатки, называемые ресничками для передвижения. (б) Amoeba spp. используйте лепестковые псевдоподии, чтобы закрепить клетку на твердой поверхности и потянуть вперед. (c) Euglena spp. используйте подобную кнуту структуру, называемую жгутиком, чтобы продвигать клетку.

Подумай об этом

• Какова последовательность событий при размножении при шизогонии и как называются образующиеся клетки?

Таксономия простейших

Протисты представляют собой полифилетическую группу , что означает, что у них нет общего эволюционного происхождения. Поскольку текущая таксономия основана на эволюционной истории (определяемой биохимией, морфологией и генетикой), простейшие разбросаны по множеству различных таксономических групп в пределах домена Eukarya. Eukarya в настоящее время разделена на шесть супергрупп , которые далее делятся на подгруппы, как показано на (Рисунок 5). В этом разделе мы в первую очередь рассмотрим супергруппы Amoebozoa , Excavata и Chromalveolata; Эти супергруппы включают множество простейших, имеющих клиническое значение.Супергруппы Opisthokonta и Rhizaria также включают некоторых простейших, но немногие из них имеют клиническое значение. Помимо простейших, Opisthokonta также включает животных и грибы, о некоторых из которых мы поговорим в статье «Паразитические гельминты и грибы». Некоторые примеры Archaeplastida будут обсуждаться в Algae. Таблицы 1 и 2 суммируют характеристики каждой супергруппы и подгруппы и перечисляют представителей каждой.

Рисунок 5. Щелкните, чтобы увеличить изображение. Это дерево показывает предлагаемую классификацию домена Eukarya на основе эволюционных отношений.В настоящее время домен Eukarya разделен на шесть супергрупп. Внутри каждой супергруппы есть несколько королевств. Пунктирными линиями обозначены предполагаемые эволюционные отношения, которые остаются предметом обсуждения.

Таблица 1. Супергруппы эукариотов и некоторые примеры
Супергруппа	Подгруппы	Отличительные особенности	Примеры	Клинические записи
Экскавата	Fornicata	Образуют цисты Пара равных ядер Митохондрии отсутствуют Часто паразитические Четыре свободных жгутика	Лямблии лямблии	Лямблиоз
	Парабазалиды	Нет митохондрий Четыре свободных жгутика Один прикрепленный жгутик Нет цист Паразитические или симбиотические Базальные тела Кинетопластиды	Трихомонады	Трихомониаз
	Эвгленозойские	Фотосинтетические или гетеротрофные жгутики	Эвглена	НЕТ
			Трипансома	Африканская сонная болезнь, болезнь Шагаса
			Leishmania	Лейшманиоз
Хромальвеолата	Динофлагелляты	Тека целлюлозы Два разнородных жгутика	Гоняулакс	Красные приливы
			Александрий	Паралитическое отравление моллюсками
			Пфиестерия	Цветение вредоносных водорослей
	Apicomplexans	Внутриклеточный паразит Апикальные органеллы	Плазмодий	Малярия
			Криптоспоридиум	Криптоспоридиоз
			Тейлерия (Бабезия)	Бабезиоз
			Токсоплазма	Токсоплазмоз
	Инфузории	Реснички	Балантидиум	Балантидиаз
			Парамеций	НЕТ
			Стентор	НЕТ
	Оомицеты / пероноспоромицеты	«Водяные формы» Обычно диплоидные Стенки целлюлозных клеток	Фитофтора	Болезни сельскохозяйственных культур

Таблица 2. Супергруппы эукариотов и некоторые примеры
Супергруппа	Подгруппы	Отличительные особенности	Примеры	Клинические записи
Ризария	Фораминиферы	Амебоид Нитевидные псевдоподии Оболочки карбоната кальция	Астролонче	НЕТ
	Радиолярия	Амебоид Нитевидные псевдоподии Кремнеземные раковины	Актиномма	НЕТ
	Cercoza	Амебоид Нитевидные псевдоподии Сложные раковины Паразитические формы	Spongospora subterranea	Парша мучнистая (болезнь картофеля)
			Plasmodiophora brassicae	Кала капустная
Archaeplastida	Красные водоросли	Хлорофилл a Фикоэритрин Фикоцианин Флоридовый крахмал Агар в клеточных стенках	Гелидум	Источник агара
			Грасилярия	Источник агара
	Хлорофиты	Хлорофилл a Хлорофилл b Стенки целлюлозных клеток Хранение крахмала	Ацетабулярия	НЕТ
			Ульва	НЕТ
Амёбозоа	Формы для слизи	Плазмодиальные и клеточные формы	Диктиостелий	НЕТ
	Entamoebas	Трофозоиты Образуют цисты	Entamoeba	Амебиаз
			Naegleria	Первичный амебный менингоэнцефалит
			Акантамеба	Кератит, гранулематозный амебный энцефалит
Опистоконта	Грибы	Хитиновые клеточные стенки Одноклеточные или многоклеточные Часто гифы	Зигомицеты	Зигомикоз
			Аскомицеты	Кандидоз
			Базидиомицеты	Криптококкоз
			Microsporidia	Микроспоридиоз
	Животные	Многоклеточные гетеротрофы Без клеточных стенок	Нематода	трихинеллез; инфекции анкилостомы и острицы
			Трематода	Шистосомоз
			Цестода	Инфекции ленточных червей

Подумай об этом

• Какие супергруппы содержат клинически значимых протистов?

Амёбозоа

Супергруппа Amoebozoa включает простейших, которые используют амебоидные движения. Микрофиламенты актина продуцируют псевдоподии , в которые втекает остаток протоплазмы, перемещая организм. Род Entamoeba включает комменсальные или паразитические виды, в том числе важные с медицинской точки зрения E. histolytica , которые передаются через цисты с фекалиями и являются основной причиной амебной дизентерии . Печально известная «амеба, поедающая мозг», Naegleria fowleri , также относится к амебоа.Этот смертоносный паразит обитает в теплой пресной воде и вызывает первичный амебный менингоэнцефалит (PAM) . Другой член этой группы — Acanthamoeba , который может вызывать кератит, (воспаление роговицы) и слепоту.

Eumycetozoa — необычная группа организмов, называемая слизевыми грибами , которые ранее были классифицированы как животные, грибы и растения (рис. 6).

Рис. 6. (а) Ячеистая слизистая плесень Dictyostelium discoideum может быть выращена на агаре в чашке Петри.На этом изображении отдельные амебоидные клетки (видимые в виде маленьких сфер) стекаются вместе, образуя скопление, которое начинает расти в правом верхнем углу изображения. Примитивно многоклеточная агрегация состоит из отдельных клеток, каждая из которых имеет собственное ядро. (b) Fuligo septica — плесень плазмодиальной слизи. Этот ярко окрашенный организм состоит из большой клетки с множеством ядер.

Слизистые формы

можно разделить на два типа: ячеистые слизистые формы и плазмодийные слизистые формы .Клеточные слизистые формы существуют в виде отдельных амебоидных клеток, которые периодически собираются в подвижную слизь. Затем агрегат образует плодовое тело, которое производит гаплоидные споры. Плазмодиальные слизистые формы существуют в виде больших многоядерных амебоидных клеток, которые образуют репродуктивные стебли для образования спор, которые делятся на гаметы. Одна клеточная слизистая плесень, Dictyostelium discoideum , была важным исследуемым организмом для понимания дифференцировки клеток, поскольку она имеет как одноклеточные, так и многоклеточные стадии жизни, при этом клетки демонстрируют некоторую степень дифференцировки в многоклеточной форме.Рисунки 7 и 8 иллюстрируют жизненные циклы ячеистых и плазмодийных слизистых форм соответственно.

Рис. 7. Жизненный цикл клеточной слизистой плесени Dictyostelium discoideum в первую очередь включает отдельные амебы, но включает образование многоядерного плазмодия, образованного из одноядерной зиготы (результат слияния двух отдельных амебоидных клеток). Плазмодий способен двигаться и образует плодовое тело, которое генерирует гаплоидные споры. (кредит «фото»: модификация работы «thatredhead4» / Flickr)

Рисунок 8.Плесневые формы слизи плазмодий существуют в виде больших многоядерных амебоидных клеток, которые образуют репродуктивные стебли, чтобы производить споры, которые делятся на гаметы.

Хромальвеолата

Супергруппа Chromalveolata объединена схожим происхождением пластид ее членов и включает апикомплексанс, инфузории, диатомей и динофлагелляты , среди других групп (мы рассмотрим диатомовые водоросли и динофлагеллаты в водорослях). Апикальные комплексы — это внутри- или внеклеточные паразиты, которые имеют апикальный комплекс на одном конце клетки.Апикальный комплекс представляет собой концентрацию органелл, вакуолей и микротрубочек, которая позволяет паразиту проникать в клетки-хозяева (рис. 9). Apicomplexans имеют сложные жизненные циклы, которые включают инфекционный спорозоит, который претерпевает шизогонию с образованием многих мерозоитов (см. Пример на рисунке 3). Многие из них способны заражать самые разные клетки животных, от насекомых до животных и людей, и их жизненные циклы часто зависят от передачи между несколькими хозяевами. Род Plasmodium является примером этой группы.

Рис. 9. (a) Apicomplexans — паразитические протисты. У них есть характерный апикальный комплекс, который позволяет им инфицировать клетки-хозяева. (b) Раскрашенное электронным микроскопом изображение спорозоита Plasmodium . (кредит b: модификация работы Уте Фреверт)

Другие апикомплексы также важны с медицинской точки зрения. Cryptosporidium parvum вызывает кишечные симптомы и может вызвать эпидемическую диарею, когда цисты заражают питьевую воду. Theileria (Babesia) microti , передается клещом Ixodes scapularis , вызывает рецидивирующую лихорадку, которая может привести к летальному исходу и становится распространенным патогеном, передающимся при переливании крови в Соединенных Штатах ( Theileria и Babesia являются близкородственные роды, и ведутся споры о лучшей классификации). Наконец, Toxoplasma gondii вызывает токсоплазмоз и может передаваться через кошачьи фекалии, немытые фрукты и овощи или от недоваренного мяса. Поскольку токсоплазмоз может быть связан с серьезными врожденными дефектами, беременные женщины должны знать об этом риске и соблюдать осторожность, если они контактируют с фекалиями потенциально инфицированных кошек. Национальное обследование показало, что частота людей с антителами к токсоплазмозу (и, следовательно, у которых предположительно имеется текущая латентная инфекция) в Соединенных Штатах составляет 11%.Ставки намного выше в других странах, в том числе в некоторых развитых странах. Есть также свидетельства и множество предположений о том, что паразит может быть ответственным за изменение поведения и личностных качеств инфицированных людей.

Рис. 10. Этот образец инфузории Balantidium coli представляет собой форму трофозоита, выделенную из кишечника приматов. B. coli — единственная инфузория, способная паразитировать на людях. (кредит: модификация работы Куасси Р.Ю., Макгроу С.В., Яо П.К., Абу-Бакара А., Брюне Дж., Пессона Б., Бонфо Б., Н’горана Е.К. и Кандольфи Е.)

Инфузории (Ciliaphora), также входящие в состав Chromalveolata, представляют собой большую, очень разнообразную группу, характеризующуюся присутствием ресничек на их клеточной поверхности.Хотя реснички могут использоваться для передвижения, они также часто используются для питания, а некоторые формы неподвижны. Balantidium coli (рис. 10) — единственная паразитарная инфузория, которая поражает людей, вызывая кишечные заболевания, хотя редко вызывает серьезные медицинские проблемы, за исключением лиц с ослабленным иммунитетом (тех, у кого ослабленная иммунная система). Возможно, наиболее известными являются инфузории Paramecium , подвижный организм с четко видимым цитостомом и цитопроктом , который часто изучается в биологических лабораториях (рис. 11).Другая инфузория, Stentor , сидячая и использует свои реснички для питания (рис. 12). Обычно эти организмы имеют микроядро , которое является диплоидным, соматическим и используется для полового размножения путем конъюгации. У них также есть макронуклеус , , который происходит из микроядра; макронуклеус становится полиплоидным (множественные наборы повторяющихся хромосом) и имеет сокращенный набор метаболических генов.

Инфузории способны воспроизводиться посредством конъюгации , при которой две клетки прикрепляются друг к другу.В каждой клетке диплоидные микроядра подвергаются мейозу, производя по восемь гаплоидных ядер каждое. Затем все гаплоидные микроядра и макронуклеус, кроме одного, распадаются; оставшееся (гаплоидное) микроядро подвергается митозу. Затем две клетки обмениваются одним микроядром каждая, который сливается с оставшимся микроядром, образуя новое, генетически отличное диплоидное микроядро. Диплоидное микроядро претерпевает два митотических деления, поэтому каждая клетка имеет четыре микроядра, а два из четырех объединяются, образуя новое макроядро.Затем хромосомы в макронуклеусе многократно реплицируются, макронуклеус достигает своего полиплоидного состояния, и две клетки разделяются. Эти две клетки теперь генетически отличаются друг от друга и от своих предыдущих версий.

Рис. 11. Paramecium имеет примитивный рот (называемый оральной канавкой) для приема пищи и анальную пору для ее выделения. Сократительные вакуоли позволяют организму выводить лишнюю воду. Реснички позволяют организму двигаться.

Рисунок 12.Эта микрофотография с дифференциальным интерференционным контрастом (увеличение: × 65) Stentor roeselie показывает реснички, присутствующие на краях структуры, окружающей цитостом; реснички перемещают частицы пищи. (кредит: модификация работы «picturepest» / Flickr)

Öomycetes имеют сходство с грибами и когда-то были отнесены к ним. Их также называют водяные формы . Однако они отличаются от грибов несколькими важными способами. Öomycetes имеют клеточные стенки из целлюлозы (в отличие от хитиновых клеточных стенок грибов), и они, как правило, диплоидны, тогда как доминирующие формы жизни грибов обычно гаплоидны. Phytophthora , патоген растений, обнаруженный в почве, вызвавший ирландский картофельный голод , классифицируется в этой группе (рис. 13).

Рис. 13. Сапробный оомицет, или водяная плесень, поглощает мертвое насекомое. (кредит: модификация работы Томаса Брессона)

На этом веб-сайте изучите процедуры обнаружения апикомплексана в системе водоснабжения.

На этом видео показано кормление Stentor :

Экскавата

Третья и последняя супергруппа, которую следует рассмотреть в этом разделе, — это Excavata, в которую входят примитивные эукариоты и множество паразитов с ограниченными метаболическими способностями. Эти организмы имеют сложные формы и структуры клеток, часто включая углубление на поверхности клетки, называемое выемкой. Группа Excavata включает подгруппы Fornicata , Parabasalia и Euglenozoa . У Fornicata отсутствуют митохондрии, но есть жгутики. В эту группу входят Giardia lamblia (также известная как G. Кишечник или G. duodenalis) , широко распространенный патоген, вызывающий диарейные заболевания и способный распространяться через цисты с фекалиями, загрязняющими источники воды (рис. 2).Парабазалии — частые эндосимбионты животных; они живут в кишечнике животных, таких как термиты и тараканы. У них есть базальные тельца и модифицированные митохондрии (кинетопластиды). Они также имеют большую сложную клеточную структуру с волнообразной мембраной и часто имеют множество жгутиков. Трихомонады (подгруппа парабазалии) включают патогены, такие как Trichomonas vaginalis , вызывающие болезнь, передающуюся половым путем, трихомониаз . Трихомониаз часто не вызывает симптомов у мужчин, но мужчины могут передавать инфекцию.У женщин он вызывает вагинальный дискомфорт и выделения и может вызвать осложнения во время беременности, если не лечить.

Euglenozoa обычны в окружающей среде и включают фотосинтезирующие и нефотосинтезирующие виды. Представители рода Euglena обычно не являются патогенными. Их клетки имеют два жгутика, пленку , стигму (глазное пятно) для восприятия света и хлоропласты для фотосинтеза (рис. 14). Пленка Euglena состоит из ряда белковых полос, окружающих клетку; он поддерживает клеточную мембрану и придает клетке форму.

Рис. 14. (a) На этой иллюстрации эвглены показаны характерные структуры, такие как рыльце и жгутик. (b) Пленка под клеточной мембраной придает клетке ее характерную форму и видна на этом изображении в виде тонких параллельных полос на поверхности всей клетки (особенно заметных над серой сократительной вакуолью). (кредит А: модификация работы Клаудио Миклоша; кредит б: модификация работы Давида Шикинда)

Euglenozoa также включает трипаносомы, которые являются паразитарными патогенами.Род Trypanosoma включает T. brucei , вызывающую африканский трипаносомоз ( африканскую сонную болезнь и T. cruzi , вызывающую американский трипаносомоз ( болезнь Шагаса ). Эти тропические болезни распространяются через Укусы насекомых При африканской сонной болезни T. brucei колонизирует кровь и мозг после передачи через укус мухи цеце ( Glossina spp.) (рис. 15).Ранние симптомы включают спутанность сознания, проблемы со сном и нарушение координации. Если не лечить, это смертельно.

Рис. 15. Trypanosoma brucei , возбудитель африканского трипаносомоза, часть своего жизненного цикла проводит у мухи цеце, а часть — у человека. (кредит «иллюстрация»: модификация работы Центров по контролю и профилактике заболеваний; кредит «фото»: DPDx / Центры по контролю и профилактике заболеваний)

Болезнь Шагаса возникла и наиболее распространена в Латинской Америке. Болезнь передается через Triatoma spp., Насекомых, которых часто называют «целующимися жуками», и поражает ткань сердца или ткани пищеварительной системы. Нелеченные случаи в конечном итоге могут привести к сердечной недостаточности или серьезным пищеварительным или неврологическим расстройствам.

Род Leishmania включает трипаносомы, которые вызывают обезображивающие кожные заболевания, а иногда и системные заболевания.

Заброшенные паразиты

Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) отвечают за определение приоритетов общественного здравоохранения в Соединенных Штатах и ​​разработку стратегий для решения проблемных областей.В рамках этого мандата CDC официально выявил пять паразитарных заболеваний, которые, по его мнению, не получили должного внимания (то есть недостаточно изучены). Эти забытые паразитарные инфекции (НПИ) включают токсоплазмоз , болезнь Шагаса , токсокароз (нематодную инфекцию, передающуюся в основном инфицированными собаками), цистицеркоз (заболевание, вызванное инфицированием тканей ленточным червем Taenia solium ) и трихомониаз (заболевание, передающееся половым путем, вызываемое парабазалидом Trichomonas vaginalis ).

Решение назвать эти специфические заболевания NPI означает, что CDC направит ресурсы на повышение осведомленности и разработку более качественных диагностических тестов и лечения посредством изучения имеющихся данных. CDC может также посоветовать лечение этих заболеваний и помочь в распределении лекарств, которые иначе было бы трудно получить.

Конечно, у CDC нет неограниченных ресурсов, поэтому, отдавая приоритет этим пяти болезням, он фактически лишает приоритета другие.Учитывая, что многие американцы никогда не слышали о многих из этих НКО, справедливо спросить, какие критерии CDC использовал при определении приоритетов заболеваний. Согласно CDC, учитывались такие факторы, как количество инфицированных, тяжесть заболевания и возможность лечения или предотвращения болезни. Хотя некоторые из этих NPI могут казаться более распространенными за пределами Соединенных Штатов, CDC утверждает, что многие случаи в Соединенных Штатах, вероятно, останутся недиагностированными и нелеченными, поскольку об этих заболеваниях известно очень мало.

Какие критерии следует учитывать при определении приоритетности болезней для целей финансирования или исследований? Разумны ли те, которые определены CDC? Какие еще факторы можно учесть? Должны ли государственные учреждения, такие как CDC, иметь те же критерии, что и частные фармацевтические исследовательские лаборатории? Каковы этические последствия отказа от других потенциально игнорируемых паразитарных болезней, таких как лейшманиоз?

Ключевые концепции и резюме

• Протисты — это разнообразная полифилетическая группа эукариотических организмов.
• Протисты могут быть одноклеточными или многоклеточными. Они различаются по способу питания, морфологии, способу передвижения и способу размножения.
• Важные структуры протистов включают сократительные вакуоли , реснички, жгутики, пелликулы, и псевдоподии; в некоторых отсутствуют органеллы, такие как митохондрии.
• Таксономия простейших быстро меняется по мере переоценки отношений с использованием новых методов.
• К простейшим относятся важные патогены и паразиты.

Множественный выбор

Какой род включает возбудителя малярии?

1. Эвглена
2. Парамеций
3. Плазмодий
4. Трипаносома

Показать ответ

Ответ c. Род Plasmodium включает возбудителя малярии.

Какой протист вызывает беспокойство из-за его способности загрязнять источники воды и вызывать диарейные заболевания?

1. Plasmodium vivax
2. Toxoplasma gondii
3. Лямблии лямблии
4. Trichomonas vaginalis

Показать ответ

Ответ c. Giardia lamblia обладает способностью заражать источники воды и вызывать диарейные заболевания.

Заполните бланк

Плазматическая мембрана протиста называется __________.

Покажи ответ

Плазматическая мембрана протиста называется плазмалеммой .

Животные принадлежат к той же супергруппе, что и королевство __________.

Покажи ответ

Животные принадлежат к той же супергруппе, что и королевство Грибки .

Подумай об этом

1. Что такое кинетопластиды?
2. Какой еще эффект может иметь инфекция токсоплазмоза, помимо риска врожденных дефектов?
3. Какова функция макронуклеуса инфузорий?
4. Таксономия протистов сильно изменилась за последние годы, так как отношения были пересмотрены с использованием новых подходов.Чем новые подходы отличаются от старых?
5. Какие характеристики могут заставить вас думать, что простейшие могут быть патогенными? Могут ли определенные характеристики питания, способы передвижения или морфологические различия быть связаны со способностью вызывать болезнь?
6. Что из перечисленного имеет показанный протист?
   1. псевдоподии
   2. жгутиков
   3. оболочка
   4. реснички

(кредит: модификация работы Ричарда Робинсона)

---

14.

6B: Простейшие — Biology LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Ключевые моменты
2. Ключевые термины

Простейшие — это разнообразная группа одноклеточных эукариотических организмов, многие из которых могут вызывать заболевания.

Цели обучения

• Сравнить и сопоставить стадии пролиферации и покоя патогенных простейших и болезни, вызываемые протазоа

Ключевые моменты

• Примерами заболеваний человека, вызываемых простейшими, являются: малярия, амебиаз, лямблиоз, токсоплазмоз, криптоспоридиоз, трихомониаз, болезнь Шагаса, лейшманиоз и дизентерия.
• Стадии жизни этих простейших играют важную роль в их способности действовать в качестве патогенов и инфицировать различных хозяев.
• Protozoa считались группой-партнером простейших для protophyta, которые ведут себя как растения (например, фотосинтез). В общем, простейшие называют протистами, подобными животным, потому что они способны двигаться или двигаться.
• Некоторые простейшие являются паразитами человека, вызывающими болезни.

Ключевые термины

• трофозоит : простейшее на стадии питания своего жизненного цикла.
• простейшие : простейшие — это разнообразная группа одноклеточных эукариотических организмов, многие из которых подвижны.Первоначально простейшие были определены как одноклеточные протисты с поведением, подобным животным, например, движением. Protozoa считались партнерской группой простейших для protophyta, которые ведут себя как растения, например, фотосинтез.
• покоящаяся киста : стадия покоя или покоя микроорганизма
• киста : мешочек или мешочек без отверстия, обычно перепончатый и содержащий болезненное вещество, который развивается в одной из естественных полостей или в веществе органа

Простейшие (или простейшие) — это разнообразная группа одноклеточных эукариотических организмов, многие из которых подвижны. Первоначально простейшие определялись как одноклеточные простейшие с животным поведением (например, движением). Простейшие считались группой-партнером простейших по отношению к протофитам, которые ведут себя как растения (например, фотосинтез). В общем, простейшие называют протистами, подобными животным, потому что они способны двигаться, или подвижных . Хотя нет точного определения термина простейшие, он часто относится к одноклеточным гетеротрофным протистам, таким как амебы и инфузории.

Рисунок: Leishmania donovani : Leishmania donovani (вид простейших) в клетке костного мозга.

Простейшие могут проявлять патогенность и быть причиной различных заболеваний. Стадии жизни этих простейших играют важную роль в их способности действовать в качестве патогенов и заражать различных хозяев. У некоторых простейших есть стадии жизни, чередующиеся между стадиями пролиферации (например, трофозоитов) и покоящимися цистами. Как цисты, простейшие могут выживать в суровых условиях, таких как воздействие экстремальных температур или вредных химикатов, или длительные периоды без доступа к питательным веществам, воде или кислороду в течение определенного периода времени. Способность простейших процветать в экстремальных условиях способствует их способности уклоняться от ответов иммунной системы, лекарственной терапии и выживать в течение длительных периодов времени до заражения. Наличие кисты позволяет паразитическим видам выживать вне хозяина и позволяет им передаваться от одного хозяина к другому. Когда простейшие находятся в форме трофозоитов, они активно питаются. Превращение трофозоита в форму цисты известно как энцистация, а процесс обратного преобразования в трофозоит известен как эксцистация.

Рисунок: Жизненный цикл малярии : Пример жизненного цикла, способствующего патогенности простейших, в частности малярийного паразита.

Простейшие, такие как малярийные паразиты (Plasmodium spp.), Трипаносомы и лейшмании, также важны как паразиты и симбионты многоклеточных животных. Примерами заболеваний человека, вызываемых простейшими, являются: малярия, амебиаз, лямблиоз, токсоплазмоз, криптоспоридиоз, трихомониаз, болезнь Шагаса, лейшманиоз и дизентерия. Жизненный цикл простейших успешен на основе успешной передачи между хозяином и хозяином и окружающей средой.Инфекция и заболевания простейшими паразитами часто связаны с развивающимися странами с плохими гигиеническими и санитарными условиями, которые могут способствовать передаче этих простейших.

Введение в Micromonadophyceae

Введение в Micromonadophyceae

Micromonadophyceae — это «примитивная» группа зеленых жгутиков, которые только недавно был признан, поэтому относительно малоизвестен и мало изучен. Группа сейчас привлекает к себе большое внимание, поскольку считается быть представителем самых ранних предков зеленые водоросли и растения.Однако, группа не основана на каких-либо синапоморфиях и поэтому не может быть естественной, или монофилетическая , группа.

Микромонады встречаются как в пресной, так и в морской воде, где они существуют в виде свободно плавающие одноклеточные организмы. Иногда они будут проходить энцистмент , теряет жгутики, становится бездействующим и покрывает сами в стойкой стене. Эти кисты, такие как те, что показаны на слева внизу, может быть сильно украшен, и имеют много структурных сходств со спорами наземные растения.Такие кисты находят в окаменелостях еще в докембрии, но их интерпретация как микромонады не совершенно точно — есть и другие одноклеточные зеленые водоросли, которые производят подобные кисты.

Большинство микромонад имеют чешуйки на поверхности клеточной мембраны и на их жгутиках. Это контрастирует с клеточной стенкой , обнаруженной у растений, и стена зеленых водорослей, подобная theca . Весы возникают внутри аппарат Гольджи , а затем переносятся пузырьком в апикальный конец клетки.Шкалы часто очень сложные и могут быть несколько форм на одной ячейке, иногда в несколько слоев или расположений на одного человека. Однако не все микромонады имеют эти чешуйки; некоторые вторично обнажились из-за уменьшения размера клетки и потеря масштабного производства.

Микромонады имеют необычную структуру прикрепления жгутиков среди зеленые водоросли, а некоторые виды имеют смесь прикреплений жгутиков, которые обычно не встречаются вместе в других группах Chlorophyta. Вместо возникает из сосочка или выпуклости на верхушке клетки, жгутики отходят от апикального или латерального углубления . Из этого вдавление могут возникать два, четыре или восемь жгутиков. Широкий выбор расположение и количество жгутиков в этой группе зеленых водорослей предполагают, что это может быть пережиток ранней диверсификации и, следовательно, основной группа среди зеленых организмов.

Micromonadophyceae первоначально назывался Prasinophyceae, а был создан как место для размещения ряда одноклеточных форм, которые были оказались очень отличными от Chlorophyceae, с которыми у них ранее были засекречены.В настоящее время известно, что эти таксоны отличаются по имеющий много примитивных символов, поэтому группа не основана на производных персонажей в идеале. Проблема возникла, когда типовой род Prasinophyceae, Prasinocladus был синоним Tetraselmis , рода, теперь помещенного в Pleurastrophyceae. Поскольку имя класса зависит от содержания определяя род, старое название Prasinophyceae больше не может использоваться должным образом.

---

Посетите базу данных изображений Protist для получения информации о Пирамимона, живая микромонада.

---

---

Источник:
К. Р. Маттокс и К. Д. Стюарт. 1984. Классификация зеленых водорослей: концепция, основанная на сравнительной цитологии. Пп.29-72 в Систематика Специальный выпуск Ассоциации № 27, «Систематика зеленых водорослей», под редакцией Авторы: Д.Э.Г. Ирвин и Д.М. Джон, Academic Press, Лондон и Орландо.

Изображения, используемые на этой странице, предоставлены PID и не должны используется без их разрешения.

---

Когнитивных способностей одноклеточных организмов

составлено Брайаном Томасиком
Впервые опубликовано: 4 января.2017; последнее обновление: 18 ноя.2017

Сводка

На этой странице собрана информация о «когнитивных» способностях одноклеточных организмов. Эта тема важна, потому что большая часть гетеротрофного метаболизма на Земле осуществляется микробами, а не животными.

См. Также: «Микробный интеллект»

Численность микробов

Почему так важно оценивать чувствительность одноклеточных организмов? Одна из причин заключается как раз в том, что случай одноклеточных существ дает полезную площадку для тестирования при оценке своих теорий сознания.Однако этот вопрос также имеет потенциально практическое значение, потому что одноклеточные организмы являются доминирующей формой гетеротрофной жизни на Земле с точки зрения метаболизма и биомассы. Таким образом, если одноклеточные организмы действительно вызывают хотя бы крошечное моральное беспокойство, последствия для нашего этического поведения могут быть огромными.

Smil (2003) оценивает, что почти вся гетеротрофная биомасса Земли имеет форму прокариот.

Брэди (1974) сообщает, что «80-90 процентов общего метаболизма почвы происходит за счет микрофлоры» (стр.113) ^a , которые являются «микроорганизмами, включая водоросли, грибы и бактерии, которые живут в или на другом живом организме или в конкретной среде обитания». Между тем Петерсен и Лакстон (1982) сообщают о животных: «Почвенная фауна, по-видимому, в целом отвечает за менее чем около 5% общего дыхания разлагателей» (стр. 288).

Общее обсуждение

Брей (2009), стр. 18:

отдельные клетки осознают свое окружение. Они обнаруживают химические ароматы, механические колебания, визуальные раздражители, электрические поля и гравитацию.Они реагируют, двигаясь или изменяя свою форму или внутреннее состояние выборочно и проницательно.

Деннет (2009):

Рассмотрим простой организм — скажем, планарию или амебу — движущийся неслучайно по дну лабораторной чашки, всегда направляясь к богатой питательными веществами части чашки или от токсичной части. Этот организм ищет хорошего или избегает плохого — своего собственного хорошего и плохого, а не того, что принадлежит человеку-пользователю артефакта. Стремление к собственному благу — фундаментальная черта любого рационального агента, но ищут ли эти простые организмы или просто «ищут»? Нам не нужно отвечать на этот вопрос.В любом случае организм является предсказуемой интенциональной системой.

В свете информации, обсуждаемой в этой статье, а также иногда впечатляющих когнитивных способностей растений, я считаю, что — независимо от того, имеет ли вид обычную нервную систему или нет, — если вы примените сотни миллионов лет эволюционной оптимизации власти, у образовавшихся форм жизни, вероятно, будет много умных уловок в рукаве.

Бактерии

Бактерии проявляют основные свойства живых организмов, включая рост и размножение, восприятие окружающей среды и отзывчивое поведение.

Банкноты Брайса Хюбнера:

Я сейчас пишу небольшой кусочек статьи о поведении бактерий. Это в контексте более широкого обсуждения группового поведения, и я понял, что это не более чем плохая идеология, которая заставляет философов сосредотачиваться на сложных прокариотах в размышлениях об адаптивных формах группового поведения. Одна из вещей, которая продолжает поражать меня, когда я читаю соответствующую литературу, — это то, что поведение этих крошечных машин действительно сложное и очень адаптивное.Их предпочтения могут быть простыми, и они, вероятно, основаны не на чем больше, чем на побуждении искать питательные вещества и избегать токсинов, но бактерии, похоже, проходят тест Уильяма Джеймса на менталитет (фиксированные цели, с разными средствами). Это наводит меня на мысль, что сама идея разумности плохо понимается или что у бактерий есть разум …

Эта статья цитирует профессора Джеффри Лихтмана:

Умы вызывают чувство боли, чтобы тело было в безопасности, продолжил он, но животный мир полон самосохраняющих форм поведения.Лихтман даже подозревал, что «первые живые животные, которые могли повлиять на свое положение в мире, очень быстро передвигаясь, разработали способы, чтобы не подвергать себя риску, а это эквивалентно боли». Он и Деннет согласились с тем, что даже у микробов есть стимулы чувствовать свое окружение и избегать вреда аналогично тому, как люди избегают боли.

Брей (2009), стр. 5-7:

В 1854 году немецкий биолог Вольфганг Пфеффер показал, что если он введет капиллярную пипетку, наполненную питательными смесями, такими как дрожжи или мясной экстракт, в раствор, содержащий плавающие бактерии, бактерии будут собираться вокруг пипетки и в конечном итоге попадут в ее наконечник.Капилляры, наполненные кислотой, щелочью или спиртом, имели противоположный эффект, заставляя бактерии уплывать. Другие исследователи в то время наблюдали бактерии, реагирующие на свет, температуру или концентрацию солей. […]

Escherichia coli может обнаруживать около пятидесяти различных химических веществ. В список входят сахара и аминокислоты, которые действуют как аттрактанты (бактерии плывут к ним), и пестрая смесь тяжелых металлов, кислот и токсичных веществ, являющихся репеллентами. О чувствительности E. coli ходят легенды. Даже малейшего запаха аттрактанта, аминокислоты аспартата (концентрация менее одной десятимиллионной) достаточно, чтобы изменить его плавание. […]

, чтобы следовать в любом направлении дольше секунды или около того, бактерии должны постоянно пересматривать свою ситуацию. Как они это делают? Ответ заключается в том, что у них есть своего рода кратковременная память , которая сообщает им, лучше ли условия в данный момент времени, чем несколько секунд назад.Под «лучше» я подразумеваю более богатую молекулами пищи, более подходящую по кислотности и концентрации соли, более близкую к оптимальной температуре и так далее. Если в среднем условия улучшились или, по крайней мере, не стали хуже, то бактерии продолжат плавать в том же направлении. Но если условия ухудшаются, бактерии падают; они плывут в новом направлении, выбранном более или менее случайно. Многократное выполнение этой прагматичной рутины переносит их на большие расстояния и по сложной местности в благоприятные места.

В этом видео говорится: «Справедливо сказать, что E. coli имеет кратковременную память, но ее продолжительность составляет всего около 4 секунд. Итак, что делает клетка, так это то, что она подсчитывает интересующие вещи в окружающей среде в течение секунды, проверяет, что получилось за предыдущие 3 секунды, а затем реагирует на разницу «.

Freeman (2002) говорит (стр. 274) относительно бактерий:

Хотя некоторые виды специализируются на использовании только одного типа пищи, подавляющее большинство бактерий могут переключаться между несколькими различными источниками углерода и энергии в зависимости от того, какие продукты питания доступны в окружающей среде.[…]

Клетки

[Intestinal E. coli ] способны использовать широкий спектр сахаров для обеспечения необходимого углерода и энергии. Поскольку ваш рацион меняется день ото дня, доступность разных сахаров в кишечнике меняется. Точный контроль экспрессии генов дает клеток E. coli способность реагировать на эти изменения в окружающей среде и использовать различные сахара.

Freeman (2002) также описывает эксперимент Жака Моно в 1950-х годах по проверке гипотезы « E.coli могла бы фактически предпочесть глюкозу лактозе в качестве источника пищи »(стр. 277). Результаты экспериментов согласуются с этой гипотезой.

Fernando et al. (2008): «Хотя адаптивная сенсибилизация и привыкание (неассоциативное обучение) были продемонстрированы у бактерий (Yi et al. 2000), ассоциативное обучение в течение одной жизни — нет. Примером сенсибилизации является автокаталитическая активация . phoA и phoB после предшествующего ограничения фосфата, что приводит к более сильной реакции на последующее ограничение фосфата (Hoffer et al. 2001). «

Лион (2015):

Привыкание и сенсибилизация были продемонстрированы при бактериальном [хемотаксисе] (Koshland et al., 1982; Stock, 1999; Porter et al., 2011) — открытие, которое «вызвало апоплексию у некоторых нейрофизиологов, поскольку они считали, что нервная система» была требуется (Тейлор, 2004, стр. 3761). […]

Исследователи двух описанных здесь исследований (Tagkopoulos et al., 2008; Mitchell et al., 2009) утверждают, что их открытия являются демонстрацией ассоциативного обучения.Однако обусловленность в этих случаях явно эпигенетическая. Будет ли это считаться «настоящей обусловленностью», остается открытым вопросом.

Группы бактерий, похоже, координируют свои действия посредством определения кворума. Даже если отдельные бактерии не имеют большого значения, вполне вероятно, что вся колония имеет большее значение.

Протисты

Это видео показывает поведение многих типов протистов.

Applewhite and Morowitz (1967), стр. 332-33:

В то время как у простейших отсутствуют нейроны метазоа, они обладают фибриллярной сетью, которая предположительно может выполнять те же функции (Kudo, 1966).На многих из них была сделана электронная микроскопия (Pitelka, 1963), и они демонстрируют широкий спектр моделей поведения (Jennings, 1962, и Warden et al. , 1940), которые можно использовать для обучения. […]

Было проведено множество обучающих экспериментов с простейшими (McConnell, 1966 и Thorpe, 1963), но их истинное обучение подвергалось сомнению (McConnell, 1966).

Амеба

Bichai et al. (2008), стр. 510:

Свободноживущие амебы обычно имеют 2 стадии развития: трофозоит и циста (Greub and Raoult 2004).Трофозоит — активная стадия метаболизма, питающаяся бактериями и размножающаяся за счет бинарного деления. Враждебные условия pH, осмотическое давление, температура или даже невыполненные потребности амебы в питании могут вызвать ее инцистирование (Greub and Raoult 2004).

Другими словами, амебы могут определять условия окружающей среды и адаптироваться к ним.

Брей (2009), стр. 11-12:

Отдельная клетка Amoeba proteus представляет собой крошечное пятнышко цитоплазмы длиной менее полумиллиметра.Его аморфная, очень изменчивая форма имеет пальцевидные выступы — псевдоподии — из центральной массы. Клетка живет на дне ручьев и прудов и обычно ползает по поверхности гальки и растительности, вытягивая и втягивая псевдоподии. Когда он сталкивается с препятствиями на своем пути, области, соприкасающиеся с препятствием, становятся неподвижными, в то время как более удаленные перемещаются более активно. Следовательно, клетка движется в новом направлении. Также видны и другие способы передвижения. Например, голодная амеба часто принимает более быструю форму развития, называемую прыжками, поочередно вытягивая и сжимая свое тело, как у дюймового червя.Еще одно состояние, которое мне нравится думать как прыжок с парашютом, возникает, когда амеба свободно подвешена в воде. Теперь клетка принимает звездообразную форму с длинными псевдоподиями, идущими во всех направлениях. Кажется, ищет подходящую поверхность. Действительно, как только один псевдоподий вступает в эффективный контакт, токи цитоплазмы текут в этом направлении. Другие псевдоподии втягиваются; клетка оседает на поверхности и возобновляет свой нормальный режим движения.

[…] Герберт Дженнингс, естествоиспытатель, работавший в зоологической лаборатории Мичиганского университета в конце девятнадцатого века, наблюдал сферические цисты или споры Euglena (простейшее с ресничками), которые использовались в пищу [by Amoeba proteus ].Амеба в его культурах пыталась охватить кисты за счет расширения боковых псевдоподий и тонкого слоя цитоплазмы. Если попытка была успешной, то киста заключалась в чашеобразное углубление, попадала в камеру, пародируя глотание, и в конечном итоге переваривалась. Кисты, однако, были гладкими и легко перекатывались при прикосновении. Дженнингс зарегистрировал амебу, которая преследовала катящуюся кисту по круговой траектории в течение пятнадцати минут, делая неоднократные попытки захвата, пока киста в конечном итоге не была потеряна.«Такое поведение, — заметил Дженнингс, — производит поразительное впечатление на наблюдателя, который видит это впервые. Амеба ведет себя в своих попытках добыть пищу во многом так же, как животные, находящиеся на более высоких уровнях».

Довольно удивительно, что Amoeba proteus также способна захватывать активно плавающие организмы, такие как реснитчатый Paramecium , несмотря на его неуклюжую походку. Кажется, он способен обнаруживать плавающие парамеции на некотором расстоянии и может преследовать их на больших расстояниях.После контакта амеба начинает медленное окружение и пытается поймать сопротивляющуюся добычу. Если встречи с плавающей добычей достаточно часты, амеба ожидает поимки, образуя чашеобразное углубление на своей поверхности, как бейсбольная рукавица.

Брей (2009), стр. 18:

Амеба может сразу отличить кисту Euglena от песчинки того же размера и сожрать первую, отвергнув вторую.

Парамеций

В то время как взгляды Стюарта Хамероффа на сознание отвергаются большинством ученых, Хамерофф делает важное наблюдение о способностях одноклеточных организмов, у которых отсутствует нервная система:

Вокруг плавает одноклеточный парамеций.Находит пищу. Он находит себе пару. Это секс. Это можно узнать. Это может избежать хищников. Это может избежать препятствий. Это одна ячейка. Он делает это с помощью микротрубочек ».

Fernando et al. (2008):

Хеннесси (1979) показал, что одноклеточная инфузория Paramecium caudatum , возможно, способна к классическому кондиционированию. Парамеций был успешно обучен проявлять реакцию избегания условного вибрационного стимула с использованием электрического шока в качестве безусловного стимула.Этот ответ сохранялся на протяжении всей жизни парамеция, хотя наследование этого ответа не изучалось. В эксперименте не исключены ассоциативная сенсибилизация и псевдообусловленность, повторение которого мы приветствуем.

Стентор

Википедия говорит, что Stentor «относятся к числу самых больших известных дошедших до нас одноклеточных организмов».

Видео: «Стентор-охота за едой».

Брей (2009), стр. 14-17:

Неожиданно оказалось, что наиболее сложное поведение, зарегистрированное у одноклеточных животных, было обнаружено у организмов, прикрепленных к поверхности, а не плавающих на свободе.Трубообразный Stentor большую часть времени прикреплен к водным растениям или мусору ногой неправильной формы, заключенной в прозрачную трубку слизи. Его тонкое тело и уплощенная дискообразная полость рта выстланы тонкими ресничками. Биение этих ресничек вызывает постоянные токи жидкости, которые несут частицы подходящего размера в ротовую полость. Затем животное решает, съедобны они или нет. Частицы пищи задерживаются и проглатываются, тогда как неперевариваемые частицы выбрасываются.Организм также может поворачиваться или раскачиваться на конце своего длинного стебля, тем самым указывая ротовую полость в определенных направлениях.

Рысьоглазый Герберт Дженнингс подробно описал реакцию Stentor roeselii на экспериментальную стимуляцию. Тонкий поток воды, брызнувший на открытый диск, заставил клетку мгновенно сжаться в трубке. Примерно через полминуты животное снова растянулось, и реснички возобновили свою деятельность. Однако второе применение струи воды, идентичное первому, было проигнорировано, и животное продолжило свою деятельность по кормлению.Дженнингс наблюдал аналогичную последовательность реакции «неожиданности», за которой следовала быстрая акклиматизация к целому ряду раздражителей, таких как небольшое сотрясение контейнера животного. И снова организм проявил простую форму памяти.

Дженнингс обнаружил, однако, что потенциально вредный стимул, такой как облако частиц красного красителя кармина, введенный в питающий диск, вызывает более богатый набор действий. Стент сначала не реагирует, забирая неприятные частицы кармина в мешочек и в рот.Однако через короткое время он поворачивается в сторону, сгибая свой длинный стебель (всегда в одном и том же направлении), как будто пытаясь убрать рот с пути облака ядовитых частиц. Это может повторяться: животное два-три раза поворачивает стебель вокруг своей длинной оси. Если неоднократные повороты на одну сторону не снимают раздражения, пробуют второй вариант. Колебание ресничных волосков на теле внезапно меняет направление, в результате чего частицы в диске и мешочке выбрасываются.Реверс длится, но за мгновение до возобновления обычного тока. Если частицы раздражителя продолжают прибывать, обращение повторяется два или три раза в быстрой последовательности.

Если стент все еще не избавляется от стимуляции ни одним из описанных способов, он сокращается в свою трубку. Таким образом, конечно, он избегает неприятного облака, но за счет потери всякой возможности добывать пищу. Теперь животное будет оставаться в трубке примерно полминуты, прежде чем снова осторожно выдвинуться.Когда тело достигает примерно двух третей своей первоначальной длины, реснички вокруг дискообразного рта начинают разворачиваться. Они возобновляют избиение, позволяя животному возобновить кормление.

Что теперь происходит? Предположим, что водные потоки снова несут вредные зерна кармина в подающий диск. Стимул и все внешние условия одинаковы, поэтому будет ли стент выполнять ту же процедуру — наклониться в одну сторону, перевернуть реснички? Нет. Животное изменило свой опыт и пробует новую стратегию.На этот раз, как только частицы кармина достигают его диска, животное полностью вжимается в свою трубку. Последовательность может повторяться много раз, животное через некоторое время осторожно расширяется и, если оно все же находит частицы, снова сокращается. Каждый раз он немного дольше остается в трубке и, кажется, неохотно выходит наружу. В конце концов, оно многократно и сильно сжимается, оставаясь заключенным в трубку, так сильно, что лапа ломается, и животное освобождается. Stentor покидает свою трубку и уплывает, избегая, если необходимо, облака кармина и других препятствий, и отправляется в путь к новому дому.

Со временем это крошечное существо поселится на дне своего пруда или контейнера. Тогда он ведет себя особенным образом. Частично развернутый диск (часть, которая раньше использовалась для кормления) теперь используется как средство передвижения. Стентор теперь быстро ползет по местности, быстро следует за всеми неровностями поверхности и, кажется, тщательно ее исследует. Это может длиться какое-то время, животное часто покидает одно место и переплывает на другое, исследуя груды мусора и поверхности твердых тел на своем пути.

Примерно через 10-20 минут стент выбирает место, строит для себя новую слизистую трубку и прикрепляется к своему новому дому (Bray 2009, p. 17).

Брей (2009), стр. 18:

Большинство микроорганизмов проявляют то, что у высших животных называется вниманием. Стентор или амеба, оторванная от поверхности, активно ищет новое место прикрепления. Занимаясь этим поиском, он игнорирует другие стимулы, такие как изменения температуры или химические сигналы, которые вызывают немедленную реакцию у свободно живущего человека.

Одноклеточные растения

Хламидомонада

Брей (2009), стр. 18:

Практически все одноклеточные организмы реагируют на свет. Инфузории, такие как парамеции, перемещаются на слабый свет, но отталкиваются сильным светом. Одноклеточная водоросль Chlamydomonas имеет так называемое глазное пятно, содержащее молекулы пигмента, которые позволяют ей определять направление падающего света.

Генная регуляция

«Стимул окружающей среды заставляет биологическое существо реагировать.«Обычно, когда мы слышим это утверждение, мы представляем себе животное, передающее информацию через свою нервную систему, чтобы двигать своим телом. Возможно, мы также могли бы представить себе растения, реагирующие на внешние раздражители, такие как направление солнца или сигналы тревоги от соседних растений. Однако , это утверждение может также применяться практически к каждой отдельной живой клетке, включая одноклеточные организмы. Ярким примером того, почему живые клетки осуществляют регуляцию экспрессии генов, например:

широкий спектр механизмов, которые используются клетками для увеличения или уменьшения продукции определенных генных продуктов (белка или РНК) […]. Сложные программы экспрессии генов широко наблюдаются в биологии, например, чтобы запускать пути развития, реагировать на раздражители окружающей среды или адаптироваться к новым источникам пищи.

Известным примером является регуляция оперона lac у многих кишечных бактерий.

Регуляция генов обычно не рассматривается как форма интеллекта, но в некотором смысле квазицифровой «вычислительный» механизм клеток, который позволяет им включать и выключать различные гены сложными способами, возможно, столь же впечатляет, как и то, что искусственные компьютеры могут это сделать.Поэтому, если мы думаем, что созданные человеком компьютеры обладают некоторой степенью разумности, возможно, нам следует подумать, что регуляция генов в клетках также имеет.

Статья в Википедии «Реакция на бактериальный стресс»:

Бактерии могут выживать в различных условиях окружающей среды, и для того, чтобы преодолеть эти неблагоприятные и меняющиеся условия, бактерии должны улавливать изменения и обеспечивать соответствующие ответы в экспрессии генов и активности белков. Реакция на стресс у бактерий включает сложную сеть элементов, которые действуют против внешнего раздражителя.Бактерии могут одновременно реагировать на различные стрессы, и различные системы реакции на стресс взаимодействуют (перекрестные помехи) друг с другом. Сложная сеть глобальных систем регулирования приводит к скоординированным и эффективным ответным действиям.

Boor (2006) обсуждает, «как одноклеточные организмы реагируют на стрессы окружающей среды». Одна из ключевых концепций — сигма-факторы: «У бактерий изменения в экспрессии генов часто контролируются на уровне транскрипции посредством изменений в ассоциациях между каталитическим ядром РНК-полимеразы и различными сигма-факторами, присутствующими в бактериальной клетке […]. Связи между различными альтернативными сигма-факторами и ядерной РНК-полимеразой по существу перепрограммируют способность холофермента РНК-полимеразы распознавать различные промоторные последовательности и экспрессировать совершенно новые наборы целевых генов. «Реглон» — это «набор генов, контролируемых одним сигма-фактором. «. σ ^B — один из типов сигма-фактора, обнаруженный в Bacillus subtilis и других бактериях. Боор (2006) говорит:» Зависимый от B. subtilis σ ^B общий стресс-регулон велик: экспрессируется более 200 генов. после воздействия на бактерии тепла, кислоты, этанола, солевого стресса, перехода в стационарную фазу или голодания по глюкозе, кислороду или фосфату ».

Boor (2006) отмечает, что могут существовать «гены, которые могут казаться несвязанными по функциям, но которые должны скоординированно регулироваться, чтобы дать возможность организму выживать и надлежащим образом реагировать на быстро меняющиеся условия окружающей среды». Я представляю сигма-факторы как широковещательные сигналы, которые вызывают обновления потенциально множества различных подкомпонентов ячейки одновременно. Сигма-факторы можно сравнить с нейронными трансляциями, которые вызывают обновление множества мозговых процессов одновременно в теории глобального рабочего пространства сознания.

Нет сознания без представления?

Одна идея, которую я иногда слышу, заключается в том, что сознание требует ментальных представлений, где «Ментальное представление […] — это гипотетический внутренний когнитивный символ, представляющий внешнюю реальность». Есть ли у одноклеточных организмов ментальные представления?

В очень грубом смысле, да. Например, сигма-факторы бактерий «представляют» условия окружающей среды и способствуют соответствующим ответам.

Однако другой аргумент состоит в том, чтобы поставить под сомнение необходимость внутренних ментальных репрезентаций.В известной статье Брукс (1991) написал (стр. 140):

Когда мы исследуем интеллект очень простого уровня, мы обнаруживаем, что явные представления и модели мира просто мешают. Оказывается, лучше использовать мир как его собственную модель.

Когнитивное представление — это упрощенная модель сложных явлений реального мира. Но почему сами явления реального мира не могут быть этически релевантным «ментальным представлением», если это представление существует в «расширенном разуме» организма, а не в его собственном теле? В самом деле, реальный мир — это гораздо более сложная «модель», чем то, что присутствует во внутреннем познании организма.

Обычная картина сознания выглядит так, где «->» означает «порождает», а слова, выделенные зеленым цветом, означают «сознание»:

мир -> сложные мысленные представления в сознании организма -> мысли / действия / и т. д.

Но почему мы не можем представить мир как сложное «ментальное» представление самого себя, такое, что мысли и действия, предпринимаемые непосредственно в ответ на него, можно рассматривать как «использование сложных представлений»?

мир (который представляет собой сложное представление самого себя) -> мысли / действия / и т. д.

Можно сказать, что организмы, которые взаимодействуют с миром, «используют» это «когнитивное» представление. Например, парамеций, поедающий бактерии, использует сложное «мысленное представление» мира (а именно, сам мир) при поиске и поедании своей пищи.

Может возникнуть возражение, что это «обман» и что вам нужен промежуточный уровень сложных представлений в собственной когнитивной системе организма. Я бы спросил: «Почему? Что такого особенного во внутренних представлениях?» Наилучший ответ, который я могу себе представить, был бы следующим.По мере того, как виды становятся более разумными, они все чаще перемещают представления из внешнего мира в свои внутренние когнитивные системы, потому что это позволяет создавать более сложные концепции высокого уровня. Например, одноклеточный организм может реагировать на различные сигнальные молекулы, но он не может, например, агрегировать огромное количество зрительных нейронов через несколько слоев нейронных сетей, чтобы идентифицировать объект высокого уровня, такой как «сердитый человек с топором в его рука». Сложные внутренние представления необходимы для высокого уровня интеллекта.Другими словами, представления не актуальны сами по себе, а только из-за тех когнитивных возможностей, которые они открывают.

Конечно, у одноклеточных организмов есть свои собственные наборы когнитивных возможностей, и разные ситуации окружающей среды (то есть разные «ментальные представления» в расширенном сознании) открывают разные когнитивные возможности. Например, аналогично тому, как мысленное представление человека, владеющего топором, порождает другие мысли / поведение, чем мысленное представление милого кролика, так и окружающая среда для бактерии в кишечнике вызывает разные «мысли» / поведение бактерии, чем экологический контекст гидротермального источника, запускает у бактерии, живущей там.

Я здесь не хочу сказать, что бактерии эквивалентны более разумным организмам. Скорее моя цель (в этой и многих других моих работах о сознании) состоит в том, чтобы проблематизировать интуитивные различия, которые мы часто проводим, пытаясь отделить умы от не-умов.

Фавела (2017): «организмам не нужно воспринимать мир косвенно через ментальные образы / представления, чтобы обладать феноменальным сознанием. […] Если мир служит своей собственной лучшей моделью (Брукс, 1991), тогда окружающая среда может служить богатым источником информации.Если это так, то нет необходимости обращаться к представлениям, чтобы объяснить, как организмы ведут успешное целенаправленное и адаптируемое поведение »(стр. 1-2).

Валентность

Лион (2015):

Валентность относится к привлекательности, приемлемости или переносимости стимула […].

[У бактерий] валентность сигнала подразумевается в процессах, которые координируют, скажем, смещение вращения жгутиковых моторов или сложную онтогенетическую последовательность передачи сигналов, генетической транскрипции и экспрессии белков, которые приводят к споруляции.[…]

Практически ничего не известно ни у бактерий, ни у людей о том, как комбинации внешних стимулов разной валентности интегрируются с интероцептивными сигналами в связную поведенческую реакцию.

Сравнение с нейронными сетями

Fernando et al. (2008):

Недавние работы в области системной биологии выявили молекулярные схемы, которые очень похожи на нейронные сети (Bray 2003) и логические ворота (Buchler et al. 2003) внутри отдельных клеток.[…] химическая кинетика является универсальной по Тьюрингу (Magnasco 1997) и поэтому может, по крайней мере в принципе, реализовывать произвольные нейронные сети (Hjelmfelt et al. 1991) и конечные автоматы (Hjelmfelt et al. 1992) [.. .].

Фреддолино и Тавазойе (2012), стр. 377:

Регуляторные сети в микробах и нейронные сети в метазоа выполняют, по сути, одну и ту же функцию: объединять всю сенсорную информацию, доступную организму, оценивать на основе этой информации (и предшествующих знаний, генетических и приобретенных) вероятное текущее и будущее состояние организма. окружающей среды и оптимизировать поведение организма в свете этих прогнозов.Важность интеграции доступной информации и последующего прогнозирования состояния окружающей среды оценивалась в контексте поведения животных на протяжении десятилетий […], но наличие столь же сложного анализа и прогнозирующего поведения у микробов было обнаружено только недавно [.. .].

Вычисление одиночными нейронами

Хотя нейроны животных не являются «одноклеточными организмами» в обычном понимании, они представляют собой одиночные клетки, и интересно узнать об их собственных индивидуальных «когнитивных способностях».

Оказывается, отдельный нейрон многоклеточного животного сам по себе является довольно сложным вычислительным устройством. Один из примеров этого можно увидеть из области «дендритных вычислений».

UCL (2013):

Старший автор, профессор Майкл Хауссер, прокомментировал: «Эта работа показывает, что дендриты, которые долгое время считались просто« направлением »входящих сигналов к соме, вместо этого играют ключевую роль в сортировке и интерпретации огромного потока входных сигналов, получаемых нейроном.Таким образом, дендриты действуют как миниатюрные вычислительные устройства для обнаружения и усиления определенных типов входных данных. [«]

London и Häusser (2005) рассматривают тему дендритных вычислений. Вот один лакомый кусочек из статьи (с. 512):

Таким образом, каждая субъединица объединяет свои входы и пропускает их через [сигмоидальную] функцию нелинейности. Это дает каждой части дендрита вычислительную мощность небольшого устройства, аналогичного тем, которые обычно используются в нейронных сетях. Выход каждой субъединицы передается соме с точки зрения пассивной дендритной интеграции.Картина, которая возникает из этого анализа, представляет собой двухслойную нейронную сеть, которая находится внутри одного нейрона. Этот анализ подтверждается подробным моделированием отдельных нейронов, показывающим, что предсказательная сила описания двухслойной нейронной сети очень […], и экспериментами на пирамидных нейронах […] слоя 5. Привлекательность этого подхода проистекает из того факта, что двухуровневые нейронные сети представляют собой вычислительные машины общего назначения, которые были тщательно изучены и могут выполнять очень мощные вычисления.

Короткий прыжок от одноклеточных предков к животным — ScienceDaily

Первые животные произошли от своих одноклеточных предков около 800 миллионов лет назад, но новые данные свидетельствуют о том, что этот скачок к многоклеточным организмам на древе жизни может не были столь драматичными, как когда-то предполагали ученые. В статье Developmental Cell , опубликованной 13 октября, исследователи демонстрируют, что у одноклеточного предка животных, вероятно, уже были некоторые механизмы, которые животные клетки используют сегодня для развития в различные типы тканей.

«Мы смотрим в прошлое на эволюционный переход, который был важен для происхождения всех животных», — объясняет Иньяки Руис-Трилло, биолог-эволюционист из Института эволюционной биологии в Барселоне, Испания. «Мы показываем, что эти ранние организмы уже имели некоторое поведение, которое, как мы когда-то думали, было только у многоклеточных животных. Отсюда это был бы более простой эволюционный скачок».

Исследователи изучили одноклеточную амебу под названием Capsaspora owczarzaki , которая является близким родственником современных многоклеточных животных. Capsaspora был первоначально обнаружен живущим внутри пресноводной улитки и использовался группой Руиса-Трилло, чтобы узнать больше об эволюции животных. Руис-Трилло и его команда секвенировали геном Capsaspora в более раннем проекте и обнаружили, что амеба содержит много генов, которые у животных связаны с многоклеточными функциями.

Как одноклеточный организм, Capsaspora не может иметь одновременно несколько разных типов клеток, как это могут делать люди.Тем не менее, одна Capsaspora со временем меняет свой тип клеток, переходя от одиночной амебы к агрегированной колонии клеток и к устойчивой кистозной форме в течение своего жизненного цикла. В этом новом исследовании выяснялось, использует ли Capsaspora те же механизмы для контроля дифференцировки клеток с течением времени, которые используют животные для контроля развития клеток в различных тканях.

В сотрудничестве с командой Эдуарда Сабидо из отдела протеомики Центра геномной регуляции и Университета Помпеу Фабра исследователи проанализировали белки в Capsaspora , чтобы определить, как организм может регулировать свои внутренние клеточные процессы на разных этапах жизни.«Протеомика на основе масс-спектрометрии позволяет нам измерить, какие белки экспрессируются и как они модифицируются», — говорит Сабидо. «Внутриклеточная передача сигналов зависит от этих модификаций белков — поэтому, выполняя этот анализ, мы знаем не только то, что находится в клетке, но и то, как клетка организуется и общается внутри».

Исследователи обнаружили, что от одной стадии к другой набор белков Capsaspora претерпевает обширные изменения, и организм использует многие из тех же инструментов, что и многоклеточные животные, для регулирования этих клеточных процессов.Например, Capsaspora активировали факторы транскрипции и систему передачи сигналов тирозинкиназы на разных стадиях, чтобы регулировать образование белка. «Это те же механизмы, которые животные используют для дифференциации одного типа клеток от другого, но раньше они не наблюдались у одноклеточных организмов», — говорит Руис-Трилло.

Присутствие этих белков-регулирующих инструментов как у Capsaspora , так и у животных означает, что одноклеточный предок всех животных, вероятно, также обладал этими системами — и был более сложным, чем ученые ранее считали.«У предка уже были инструменты, необходимые клетке для дифференциации в разные ткани», — говорит Сабидо. «Клетки, существовавшие до животных, были более или менее подготовлены к этому прыжку».

История Источник:

Материалы предоставлены Cell Press . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Понимание происхождения многоклеточности многоклеточных животных от хищных одноклеточных родственников животных

Наше понимание происхождения и ранней эволюции животных изменилось в результате изучения их наиболее близких сестринских групп одноклеточных организмов: хоанофлагеллят, филастериев и ichthyosporeans (King et al., 2008; Шуга и др., 2013; Шуга, Руис-Трилло, 2013). Наше открытие ранее неизвестных одноклеточных Holozoa из пресноводных донных отложений Вьетнама и Чили дает новый материал для анализа.

Eukaryotrophy

Отличительной чертой всех трех новых видов является то, что они питаются эукариотической добычей аналогичного или большего размера, что необычно (если не уникально) для одноклеточных Holozoa. В то время как они потребляют целые клетки жертвы или только цитоплазматическое содержимое эукариотических клеток, что напоминает фагоцитозное поглощение спороцист Schistosoma mansoni филастерином

Capsaspora owczarzaki в лабораторных условиях (Owczarzak et al., 1980), они также могут питаться скоплениями бактерий, напоминая фагоцитарное поглощение бактерий хоанофлагеллятами (Dayel, King, 2014). Особо следует отметить, что обнаруженные нами организмы не обладают экструзионными органеллами для парализации и иммобилизации добычи, что характерно для эукароядных протистов. Наши наблюдения показывают, что до поглощения они каким-то образом прикрепляются к поверхности клетки-жертвы. Исследования choanoflagellate Monosiga brevicollis показали, что кадгерины, которые функционируют как белки межклеточной адгезии у животных, располагаются на микроворсинках ошейника для кормления и совместно локализуются с актиновым цитоскелетом (Abedin, King, 2008). M. brevicollis неколониальный, что позволяет предположить, что кадгерины участвуют в захвате добычи, а не в формировании колонии. Кроме того, исследования колониальной хоанофлагелляты Salpingoeca rosetta не указали на роль кадгеринов в образовании колоний, что дополнительно подтверждает идею о том, что кадгерины не играют роли в межклеточной адгезии между хоанофлагеллятами и, возможно, также не влияют на формирование колоний. одноклеточный предок животных (Sebé-Pedrós et al., 2017). В случае одноклеточных хищников Syssomonas и Pigoraptor , привязанность к крупной и активно движущейся добыче, по-видимому, имеет решающее значение для питания и выживания.Интересно, что транскриптом Syssomonas не включает гены кадгерина, но он действительно экспрессирует лектины C-типа (углеводсвязывающие белки, выполняющие различные функции у животных, включая межклеточное взаимодействие, иммунный ответ и апоптоз). Обратный паттерн распределения генов наблюдается у Pigoraptor , где были обнаружены транскрипты, содержащие кадгериновый домен, но не было лектинов С-типа (Hehenberger et al., 2017).

Присутствие эукариотрофии как типа питания как у филастериев, так и у Pluriformea ​​предполагает, что хищничество могло быть или когда-то было широко распространено среди одноклеточных родственников животных, и, возможно, предок Metazoa был способен питаться добычей, намного большей, чем бактерии.«Совместное питание», которое мы наблюдали много раз в культурах Syssomonas или Pigoraptor , включая поведение, при котором клетки привлекаются к крупной жертве другими хищниками, уже питающимися ею, вероятно, опосредуется химической сигнализацией изначально прикрепленного хищника ячейка. Новоприбывшие клетки также прикрепляются к плазмалемме жертвы, частично сливаясь друг с другом и вместе высасывая содержимое большой клетки жертвы. Слияние клеток хищников во время кормления довольно необычно и может представлять собой новый фактор, который следует учитывать при возникновении агрегированной многоклеточности.Кроме того, предполагаемая химическая передача сигналов для привлечения других клеток этого вида наблюдается во время образования синцитиальных структур у этих видов. В этом контексте альфа- и бета-интегрины и другие компоненты так называемой адгезомы интегрина, которые отвечают за взаимодействие с внеклеточным матриксом и передачу различных межклеточных сигналов, были обнаружены в транскриптомах всех трех изученных видов (Hehenberger et al. др., 2017).

Распад крахмала Syssomonas

Интересный феномен наблюдался в клональных культурах Syssomonas , где хищник может полностью поглотить гранулы крахмала того же размера, что и клетка, что также способствует быстрому разрушению зерен риса на более мелкие фрагменты и отдельные частицы. кристаллы крахмала (рис.S1). Возможно, что Syssomonas секретирует гидролитические ферменты, которые обеспечивают внемембранное внеклеточное пищеварение. Примембранное внеклеточное пищеварение у животных имеет большое значение для распада различных биополимеров и органических молекул (например, в кишечном эпителии млекопитающих в зоне limbus strigillatus в слое гликокаликса).

Этой способности Syssomonas питаться крахмалом, вероятно, способствует экспрессия многочисленных ферментов, которые предположительно участвуют в расщеплении крахмала (несколько α-амилаз и α-глюкозидаз, фермент разветвления гликогена и гликогенфосфорилаза) (Таблица 1 ).Например, у Syssomonas есть пять различных предполагаемых альфа-амилаз, одна из которых не обнаружена ни у одного другого Holozoa, присутствующего в нашей базе данных (Таблица 1). Точно так же одна из четырех α-глюкозидаз в S. multiformis , по-видимому, специфична для этой линии и, возможно, Filasterea в Holozoa. В то время как α-амилазы и α-глюкозидазы способны гидролизовать α-1,4-связанные гликозидные связи, мобилизация молекулы крахмала по α-1,6 гликозидным связям в точках ветвления требует активности ферментов разветвления.Возможным кандидатом для катализа этой реакции является консервативный фермент разветвления гликогена в S. multiformis , ортологичный человеческому гену AGL (Таблица 1). Кроме того, мы идентифицировали транскрипт гликогенфосфорилазы (ортологичен человеческим генам PYGB, PYGL и PYGM ), фермента, участвующего в деградации крупных разветвленных полимеров гликанов.

Таблица 1.

Транскрипты предполагаемых разлагающих крахмал ферментов в S.multiformis и наличие / отсутствие соответствующих ортологов в других одноклеточных линиях голозояных / Metazoa. Номера доступа для S. multiformis взяты из соответствующих выходных файлов TransDecoder, как описано в Hehenberger et al., 2017. Домены Pfam, используемые для идентификации кандидатов в S. multiformis и / или аннотированных прямых ортологичных генов человека, указаны в скобках в столбец 1. Не применимо, в нашем наборе данных нет прямых ортологов; +, прямые ортологи, присутствующие в филогении; (+) короткий фрагмент представителя одной линии.

Наши наблюдения также показывают, что в присутствии крахмала в культуре Syssomonas могут образовывать стадии покоя неустановленного генезиса, которые имеют тенденцию слипаться друг с другом и с зернами крахмала.

Структурные особенности

Syssomonas и Pigoraptor демонстрируют широкую морфологическую пластичность: все три вида имеют стадию жгутика, образуют псевдоподии и цисты и могут образовывать скопления из нескольких клеток. Syssomonas multiformis также имеет амебовидную стадию без жгутиков.Доминирующей формой жизни у всех трех видов в культуре является плавучая клетка с одинарными лепестками. Интересно, что амебоидные и псевдоподиальные формы жизни были обнаружены в культурах только после двух лет культивирования и наблюдения, что позволяет предположить, что они могут быть чрезвычайно редкими в природе. В целом, морфологические различия между клетками одного и того же типа двух родов, Syssomonas и Pigoraptor , немногочисленны и незначительны. Учитывая, что эти роды находятся в отдаленном родстве в пределах дерева Holozoa, интересно предположить, что они могут быть результатом морфостаза и, как следствие, сохраняют черты, напоминающие признаки предкового состояния голозойных линий.

Установлено, что одиночные клетки Syssomonas и Pigoraptor могут временно прикрепляться к субстрату и, ударяя по жгутику, могут создавать водные потоки, предположительно притягивающие частицы пищи, подобно хоанофлагеллятам и хоаноцитам губок (рис. 1 E, видео 2). Хоаноциты и хоанофлагеллаты обладают, помимо жгутика, воротником, состоящим из цитоплазматических выростов, усиленных актиновыми филаментами (микроворсинками), которые служат для захвата добычи бактерий.Таким образом, тонкие филоподии, наблюдаемые на поверхности клеток всех трех видов Syssomonas и Pigoraptor , могут быть гомологичными микроворсинкам воротничка. Но для этого потребуются дополнительные доказательства в виде гомологичных белков в этих структурах или доказательства их функции в Syssomonas и Pigoraptor . В то время как филоподии Syssomonas не имеют очевидного структурного содержания, выросты Pigoraptor иногда содержат профили, подобные микротрубочкам.Поперечные сечения этих структур не были получены, но они могут представлять собой параллельные микрофиламенты, такие как недавно обнаруженные в филоподиальных плечах Ministeria vibrans (Мыльников и др., 2019). Организация филоподиальных плеч Ministeria , в свою очередь, напоминает микроворсинки хоанофлагеллят, которые имеют устойчивые пучки микрофиламентов в основании. Ранее предполагалось, что предок Filozoa (Filasterea + Choanoflagellida + Metazoa), вероятно, уже развил щупальца филозы, которые собрались в воротничок у общего предка хоанофлагеллят / губок (Shalchian-Tabrizi et al., 2008), и что микроворсинки присутствовали у общего предка Filozoa (Мыльников и др., 2019).

Одиночный задний жгутик — определяющая характеристика опистоконтов (Cavalier-Smith, Chao, 2003). Однако жгутик еще не обнаружен во всех известных линиях передачи Opisthokonta. Torruella et al. (2015) обнаружили несколько белков, соответствующих ключевым компонентам жгутика в Corallochytrium и филозной амебе Ministeria vibrans , которые, как считалось, не имеют жгутиков.Авторы показали, что стебель, используемый Ministeria для прикрепления к субстрату, представляет собой модифицированный жгутик. Недавно морфологические наблюдения за другим штаммом Ministeria vibrans (штамм L27; Мыльников и др., 2019) показали, что у этого штамма отсутствует ножка для прикрепления к субстрату, но имеется типичный жгутик, который выступает вперед и ударяется по прикрепленным к субстрату клеткам. (см. Рис. 2h и Видео S1 в Мыльников и др., 2019). Авторы пришли к выводу, что предок филастериан обладал жгутиком, который впоследствии был утерян в Capsaspora owczarzaki .В случае Corallochytrium limacisporum было высказано предположение, что он имеет стадию скрытых жгутиков в своем жизненном цикле (Torruella et al., 2015), как это было предложено для других эукариот (например, Aureococcus и Ostreococcus ). ) на основе их геномных последовательностей (Wickstead, Gull, 2012). Следовательно, стадия жгутиков могла быть единственным морфологическим признаком, объединяющим Corallochytrium и Syssomonas в пределах «Pluriformea». Интересно, что у предка ихтиоспорид, вероятно, был жгутик, который сохранился у Dermocystida (на стадии зооспор), но снова был утерян у Ichthyophonida.

Центральная нить жгутика, которая соединяет центральную пару микротрубочек с поперечной пластинкой у Syssomonas и Pigoraptor , также заслуживает внимания, поскольку ранее этот признак был известен только у хоанофлагеллят и считался уникальным признаком для эта родословная. Конусообразное возвышение поверхностной мембраны вокруг основания жгутика у Syssomonas также считалось типичным для хоанофлагеллят.

Происхождение многоклеточности

Как упоминалось выше, существует множество теорий происхождения Metazoa.Одной из первых и широко признанных эволюционных теорий происхождения животных является теория Гастреа Эрнста Геккеля (Haeckel, 1874). Основываясь на стадиях бластулы и гаструлы, которые проходят различные животные во время своего эмбрионального развития, Геккель предположил, что первым шагом в эволюции многоклеточности у животных было образование полого шара, стенки которого состояли из идентичных жгутиковых клеток, которые он назвал Blastea. За этой стадией следует гаструляция, при которой шарик инвагинируется, что приводит к первичной клеточной дифференцировке на экто- и энтодерму.В сочетании с современными теориями, такими как теория хоанобластеей, которая подчеркивает сходство между Blastea Геккеля и колонией хоанофлагеллат (Nielsen, 2008), эта модель до сих пор остается наиболее часто используемым объяснением происхождения многоклеточных животных. Важное предположение теории гастреа состоит в том, что дифференцировка клеток произошла только в году после возникновения многоклеточности, что позволяет предположить, что животные произошли от одного типа клеток. Это, в свою очередь, породило гипотезу о том, что многоклеточные животные произошли от хоанофлагеллатоподобного колониеобразующего предка (Sebé-Pedrós et al., 2017), что подтверждается возможной гомологией между хоаноцитами губок и хоанофлагеллятами (Adamska, 2016), и согласуется с идеей биогенетического закона Геккеля-Мюллера, согласно которой онтогенез повторяет филогенез (Hashimshony et al., 2015).

Однако есть, например, некоторые основные различия между губками и хоанофлагеллятами в том, как взаимодействуют их воротничок и жгутики, поэтому, хотя хоаноциты и хоанофлагелляты внешне похожи, гомология не должна автоматически предполагаться (см. Mah et al., 2014 для подробностей). Что еще более важно, недавние ультраструктурные исследования структуры кинетид (жгутикового аппарата) различных хоаноцитов и хоанофлагеллят губок показывают, что они принципиально различаются во многих отношениях (подробнее см. Поздняков, Карпов, 2016; Поздняков и др., 2017, 2018). Эти различия значительны, поскольку кинетида (состоящая из самого жгутика, переходной зоны и кинетосом с прикрепленными микротрубочковыми или фибриллярными корнями) представляет собой одну из очень немногих ультраструктурных систем в эукариотических клетках, считающихся консервативным индикатором филогенетических отношений (Lynn, Small, 1981; Moestrup, 2000; Yubuki, Leander, 2013).Кинетиды хоаноцитов содержат больше элементов, которые можно считать плезиоморфными для опистоконтов, чем кинетиды хоанофлагеллат. Например, при сравнении жгутикового аппарата пресноводной губки Ephydatia fluviatilis (отряд Haplosclerida) были обнаружены существенные различия в пространственном расположении нежгутикового базального тела, в строении переходной зоны и корневой системы жгутиков. choanoflagellates, но по всем этим характеристикам кинетид хоаноцитов Ephydatia сходен с кинетидом зооспор хитридов, которые более отдаленно относятся к Holomycota (Карпов, Ефремова, 1994).Жгутиковые клетки некоторых ихтиоспориев также обладают ультраструктурными особенностями, общими с жгутиковыми грибами Holomycota. Следовательно, идея о том, что губки и, следовательно, все Metazoa происходят непосредственно от одноклеточного организма, подобного хоанофлагеллятам, не подтверждается результатами исследования ультраструктуры кинетид (Поздняков и др., 2017).

Более подробное понимание одноклеточных родственников животных, однако, привело к появлению альтернативы теории гастреи.В частности, присутствие разнообразных форм жизни в сложных жизненных циклах и преобладание клеточных скоплений, которые мало похожи на бластулу, предполагают, что дифференцировка клеток могла предшествовать возникновению бластулы. Более того, было показано, что одноклеточные родственники животных содержат множество генов, гомологичных генам, участвующим в клеточной адгезии, дифференцировке и развитии, а также в передаче сигналов у Metazoa. Некоторые из них считались уникальными для животных (например,г. факторы транскрипции T-box и Rel / NF-kappa B, белок Crumbs, интегрин бета), поскольку они отсутствовали у хоанофлагеллят (ближайших родственников Metazoa), но позже они были обнаружены у других одноклеточных Holozoa (Михайлов и др. , 2009; Sebé-Pedrós et al., 2013a; Shalchian-Tabrizi et al., 2008). На сегодняшний день хорошо известно, что гомологи большинства генов, контролирующих развитие животных, их клеточную дифференциацию, адгезию клетка-клетка и клеточный матрикс, присутствуют в различных линиях одноклеточных организмов (King et al., 2003; Себе-Педрос и др., 2016; Шуга и др., 2013; Williams et al., 2014), что предполагает, что генетические программы клеточной дифференциации и адгезии возникли относительно рано в эволюции опистоконтов, но до появления многоклеточности (King et al., 2003; Ruiz-Trillo et al., 2007; Shalchian -Tabrizi et al., 2008; Михайлов и др., 2009; Brunet, King, 2018).

Одной из специфических идей, согласно которым дифференцировка клеток предшествовала образованию колоний, является «гипотеза синзооспор» (Сачваткин, 1956; Захваткин, 1949; и см. Михайлов и др.2009 для подробностей). Вкратце, в онтогенезе многоклеточных животных чередуются три типа клеточного цикла: монотомия (чередование фаз роста клеток и деления соматических клеток), гипертрофический рост (в женских половых клетках) и палинтомия (яйцеклетка подвергается серии последовательных делений). . Захваткин отметил, что некоторые протисты чередуют разные типы жизненного цикла, и предположил, что у одноклеточного предка Metazoa уже были дифференцированные клетки в результате такого сложного жизненного цикла.Сложность жизненного цикла, в свою очередь, является результатом того факта, что монотомные клетки обычно малоподвижны или, по крайней мере, менее подвижны и могут изменять свой фенотип (от флагеллированных к амебоидным и т. Д.) В зависимости от окружающей среды; процесс палинтомии необходим для образования морфологически идентичных диспергирующих клеток (спор или зооспор). Эти рассеивающие клетки остаются прикрепленными друг к другу, образуя первичную жгутиковую личинку — синзооспору или бластулу (цит. По: Михайлов и др., 2009).

Гипотеза синзооспор согласуется с недавними наблюдениями сложных жизненных циклов одноклеточных опистоконтов, обладающих клеточной дифференциацией, наличием сидячих трофических фаз и тенденцией к агрегации; как видно у хоанофлагеллят (Cavalier-Smith, 2017; Dayel et al., 2011; Dayel, King, 2014; Leadbeater, 1983; Maldonado, 2004), филастериан (Sebé-Pedrós et al., 2013b), Corallochytrium (Raghukumar , 1987), ихтиоспорейцы (Arkush et al., 2003; Ruiz-Trillo et al., 2007; Suga, Ruiz-Trillo, 2013), хитридиомицеты (Money, 2016) и нуклеариидные амебы (Смирнов, 2000). Согласно этой теории, многоклеточность у животных возникла в результате временной интеграции различных типов клеток, которые уже присутствовали в разных частях жизненного цикла. Гипотетический предок животных в этой модели, таким образом, уже имел бы генетические программы для дифференциации клеток (включая кадгерины, интегрины, тирозинкиназы).

Развивая гипотезу синзооспор, Михайлов и др.(2009) предложили эволюционный механизм « перехода от временной к пространственной дифференцировке клеток » для объяснения появления многоклеточных животных. В этой модели предком Metazoa был оседлый колониальный протист-фильтр-питатель с колониями, образованными клетками разных типов, которые возникли из-за того, что эффективность фильтрации значительно повышается за счет взаимодействия клеток разных типов. Распространенные клетки, продуцируемые сидячей стадией, зооспоры, оставались прикрепленными вместе у ранних многоклеточных (что увеличивало выживаемость) в виде синзооспор, образуя первичную личинку, бластулу.Развитие целой колонии из такой многоклеточной личинки происходило посредством дифференцировки генетически идентичных клеток зооспор. Это было критически важно для поддержания долговременной клеточной адгезии и, следовательно, возникновения истинной многоклеточности, в отличие от временных колоний и скоплений, состоящих из генетически гетерогенных клеток. Авторы предполагают, что этапы расселения сидячего трофического тела — первичных бластулоподобных личинок — приобрели адаптации к хищному образу жизни, что дало толчок развитию первичного кишечника, мышечной и нервной систем (Михайлов и др., 2009).

Происхождение многоклеточности с этой точки зрения можно рассматривать как переход от временной к пространственно-временной дифференцировке клеток (Sebé-Pedrós et al., 2017). У одноклеточного предка Metazoa, который был бактериотрофом, размножающимся половым путем, с множеством дифференцированных, временно разделенных клеток, переходы между различными состояниями клеток должны регулироваться экспрессией семейств факторов транскрипции в ответ на условия окружающей среды, такие как доступность питательных веществ или предпочтительной бактериальной пищи. .Эти временно регулируемые типы клеток затем стали пространственно интегрированными, существующими одновременно, но в разных частях теперь многоклеточного конгломерата, причем разные типы клеток выполняли разные функции. Дальнейшая диверсификация может сопровождаться развитием дополнительных механизмов для сложных сетей регуляции генов, включающих сигнальные пути, распространение факторов транскрипции и развитие новых механизмов регуляции генома для контроля пространственной дифференциации существующих генетических модулей, специфичных для определенного типа клеток.В этот момент жизненный цикл простейшего предка животных, вероятно, включал одну или несколько клональных и / или агрегативных многоклеточных стадий (Sebé-Pedrós et al., 2017).

Чтобы различать модели происхождения многоклеточности животных, одной только геномики недостаточно, также необходимы данные о морфологии, жизненном цикле и структурных особенностях базальных голозоянов. Согласно текущему анализу, все три новых вида одноклеточных Holozoa имеют истории жизни, которые согласуются с основными элементами модели синзооспор (см.рис.3А в Михайлов и др., 2009 и рис. 5а, б в Себе-Педрос и др., 2017). В частности, эти организмы имеют сложную историю жизни, характеризующуюся множеством форм: жгутиконосцами, амебами, амебофлагеллятами, цистами. Все три вида имеют склонность к образованию скоплений. Syssomonas обладает как клональной, так и агрегативной многоклеточной стадиями, как и было предсказано для предка животных. Более того, образование скоплений может быть связано с питанием крупной эукариотической добычей, а также с цистами, которые могут прилипать друг к другу и к крахмальным зернам в культуре и делиться друг на друга.Оба они, вероятно, требуют сотовой передачи сигналов. Поедание крупной эукариотической добычи, иногда превышающей размер хищника, также приводит к гипертрофическому росту клеток (описанному как стадия пролиферации в Sebé-Pedrós et al., 2017) с последующей фазой палинтомического деления (в Syssomonas ). Все эти признаки предсказываются моделью синзооспор. Интересно, что многие из них, по-видимому, вызваны поведением кормления крупной эукариотической добычей, что подчеркивает, что это интересный и потенциально мощный триггер в целом для образования и развития агрегатов (например,g., совместное питание) и клональная многоклеточность (например, гипертрофический рост с последующей палинтомией), возможно, играющая роль в происхождении многоклеточности у предков Metazoa.

Сравнение одноклеточных и многоклеточных | Национальное географическое общество

Клетки функционируют по-разному в одноклеточных и многоклеточных организмах, но в каждом организме каждая клетка имеет специализированные клеточные структуры или органеллы, которых много. Эти органеллы отвечают за различные клеточные функции, такие как получение питательных веществ, выработка энергии и производство белков.Одноклеточные организмы состоят только из одной клетки, которая выполняет все функции, необходимые организму, в то время как многоклеточные организмы для функционирования используют множество разных клеток.

Одноклеточные организмы включают бактерии, протисты и дрожжи. Например, парамеций — это одноклеточный организм в форме тапочки, обитающий в воде пруда. Он принимает пищу из воды и переваривает ее в органеллах, известных как пищевые вакуоли. Питательные вещества из пищи проходят через цитоплазму к окружающим органеллам, помогая поддерживать работу клетки и, следовательно, организма.

Многоклеточные организмы состоят из более чем одной клетки, при этом группы клеток дифференцируются, чтобы выполнять специализированные функции. У людей клетки дифференцируются на ранней стадии развития и становятся нервными клетками, клетками кожи, мышечными клетками, клетками крови и другими типами клеток. Различия в этих клетках легко наблюдать под микроскопом. Их структура связана с их функцией, то есть каждый тип клеток принимает определенную форму, чтобы лучше всего служить своей цели.У нервных клеток есть придатки, называемые дендритами и аксонами, которые соединяются с другими нервными клетками для движения мышц, отправки сигналов железам или регистрации сенсорных стимулов. Клетки внешней кожи образуют уплощенные стопки, защищающие тело от окружающей среды. Мышечные клетки — это тонкие волокна, которые собираются вместе для сокращения мышц.

Клетки многоклеточных организмов могут также выглядеть по-разному в зависимости от органелл, необходимых внутри клетки. Например, в мышечных клетках больше митохондрий, чем в большинстве других клеток, поэтому они могут легко производить энергию для движения; клеткам поджелудочной железы необходимо производить много белков и иметь больше рибосом и грубую эндоплазматическую сеть, чтобы удовлетворить эту потребность.Хотя все клетки имеют общие органеллы, количество и типы присутствующих органелл показывают, как функционирует клетка.