Передвижение инфузория: строение и передвижение инфузории туфельки вывод ,пж

Тип Инфузории Ciliophora — Protozoa

Тип урока: урок общеметодологической направленности.

Используемые технологии: здоровьесбережения, проблемного обучения, развивающего обучения.

Формируемые УУД: к. — строить речевые высказывания в устной форме; аргументировать свою точку зрения; р. — формулировать цель урока и ставить задачи, необходимые для ее достижения; планировать свою деятельность и прогнозировать ее результаты; работать по плану, сверять свои действия с целью и, при необходимости, исправлять ошибки самостоятельно; п. — работать с различными источниками информации; выполнять лабораторную работу под руководством учителя; выделять обобщенный смысл и формальную структуру учебной задачи; строить логические рассуждения, включающие установление причинно-следственных связей; сравнивать и делать выводы; л. — формировать и развивать познавательный интерес к изучению биологии, научное мировоззрение; уметь применять полученные знания в практической деятельности; знать основные принципы и правила отношения к живой природе.

Планируемые результаты: объяснять значение понятий: реснички, порошица, половой процесс, конъюгация; выявлять характерные признаки типа Инфузории; приводить примеры и характеризовать черты усложнения организации инфузорий но сравнению с саркодовыми и жгутиконосцами; осознавать роль простейших в природе и в жизни человека; наблюдать простейших под микроскопом; фиксировать результаты наблюдений; обобщать и делать выводы; соблюдать правила поведения в кабинете биологии, правила обращения с лабораторным оборудованием.

Оборудование: учебник, инструкции “Правила поведения в кабинете биологии”, “Правила работы с лабораторным оборудованием”, магнитная или интерактивная доска; плакат “Инфузория — туфелька”, микроскопы, предметные и покровные стекла, вата, пробирки с культурой инфузорий; принадлежности для рисования.

Ход урока

I. Организационный момент

(Учитель приветствует учеников, проверяет готовность к уроку, напоминает о правилах поведения в кабинете биологии. )

II. Проверка домашнего задания

(Проверка выполнения заданий рабочей тетради, оценивание выполненных рисунков, выставление отметок.)

— Почему зоологи и ботаники спорят, к какому царству следует отнести эвглену зеленую?

— Назовите отличия жгутиконосцев от саркодовых.

III. Работа по теме урока

1. Образ жизни и строение

Мы познакомились с представителями классов типа Саркодовые и жгутиконосцы — обыкновенной амебой и эвгленой зеленой. Представители типа Инфузории устроены сложнее. Тело их покрыто ресничками. Эти органоиды движения гораздо короче, чем жгутики, двигаются одновременно, синхронно и слаженно. Благодаря согласованной работе ресничек инфузории могут плавать с довольно большой скоростью. Так, на поверхности наиболее известного представителя типа Инфузории — инфузории-туфельки имеется около 12 тыс. ресничек. Это животное способно развивать скорость 2 мм в секунду, а его длина составляет всего 0,5 мм. Это означает, что туфелька проплывает за секунду расстояние в 10 — 15 раз больше, чем длина ее тела.

Интересно, что инфузории могут поражать цель даже на расстоянии. Некоторые из них при защите или нападении выбрасывают из своего тела полые цилиндрики. Это отпугивает микроскопически врагов или оглушает добычу.

Предлагаю полюбоваться на изящную инфузорию-туфельку в микроскоп.

(Ученикам выдаются микроскопы, предметные и покровные стекла. Пока они подготавливают микроскопы к работе, учитель раздает на каждый стол пробирки с культурой инфузорий.)

Обратите внимание, в какой части пробирки инфузорий больше (при пересаживании в узкую пробирку инфузории собираются у поверхности воды и могут быть видны даже невооруженным глазом).

Л.Р. № 1 “Строение и передвижение инфузории — туфельки”

(Учащиеся выполняют лабораторную работу по инструктивной карточке на с. 45 учебника. В случае отсутствия микропрепаратов инфузорий или невозможности приготовить культуру можно использовать фотографии и видеофрагменты, иллюстрирующие особенности передвижения и питания инфузорий. )

Дополнительный материал

Приготовление культуры инфузории-туфельки

Примерно 10 г сухого сена кипятят в течение получаса. Полученную бурую жидкость разливают в 2 — 3 банки, разбавляя водой до цвета жидкого чая. Через 3 — 4 дня на поверхности настоя появляется пленка из сенных бактерий, являющихся наилучшей пищей для инфузорий. Инфузории вносят пипеткой в раствор (из аквариума или банки с водой, взятой из пруда). Через 6 — 8 дней в культуре будет большое количество инфузорий. Скорость этого процесса зависит от температуры, при нормальной комнатной температуре культура будет готова через 15 — 20 дней.

2. Жизненные процессы

— Работая с п. 2 § 10 учебника и привлекая ранее изученный материал, рассмотрите основные отличия инфузории-туфельки от известных вам представителей типа Саркодовые и жгутиконосцы.

(Проверка выполнения задания.)

Вы правильно определили, что у инфузории, в отличие от ранее изученных нами простейших, имеется особая структура — порошица, через которую удаляются непереваренные частицы пищи. У амеб порошицы нет, и дефекация происходит в любом месте оболочки. Кроме того, у инфузории целых две сократительных вакуоли, а делятся они поперек тела, а не вдоль, как жгутиконосцы. Инфузории могут размножаться как бесполым, таки половым путем.

А теперь рассмотрим сходные черты всех простейших. Выполняя лабораторную работу, вы увидели, что в клетках простейших имеется множество составных частей — органоидов. Все органоиды клетки простейшего и процессы, в которых они участвуют, очень сильно взаимосвязаны. Эти процессы обеспечивают жизнедеятельность клетки, ее рост, деление, постоянные контакты с окружающей средой. У простейших есть еще одна особенность — если условия для жизни становятся неблагоприятными, одноклеточные животные могут переходить в стадию покоя, образуя так называемую цисту. В таком состоянии они могут пребывать достаточно долго, порой даже несколько лет, и пережить недостаток влаги, резкое изменение температуры. Процесс перехода в стадию покоя — цисту называют инцистированием.

Самый распространенный способ размножения у простейших — бесполый, при котором из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки.

(Учитель демонстрирует рисунок или слайд.)

Процесс деления начинается с ядра (или ядер, как у инфузории), затем идет деление цитоплазмы путем образования перетяжки. Недостающие органоиды образуются вновь.

Половое размножение инфузорий именуют конъюгацией.

(Учитель демонстрирует иллюстрацию или слайд.)

В типичном случае две инфузории прикладываются друг к другу ротовыми сторонами. В определенных местах оболочка растворяется, и особи оказываются соединенными плазматическим мостиком. Большие ядра распадаются и растворяются в цитоплазме. Малые ядра делятся и образуют четыре ядра (процесс мейоза, при котором число хромосом уменьшается вдвое). Из них три рассасываются, а одно остается. Оставшееся ядро еще раз делится, и образуются два ядра, одно из которых подвижное, мигрирующее. Мигрирующими ядрами особи обмениваются через цитоплазматический мостик.

Затем ядра сливаются и образуют одно ядро. Конъюгация заканчивается, особи расходятся. После разъединения особей ядро делится, в результате чего образуется новые большое и малое ядро. В процессе конъюгации разнообразится наследственный материал инфузорий, так как они получают ядра от других особей.

IV. Рефлексивно-оценочный этап

На следующем уроке мы продолжим знакомиться с ранее подготовленными сообщениями о жизни различных простейших (см. домашнее задание к уроку № 10). А полученные на уроке знания вы можете закрепить с помощью домашнего задания.

Домашнее задание

1. Прочитать § 10, повторить основные термины.

2. Выполнить задания рабочей тетради к параграфу.

3. Нарисовать в альбоме представителя типа Инфузории (на выбор), записать его классификацию.

Доказать что инфузория туфелька живой организм. Инфузория туфелька: строение и способы размножения

Простейший одноклеточный живой организм – инфузория туфелька.

Длина тела микроорганизма достигает всего 0,3 – 0,5 мм. Как бы ни вглядывался человек в водную среду, где обитает инфузория-туфелька (водоемы со стоячей водой и домашние аквариумы), увидеть невооруженным глазом это животное он не сможет, не только из-за микроскопических размеров, но и бесцветного окраса.

Строение тела инфузории туфельки

Форма тела инфузории туфельки веретенообразная, напоминает внешним видом подошву туфли с узким носком и широким задником. Поверхность клетки покрыта тонкой светлой эластичной оболочкой — эктоплазмой, именно она и удерживает тело в определенной постоянной форме. Внутренний слой оболочки более темный, с зернистым строением – эндоплазма.

Поверхность тела укрыта ресничками в количестве от 10 000 штук, беспрестанно движущимися, за счет чего инфузория и передвигается со скоростью 2,5 мм за секунду. Во время передвижения клетка производит вращение вдоль продольной оси своего тела. Каждая ресничка, синхронно с остальными, производит резкий взмах в едином направлении и плавное медленное возвращение волосков в начальное положение.

Между ресничками располагаются в мембранных мешочках трихоцисты – защитные органоиды, состоящие из тела с наконечником. При раздражении клетки хищником, трихоцисты выбрасываются наружу, перевоплощаясь в прочные нити, поражающие неприятеля. На освободившихся местах отрастают новые трихоцисты.

Внешнее строение инфузории туфельки состоит из верхней части и брюшины, последняя отличается наличием перистомы – своеобразного околоротового углубления, напоминающего желоб. Задняя часть перистомы оснащена ротовым отверстием, ведущим в глотку. По краям перистомы также есть реснички, но длиннее, чем на остальном теле. С их помощью создается непрерывный ток воды в глотку животного, вместе с которым туда попадают и бактерии – основная пища инфузории туфельки. Вокруг бактерий в цитоплазме образуется пищеварительная вакуоль, которая тут же наполняется выделяющимся пищеварительным соком. Вакуоль отрывается от глотки и проходит дальше в тело инфузории — в сторону заднего конца, описывает дугу, возвращается на исходное место.

Весь путь вакуоль проходит за 1 час, в это время в нее проникают пищеварительные ферменты, а полезные вещества всасываются в цитоплазму. По завершении пути остатки пищи, не успевшие перевариться, выбрасываются наружу.

Питается инфузория туфелька практически непрерывно – поток воды с микрочастицами постоянно льется в открытый рот. Питание прекращается лишь во время процесса размножения.

Как дышит инфузория туфелька

Дыхание клетки выполняется через оболочку тела. Кислород проникает в организм, где окисляет органические вещества, раскладывающиеся на CO2, воду и иные составляющие. В процессе высвобождается энергия, за счет которой и поддерживается жизнь клетки. Удаление углекислого газа, образующегося в процессе дыхания, также происходит сквозь оболочку.

Выделительная система инфузории туфельки

Внутреннее строение тела инфузории туфельки включает две вакуоли, в них скапливается вода, насыщенная питательными веществами, образующимися во время окислительной реакции. Когда вакуоли наполняются до определенного значения, то максимально приближаются к поверхности тела изнутри, изливая содержимое наружу сквозь оболочку.

Способы размножения инфузории туфельки

Обычный способ – бесполый, происходит путем деления клетки на две равные части. Во время активного движения, тело туфельки вытягивается в длину и строго по его середине образуется углубляющая перетяжка – место, в котором и происходит в дальнейшем деление инфузории на два организма. С появлением перетяжки изменяется и строение инфузории туфельки – образуются по две глотки, ротовых отверстия и перистомы. В каждой новой клетке имеется по одному большому и малому ядру, часть органоидов материнской клетки, недостающие образуются заново. Бесполое размножение происходит довольно быстро – всего за сутки из одной инфузории 2 – 4 одноклеточных животных.

Половое размножение – не часто используемый способ, но возможный в случае температурных изменений и недостатке пищи. По завершении процесса, инфузория туфелька зачастую перевоплощается в цисту. Две инфузории на время соединяются, в месте соприкосновения растворяется оболочка, возникает своеобразный мостик. В это время каждая инфузория лишается большого ядра, малое делится дважды, образуя 4 дочерних ядра, три из которых исчезают, последнее снова разделяется на равные части. В завершении этого в теле каждой инфузории имеется по 2 ядра. Каждая из клеток обменивается с другой одним ядром, которые перемещаются по соединительному мостику. Попав в тело другой инфузории, ядро сливается там с еще одним – «родным» этому организму. Получившиеся ядра снова разделяются на большое и малое ядро, как это и должно быть, инфузории рассоединяются. Данный способ размножения имеет название конъюгация, длительность его составляет 12 часов. Несмотря на то, что новой клетки в этом случае не образуется, польза от такого процесса — обмен генетического материала между особями, что ведет к перераспределению наследственности, обновлению и увеличению жизнестойкости организмов.

Особенности поведения инфузории туфельки

Исследователями был поставлен интересный опыт, доказывающий, что инфузорий можно дрессировать. Когда животное, прежде находящееся в темноте, пыталось перемещаться на светлое место, то на границе между светом и тьмой оно получало удар током, отчего инфузория останавливалась и поворачивала назад. Опыт повторялся много раз и уже через 45 минут от его начала, туфелька, доходя до края темного места, не дожидалась удара током, а уходила назад в темноту. Таким образом, можно выработать у животных привыкание к различным раздражителям. Приобретенные навыки сохраняются в памяти инфузории от 8 – 90 минут, могут накапливаться и помогать приспосабливаться к изменяющейся окружающей среде.

Инфузория туфелька довольно чувствительна к температурам окружающей воды и умеет выбрать наиболее благоприятное для себя место, что показывает следующий опыт: в трубку с водой были помещены инфузории, на одном конце трубки вода подогревалась до температуры в 35 градусов, на втором – до 15. Все туфельки собрались на нейтральной территории, то есть в месте, где вода была комфортной для них и имела около 25 градусов.

Оказалось, что инфузория туфелька чувствительна к химическим веществам и способна различать их микроскопические частицы в водной среде. Эту особенность животных ученые используют для обнаружения в воде тех или иных примесей при исследованиях жидкостей в лабораторных условиях.

Что касается питания, то и здесь инфузория туфелька проявляет оригинальность – если пищей для нее служат водоросли, то животное старается находиться в темноте, видимо, фотосинтез, происходящий в не до конца переваренных водорослях, мешает ее пищеварению.

Разведение инфузории туфельки в домашних условиях

Необходимый инвентарь: трехлитровые банки, спринцовка (пластиковый наконечник следует заменить на стеклянную часть пипетки), линза с сильным увеличением, кусочек стекла.

Быстрее всего размножение происходит на молоке, но и погибают микроорганизмы в нем за короткое время. Более выгодна высушенная кожура спелого банана (достаточно 3-х кв. см).

Культуру инфузории можно приобрести у любителей аквариумов либо добыть самостоятельно, зачерпнув воду со дна стоячего водоема. В последнем варианте капля воды помещается на стекло под микроскоп, где среди простейших хорошо видны инфузории. Рядом с каплей из водоема следует капнуть чистую воду. При помощи спички протягивается соединительный канал от одной капли к другой, по нему инфузории сами переплывут в более свежую воду. Переводя инфузорий снова и снова в каплю новой воды, получают чистую культуру этих микроорганизмов.

Дальше животных нужно отправить в инкубатор – набирается половина 3-х литровой банки чистой воды, добавляется 3 капли молока и помещается культура инфузорий. Банка помещается в теплом освещенном месте, но не под прямыми лучами солнца. Кормом для инфузорий служат бактерии, потому обычно они скапливаются у частичек органического материала. Чтобы использовать туфельки на корм малькам, в емкость опускается водоросль, вокруг которой сразу появляются инфузории, собираются они при помощи пипетки и отправляются в аквариум, но не сразу. Следует немного подождать, пока животные съедят бактерий, обитающих в данных каплях воды, а уж после помещать жидкость с инфузориями в аквариум с мальками.

Простейших, передвигающихся при помощи многочисленных ресничек, относят к инфузориям. Впервые инфузорий обнаружили в воде, настоянной на различных травах («инфузум» означает «настойка»).

Среда обитания, строение и передвижение инфузории-туфельки. В таких же водоемах с загрязненной водой, где встречаются амёба и эвглена , можно обнаружить быстроплавающее одноклеточное простейшее длиной 0,1-0,3 мм, тело которого по форме напоминает крошечную туфлю. Это инфузория-туфелька. Она сохраняет постоянную форму тела благодаря тому, что наружный слой её цитоплазмы плотный. Всё тело инфузории покрыто продольными рядами многочисленных коротких ресничек, похожих по строению на жгутики эвглены и вольвокса. Реснички совершают волнообразные движения, и с их помощью туфелька плавает тупым (передним) концом вперед.

Питание . От переднего конца до середины тела туфельки проходит желобок с более длинными ресничками. На заднем конце желобка имеется ротовое отверстие, ведущее в короткую трубчатую глотку. Реснички желобка непрерывно работают, создавая ток воды. Вода подхватывает и подносит ко рту основную пищу туфельки — бактерий. Через глотку бактерии попадают внутрь тела инфузории. В цитоплазме вокруг них образуется пищеварительная вакуоль, в которую выделяется пищеварительный сок. Цитоплазма у туфельки, как и у амёбы , находится в постоянном движении. Пищеварительная вакуоль отрывается от глотки и подхватывается течением цитоплазмы. Переваривание пищи и усвоение питательных веществ у инфузории происходит так же, как у амёбы . Непереваренные остатки выбрасываются наружу через отверстие — порошицу.

Дыхание и выделение у инфузории-туфельки происходит так же, как и у других рассмотренных ранее простейших. Две сократительные вакуоли туфельки (спереди и сзади) сокращаются попеременно, через 20-25 с каждая. Вода и вредные продукты жизнедеятельности собираются у туфельки из всей цитоплазмы по приво­дящим канальцам, которые подходят к сократительным вакуолям. В цитоплазме туфельки расположены два ядра: большое и малое. Ядра имеют разное значение. На долю малого ядра приходится главная роль в размножении. Большое ядро оказывает влияние на процессы движения, питания, выделения.

Размножение инфузории . Летом туфелька, интенсивно питаясь, растет и делится, как и амеба, на две части. Малое ядро отходит от большого и разделяется на две части, расходящиеся к переднему и заднему концам тела. Затем делится большое ядро. Туфелька перестает питаться. Она посередине перетягивается. В переднюю и заднюю части туфельки отходят вновь образовавшиеся ядра. Перетяжка становится все более глубокой, и наконец обе половинки отходят друг от друга — получаются две молодые инфузории. В каждой из них остается по одной сократительной вакуоли, а вторая образуется заново со всей системой канальцев. Начав питаться, молодые туфельки растут. Через сутки деление повторяется снова.

Раздражимость . Проделаем следующий опыт. 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 чистую каплю добавим немного настоя с бактериями. Тогда туфельки соберутся около бактерий — своей обычной пищи. Эти опыты показывают, что инфузории могут отвечать определенным образом (например, перемещением) на воздействия (раздражения) окружающей среды, то есть обладают раздражимостью. Это свойство характерно для всех живых существ.

На земле встречаются разнообразные живые организмы. Большие и не очень, сложные и простейшие. За одними человек может наблюдать невооруженным глазом, для исследования других требуется специальное оборудование. Любое живое существо состоит из клеток – миллионов, миллиардов .

Инфузория-туфелька — один из простейших одноклеточных организмов. Лучшим ответом на вопрос, что это такое, будет представление окружности или любой другой замкнутой фигуры. Ограничивающий контур — стенки клетки или клеточные мембраны, внутри контура находится все необходимое для жизнедеятельности организма.

Вконтакте

Почему туфелька?

Инфузории бывают разных размеров, но большинство их невидимы невооруженным глазом. Своим названием этот организм обязан внешнему виду. Клетки бывают довольно подвижными и даже могут менять свою форму. У инфузории-туфельки таких возможностей нет.

Мембрана всегда неподвижна, и вся клетка напоминает подошву обуви. Существо постоянно в движении. Достигается это посредством ресничек , покрывающих его внешнюю поверхность .

Все они движутся синхронно , с одинаковой частотой и силой. Интересно, что плавает туфелька тупым концом вперед , а особенности строения и направление движения заставляют ее вращаться вокруг продольной оси.

Где живет инфузория?

Проживают инфузории в водоемах и очень часто становятся пищей для рыб и других обитателей морей и . Основная среда обитания туфельки — пресные водоемы со стоячей водой. Питанием служат водоросли и бактерии . Встретить ее можно и в домашних аквариумах. Волнообразное движение ресничек позволяет ей передвигаться со скоростью до 2 мм/с.

Направление движения может меняться двумя способами:

• изгиб самой клетки — обычный вариант;
• столкновение с каким-то препятствием.

В последнем случае туфелька может развернуться на 180 градусов . Реснички туфельки помогают ей не только в передвижении. Они отвечают также за питание, создавая ток жидкости в направлении ротового отверстия инфузории. Часть ресничек прогоняет бактерии вдоль тела инфузории. Часть, склеенная в более сложные формы, помогает «заглатывать» еду. Ротовое отверстие, или клеточный рот, инфузории находится примерно посередине вогнутой части.

Внимание! Разводят туфельку и искусственным путём. Опытные аквариумисты знают, что идеальным кормом для мальков рыб является именно инфузория-туфелька. Более того, среди новорожденных существуют привереды, которые, кроме нее, ничем не питаются. На множестве интернет-проектов, посвященных аквариумистике, люди рассказывают о способах ее разведения.

Дыхание и выделение

Отдельных органов, ответственных за данные функции, инфузория не имеет. Дыхание происходит всей поверхностью тела инфузории-туфельки. Кислород , поступая через цитоплазму клетки , расщепляет пищу на , углекислый газ , а также ряд других соединений.

Процесс сопровождается высвобождением энергии, необходимой существу для поддержания жизни. Второй функцией дыхания является вывод углекислого газа . Он так же как и может выходить через всю поверхность тела инфузории.

Остальные вещества выводятся в пару специальных полостей , расположенные в разных концах туфельки. Их называют вакуоли . В процессе расщепления сложных органических веществ они наполняются водой с продуктами распада. В момент достижения критического наполнения вакуоль перемещается к поверхности тела и опустошается . Таким образом, выделения выводятся из организма инфузории-туфельки.

В спокойном положении вакуоли расположены в передней (у «каблука») и задней («пальцы») частях клетки инфузории. Ученые вычислили что вакуоли, попеременно сокращаясь, способны за час выбросить объем воды , примерно равный самому размеру клетки .

Химия жизни

Инфузория является первоклассным химиком . Двигаясь вперед, она находит пропитание по незаметным изменениям состава воды . В месте большого скопления бактерий химический состав несколько изменяется, что позволяет инфузории-туфельке безошибочно находить себе пропитание.

Хоть туфелька и живет в стоячих водах , поедая бактерии и водоросли, она очищает водоем. В таких местах вода всегда чиста и прозрачна, ведь первыми загрязнителями естественных водоемов являются именно бактерии и споры водорослей — лучший корм для инфузорий.

Инфузории-туфельки очень разборчивы. Идеальная среда обитания должна быть пресной. Важным факторов их размножения является большое количество органических остатков, бактерий и мелких водорослей. Если последних мало, инфузории стараются уйти из такого места . Ощутив неблагоприятные условия , инфузории также постараются переместиться.

К плохим условиям для процессов, способствующих их проживанию, относятся похолодание, появление в воде примесей соли, а также недостаток света. Проявление любого из указанных свойств заставит инфузории переместиться – из менее освещенных слоев жидкости на поверхность, из соленого места в более чистое, пресное. Если же температура приближается к нулю, то инфузории мигрируют.

Важно! Владельцам рыбных хозяйств нужно понимать, что туфелька — стартовый корм для мальков. Если в водоеме планируется разводить рыбу, нужно позаботиться и создать инфузориям благоприятные условия для размножения.

Миграции

При ухудшении условий для жизнедеятельности инфузории могут перебраться на новое место обитания . Процесс состоит из нескольких этапов:

1. Сотни тысяч туфелек собираются группками.
2. Каждая собирается в правильный шарик .
3. Многоклеточная особь переносится на новое место
4. На новом месте распадается на отдельные существа.

Перемещаться инфузории могут ветром или «пассажирами» на птицах и животных. Для шарика, в виде которого инфузории путешествуют, ученые придумали название — циста .

Может быть и другой вариант — инфузории впадают в «спячку» . Группы не собираются, а отдельные существа создают собственные панцири-цисты, в которых могут находиться, пока условия не станут благоприятными.

Хищники

Есть у простейших свои охотники и свои жертвы . В роли последних чаще всего оказываются именно туфельки . На противоположном конце находятся особые виды инфузорий. Люди нашли два вида охотников:

• бурсария ;
• дилептус .

Первая в несколько раз больше инфузории-туфельки. Ее размеры могут достигать 1 мм. Выглядит она, как рыболовная верша — воронка. В узком конце находится рот. Инфузория гоняется за туфельками, передвигаясь резкими размашистыми движениями .

Настигнув жертву, она замирает и пытается «пообедать». Дается ей это не так легко. Она обладает длинными ротовыми ресницами, которые загоняют туфельку в рот. Та отчаянно пытается вырваться. Часто довольно успешно.

Но если туфелька попала с током воды внутрь глотки, бурсария может праздновать победу, выбраться обратно инфузория-туфелька просто не успеет. Протоплазма бурсарии сжимается, умерщвляя добычу, после чего та переваривается.

Передвигаясь неспешными движениями, на туфелек может охотиться и дилептус — другой хищник. В отличие от бурсарии, которая просто хватает добычу ртом, одноклеточная инфузория дилептус действует хитрее. Имея длинный хобот , снабженный стрекательными иглами, инфузория использует его для умерщвления добычи. Им наносятся удары оказавшимся по соседству инфузориям, а уколы парализуют жертву . Далее начинается трапеза. Дилептус открывает широко растягивающийся рот и заглатывает добычу, которая может оказаться больше его размером.

Срок жизни туфельки

Выше были описаны два самых частых охотника. Но ответ на вопрос, сколько живут инфузории , зависит не только от количества желающих ими пообедать. Свое влияние оказывает и способ размножения (бесполое или половое), и среда обитания, и отсутствие или изменение качества питания. В обычной благоприятной среде инфузории-туфельки размножаются простым делением . Такой вариант назван бесполым . Но возможность такого размножения должна ограничиваться определенным количеством раз, в противном случае инфузория погибнет.

С другой стороны, половое размножение бывает только при серьезных угрозах жизни — резком похолодании или отсутствии пищи. Учитывая все варианты, срок жизни инфузории варьируется от нескольких дней до одного месяца .

Инфузория туфелька (Paramecium caudatum).

Бесполое размножение инфузории туфельки

Вывод

Простейшее одноклеточное существо — инфузория-туфелька является одним из звеньев в цепи эволюции. Несмотря на свой короткий срок , каждая особь приносит большую пользу окружающему миру. С одной стороны, она может очищать закрытые водоемы, питаясь бактериями и микроскопичными водорослями. С другой стороны, является первоклассным кормом для мальков рыбы.

Инфузория-туфелька относится к типу Инфузории, который принадлежит Простейшим (одноклеточным эукариотам). Часто инфузориями-туфельками называют несколько похожих видов. Характерными особенностями всех инфузорий являются наличие ресничек (которые являются органами передвижения) и более сложное строение их клетки-организма по сравнению с другими простейшими (например, амебами и эвгленами).

Инфузория-туфелька обитает в пресноводных, обычно загрязненных, водоемах. Размеры клетки от 0,2 до 0,6 мм. Форма тела похожа на подошву туфельки. При этом передний конец, которым инфузория плывет вперед, — это «пятка туфельки»; а «носок» — это задний конец.

Тело инфузории-туфельки окружено ресничками. На рисунках и схемах реснички изображены только вокруг клетки. На самом деле они проходят своеобразными тяжами по всему телу (т. е. также сверху и снизу, чего мы не видим на плоском рисунке).

Двигается клетка благодаря волнообразным сокращениям ресничек (каждая следующая в ряду изгибается чуть позже предыдущей). При этом каждая ресничка резко двигается в одну сторону, после чего медленно возвращается на место. Скорость передвижение инфузории составляет около 2 мм в секунду.

Реснички крепятся к базальным тельцам . При этом половина из них ресничек не имеет. Базальные тельца, имеющие реснички и неимеющие их, чередуются.

Внешняя часть цитоплазмы (под клеточной мембраной) имеет структуры, позволяющие инфузории-туфельке сохранять свою форму. Эту часть цитоплазмы называют цитоскелетом .

В мембране есть трихоцисты , представляющие собой палочки, которые выбрасываются и «жалят» хищников, нападающих на инфузории-туфельки.

У клетки инфузории-туфельки есть достаточно глубокая впадина (как бы мембрана вогнута внутрь клетки). Это образование называют клеточным ртом , переходящим в клеточную глотку . Они окружены более длинными и толстыми ресничками, которые загоняют в них пищу. Чаще всего едой служат бактерии, одноклеточные водоросли. Инфузории их находят по выделяемым ими веществам.

От клеточной глотки отделяются пищеварительные вакуоли . Каждая такая вакуоль после своего образования проходит сначала в заднюю часть клетки, затем двигается в переднюю, после чего снова в заднюю. Это перемещение обеспечивается постоянным движением цитоплазмы. К пищеварительной вакуоли подходят лизосомы и различные ферменты, питательные вещества в вакуолях расщепляются и попадают в цитоплазму. Когда пищеварительная вакуоль обойдет круг и вернется в заднюю часть клетки, то ее содержимое будет выброшено за пределы через порошицу .

У инфузории-туфельки две сократительные вакуоли . Одна находится в передней части клетки, другая — в задней. Эти вакуоли более сложные, чем у эвглены. Она состоит из центрального резервуара и отходящих от него канальцев. Избытки воды и вредные вещества сначала оказываются в канальцах, после чего идут в резервуары. Заполненные резервуары отделяются от канальцев и через поверхность клетки, сокращаясь, выбрасывают раствор. Вакуоли сокращаются поочередно.

Дышит инфузория-туфелька кислородом, растворенным в воде. Однако при дефиците кислорода может переходить на бескислородный способ дыхания.

Инфузории-туфельки размножаются делением клетки надвое. В отличие от эвглены зеленой родительская клетка делится не вдоль, а поперек (т. е. одна дочерняя клетка получает заднюю часть клетки-родителя, а другая — переднюю, после чего они достраивают недостающие части).

Кроме бесполого способа размножения, у инфузорий есть половой процесс. При нем не происходит увеличения количества особей, но происходит обмен генетической информации.

У инфузории-туфельки два ядра — большое (макронуклеус) и малое (микронуклеус). Макронуклеус полиплоден (в нем несколько наборов хромосом). Микронуклеус диплоден. Макронуклеус отвечает за контроль жизнедеятельности клетки. На содержащемся в нем ДНК происходит синтез РНК, которая отвечает за синтез белков. Микронуклеус отвечает за половой процесс.

При половом процессе две инфузории-туфельки подходят друг к другу со стороны клеточных ртов. Между клетками образуется цитоплазматический мостик. В это время в каждой клетке макронуклеус растворяется, а микронуклеус делится мейозом. В результате получаются четыре гаплоидных ядра. Три из них растворяются, а оставшееся делится митозом. В результате получаются два гаплоидных ядра. Одно из низ остается в своей клетке, а другое по цитоплазматическому мостику уходит в другую инфузории. Из второй инфузории перемещается одно из ее гаплоидных ядер. Далее в каждой клетке сливаются два ядра (одно свое и одно чужое). Уже образованное диплоидное ядро (микронуклеус) потом делится, образуя макронуклеус.

Инфузория туфелька — простейший одноклеточный организм размером около 0,1 мм. Встречается в тех же водоемах, что и эвглена, и амеба простейшая. Питается преимущественно бактериями и микроскопическими водорослями. Служит пищей для личинок, мелких рыбок, рачков.

Внешний вид инфузории туфельки

За свое сходство с подошвой женской обуви этот вид инфузорий приобрел второе название — «туфелька». Форма этого одноклеточного организма постоянна и не меняется с ростом или другими факторами. Все тело покрыто мельчайшими ресничками, похожими на жгутики эвглены. Удивительно, но этих ресничек на каждой особи насчитывается около 10 тысяч! С их помощью клетка передвигается в воде и захватывает пищу.

Инфузория туфелька, строение которой так знакомо по учебникам биологии, не видна невооруженным глазом. Инфузории представляют собой мельчайшие одноклеточные организмы, но при большом скоплении их можно увидеть и без увеличительных приборов. В мутной воде они будут выглядеть как продолговатые белые точки, находящиеся в постоянном движении.

Строение инфузории туфельки

Особенности строения инфузории туфельки заключаются не только в ее внешнем сходстве с подошвой обуви. Внутренняя организация этого простейшего, на первый взгляд, организма всегда представляла огромный интерес для науки. Одна-единственная клетка покрыта плотной мембраной, внутри которой содержится цитоплазма. В этой студенистой жидкости размещены два ядра, большое и малое. Большое отвечает за питание клетки и выделения, малое — за размножение.

Отверстие, выполняющее роль рта, расположено с широкой стороны клетки. Оно ведет в глотку, на конце которой образуются пищеварительные вакуоли.

Строение тела инфузории туфельки отличается также весьма интересной особенностью — наличием трихоцист. Это особые органы, а точнее — органеллы, служащие клетке для питания и защиты. Заметив пищу, инфузория выбрасывает трихоцисты и удерживает ими добычу. Их же она выдвигает, когда хочет защитить себя от хищников.

Питание инфузории туфельки

Одноклеточные организмы питаются бактериями, которые обитают в большом количестве в загрязненной мутной воде. Не исключение и инфузория туфелька, строение рта которой позволяет захватывать проплывающие мимо бактерии и быстро отправлять их в пищеварительную вакуоль. Рот инфузории окружен ресничками, которые в этом месте длиннее, чем на других участках тела. Они образуют околоротовую воронку, позволяющую захватывать как можно больше пищи. Вакуоли образуются в цитоплазме по мере необходимости. Одновременно пища может перевариваться сразу в нескольких вакуолях. Время переваривания составляет около одного часа.

Инфузория питается почти беспрерывно, если температура воды выше 15 градусов. Питание прекращается перед началом размножения.

Дыхание и выделение инфузории туфельки

Что касается дыхания, то здесь инфузория туфелька строение имеет, схожее с другими простейшими. Дыхание осуществлятся всей поверхностью тела организма. Две сократительные вакуоли обеспечивают этот процесс. Отработанный газ проходит по специальным канальцам и выбрасывается через одну из сократительных вакуолей. Выделение лишней жидкости, являющейся результатом жизнедеятельности, происходит каждые 20-25 секунд тоже посредством сокращения. При неблагопрятных условиях инфузория перестает питаться, и сократительные движения вакуолей значительно замедляются.

Размножение инфузории туфельки

Инфузория туфелька размножается делением. Примерно один раз в сутки ядра, большое и малое расходятся в разные стороны, растягиваются и разделяются надвое. В каждой новой особи остаются по одному ядру и по одной сократительной вакуоли. Вторая образуется через несколько часов. Каждая инфузория туфелька строение имеет идентичное родительскому.

У инфузорий, прошедших многократное деление, наблюдается такое явление, как половое размножение. Две особи соединяются друг с другом. Внутри получившейся большой клетки происходит деление ядер и обмен хромосомами. После завершения такого сложного химического процесса инфузории разъединяются. Количество особей от этого не увеличивается, но они становятся более жизнеспособными в изменяющихся внешних условиях.

Строение и жизнедеятельность инфузории туфельки мало зависит от внешних факторов. Все туфельки выглядят одинаково, имеют одну и ту же форму и размер вне зависимости от условий. Жизнедеятельность тоже протекает по одному сценарию. Имеет значение только температурный и световой факторы. Инфузории очень чувствительны к изменениям освещенности. Можно провести небольшой эксперимент: затемнить сосуд, в котором живут инфузории, оставив маленькое светлое окошко. К этому отверстию уже через пару часов стянутся все особи. Также инфузории воспринимают и изменение температуры. При снижении ее до 15 о C туфельки перестают питаться и размножаться, впадая в своеобразный анабиоз.

Технологическая карта урока биологии в 7 классе «Строение и передвижение простейших на примере инфузории-туфельки»

Организационный этап. 2 мин.

Приветствует учащихся, раздаёт, колбы, микроскопы, камеры, пипетки и др.

Приветствуют учителя, проверяют комплектацию раздаточных материалов

Вежливость, точность.

Подготовка к лабораторной работе. 5 мин

Показывает, как настроить микроскоп, поясняет, как подключить камеру к микроскопу и компьютеру, зачем

Настраивают микроскоп, подключают камеру, определяют цель работы

Постановка учебных целей

Самостоятельная работа учеников. 25 мин.

Координирует деятельность учащихся: наблюдайте за движением простейших. Каковы внешний вид, окраска, форма тела инфузории-туфельки? Каким концом тела она движется вперед? Как отличить передний конец тела от заднего? Инструктирует: Присмотритесь к поверхности тела инфузории. Найдите реснички на её теле. Понаблюдайте за ними. Все ли реснички имеют одинаковую длину? Как работают реснички? Найдите в передней половине тела желобок — околоротовую впадину. Найдите мерцающую полоску — это глотка, в которую ведет ротовое отверстие. Найдите пищеварительные вакуоли. Понаблюдайте за процессом их образования и движением в цитоплазме. Понаблюдайте за опорожнением пищеварительных вакуолей. Где и как происходит удаление непереваренных частиц? Найдите у инфузории сократительные вакуоли, понаблюдайте за их работой. Сколько сократительных вакуолей у инфузории? Где они располагаются? Каковы функции? Изучите ядерный аппарат инфузорий. Сколько ядер у инфузории? Где они располагаются? Каков их внешний вид? Каковы функции?

1.Наблюдают движение инфузорий в пробирке через окуляр микроскопа. 2.Экспериментируют. В каплю с инфузориями помещают кристаллик соли. Что происходит, разглядывают под микроскопом. Для замедления движения инфузорий, в каплю помещают пару волокон ваты. Инфузории задерживаются между волокнами ваты. Это позволяет рассмотреть внутреннее строение инфузорий. 3.Изучают внутреннее строение инфузории-туфельки, и что происходит внутри тела. 4.Создают и подписывают фотографию простейшего в формате jpeg, пользуясь цифровой камерой и программой Левенгук, подписывают части клетки инфузории-туфельки на мониторе. 5.Делают выводы, что это – сложно организованные простейшие. Они сохраняют постоянную форму. Двигаются в воде с помощью ресничек. Поглощают пищу клеточным ртом, а выделяют остатки через порошицу. Имеют вакуоли,- пищеварительные и сократительные. Имеют в клетке два ядра: большое и малое. Делятся пополам.

Перевод познавательной задачи — в практическую. Составление плана последовательных действий. Анализ выделение объектов и процессов: рассмотрение объектов с точки зрения целого и частей; рассмотрение количества объектов и их частей. Умение находить взаимосвязь формы и функции. Умение выражать смысл различными средствами, в т.ч. символами на фотографии через подписи ее на мониторе компьютера при использовании цифровой камеры. фиксирование результатов своей деятельности в тетради путем распечатывания окончательно подписанной фотографии инфузории-туфельки и вклеивания фото в тетрадь.

Проверка усвоения знаний. 5 мин.

Задает вопросы: Почему инфузория-туфелька так названа? Как проявляется более сложное, чем у других простейших, строение инфузории-туфельки в процессах питания и выделения?

Сравнивают инфузорию-туфельку с ранее изученными амёбой протеем и эвгленой зелёной. Отвечают на вопрос: Что доказывает более сложную организацию инфузории-туфельки?

Умение задавать вопросы. Умение слушать учителя. Умение отвечать на вопросы.

Закрепление знаний. 5 мин.

Проверяет фотографии учеников: правильность подписей частей клетки. Корректирует, исправляет подписи Дополняет любопытными фактами информацию об инфузориях. Отвечает на вопросы учащихся.

Сверяют свои подписи на фотографии с рисунком в учебнике. Ученики должны уметь показать на фотографии у инфузории-туфельки: ресничный покров; глотку и рот; пищеварительные вакуоли и их путь в цитоплазме; порошицу; сократительные вакуоли; ядерный аппарат инфузорий.

Перевод практической задачи — в теоретическую. Соотнесение предметного содержания с действиями.

Рефлексия. 2 мин.

Подводит итог работы, отмечает, что успели, что не получилось. Выделяет успешных учащихся.

Делятся впечатлениями друг с другом, что увидели в микроскоп, в цифровую камеру на мониторе компьютера, что еще хотелось бы увидеть и какую работу проделать

Оценочные умения

Профессор Знаев — Лабораторная работа «Строение, питание и передвижение инфузории туфельки»

Простейшие – это одноклеточные микроскопические организмы. Основу их клетки составляет цитоплазма с одним или несколькими ядрами. Хотя тело простейших состоит лишь из одной клетки, оно способно выполнять все функции живого организма: передвижение, питание, дыхание, рост, развитие, размножение. Большинство простейших питается готовыми органическими веществами. Обитают простейшие во всех водоемах (пресных и соленых), во влажной почве, могут жить в органах растений, животных и человека.

Цель: ознакомиться со строением, способом передвижения и питанием инфузории туфельки.

Оборудование: микроскоп, сенный настой, приготовленный за 2–3 недели до работы, раствор метилцеллюлозы – МЦ (можно использовать раствор карбоксиметилцеллюлозы – КМЦ), суспензия дрожжей, раствор конго красного, предметные и покровные стекла, фильтровальная бумага, вата, пипетка, пинцет.

Техника безопасности. Используйте для работы лабораторные фартуки. Обращайтесь осторожно со стеклянной посудой. Будьте особенно осторожны при работе с химическими веществами, которые могут вызвать раздражение на коже или испортить одежду. Никогда не используйте химические реактивы, не ознакомившись с инструкцией к ним. Ответственно относитесь к правилам работы с микроскопом. При переводе объектива на большое увеличение аккуратно работайте с винтом, чтобы не раздавить микропрепарат.

ХОД РАБОТЫ

Часть 1. Строение и движение инфузории

1. С помощью стеклянной палочки поместите на предметное стекло каплю раствора МЦ, как это показано на рис. 1. Будьте осторожны при работе с метилцеллюлозой – она может вызвать раздражение на коже.

Рис. 1

2. Пипеткой капните в этот раствор сенный настой. Раствор МЦ густой, как сироп, и инфузории будут в нем передвигаться медленно, что облегчает наблюдения за ними. Накройте каплю покровным стеклом. Рассмотрите препарат под малым увеличением. Опишите, как передвигаются под микроскопом инфузории. _____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

3. Поместите в каплю с инфузориями несколько волокон ваты. Накройте каплю покровным стеклом. Рассмотрите препарат под малым увеличением. Из-за ватных волокон движения инфузории ограничены. Как реагируют инфузории, когда сталкиваются с волокнами ваты?__________________________________ ____________________________________________________________________________________ __________________________________________

Опишите движения ресничек инфузории. _____________________________________________ ____________________________________________________________________________________ __________________________________________

Какие органоиды можно увидеть при малом увеличении?

4. Рассмотрите инфузории при большом увеличении микроскопа. Для этого поместите предметное стекло так, чтобы одна или несколько инфузорий находились среди волокон ваты в центре поля зрения микроскопа, поставьте объектив и окуляр, дающие большее увеличение. Осторожно, чтобы не раздавить стекло, наведите резкость и посмотрите, какие органоиды видны теперь. Используя рисунок инфузории в учебнике, обозначьте органоиды на рис. 2.

Рис. 2

Часть 2. Питание инфузории

1. Приготовьте новый микропрепарат с инфузориями и МЦ. Добавьте пипеткой дрожжевую суспензию, окрашенную раствором конго красного. Конго красный является рН-индикатором. В кислой среде он окрашивается в синий цвет, в нейтральной среде – в розовый, а в щелочной – в красный. Будьте осторожны, чтобы краситель не попал на кожу и одежду. Накройте препарат покровным стеклом. Рассмотрите его под малым, затем под большим увеличением микроскопа. Понаблюдайте в течение нескольких минут как дрожжевые клетки втягиваются в инфузорию и как формируются пищеварительные вакуоли. Как дрожжевые клетки попадают в глотку? __________ ____________________________________________________________________________________ _____________________________________________

Опишите, как образуются пищеварительные вакуоли, когда дрожжевые клетки попадают в инфузорию?_______________________________________ ____________________________________________________________________________________

Что происходит с пищеварительной вакуолью, когда она заполняется? __________________________ __________________________________________

Какой первоначальный цвет пищеварительной вакуоли в дрожжевой клетке? _____________________ ____________________________________________

Как меняется цвет вакуоли в дрожжевой клетке через некоторое время? ____________________________ __________________________________________

2. Рассмотрите другие органоиды. Найдите сократительную вакуоль. Обратите внимание на то, что дрожжевые клетки не контактируют с сократительной вакуолью. Понаблюдайте, как сократительная вакуоль время от времени сокращается и даже исчезает. Отметьте, через какие промежутки времени происходит ее сокращение. ___________________________________ ___________________________________________

Выводы

1. Почему для наблюдения за инфузорией используют карбоксиметилцеллюлозу? ________________ ___________________________________________

2. Какую функцию выполняют реснички? __________________________________________________

3. О чем свидетельствует изменение цвета пищи в пищеварительной вакуоли?_____________________ ___________________________________________

4. Какую функцию выполняет пищеварительная вакуоль?____________________________________ ___________________________________________

5. Какую функцию выполняет сократительная вакуоль?_____________________________________

Проблемные задачи

1. Почему простейшие не отравляются вредными и ненужными организму веществами, образующимися в их теле в процессе жизнедеятельности? ____________________________________________________

2. Какие признаки характерны для простейших, как животных организмов?_________________________ __________________________________________

3. Чьи клетки крупнее: инфузорий, мух или слонов? _________________________________________ __________________________________________

 

тип, класс, строение и специфические особенности

Одним из наиболее типичных широко известных представителей ресничных является инфузория-туфелька. Обитает она, как правило, в воде стоячего направления, а также в водоемах пресного типа, где течение отличается исключением напористости. Среда ее обитания в обязательном порядке должна содержать разлагающуюся органику. Целесообразным будет подробно рассмотреть все аспекты жизнедеятельности этого представителя фауны.

Представители ресничных

Ресничные (инфузории) – тип протистов, включенных в группу Alveolata. Важно заметить, что среди них выделяют разнообразные формы представителей: прикрепленные и подвижные, колониальные и одиночные. Структура их тела бывает весьма разнообразной. Тип Инфузории характеризуется размерами тела, которые варьируются от 10 мкм до 4, 5 мм (это касается одиночных форм). Как отмечалось выше, живут они преимущественно в водоемах пресной природы, но встречаются и в морях в составе бентоса и планктона (реже – в почве или во мхах). Важно заметить, что немалая часть рассматриваемых представителей флоры является симбионтами или паразитами иных существ: рыб, кольчатых червей, моллюсков и так далее. Кроме того, многие инфузории (тому примером служит тип инфузории-туфельки) можно рассматривать в роли моделей организмов в отношении биологии на молекулярном уровне.

Систематический аспект

Следует отметить, что Инфузории – тип, навазние которого происходит от слова «настойка» (в переводе с латинского языка). Это можно объяснить тем, что первые представители простейших были обнаружены именно в настойках травяного состава. Со временем развитие данного типа начало стремительно набирать обороты. Таким образом, уже сегодня в биологии известно порядка 6-7 тысяч видов, которые включает в себя тип Инфузории. Если полагаться на данные 1980-х годов, то можно утверждать, что рассматриваемый тип содержит в своей структуре два класса: Ресничных инфузорий (имеет три надотряда) и Сосущих инфузорий. В связи с этой информацией, можно сделать вывод о том, что многообразие живых организмов весьма широко, что вызывает неподдельный интерес.

Тип Инфузории: представители

Яркими представителями данного типа выступают инфузория-балантидий и инфузория-туфелька. Отличительными особенностями этих животных являются покрытие пелликулы ресничками, которые используются для передвижения, защита инфузории посредством специально предназначенных для этого органов, трихоцистов (располагаются в эктоплазме оболочки), а также наличие в клетке двух ядер (вегетативного и генеративного). Кроме того, ротовое углубление на теле инфузории формирует ротовую воронку, которая имеет свойство переходить в клеточный рот, ведущий в глотку. Именно там и создаются вакуоли пищеварения, которые служат непосредственно для переваривания пищи. А вот непереваренные компоненты удаляются из организма через порошицу. Характеристика типа Инфузории весьма многогранна, однако основные моменты рассмотрены выше. Единственное, следует дополнить, что две сократительные вакуоли инфузории располагаются в противоположных частях тела. Именно посредством их функционирования выводится из организма избыток воды или же продукты обмена веществ.

Инфузория-туфелька

Для того чтобы качественно рассмотреть строение и образ жизнедеятельности столь интересных организмов одноклеточной структуры, целесообразным будет обратиться к соответствующему примеру. Для этого необходимы инфузории-туфельки, широко распространенные в водоемах пресной природы. Их запросто можно развести в обычных емкостях (к примеру, в аквариумах), залив луговое сено самой простой пресной водой, ведь в настойках такого типа развивается, как правило, великое множество видов простейших, в том числе и инфузории-туфельки. Так, посредством микроскопа можно на практике изучить все сведения, которые предоставлены в статье.

Характеристика инфузории-туфельки

Как отмечалось выше, Инфузории – тип, включающий в себя множество элементов, наиболее интересным из которых является инфузория-туфелька. Это одноклеточное животное, длина которого полмиллиметра, наделенное веретеновидной формой. Следует отметить, что визуально данный организм напоминает туфлю, откуда, соответственно, и столь интригующее название. Инфузория-туфелька беспрерывно пребывает в состоянии движения, а плавает она тупым концом вперед. Интересно то, что скорость ее передвижения нередко достигает 2,5 мм в секунду, что очень даже неплохо для представителя данного типа. На поверхности тела инфузории-туфельки можно наблюдать реснички, служащие двигательными органоидами. Как и все инфузории, рассматриваемый организм насчитывает в своей структуре два ядра: большое несет ответственность за питательные, дыхательные, двигательные и обменные процессы, а малое принимает участие в половом аспекте.

Организм инфузории-туфельки

Устройство организма инфузории-туфельки весьма сложное. Наружным покрытием данного представителя является тонкая эластичная оболочка. Она способна в течение всей жизни сохранять правильную форму тела организма. Верными помощниками в этом служат безупречно развитые опорные волоконца, находящиеся в слое цитоплазмы, который плотно прилегает к оболочке. Поверхность тела инфузории-туфельки наделена огромным количеством (порядка 15000) ресничек, колеблющихся вне зависимости от внешних обстоятельств. У основания каждой из них располагается базальное тельце. Реснички совершают движения приблизительно 30 раз в секунду, чем толкают тело вперед. Важно отметить, что волнообразные движения данных инструментов весьма согласованны, что позволяет инфузории в процессе передвижения медленно и красиво вращаться вокруг продольной оси своего тела.

Инфузории – тип, определенно вызывающий интерес

Для абсолютного понимания всех особенностей инфузории-туфельки целесообразно рассмотреть основные процессы ее жизнедеятельности. Так, тип питания инфузории сводится к употреблению бактерий и водорослей. Тело организма наделено углублением, именуемым клеточным ртом и переходящим в глотку, на дне которой пища попадает непосредственно в вакуоль. Там она переваривается примерно час, совершая в процессе переход от кислой среды к щелочной. Вакуоли двигаются в теле инфузории посредством тока цитоплазмы, а непереваренные остатки выходят наружу в задней части тела через порошицу.

Дыхание инфузории-туфельки осуществляется посредством поступления кислорода в цитоплазму через покровы тела. А выделительные процессы происходят через две сократительные вакуоли. Что касается раздражимости организмов, то инфузории-туфельки имеют свойство собираться в бактериальные комплексы в ответ на действие выделяемых бактериями веществ. А уплывают от такого раздражителя они подобно поваренной соли.

Размножение

Инфузория-туфелька может размножаться одним из двух способов. Большее распространение получило бесполое размножение, в соответствии с которым ядра делятся на две части. В результате данной операции в каждой инфузории оказывается по 2 ядра (большое и малое). Половое размножение уместно, когда наблюдаются некоторые недочеты в питании или же изменение температурного режима тела животного. Необходимо отметить, что после этого инфузория может превратиться в цисту. Но при половом типе размножения увеличение числа особей исключается. Так, две инфузории соединяются друг с другом на некоторый период времени, в результате чего происходит растворение оболочки и образование соединительного мостика между животными. Важно то, что большое ядро каждого из них бесследно исчезает, а малое проходит процесс деления дважды. Таким образом, в каждой инфузории формируется 4 дочерних ядра, после чего три из них разрушаются, а четвертое опять делится. Данный половой процесс получил название конъюгации. А продолжительность его может достигать 12 часов.

Среда обитания, строение и передвижение

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 13Следующая ⇒

Инфузория-туфелька обитает в мелких стоячих водоёмах. Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. Инфузории все время находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 мм в секунду. На поверхности тела у них имеются органоиды движения – реснички. В клетке два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое ядро участвует в половом процессе.Организминфузории устроен сложнее. Тонкая эластичная оболочка, покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму её тела. Этому же способствуют хорошо развитые опорные волоконца, которые находятся в прилегающем к оболочке слое цитоплазме. На поверхности тела инфузории расположено около 15 000 колеблющихся ресничек. У основания каждой реснички лежит базальное тельце. Движение каждой реснички состоит из резкого взмаха в одном направлении и более медленного, плавного возвращения к исходному положению. Реснички колеблются примерно 30 раз в секунду и, словно вёсла, толкают инфузорию вперёд. Волнообразное движение ресничек при этом согласованно. Когда инфузория-туфелька плывёт, она медленно вращается вокруг продольной оси тела.

Процессы жизнедеятельности

Питание

Туфелька и некоторые другие свободно живущие инфузории питаются бактериями и водорослями.Тонкая эластичная оболочка, (клеточная мембрана) покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму тела. На поверхности тела расположено около 15 тысяч ресничек. На теле имеется углубление – клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. В пищеварительной вакуоле пища переваривается в течение часа, вначале при кислой, а затем при щелочной реакции. Пищеварительные вакуоли перемещаются в теле инфузории током цитоплазмы. Не переваренные остатки выбрасываются наружу в заднем конце тела через особую структуру – порошицу, расположенную позади ротового отверстия.

Дыхание

Дыхание происходит через покровы тела. Кислород поступает в цитоплазму через всю поверхность тела и окисляет сложные органические вещества, в результате чего они превращаются в воду, углекислый газ и некоторые другие соединения. При этом освобождается энергия, которая необходима для жизни животного. Углекислый газ в процессе дыхания удаляется через всю поверхность тела.

Выделение

В организме инфузории-туфельки находятся две сократительные вакуоли, которые располагаются у переднего и заднего концов тела. В них собирается вода с растворёнными веществами, образующимися при окислении сложных органических веществ. Достигнув предельной величины, сократительные вакуоли подходят к поверхности тела, и их содержимое изливается наружу. У пресноводных одноклеточных животных через сократительные вакуоли удаляется избыток воды, постоянно поступающей в их тело из окружающей среды.

Раздражимость

Инфузории-туфельки собираются к скоплениями бактерий в ответ на действие выделяемых ими веществ, но уплывают от такого раздражителя, как поваренная соль.

Раздражимость – свойство всех живых организмов отвечать на действия раздражителей – света, тепла, влаги, химических веществ, механических воздействий. Благодаря раздражимости одноклеточные животные избегают неблагоприятных условий, находят пищу, особей своего года.

Размножение

Бесполое

Инфузория обычно размножается бесполым путём – делением надвое. Ядра делятся на две части, и в каждой новой инфузории оказывается по одному большому и по одному малому ядру. Каждая из двух дочерних получает часть органоидов, а другие образуются заново.

Половое

При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению, а затем могут превратиться в цисту.

При половом процессе увеличения числа особей не происходит. Две инфузории временно соединяются друг с другом. На месте соприкосновения оболочка растворяется, и между животными образуется соединительный мостик. Большое ядро каждой инфузории исчезает. Малое ядро дважды делится. В каждой инфузории образуются четыре дочерних ядра. Три из них разрушаются, а четвёртое снова делится. В результате в каждой остаётся по два ядра. По цитоплазматическому мостику происходит обмен ядрами, и там сливается с оставшимся ядром. Вновь образовавшиеся ядра формируют большое и малое ядра, и инфузории расходятся. Такой половой процесс называется конъюгацией. Он длится около 12 часов. Половой процесс ведёт к обновлению, обмену между особями и перераспределению наследственного (генетического) материала, что увеличивает жизнестойкость организмов.

Общие черты кишечнополостных

Кишечнополостные — самые древние и примитивные животные из многоклеточных. Они произошли от примитивных первичных многоклеточных организмов. Кишечнополостные — это многоклеточные животные, имеющие лучевую (радиальную) симметрию. Их тело состоит из двух слоев клеток и имеет мешковидную, так называемую кишечную полость. Для кишечнополостных характерно наличие особых стрекательных клеток.

Двуслойность

Традиционно группу характеризуют наличием радиальной симметрии и двух зародышевых листков (энтодермы иэктодермы). При этом обычно считается, что тело кишечнополостных складывается из двух эпителиальных пластов:эпидермиса (наружных покровов) и гастродермиса (выстилки кишечной полости). Между двумя слоями клеток располагается желеобразная соединительнотканная прослойка — мезоглея — в состав которой входят волокнаколлагена и сравнительно небольшое количество амебоидных и энтодермальных клеток.

Степень развития мезоглеи варьирует среди представителей группы. Особенно хорошо она развита у планктонных форм — медуз и гребневиков, у которых она берёт на себя опорную функцию. У этих форм отмечена тенденция к миграции мышечных, нервных и половых клеток из эпителиальных пластов в толщу соединительной ткани. Развитая мезоглиальная мускулатура вызывает у некоторых исследователей сомнения в правомерности представлений о кишечнополостных как о первично двухслойных организмах

Системы органов

Представители группы лишены специализированных органов дыхания и выделения, что обычно трактуют как следствие двуслойного плана строения, при котором большинство клеток находится в составе эпителиев и контактируют с внешней средой.

Кишечнополостных характеризует своеобразная нервная система, в основе которой лежит нервное сплетение (нервный плексус). Однако важно отметить, что планктонные формы наделены довольно разнообразными органами чувств, вокруг которых формируются скопления нервных клеток. Другой пример централизации нервной системы — концентрация нейронов вдоль гребных пластин гребневиков.

Пищеварительная система

В пищеварительной системе есть рот и кишечная полость. Внутриполостное переваривание осуществляют железистые клетки, внутриклеточное переваривание — эпителиально-мускульные. Непереваренные остатки пищи удаляются через рот (замкнутая пищеварительная система).

Размножение и развитие

Большинство представителей размножается половым путём и обладает планктонными или ползающими личинками. Жизненный цикл значительной части стрекающихпредставляет собой метагенез: закономерное чередование полового и бесполого размножения.

Значение

Человек использует некоторых кишечнополостных. Из мертвых известковых частей кораллов добывают строительный материал, при обжиге получают известь. Чёрный и красный кораллы используют для изготовления ювелирных украшений.

Стрекательными клетками некоторые кишечнополостные могут нанести ожоги дайверам, пловцам и рыбакам. В некоторых местах коралловые рифы препятствуют проходу судов, служа при этом убежищем и питанием для рыб.

Так как кишечнополостные хищники, они влияют на морские сообщества животных, едят планктон, а крупные актинии и медузы — ещё и мелких рыб. В свою очередь медузами питаются морские черепахи и некоторые рыбы. Некоторые виды медуз съедобны (Rhopilemaesculenta, Rhopilemaverrucosa).

Рекомендуемые страницы:

Инфузории — Из пруда

В начале прошлого года мэр Зальцбурга с гордостью объявил о создании новой природоохранной зоны вокруг этого «уникального в мировом масштабе« памятника природы »»:

Щелкните изображение, чтобы увидеть источник,

Недавно охраняемая особенность — это не скалистый утес, холм Фестунгсберг или крепость XI века на его вершине. Это длинная узкая лужа на переднем плане. Это пруд Краутюгель, эфемерный водоем глубиной всего 30 см, где исследователи обнаружили 121 вид инфузорий, десять из которых ранее не были описаны.Из-за этих организмов — пять из которых не были обнаружены где-либо еще — Зальцбург теперь обладает первых секунд в мире «Природным памятником одноклеточных организмов». Заповедник протистов!

Пруд появляется и исчезает в течение года, появляясь после проливных дождей на приподнятом сельскохозяйственном участке, известном как Krauthügel, или «холм для капусты». Русло, в котором он лежит, считается остатками старого ручья, естественное течение которого могло быть изменено земледелием в средние века.С тех пор дорожные работы и городское развитие изолировали тело от других окружающих каналов.

С 1789 по 1960 год поле использовалось для выращивания овощей. После этого он стал пастбищем. Около тридцати лет коровы топтали мягкий дерн и кормили местных микробов своим навозом, создавая то, что экологи называют «заболоченным прудом». Другими словами, скот валяется или топится.

Это не то, что можно назвать нетронутой природой. Здесь нет приютов для крупных харизматичных животных.Он не особо живописен, когда его вообще можно увидеть (большую часть года «пруд» сухой). Короче говоря: трудно представить себе участок земли, который с меньшей вероятностью будет выделен для сохранения.

Однако у пруда Краутюгель есть кое-чего, чего не хватает вашим местным канавам и грязным ямам: близость к Вильгельму Фойсснеру, удивительно продуктивному цилиатологу, который живет и работает в Зальцбурге.

Вильгельм Фойсснер (Щелкните изображение, чтобы увидеть источник)

Можно утверждать, что «чудо природы» здесь не столько пруд Краутюгеля, сколько профессор Фойсснер, чьи обширные работы нависают над современной систематикой инфузорий, такой как сам Фестунгсберг.Имея пять или шестьсот публикаций на его имя — по крайней мере, триста в рецензируемых журналах — Фойсснер, работая самостоятельно или в сотрудничестве, обнаружил и описал более 500 новых видов простейших. Если бы на вашем коровьем поле появились новые инфузории, он бы их нашел.

На самом деле, увидеть новый вид не так уж и необычно. Вероятно, все мы время от времени сталкиваемся с неописанными организмами, даже не подозревая об этом. Маленький красный жук, который садится у вас на руке, возможно, никогда не упоминался в литературе, если бы вы только знали.Поместите образцы местной грязи под микроскоп, и вы, скорее всего, найдете организмы, у которых еще нет названий. Конечно, одно дело видеть что-то новое по мере того, как оно проплывает мимо, и совсем другое — знать, что вы видели. Чтобы правильно задокументировать свое открытие и опубликовать новости о нем, требуются крайне дефицитные навыки и технологии.

Итак, этим инфузориям очень повезло, что они родились в Зальцбурге, рядом с одним из немногих людей в мире, способных (и склонных) видеть их такими, какие они есть, и лоббировать их защиту.Возникает ряд интересных вопросов.

Во-первых, насколько исключительным является разнообразие микробов, сохранившееся в Краутюгеле? В отчете о пруду, опубликованном ранее в этом году, Фентон П. Д. Коттерилл и его соавторы сравнивают количество видов инфузорий в их местонахождении с различными «хорошо изученными эфемерными водами» в других частях мира: два пруда талой воды в Юго-Западном Онтарио, придорожная лужа в Намибии, каменный бассейн в Венесуэле, луг в Венгрии и несколько других интересных мест.Они обнаружили, что пруд Зальцбурга находится в «верхнем диапазоне» по общему количеству видов, но только в «среднем диапазоне» по количеству новых видов.

Очевидно, что старое поле капусты поддерживает высокое, но далеко не уникальное разнообразие, и при тщательном исследовании лучшими протистологами в этом бизнесе дает примерно ожидаемое количество новых организмов. Кажется, богатый, но довольно обычный водоем. Зачем выделять его для защиты?

Три вида встречаются только в Краутюгеле e) Semispathidium pulchrum f) Papillorhabdos multinucleatus g) Fuscheria nodosa salisburgensis

Есть несколько причин.Во-первых, как указывают авторы, призывы к сохранению обычно основаны на «узком распространении одного или нескольких видов и их среды обитания или видов и местообитаний, находящихся под угрозой из-за деятельности человека». Если в лесу обитает единственная известная популяция карликового лемура Сибри, у нас есть причина сохранить его, потому что в противном случае мы можем ожидать, что этот вид навсегда исчезнет. По этому стандарту — при условии, что мы подавляем предвзятость по размеру, которая может сделать нас безразличными к судьбе микробного вида — аргументы в пользу защиты Krauthügel довольно сильны.По состоянию на апрель 2013 года пять из десяти новых видов, обнаруженных здесь, «не были зарегистрированы ни в каком другом месте». До тех пор, пока они не появятся где-либо еще, эти пять видов считаются «эндемичными» для Зальцбурга (т. Е. Ограниченными этой территорией). Учитывая нехватку компетентных цилиатологов в других частях мира, они могут оставаться таковыми еще долгое время.

Оказываются ли они действительно эндемичными или нет, бесспорно, что организмы в пруду «подверглись опасности в результате деятельности человека».В 2010 году в рамках арт-проекта его залили землей. Представьте себе тревогу исследователей, которые десятилетиями изучали это место, когда они обнаружили, что их протисты были похоронены! Именно это событие побудило следователей обратиться за защитой, в результате чего пруд был восстановлен до его прежнего состояния и создан вокруг него буферная зона:

Охраняемая зона вокруг пруда Краутюгель

И это подводит нас ко второй причине сохранения этой лужи: благодаря работе, которая там уже была проделана, она стала «типовой местностью» для примерно восемнадцати видов (восемь новых видов и десять переописанных таксонов).Значение этого может потребовать небольшого пояснения.

Amblyodus taurus (щелкните изображение, чтобы увидеть источник)

Когда биолог называет новый таксон, обычно он выбирает определенный фиксированный образец или группу образцов в качестве «типа» и (в идеале) помещает этот образец в постоянную коллекцию, доступную другим исследователям. Это обеспечивает постоянную конкретную ссылку, поэтому не может быть двусмысленности в том, что мы на самом деле имеем в виду, когда говорим Utricularia floridana (вид плотоядных растений) или Amblyodus (род жуков).Если необходимо, мы можем указать на определенную ошибку на нанизанном на определенный штифт и сказать: « Вот ! Amblyodus означает , что ».

Место, где был собран типовой образец, становится «типовым местом», где можно ожидать найти других представителей той же породы. Это местонахождение особенно важно для таксономистов-простейших. Протисты маленькие и хрупкие, и образцы фиксированного типа более старых названных организмов доступны редко. Даже когда существуют постоянные слайды, они могут быть потеряны или просто со временем испортятся.Если мы знаем типичное место, где изначально были найдены наши ребята, мы можем пойти искать их там. Теоретически. Но если место, в котором проводилась работа, было осушено или вымощено, и типового материала не существует, идентичность видов, обнаруженных там, может быть потеряна в таксономическом шуме.

В Краутюгеле сохраняется, по крайней мере частично, научная работа, которая там уже проводилась. Защищается совокупность приобретенных биологических знаний, а не только сами организмы.С этой точки зрения охрана окружающей среды может быть похожа на задачу, которую выполняют музейные и художественные реставраторы, сохраняя лучшие продукты человеческих усилий для будущих поколений.

Куда делись все пруды, которые не исследовались и, вероятно, никогда не будут изучены? Весной, проезжая по сельской местности, где я живу, я вижу сотни и тысячи эфемерных бассейнов. Они мелькают в окне машины, миля за милей: бобровые пруды, канавы, мельничные пруды, поймы и широкие неглубокие лужи на полях, где коровы окунают морды и сбрасывают свои питательные фекалии.У некоторых будет меньшее протистское разнообразие, чем у Краутюгеля, у некоторых может быть больше, но никто никогда не будет пользоваться благосклонным надзором Вильгельма Фойсснера.

Но что, если бы в этих водоемах проводились дополнительные исследования — протистолог для каждой лужи! — и еще больше прудов, которые были признаны достойными сохранения? Непонятно, куда идет эта дорога. Если инициатива Краутюгеля вызвала какие-либо споры в Зальцбурге, об этом не говорится ни в статье, ни в пресс-релизе, но нетрудно предвидеть, какой ответ мы увидим, если бы подобные инициативы были опробованы здесь.Попытки контролировать использование частной земли вызывают глубокое и невероятно долгое негодование. Спустя двадцать пять лет после попыток сохранить среду обитания северной пятнистой совы в PNW, антиэкологи все еще кипятят и насмехаются. В некоторых кругах слова «пятнистая сова» стали своего рода сокращением для «назойливых идиотов, обнимающих деревья, которые ценят глупую птицу выше, чем жизнь и средства к существованию трудолюбивых людей». Представьте себе вулкан возмущения, который может извергнуться из-за обязательной защиты одноклеточного организма! Мы никогда не услышим конца этого.

Тем не менее, идея защиты среды обитания протистов меня очень привлекает. Вниз по дороге от моего дома на холмах Гатино есть группа эфемерных прудов, где я люблю собирать образцы. Через несколько лет они почти наверняка будут засыпаны, так как земля будет разделена под новое жилье. Я наблюдал за этими прудами несколько сезонов и ненавижу идею утратить их удивительное микроскопическое разнообразие. Если, что статистически вероятно, они содержат несколько новых видов, могут быть даже основания для сохранения.Однако совершенно очевидно, что бульдозеры дойдут до любых новых организмов, прежде чем я получу знания и ресурсы, чтобы найти и описать их.

Тем не менее, мне немного приятно напоминать себе о совершенно ином масштабе и скорости жизни на микроскопическом уровне. Когда длина от кончика до хвоста составляет сто микрон, лужа — это озеро, а пруд — это океан. Час — это год!

Через несколько дней покрытая дождем колея от покрышек может превратиться в поразительное разнообразие, как миниатюрный коралловый риф.Виды цветут быстро, сменяя друг друга и вытесняя друг друга. Каждый из них изменяет химический состав, светопроницаемость и количество питательных веществ в воде, кондиционируя среду, чтобы она соответствовала определенным организмам, которые, в свою очередь, изменяют воду вокруг себя. Географические случайности (плавающий лист, комок навоза) создают возможности для одних организмов и уничтожают всякую надежду для других. Дело идет быстро. Если вы каждый день возвращаетесь к проторенной колее и следите за ее развитием с помощью микроскопа, это может показаться просмотром замедленной съемки.В «большом» мире окружающая среда меняется примерно так же, но в течение более длительных периодов времени: леса вторгаются в прерии, а затем отступают; заболоченные земли обретают форму, заилены и исчезают; животные приходят и уходят. На микроскопическом уровне изменения в популяциях могут происходить за часы, а не за годы, и изменения не прекращаются. «Экологический баланс» никогда не достигается: что-то происходит, значит, происходит еще кое-что. Некоторые виды процветают, другие исчезают из поля зрения. Затем однажды жаркое солнце высушивает все это, и маленькие существа снова забираются в свои покоящиеся цисты, а их среда обитания снова становится травой.

———————————
Ссылки:

Простой механосенс ​​и реакция на движение ресничек раскрывают внутренние привычки инфузорий

Значение

Одноклеточные микроорганизмы важны в экосистемах, и их поведение влияет на окружающую среду Земли. Чтобы выжить в суровых условиях окружающей среды, эти организмы часто действуют так, как будто проявляют осмотрительность. Как они добиваются такого разумного поведения? В этой работе мы сосредоточились на накоплении инфузорий на границах раздела твердое тело / жидкость, где они могут получать достаточное количество питательных веществ и стабильную среду.Это явление не описано в стандартной гидродинамике микропловцов. Наш эксперимент и моделирование показали, что простые принципы, анизотропная форма клетки и механочувствительная природа ресничек, вызывают накопление инфузорий на границах раздела твердое тело / жидкость. Вклад нашей работы состоит в том, что простой ответ клеточного аппарата и гидродинамики объясняет явно умное поведение инфузорий.

Abstract

Важная привычка инфузорий, а именно их предпочтение в поведении стенок, выявляется с помощью экспериментов и гидродинамического моделирования.Простая механическая реакция индивидуального биения ресничек (т.е. биение останавливается из-за контакта реснички со стенкой) может исключительно определять скользящее движение реснички вдоль стенки и приводить к поведению, предпочитающему стенку. Принимая во внимание этологию инфузорий, эта механочувствительная система, вероятно, является преимуществом в способности отдельной клетки определять местонахождение пищи. Другими словами, инфузории могут умело использовать как скользящее движение, чтобы питаться по поверхности, так и перемещение в объемной воде, чтобы найти новые поверхности в соответствии с единственной миссией «плавания».

Микроорганизмы играют решающую роль в экосистемах и необходимы для жизни на Земле (1⇓⇓⇓ – 5). Эукариотические одноклеточные микроорганизмы (т. Е. Протисты) являются доминирующими микроорганизмами в водных экосистемах (6⇓⇓⇓ – 10). Один класс протистов, инфузории, демонстрирует быстрое поступательное плавание. Инфузории имеют большое количество волосковидных органелл, называемых ресничками, которые огибают все тело, создавая силу толчка. В то время как замечательная активность инфузорий обычно наблюдается в объемной воде (11–15), в природе они часто накапливаются на границах раздела воздух / жидкость и твердое тело / жидкость (16–20).Хотя эти две основные характеристики (т. Е. Скольжение по поверхности и быстрое перемещение в объемной воде) обычно считаются инстинктивным поведением, механизм скользящего движения остается неясным. Инфузории, вероятно, имеют сенсорные системы для обнаружения стен или внешних граничных условий и имеют механизм реакции, связанный с переходом между режимами движения. Насколько нам известно, механизмы восприятия и реакции не раскрыты; однако эта «стенная система такси» должна быть интегрирована в жизненные стратегии инфузорий.

Есть ли подсказки об этих механизмах в биологических исследованиях или какие-либо намеки, связанные с их поведением в биофизических и гидродинамических исследованиях? Недавний прогресс в численном анализе и моделировании выявил механизмы плавания различных водных микроорганизмов (21, 22). Исследования взаимодействий между пловцом и стенкой показали, что пловцы-толкачи и пуллеры накапливаются на нескользкой границе стенки (23–31). Пловцы-толкачи, пулеры и нейтральные пловцы — это стили плавания, классифицируемые гидродинамическими моделями для активных пловцов.Пловцы-толкачи приводятся в движение задними винтами (например, Escherichia coli ) и демонстрируют отталкивающие движения от стены. Пловцы-пулеры, приводимые в движение передними жгутиками (например, Chlamydomonas ), были численно проанализированы, чтобы определить их привлекательные движения к стене. Наконец, нейтральный пловец используется в качестве модели инфузорий, которые представляют собой равномерную движущую силу, покрывающую поверхность пловца, при условии, что реснички бьются по всей поверхности клетки, как в Volvox (32) и Tetrahymena (33).Траектории нейтральных пловцов у стены были получены аналитически и численно. Стена отталкивает нейтральных пловцов. В частности, направление движения пловца определяет его уход от стены. Это свойство препятствует скоплению нейтральных пловцов на стене. Хотя недавнее имитационное исследование с многочисленными нейтральными пловцами сообщило о скоплении пловцов у стены из-за коллективных гидродинамических эффектов со стороны пловцов, существующих в окружающей среде (26), это открытие не было применимо к накоплению или предпочтительному поведению стенок в отдельной ячейке. уровень.Гидродинамические исследования еще не объяснили поведение инфузорий на стене. Наша мотивация понять разницу между модельными пловцами и реальными инфузориями у стены привела нас к наблюдению Tetrahymena pyriformis , модельного организма инфузорий (34).

Плавание T. pyriformis в объемной воде и у дна стены показано на рис. 1. T. pyriformis в объемной воде прошло через окно наблюдения в течение нескольких секунд (рис.S2 A ), а T. pyriformis в нижней части остался на стене (рис. 1 A , рис. S2 B и Movie S1). Отслеживание движения T. pyriformis в течение 2,0 с выявило прямые траектории в объеме и прямое или вращательное движение по стенке, как показано на рис. S2, соответственно. Практически все направления вращения ресничек на стене совпадали с вектором нормали к поверхности стекла. T. pyriformis осталось 26,8 ± 4.7 с (среднее ± SEM, n = 20) на стекле, покрытом 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолином (MPC; антиадгезионный агент) и в течение 5,2 ± 1,1 с (среднее ± SEM, n = 20) на стекле без покрытия . Этот процесс обычно наблюдался на верхней стене (когда она существовала) и на боковой стенке (Рис. 1 B и Movie S2). Устойчивый угол плавания, измеренный при наблюдении на этой боковой стенке, в среднем составлял 13,2 ° (Рис. 1 C ) и распределялся ниже 40,0 °. Скорость движения в объемной воде (до 100 мкм от нижней стенки) составляла 281.В среднем 4 мкм⋅с ^-1 , скорость перемещения по стеклу с покрытием MPC составляла 138,2 мкм⋅с ^-1 , а скорость перемещения по стеклянной пластине без покрытия составляла 64,9 мкмс ^-1 (Рис. . 1 D ). Скорость перемещения стеклянных нижних стенок с MPC-покрытием была на 49,1% выше, чем в объемной воде, в то время как скорости движения по стеклу без покрытия были на 23,1% выше, чем в объемной воде. Эти результаты подтверждают интересные особенности T. pyriformis на стене; а именно T. pyriformis предпочитает поверхность, на которой он не закреплен, но может скользить.В этой статье «скольжение» определяется как наблюдаемое движение у стены. Принимая во внимание функцию покрытия MPC, используемого для предотвращения адгезии белков и биомакромолекул, сила адгезионного взаимодействия между субстратом и ресничками на покрытой поверхности была относительно подавлена. Кроме того, скользящие движения на антиадгезивном стекле наблюдались дольше, чем на обычном стекле. Таким образом, адгезионная связь, скрепляющая реснички во время длительного биения, не является непосредственной причиной явления скольжения.Другими словами, необходимо исследовать давление, создаваемое другими факторами по направлению к стене.

Рис. 1.

Плавательное поведение особи T. pyriformis клеток у стенок. ( A ) Траектории клеток T. pyriformis на нижней стенке. Большинство клеток сохраняли свою высоту во время непрерывного плавания. (Масштаб, 100 мкм.) ( B ) Снимки T. pyriformis , плывущего к боковой стене. Коснувшись стены, камера скользила по стене.(Шкала 100 мкм.) ( C ) Гистограмма конечных или установившихся углов плавания θs между стенкой и продольной осью тела клетки. ( Врезка ) Угол был определен, как показано. Среднее арифметическое значение угла составило 13,2 °. ( D ) Гистограмма скорости перемещения клеток в объеме (желтый), рядом с обработанной стеклянной стенкой (синий) и рядом с нормальной стеклянной стенкой (красный). В то время как средняя скорость в массе составляла 281,4 мкм⋅с ^-1 , скорость вблизи обработанной стенки составляла 138.2 мкм⋅с ^-1 , а у нормальной стенки 64,9 мкм μс ^-1 .

Чтобы изучить вклад и взаимодействие ресничек и стенки в соответствии с их гидродинамикой, мы визуализировали микроскопическое движение и поля потока вокруг отдельных клеток. На рис. 2 A и Movie S3 показаны изображения одиночного T. pyriformis в светлом поле под углом 28 ° между нижней стеклянной пластиной и ячейкой. Поверхность нижней пластины определялась по горизонту между прямым изображением и отраженным виртуальным изображением.Расчетные расстояния между телом клетки и стенкой составили ~ 3 мкм, что почти равно естественной длине ресничек T. pyriformis . Расстояния и движения клетки показывают, что T. pyriformis плавает, контактируя со стенкой только своими ресничками. Это наблюдение было подтверждено флуоресцентной визуализацией живых клеток с использованием той же перспективы, что и на рис.2 B и Movie S4, на котором реснички, контактирующие со стенкой, почти перестали биться (рис.2 B , Bottom ), тогда как другие интактные реснички (e.ж., находившиеся на противоположной стороне камеры) продолжали избивать (рис. 2 B , Top ). Прекращение биения ресничек на стенке клетки также было отмечено при фазово-контрастных наблюдениях снизу. Рис. 2 C показывает многочисленные остановленные реснички на лицевой стороне нижней стенки, где вертикально стоящие реснички визуализируются как черные точки (обозначены красными кружками) при фазово-контрастной визуализации (Movie S5). Скорость биений остановившихся ресничек была оценена как 1/10 от таковой на основной стороне (рис.2 D ). Поскольку остановка отдельных ресничек происходит временно со средней продолжительностью 0,16 с на уровне отдельных ресничек, уместно называть этот феномен стойлом с биением. Фактически, движение шариков зонда указывало на то, что реснички в верхней и латеральной областях клетки двигались нормально, тогда как реснички внизу почти не двигались, как показано на картах интенсивности и направления (рис.2 E и F). ). Эти экспериментальные результаты показывают, что генерация силы была нарушена из-за наличия остановившихся ресничек только между клеткой и стенкой.Это явление способствует скольжению. Затем мы включили явление остановки ресничек в гидродинамическую модель ресничек, чтобы выявить прямой механизм скользящего движения T. pyriformis по стенке.

Рис. 2.

Состояние биения T. pyriformis ресничек около стеклянной подложки. ( A ) Снимки контакта T. pyriformis со стеклянной пластиной. Камера неоднократно касалась стены и скользила по ней. (Шкала 20 мкм.) ( B ) Снимки биения ресничек.( Top ) Нормальный ритм. ( Нижний ) Колющий удар, касающийся стены. Снимки делались с интервалом 10 мс. (Масштабная шкала, 10 мкм.) ( C ) Снимок клетки, плавающей рядом со стенкой. Сохраненные реснички, стоящие перпендикулярно стенке, идентифицируются как черные области при фазово-контрастной микроскопии. Черные точки, обозначенные красными кружками, — это реснички, остановившиеся в нескольких кадрах вокруг рисунка. (Шкала 10 мкм.) ( D ) Сравнение скоростей биения в объеме и у стенки.Скорость биений ресничек в целом оценивалась по частотам биений, и средняя длина ресничек составляла 3,2 мкм (20 отдельных ресничек). Скорость биения ресничек, контактирующих со стенкой, измеряли в черных точках, как показано в C . ( E ) Поле потока вокруг плавательной камеры оценивали с помощью анализа PIV. Жирная черная стрелка указывает направление плавания ячейки. Анализ обнаружил движение гранул диоксида кремния толщиной 0,5 мкм на высоте менее 1 мкм от нижней стенки.(Масштабная шкала, 20 мкм.) ( F ) Карта интенсивности скорости потока в E . Скорость между телом клетки и стенкой очень мала, но не равна нулю.

Модели Сквирмера использовались в качестве математических моделей плавательных микропловцов (24⇓ – 26, 35⇓⇓⇓⇓⇓ – 41). Мы предполагаем, что среднее напряжение сдвига, создаваемое биением жгутиков, действует по касательной. Эта модель может приблизиться к цилиарному плаванию, выбрав нейтральный параметр (например, нейтральный пловец). Детали численной установки представлены в Материалы и методы и на рис.S3. Мы моделируем эту модель, используя метод граничных элементов, чтобы ввести граничное условие, имитирующее экспериментальные результаты, где «область остановки биений» (SBA) определяется как область рядом со стеной, чтобы воспроизвести реснички, которые останавливаются возле стены (рис. 3). А ). Диапазон SBA может быть оптимизирован для представления коэффициента срыва, наблюдаемого в экспериментах. Настройка параметров показана на рис. 3 B . Граница в этом моделировании не содержала бокового трения, что указывает на то, что граничное условие приблизительно представляло стеклянную пластину с покрытием MPC в эксперименте.

Рис. 3.

Схематическое изображение моделирования с указанием геометрии SBA и параметров. ( A ) Ударная сила тяги (сила реакции из-за ударов ресничек) вдоль поверхности, приводящая в движение пловца. Мы определили SBA как серую область на нижней стене, показанную на рисунке. Если поверхность входит в состав SBA, сила толчка исчезает. ( B ) Настройка параметров моделирования. Форма силового пловца определялась отношением длины L1 главной оси, определяемой направлением толчка, к диаметру L2 талии.Параметры задавались L1 = 2 и L2 = 1 или 2. L1 / L2 = 1 соответствовали сферической форме, а L1 / L2 = 2 соответствовали эллипсоидальной форме. Диапазон SBA был определенной длиной a. Начальный угол составлял θ0, а начальная высота была зафиксирована на уровне h0 = 2,0.

Сначала мы проверили движение модельных пловцов возле нескользкой пограничной стены без SBA (рис. 4 A и B и видеоролики S6 и S7). Как сферические, так и эллипсоидальные пловцы ориентировались в направлении плавания относительно стены, как это наблюдалось в предыдущих численных и математических работах (25, 26, 28).Сферический пловец — нейтральный пловец, а эллипсоидальный пловец имитирует фигуру T. pyriformis . Без SBA ни один из пловцов не продемонстрировал устойчивого режима скольжения по стене, и оба отплыли от стены при любых начальных условиях (рис. S5). Это поведение также показано на графиках на рис. 5 E и F с a = 0,0, где пловец постепенно ориентировался в своем направлении у стены. Однако застоя или стабильного угла у стены замечено не было.Действительно, пловцы, приземлившиеся на нескользящую стенку с помощью SBA, не взлетели. Диапазон SBA составлял a = 0,3, а стенка располагалась на z = −2. Примечательно, что сферический пловец в моделировании с SBA остановился на стене (рис. 4 C и Movie S8), тогда как эллипсоидальный пловец плавал и скользил рядом со стеной (рис. 4 D и Movie S9). Последнее является качественным представлением наблюдаемого в экспериментах скользящего движения по стенке. Траектории и углы плавания пловцов с SBA показаны на рис.S4. Угол плавания сферического пловца стал перпендикулярным стене, и поступательное движение (направление x ) прекратилось (Рис. S4 A ). Угол плавания эллипсоидального пловца сходился до определенного угла и после столкновения продолжал скользить по стене (рис. S4 B ). Конечный угол эллипсоидального пловца составлял 11,9 °, а у сферического пловца — 90,0 °. Конечный угол в эллипсоидальной модели был близок к экспериментальному значению 13.2 ° при a = 0,3, подтверждая экспериментальный результат, показанный на рис. 1 C . Конечные углы не зависят от начальных углов входа θ0 = от 10 ° до 80 °, но вместо этого относятся к диапазону SBA a = от 0,00 до 0,50, как отмечено на дополнительных графиках (рисунки S6 и S7, соответственно). Обобщая результаты моделирования, эллипсоидальный пловец скользил по стене при a> 0,20, а конечный угол плавания изменялся в зависимости от a. Напротив, сферический пловец обычно имел угол 90.0 °. Соседние движения пловцов раздваивались на определенные пороги: 0,05 Рис. 4.

Снимки результатов моделирования, воспроизводящие приближение пловцов к стене. Начальный угол θ0 = 60 °. Нескользящая стенка расположена при z = −2. Серая область указывает на SBA. ( A ) а = 0,0; сферический пловец без SBA приблизился к стене, а затем отплыл от стены. ( B ) а = 0.0; эллипсоидный пловец без SBA отплыл от стены, как и сферический пловец в модели A . ( C ) а = 0,3; сферический пловец с SBA не уплыл, а остановился на стене. ( D ) а = 0,3; эллипсоидный пловец с SBA проплыл у стены.

Рис. 5.

Сравнение положений z и x и угла плавания. Красные линии представляют траектории без SBA, где длина a = 0,0, а синие линии указывают на a = 0,3.( A , C и E ) Пловец сферической формы. ( B , D и F ) Эллипсоидальный пловец. Серая область в A и B представляет SBA. Из A и B как сферические, так и эллипсоидальные пловцы показали аналогичные изменения в положении z . Из C и D , в то время как сферический пловец остановился на оси x при a = 0,3, эллипсоидальный пловец стабильно скользил по стене.Начиная с E и F , углы плавания указывают асимптотические значения. Углы ниже 0,0 ° указывают на то, что пловцы плывут от стены. Конечный угол сферического пловца составил 90,0 °, что соответствует вертикальному ориентированию пловца у стены. Конечный угол эллипсоидального пловца составлял 11,9 °.

Обсуждение

Мы обсуждаем применимость модели с точки зрения качественного сравнения экспериментального и смоделированного поведения.Фактическое тело T. pyriformis имеет ротовой аппарат и форму груши, которые соответствуют передне-задней асимметрии и асимметрии вращения в оси направления движения. Хотя настоящее моделирование не генерирует угловой момент вдоль оси, в экспериментах T. pyriformis не проявляет вращательного движения во время своего скользящего движения. Следовательно, эффекты асимметрии из-за ротового аппарата незначительны для качественного сравнения в настоящей работе.Передне-задняя асимметрия формы требует более детального изучения, но нынешняя эллипсоидальная форма может отражать экспериментальные результаты полуколичественно. Следовательно, решающим фактором, влияющим на скользящее движение, должно быть нарушение сферически-эллипсоидальной симметрии. При практическом сравнении эллипсоидальный пловец скользил по стене аналогично тому, как это наблюдается в эксперименте; То есть конечные углы плавания тела клетки были близки друг к другу: 13.2 ° (нос опущен, эксперимент) и 11,9 ° (нос опущен, численный расчет для эллипсоидального пловца при a = 0,3), где отношение площади проекции остановки ресничек при a = 0,3 было почти таким же, как оцененное. путем эксперимента. Кроме того, было достигнуто соответствие между скоростями плавания экспериментов и моделирования. Коэффициенты снижения скорости скольжения по стенке Vw по сравнению со скоростью в объеме Vb составляли Vw / Vb = 0,49 (эксперимент на стекле с покрытием MPC) и Vw / Vb = 0,55 (моделирование), что указывает на то, что Граничное условие на стекле, покрытом MPC, возможно, имело небольшое боковое трение, ингибировало адгезию между ресничками и субстратом и было количественно представлено моделированием без бокового трения.Напротив, отношение на стекле без покрытия в эксперименте было Vw / Vb = 0,23, и разница должна быть результатом бокового трения. Кроме того, сила, которую соответствующая ресничка испытывала от стенки, составляла по меньшей мере 1,87 пН согласно сравнению результатов эксперимента (примерно 30 ресничек остановились) и моделирования (было приложено 56,2 пН). В любом случае наблюдались явления поверхностного скольжения T. pyriformis , сопровождающиеся прекращением биения ресничек. Согласно отмеченным выше особенностям, наша симуляция качественно воспроизводила реальное плавание инфузорий у стены.Таким образом, нарушение сферически-эллипсоидной симметрии и прекращение биения ресничек у стенки являются критическими факторами для инфузорий, плавающих рядом со стенкой.

Поскольку полярные направления плавания голова-хвост с угловой скоростью в первую очередь влияют на определение того, останавливается ли пловец, скользит или отходит от стены, следует учитывать любой баланс крутящего момента, который влияет на пловца и развивает угловую скорость. Причины этого момента подразделяются на три типа: гидродинамическое взаимодействие, прекращение биения и отталкивание стенок (рис.6). Если пловец приближается к стене сверху слева, гидродинамическое взаимодействие от стены имеет крутящий момент, направленный вверх, а асимметричная движущая сила из-за прекращения биения действует как крутящий момент, направленный вниз. Оба момента действуют как на сферических, так и на эллипсоидальных пловцов. Напротив, отталкивание стенок дает вращающий момент не пловцу сферической формы, а пловцу эллипсоидной формы. Согласно этой упрощенной схеме, сферический пловец, касающийся стены, получает общий крутящий момент от двух факторов без точки равновесия; таким образом, при a> 0 плавание направлено вниз.2 и вверху справа, когда a <0,15 (рис. S7). Эти значения соответствуют остановке и отправлению соответственно. Однако крутящий момент от отталкивания стенки дополнительно действует на эллипсоидального пловца, влияя на общий крутящий момент с неподвижной фиксированной точкой под определенным углом θm, −90,0 ° <θm <0,0 °. Таким образом, эллипсовидный пловец мог скользить по стене, а соседний пловец оставался устойчивым под определенным углом (рис. 5 и рис. S6).

Рис. 6.

Схематическое изображение крутящих моментов для сферического пловца ( Вверху, ) и эллипсоидального пловца ( Внизу, ), приближающихся к стене с левой стороны.( A ) Гидродинамические взаимодействия, вызванные стенкой, приводят к возникновению крутящих моментов. ( B ) Прекращение биения ресничек внутри SBA влияет на общую движущую силу вокруг тел, приводя к асимметрии и вращающим моментам, направленным носом вниз. ( C ) Механическое отталкивание от стены. Пловец сферической формы не испытывал крутящего момента, в то время как пловец с эллиптической формой испытывал крутящий момент, поднятый носом.

Наконец, мы обсуждаем биологическое значение и применимость настоящих результатов путем сравнения с другими видами.Одна хорошо изученная инфузория, Paramecium caudatum , обычно обнаруживает возвратно-поступательное движение против непокрытой стенки (Movie S11), которое вызывается механочувствительной системой в передней области клетки (14). Однако со стеклом с покрытием MPC P. caudatum также долгое время демонстрировали скользящее движение (Movie S12), как и T. pyriformis , которое возникло бы из той же динамики. Инфузории, как известно, существуют на границах раздела воздух / жидкость и твердое тело / жидкость в природе, потому что эти границы раздела обеспечивают каркасы биопленок, состоящие из диатомовых водорослей, водорослей, бактерий, полисахаридов и белков (42–45).Эти компоненты — любимая пища инфузорий (3, 9, 10). В случае границы раздела вода / воздух (WAI) Ферраччи и др. (20) определили, что Tetrahymena также находится в ловушке в WAI. Однако захваченные клетки не прекращали биение ресничек. Это открытие указывает на то, что ячейка не имеет SBA на WAI, и механизмы захвата на WAI будут отличаться от таковых на границе раздела вода / стена, представленных здесь. Адаптируя эти факты к нашим результатам, сочетание механических и гидродинамических реакций позволяет инфузориям легко оставаться на твердых границах раздела, что является одной из их предпочтительных сред.Это открытие этологии инфузорий, сопровождающееся механизмом, связывающим движение ресничек и поведение при плавании, и это открытие также указывает на то, почему многие инфузории развили эллипсоидальные формы. У сферических инфузорий есть недостаток в поиске питательных веществ при скольжении по поверхностям. В экспериментах, когда T. pyriformis скользил по стене, его ротовой аппарат располагался в наиболее подходящем положении (т.е. близко к стене) (рис. 2 A ). Что касается сферического пловца, который двигался с помощью множества жгутиков на поверхности ( Volvox carteri ), то он продолжал плавать у верхней и нижней стенок, что объяснялось гиротаксисом (46), динамика которого отличается от наблюдаемой. явление из-за скользящего движения т.pyriformis возник без гравитации.

В заключение, мы обнаруживаем, что T. pyriformis плавает рядом со стенкой, используя механогидродинамику биения ресничек, без клеточной адгезии, эффектов многих тел (26) и хемотаксиса. Это явление в основном связано с эллипсоидальной формой ресничек, а также с механочувствительностью и ответом биений ресничек на прикрепленную поверхность. Хотя будущие биохимические исследования необходимы для детального механосенса / реакции в движении ресничек, настоящие результаты должны быть рассмотрены при анализе коллективного движения инфузорий и биоконвекции (47, 48).

Материалы и методы

Получение

Tetrahymena pyriformis .

T. pyriformis был любезно подарен Осаму Нуматой из Университета Цукуба, Цукуба, Япония. Клетки культивировали в среде для выращивания [1,2% (вес / объем) бакто-протеозного пептона (Becton, Dickinson and Company), 0,6% (вес / объем) патиказы (Kyokuto) и 0,2% (вес / объем) экстракта бакто-дрожжей) ( Becton, Dickinson and Company)] при комнатной температуре (20–25 ° C) с аэрацией (e-AIR6000WB; GEX). Серийный перенос клеток выполняли два раза в неделю.Перед наблюдением клетки в фазе midlog трижды промывали раствором для наблюдения [10 мМ 3- (N-морфолино) пропансульфоновая кислота / Трис (pH 7,2), 1 мМ KCl, 1 мМ NaCl и 1 мМ CaCl ₂ ] (49) и уравновешивали раствором для наблюдения в течение более 1 ч перед наблюдением.

Наблюдения за

T. pyriformis в светлом и темном поле под перпендикулярными и параллельными углами.

Чтобы предотвратить неспецифическое связывание клеток с поверхностью покровных стекол, покровные стекла (толщина No.1, 30 × 40 мм; Matsunami) были покрыты полимером MPC (Lipidure-CM5206; NOF Corporation). В частности, полимер MPC растворяли в этаноле до конечной концентрации 0,5% (вес / объем) и 20 мкл раствора полимера MPC помещали на покровное стекло. Для сушки раствора покрытия стекло оставляли при комнатной температуре более чем на 2 ч. Раствор для наблюдения, содержащий T. pyriformis , наносили между покровными стеклами, покрытыми MPC, с прокладкой [силиконовый лист (толщина 400 мкм) с квадратным отверстием (длина стороны 10 мм)]. T. pyriformis наблюдали и регистрировали с помощью инвертированной микроскопии в светлом и темном поле (Eclipse Ti; Nikon) с камерой sCMOS (ORCA-Flash5.0; Hamamatsu). Чтобы наблюдать вид сбоку T. pyriformis в ярком поле, покровные стекла (толщина № 1; Matsunami) были заменены силиконовыми прокладками, а T. pyriformis на стеклянных прокладках наблюдали с использованием методов, описанных выше.

Наблюдения за флуоресценцией и светлым полем

T.pyriformis под малым углом.

Для получения низкоугловых флуоресцентных изображений T. pyriformis , прикрепленных к поверхности стекла, наблюдения были выполнены, как описано ранее (50). Вкратце, световой лист, который использовался в качестве возбуждающего света, генерировался лазерным лучом со строчной разверткой (FV10-LD559; Olympus) (рис. S1 A и B ) с использованием конфокального лазерного сканирования. микроскоп (FV1000; Olympus). Для получения изображения использовалась камера sCMOS (ORCA-Flash5.0) с оптической осью, ортогональной плоскости возбуждающего света.Покровное стекло было установлено под углом 28 ° к оптической оси (рис. S1 C ). После заполнения камеры раствором для наблюдения T. pyriformis окрашивали в течение 10 мин в растворе для наблюдения, содержащем 10 мкг / мл красителя для плазматической мембраны CellMask Orange (Molecular Probes), и трижды промывали раствором для наблюдения. Затем организм добавляли в камеру, и клетки на стекле наблюдали через полосовой фильтр (BA570-625HQ; Olympus). При наблюдении в светлом поле в качестве источника света использовалась галогенная лампа (LG-PS2; Olympus) (рис.S1 D ).

Анализ скорости изображения частиц.

Поле скорости потока и интенсивность скорости вокруг тела клетки (рис. 2 E и F ) были получены с использованием кода MATLAB с открытым исходным кодом (PIVlab) (51). Необработанный фильм был записан со скоростью 2000 кадров в секунду (Movie S10), а снимки с интервалом 1,5 мс использовались для анализа скорости изображения частиц (PIV).

Три поверхности в нашей численной модели.

В этом расчете есть три определенные границы: поверхность тела, поверхность напряжения и поверхность ресничек (рис.S3 B ). Поверхность тела жесткая и имеет граничное условие нескользкости. Форма шаровидная или удлиненно-эллипсоидальная. Настоящая инфузория имеет анизотропную форму, как у вытянутого эллипсоида. Диаметр сферической поверхности 2,0. Большая и малая длины эллипсоидальной поверхности равны 2,0 и 1,0 соответственно. Поверхность ресничек расположена вне поверхности тела. Длина ресничек в этой модели зафиксирована на 0,1, что оценивается на основе реальных клеток. Поверхность напряжения определяется для воспроизведения силы напряжения биения ресничек на единицу площади.Обычно модель сквирмера задается полем скорости на поверхности, но мы использовали силу осевого напряжения вместо поля скорости, чтобы точно воспроизвести фактическое биение (рис. S3 A ). Поверхность напряжения расположена между поверхностью тела и поверхностью ресничек (Fig. S3 D ). Для численного расчета использовался метод граничных элементов (21). Все поверхности дискретизированы по 162 материальным точкам вдали от границы и 2562 материальным точкам вблизи границы. Единица длины нормирована на радиус сферического пловца (т.е.е., 1.0).

Численные методы.

Мы вывели численный метод, предполагая x = (x, y, z) как точку наблюдения и y как точку источника. Предполагая поверхностную тягу, действующую на поверхность ячейки q (y), и силу тяги на единицу площади F (x), поле потока задается граничным интегральным уравнением (52): u (x) = u∞ (x) — ∫J0 (x, y) ⋅q (y) dSb (y) −∫J0 (x, y) ⋅F (y) dSc (y), [1]

где dSb и dSc — поверхность тела и напряжение поверхность соответственно. J0 (x, y) = 1 / 8πμ (δij / r + rirj / r3) представляет собой однослойные потенциалы функции Грина, которая является тензором второго порядка, называемым тензором Озеена, а u∞ (x) выражает внешнюю поле течения.В этой статье u∞ (x) определяется равным нулю.

Далее определяется поле течения на поверхности тела uS (x) с использованием скорости массы U и угловой скорости поворота Ω с учетом граничного условия нескользкости. Кинетическая скорость на поверхности тела описывается следующим образом: uS (x) = U + Ω∧ (y − X0). [2]

Здесь внешняя сила F и крутящий момент T определяются как граничные условия: F = ∫q (y) dSb (y) = ∫F (y) dSc (y). [3] T = ∫q (y) ∧ (y − X0) dSb (y) = ∫F (y) ∧ (y − X0) dSc (y). [4]

Решая одновременные уравнения. 1 — 4 , U, Ω и q (x) могут быть получены. После получения поступательной и угловой скорости материальные точки обновляются методом Адамса – Башфорта четвертого порядка. Шаг по времени был установлен на Δt = 1.0 × 10–4. Скорость плавания на бесконечности U и вязкость μ были зафиксированы на U = μ = 1.0. На рис. S3 C показаны линии обтекания этой модели. Пловец обладает дипольным потенциалом скорости, что является свойством нейтрального пловца.

Взаимодействие со стеной.

Если предположить, что стена представляет собой жесткую нескользящую границу, пловец испытывает силы и крутящие моменты от стены.Сначала мы рассмотрели гидродинамические взаимодействия со стенкой. Гидродинамические взаимодействия выводятся с использованием модифицированного тензора Озеена (41). Тензор Озеена J0 во втором члене уравнения. 1 заменяется на J (x, y) = J0 (x, y) −Jw (x, y ‘), Jw (x, y’) = — J0 (x, y ‘) + 2h3JD (x, y’ ) −2hJSD (x, y ‘),

где h — высота в центре пловца: JD (x, y’) = (1−2δi3) (δijr’3 + 3r’ir’jr’5) .JSD (x, y ‘) = (1−2δi3) (δijr’3 − δi3r’j + δj3r’ir’3−3r’ir’jr’3r’5).

Далее мы рассмотрели отталкивание от жесткой стенки.Когда пловец приближается к стене, пловец иногда перекрывает стену. Таким образом, сила отталкивания и крутящий момент от столкновения добавляются к уравнениям. 3 и 4 : Frep = ∫F’rep (y) dSa (y), Trep = ∫F’rep (y) ∧ (y − X0) dSa (y),

где F’rep (y) ) выражается как сила отталкивания между ресничками и стенкой на единицу площади. Чтобы воспроизвести взаимодействие между ресничками и стенкой, мы предполагаем, что реснички представляют собой линейные пружины и F’rep (y) = klc (y) ez, где lc (y) — длина сокращения ресничек, k — пружина. константа, Sa — площадь соприкосновения ресничек со стенкой.В этом расчете мы не учитываем трение о стену. Следовательно, сила отталкивания имеет только составляющую оси z .

Наконец, мы ввели граничное условие. Чтобы воспроизвести остановку ресничек около стенки, мы определили SBA как серую область на нижней стенке, показанную на Рис. 3 A . Биение ресничек внутри SBA прекращается; таким образом, сила тяги F (y) у стенки обращается в нуль. Мы определяем длину a как параметр диапазона SBA на рис. 3 B .Когда эллипсоидальный пловец коснулся нижней стенки под углом плавания 11,9 °, отношение площади проекции остановки ресничек при a = 0,3 составило 69,9%, что почти соответствует величине, оцененной в эксперименте.

Благодарности

Мы благодарим профессора Осаму Нумата и доктора Кентаро Накано (Университет Цукуба) за подарок T . грушевидный . Работа поддержана грантом 17-503 Программы совместных исследований NIBB. Клетки Paramecium , использованные в этом исследовании, были предоставлены лабораторией симбиоза Университета Ямагути при частичной поддержке Национального проекта биоресурсов Японского агентства медицинских исследований и разработок.Эта работа также была поддержана грантами Японского общества содействия науке KAKENHI JP17J06827, JP17J10331, JP26707020 и JP25103012 и продвинута программой создания науки на основе математики (MACS) Киотского университета.

Сноски

• Автор: T.I. и М. спланированное исследование; К. и Ю.Н. проведенное исследование; A.T., S.N., J.M. и T.I. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; К. и Ю.Н. проанализированные данные; и Т.О., Ю.Н., М.И. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1718294115/-/DCSupplemental.

• Авторские права © 2018 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Ресничка — определение, функция и структура

Ресничка Определение

Реснички, или реснички (множественное число), представляют собой небольшие волосковидные выступы на внешней стороне эукариотических клеток.Они в первую очередь отвечают за передвижение самой клетки или жидкостей на поверхности клетки. Они также участвуют в механорецепции. Есть даже класс микроорганизмов, названный в честь этих небольших структур. Инфузории — это простейшие, обладающие ресничками, которые они используют как для передвижения, так и для питания.

Строение реснички

Реснички состоят из микротрубочек, покрытых плазматической мембраной. Микротрубочки представляют собой небольшие полые стержни из белкового тубулина. Каждая ресничка содержит девять пар микротрубочек, образующих внешнюю часть кольца, и две центральные микротрубочки.Эта структура известна как аксонема, а расположение — «9 + 2», расположение повсеместно в подвижных ресничках. Микротрубочки удерживаются вместе сшивающими белками. Между девятью внешними парами находятся моторные белки, называемые динеином.

Реснички прикрепляются к клетке у базального тела. Базальное тело состоит из девяти триплетов микротрубочек. Триплеты образуются, когда к дублетам ресничек присоединяется дополнительная микротрубочка из клетки. Две центральные микротрубочки заканчиваются перед входом в базальное тело.

Моторные белки (динеин) представляют собой большие гибкие молекулы, которые обеспечивают подвижность ресничек. Белки гидролизуют АТФ для получения энергии. Когда белки активируются, они претерпевают конформационные изменения, которые позволяют совершать сложные движения. Молекулы динеина по существу ползут по микротрубочкам, вытягивая соседний дублет вверх и снова прикрепляясь вниз. Поскольку дублеты прикрепляются друг к другу через сшивающие белки, они могут скользить друг по другу только на небольшое расстояние.Это движение вызывает искривление ресничек.

Реснички — это очень маленькие структуры — примерно 0,25 мкм в диаметре и до 20 мкм в длину. Там, где они присутствуют, они обнаруживаются в большом количестве на поверхности клетки. Реснички действуют как весла, качаясь взад и вперед, создавая движение.

Ресничная функция

Реснички играют важную роль в передвижении. Это может включать движение самой клетки или других веществ и объектов мимо клетки. У некоторых организмов, известных как инфузории, реснички отвечают за движение всего организма в целом.Например, у одноклеточного простейшего Paramecium реснички покрывают поверхность организма и отвечают за движение, а также за питание. Реснички не только покрывают внешнюю часть организма, но и выстилают ротовую борозду, перемещая пищу в «рот» организма.

Реснички помогают удалять загрязнения из органов или тканей, помогая перемещать жидкости по клетке. Выстилка носоглотки и трахеи покрыта ресничками. Эти мерцательные эпителиальные клетки удаляют слизь, бактерии и другой мусор из легких.Другой пример — выстилка маточных труб. Реснички здесь несут ответственность за помощь в оплодотворении путем движения яйцеклетки к матке.

Киноцилии — это особый тип ресничек, обнаруженный на апикальных концах волосковых клеток позвоночных. Наряду со стереоцилиями, неподвижными скоплениями актиновых филаментов, связанных с ресничками, они участвуют в слухе и равновесии (механорецепции).

На этом рисунке изображена внутренняя структура реснички, показаны девять пар внешних микротрубочек и две центральные микротрубочки, соединенные белковыми линкерами и молекулами динеина.

На этом рисунке изображены эпителиальные клетки, покрытые небольшими волосковидными ресничками.

Викторина

1. Из чего состоят реснички?
A. Микрофиламенты
B. Микротрубочки
C. Кератин
D. Актин

Ответ на вопрос № 1

B правильный. Реснички состоят из микротрубочек, расположенных в форме 9 + 2.

2. Какой организм не имеет ресничек?
А. Бактерии
B. Протисты
C. Растения
D. Животные

Ответ на вопрос № 2

A правильный. Реснички находятся на эукариотических клетках. Прокариоты, например бактерии, имеют жгутики для передвижения. Жгутики эукариот похожи на реснички как по структуре, так и по функциям. Прокариотические жгутики вместо этого состоят из белка флагеллина и движутся вращательно.

3. Что из перечисленного не является функцией ресничек?
А. Передвижение
B. Кормление
C. Размножение
D. Борьба с инфекцией
E. Ни один из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 3

E правильный. Реснички выполняют самые разные функции, связанные с движением. Хотя передвижение клетки или организма (инфузорий) является очевидной функцией, движение жидкости мимо ткани или клетки для удаления бактерий или помощи в оплодотворении также осуществляется ресничками.

Список литературы

• Рэндалл Д., Бурггрен В. и Френч К. (2002). Физиология животных Эккерта: механизмы и адаптации, 5th. изд. Ch. 7. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. ISBN: 0-7167-3863-5.

Ciliophora — microbewiki

Страница микробных биореалов о Ciliophora

Классификация

Таксоны высшего порядка:

Eukaryota; Альвеолаты

Виды:

Spirostomum minus, Zoothamnium pararbuscula, Paramecium tetraurelia

Описание и значение

Насчитывается около 8000 видов Ciliophora.Ji et. al. (2005) недавно открыли два новых вида Ciliophora: Pseudovorticella Clampi и Zoothamnium pararbuscula . Существует множество видов цилиофор. Некоторые из основных включают Didinium , Paramecium , Stentor , Suctoria и Vorticella .

Структура генома

Некоторые Ciliophora имеют уникальный генетический код. У некоторых видов кодоны UGA, UAG и UAA, которые обычно являются стоп-кодонами, выполняют разные функции.UAA и UAG вместо этого кодируют глутамин, в то время как UGA (универсальный стоп-кодон) переводится в цистеин или триптофан. Исследование Kim et. al. (2005) предполагают, что это перераспределение кодонов в основном зависит от фактора высвобождения 1 эукариот (eRF1), который является важным белком для распознавания стоп-кодонов. Их работа также показывает, что генетический код инфузорий отклонился от универсального генетического кода.

Структура и метаболизм клеток

Цилиофоры получили свое название благодаря способу передвижения: они плавают ресничками.Реснички — это короткие волосовидные выступы цитоплазмы, состоящие из пар микротрубочек, окруженных клеточной мембраной. Они выстилают клеточную мембрану. Реснички также можно использовать для добычи пищи. У некоторых видов они сплавляются в листы, что делает их эффективными при подметании пищи.

Макронуклеары Ciliophora содержат множество эндоцитобионтов. Цилиофоры — многоядерные организмы. Макронуклеус контролирует функции клеток и бесполое размножение. Микроядро также участвует в половом размножении.

Цилиофоры — гетеротрофные организмы. Некоторые виды охотятся на бактерии, а другие поедают водоросли, другие цилиофоры или детрит.

Ciliophora может размножаться половым или бесполым путем. Бесполое размножение путем деления является наиболее распространенным. В генетическом обмене во время полового размножения участвует микроядро. После спряжения Ciliophora делятся; это дает четыре идентичных организма.

Экология

Цилиофоры — это в основном пресноводные организмы. Цилиофоры часто вступают в отношения с бактериями.Некоторые из них могут быть вредными для Ciliophora, но другие не разрушительны. Эти отношения могут помочь повысить устойчивость бактерий к окружающей среде. Кроме того, эти отношения могут принести пользу Ciliophora. Исследования Fujishima et. al. (2005) иллюстрируют, что связь Paramecium caudatum с бактерией Holospora obtusa помогает инфузории развивать устойчивость к тепловому шоку. Некоторые виды Ciliophora паразитируют по отношению к людям и другим животным.Некоторые виды Ciliophora, такие как Stentors , образуют симбиотические отношения с водорослями, придавая им зеленый оттенок.

Некоторые виды Ciliophora являются патогенными. Anophryoides haemophila , например, вызывает автомобильную болезнь Бамбера, серьезное заболевание омаров, содержащихся в неволе. Это основная причина смерти лобстеров, содержащихся в коммерческих целях. Болезнь Bumper Car приводит к истощению клеток крови. В настоящее время не существует лечения этого заболевания.

Ciliophora — модельные организмы.Например, считается, что их отношения с бактериями отражают человеческие отношения с бактериями. Brandl et. al. (2005) изучили влияние бактерий на Ciliophora, чтобы определить их потенциальное влияние на здоровье человека.

Список литературы

Брандл М.Т., Розенталь Б.М., Хаксо А.Ф., Берк С.Г. «Повышенная выживаемость Salmonella enterica в везикулах, выделяемых почвенными видами Tetrahymena». Прикладная и экологическая микробиология. март 2005 г .; 71 (3): 1562-9.

Фокин С.И., Швейкерт М, Брюммер Ф, Горц HD.«Spirostomum spp. (Ciliophora, Protista), подходящая система для исследования эндоцитобиоза». Протоплазма. апрель 2005 г .; 225 (1-2): 93-102. Epub 2005 4 мая.

Fujishima M, Kawai M, Yamamoto R. «Paramecium caudatum приобретает устойчивость к тепловому шоку при движении ресничек в результате инфицирования эндонуклеарной симбиотической бактерией Holospora obtusa». Письма по микробиологии FEMS. 1 февраля 2005 г .; 243 (1): 101-5.

Джи Д., Сонг В., Аль-Рашейд К.А., Ли Л. «Таксономическая характеристика двух морских перитрихозных инфузорий, Pseudovorticella Clampi n.sp. и Zoothamnium pararbuscula n. sp. (Ciliophora: Peritrichia) из Северного Китая ». Журнал эукариотической микробиологии. Март-Апрель 2005 г .; 52 (2): 159-69.

Джонсон, Джерри Г. Мир биологии.

Ким О.Т., Юра К., Го Н., Харумото Т. «Недавно секвенированные eRF1 инфузорий: разнообразие использования стоп-кодонов и молекулярные поверхности, которые важны для взаимодействий стоп-кодонов». Gene. 14 февраля 2005; 346: 277-86. Epub 2005 4 января.

Лавалле, Жан.»Болезнь бампера». Все о здоровье омаров . Центр науки о лобстерах Атлантического ветеринарного колледжа. 2002 г.

Линн, Д.Х. 2003. Ресурсный архив инфузорий. По состоянию на 17 июня 2005 г.

Паттерсон, Дэвид Дж. «Паразитические протисты». Веб-проект «Древо жизни».

ван Эгмонд, Вим. Инфузории. По состоянию на 17 июня 2005 г.

Светоиндуцированный контроль движения клеток в инфузориях Blepharisma и Stentor

Кроме того, поведенческие и электрофизиологические данные демонстрируют, что предполагаемые G-белки в Stentor

могут влиять на его механическую чувствительность, модулируя специфический процесс механотрансдукции (Marino

et al.2001).

Возможная функциональная роль трансдуцин-подобных G-белков в путях световой трансдукции в

Blepharisma и Stentor была выяснена с использованием серии селективно действующих модуляторов функции G-белка

, таких как холера (CTX) и коклюш (PTX). ) токсины, фторалюминат или мастопаран (Sobierajska

et al. 2006). Оба токсина, как известно, обладают свойством АДФ-рибозилирования трансдуцина, который участвует в передаче сигнала фоторецепторными клетками позвоночных.Точно так же в случае Stentor и

Blepharisma эти токсины способны влиять на фотореактивность клеток, что свидетельствует о роли G-белков

в процессе фототрансукции у этих инфузорий. Сообщалось, что фторалюминат стимулирует активность

PDE в сетчатке крупного рогатого скота за счет стабилизации G-белков в их активной форме, тем самым снижая уровни циклических нуклеотидов на

, тогда как мастопаран напрямую стимулирует активность G-белков, таким образом,

просто имитируя действие внешнего раздражителя на клетки.Наиболее значительный эффект на увеличение фотофобных реакций на

как у Blepharisma, так и у Stentor наблюдался при применении PTX или фторалюмината

. В присутствии обоих этих соединений инфузории проявляли гораздо более низкую светочувствительность,

, т.е. они реагировали на свет той же интенсивности с увеличенной задержкой фотофобных ответов или на

реагирующих организмов наблюдалось меньше, чем в контрольных клетках. Кроме того, значительные изменения наблюдались также в кинетических параметрах нарастающей фотофобной реакции у Blepharisma после лечения

мастопараном.Как показано выше, результаты исследований с использованием модуляторов активности G-белка

предполагают возможное участие инфузорий G-белков в фотосенсорной трансдукции у этих

микроорганизмов.

Дальнейшие иммуноцитохимические анализы, проведенные с использованием антител против фосдуцина крысы (Pdc), показали, что

показывает, что Blepharisma также обладает белком 28 кДа, проявляющим значительно высокую гомологию с

Pdc высших организмов (Sobierajska et al. 2006). Эксперименты по фосфорилированию in vivo показали, что

в темноте реснитчатый фосфопротеин существует в сильно фосфорилированном состоянии, как в случае

фоторецепторных клеток высших организмов, и что освещение клеток, вызывающее повышенные фотофобные

подвижных ответов, приводит к специфическим результатам. и обратимое дефосфорилирование Pdc.Было показано, что на светозависимое фосфор-

илилирование инфузорий Pdc существенно влияют модуляторы активности протеинфосфатазы и киназы

. Инкубация клеток как с окадаиновой кислотой, так и с каликулином А, ингибиторами активности протеинфосфатаз типа 1 и 2A

, соответственно, значительно увеличивает уровень фосфорилирования Pdc в адаптированных к темноте или

свето-адаптированных клетках Blepharisma. Противоположный эффект, то есть снижение фосфорилирования Pdc, наблюдался

у инфузорий, обработанных H89 или KT5823, ингибиторами цАМФ-зависимой протеинкиназы (PKA) и cGMP

-зависимой протеинкиназы (PKG), соответственно.Кроме того, было показано, что усиленное фосфорилирование

Pdc у адаптированных к темноте инфузорий также опосредуется Ca

2+

/ кальмодулин-зависимыми киназами

.

Иммунологические исследования in vivo также показали, что дефосфорилирование Pdc у Blepharisma

во время световой стимуляции сопровождается его перемещением к клеточной мембране, где он образует комплекс

с bg-субъединицей G-белка (Sobierajska и другие.2006 г.). Эти наблюдения были подтверждены

путем обнаружения передачи энергии высокого уровня между Gbg и Pdc с использованием анализа FRET

с высоким разрешением, который показал тесное молекулярное взаимодействие между этими двумя белками в условиях освещения.

Как светозависимое фосфорилирование Pdc, так и взаимодействие Pdc-Gbg были быстрыми; эти процессы начались

через несколько секунд и завершились менее чем за 30 секунд с начала воздействия света на ячейку.

Аналогичное время требовалось для совместной локализации Pdc и Gbg, а также для транслокации комплекса

Pdc-Gbg в цитоплазму. Продолжительное освещение клеток ведет к значительному перефосфорилированию

Pdc и разложению комплекса Pdc-Gbg через определенное время (Sobierajska et al. 2010).

Подобные транслокации белков наблюдались в фоторецепторных клетках позвоночных, где

после возбуждения рецептора светом дефосфорилированный Pdc связывается с Gbg и перемещается из

Molecular Life Sciences

DOI 10.1007 / 978-1-4614-6436-5_734-1

#Springer Science + Business Media New York 2015

Стр. 4 из 8

Простейшие

Вы уже знаете, что бактерии и вирусы вызывают болезни. Но вы, возможно, не так хорошо знакомы с простейшими, группой внутри простейших. Эта группа организмов чрезвычайно важна при рассмотрении возможности вызвать заболевание.

простейших ежегодно вызывают миллионы случаев заболеваний и смертей.На предотвращение заражения этими одноклеточными организмами тратятся миллиарды долларов. Это не бактерии и не вирусы. Что именно такое патогенные простейшие?

В этом уроке вы узнаете больше об этих организмах. Многие непатогенные простейшие играют важную роль в разнообразных экосистемах, но в этом уроке вы сосредоточитесь только на простейших, вызывающих болезни.

Цели

Чтобы понять важность простейших и их роль в возникновении инфекционных заболеваний, вы должны уметь:

• Опишите различия между бактериями, вирусами и простейшими.
• Объясните, как классифицируются простейшие, и назовите группы простейших.
• Укажите примеры простейших, вызывающих болезни.
  

Словарь

• реснички — короткие, похожие на волосы структуры, по которым перемещаются некоторые микроорганизмы.
• инфузория — простейшее, передвигающееся ресничками.
• эукариотика — клетка, имеющая ядро ​​и другие покрытые мембраной органеллы.
• жгутики — длинные, похожие на волосы структуры, по которым перемещаются некоторые микроорганизмы.
• паразит — организм, который живет в или в другом организме (хозяине), по крайней мере, часть своего жизненного цикла.
• возбудитель — любой болезнетворный организм.
• Протиста — царство протистов, включая хитриды, водяные формы, слизевики, простейшие, спорозойные, эвгленоиды, динофлагелляты, а также красные, коричневые и зеленые водоросли.
• простейших — группа простейших, включая саркодинов, инфузорий, спорозойных и жгутиковых.
• псевдоподии — структура, используемая для движения, образованная потоком цитоплазмы.
• саркодин — простейшее, передвигающееся по амебоидным структурам.
• спорозойное — простейшее, обычно не имеющее способа передвижения и являющееся паразитом.
• зоофлагелляты — простейшие, передвигающиеся одним или жгутиками.

Введение

Большинство протистов — одноклеточные эукариотические организмы.(Помните, что у эукариотических организмов есть мембраносвязанные органеллы, такие как митохондрии, эндоплазматический ретикулум, тельца Гольджи, ДНК в хроматине и микротрубочки, которые образуют цитоскелет.) Некоторые протисты, такие как бурые водоросли, являются многоклеточными организмами, но они до сих пор считаются протистами, потому что они более тесно связаны с одноклеточными протистами, чем с членами какой-либо другой группы. Однако эти многоклеточные водоросли не являются патогенными (болезнетворными).

Цисты простейших Hartmannella vermiformis.

Поставщик контента: CDC / Дженис Карр. Источник изображения: phil.cdc.gov

Протисты составляют настолько разнообразную группу, что ученые несколько раз реклассифицировали ее членов. Этот урок посвящен патогенным протистам, большинство из которых принадлежат к группе, неофициально называемой «животноподобные протисты» — простейшим. Некоторые биологи предпочитают другую классификацию, но этот термин по-прежнему широко используется.

Простейшие (прото- или «первые», зоа «животные») классифицируются в зависимости от того, как они передвигаются:

• зоофлагелляты — перемещаются жгутиками
• саркодины — перемещаются за счет расширений цитоплазмы
• инфузории — перемещаются ресничками
• споровики — неподвижны

В отличие от прокариотических бактерий, все простейшие являются эукариотическими организмами.Простейшие также демонстрируют большое разнообразие, демонстрируя большое разнообразие форм и размеров, жизненных циклов и типов органелл.

Патогенные простейшие

Большинство патогенов, обнаруженных в Королевстве Протиста, являются простейшими.

Зоофлагелляты

Зоофлагелляты — это одноклеточные организмы, которые передвигаются с помощью одного или нескольких жгутиков. Жгутики — это длинные, похожие на волосы структуры, используемые для движения. У них нет клеточных стенок.Примеры патогенных зоофлагеллят:

СЭМ Giardia lamblia в конце клеточного деления. Лямблии вот-вот станут двумя организмами.

Изображение: phil.cdc.gov
Фотография предоставлена ​​д-ром Стэном Эрландсеном

1. Giardia lamblia
Лямблии — простейшие, которые поражают тонкий кишечник, где они прикрепляются к стенке кишечника посредством сосательных дисков. Паразит производит цисты по мере продвижения по пищеварительному тракту, и большое количество паразита может выделяться при удалении фекалий.Кисты могут жить вне организма в течение нескольких недель и могут передаваться другому человеку. Симптомы инфекции Giardia включают боль в животе, диарею, головную боль, потерю аппетита, тошноту и потерю веса.

Человек заражается лямблиями в результате употребления загрязненной воды, употребления в пищу сырых или недоваренных загрязненных пищевых продуктов и при контакте с поверхностями, подвергшимися воздействию отходов животного или человеческого происхождения.

Больной кожным лейшманиозом.

Контент-провайдер: CDC / Dr. Мэй Мелвин Источник изображения: phil.cdc.gov

Фото: CDC / Dr. Мэй Мелвин

Источник изображения: phil.cdc.gov

Вверху: обратите внимание на жгутики одного из организмов Leishmania, показанных на слайде выше. На этом слайде показаны разные стадии жизненного цикла лейшмании. Сможете найти хотя бы двоих?

2. Leishmania sp.
Это простейшее паразитическое животное распространяется через укусы москитов.Симптомы зависят от типа возбудителя лейшмании.

• Кожный лейшмания вызывает язвы на коже разного размера. Язвы на коже могут покрыться коркой и быть болезненными. Обычно опухают железы возле места укуса.
• Висцеральный лейшмания поражает внутренние органы, такие как селезенка, печень и костный мозг, и может быть опасным для жизни. Симптомы включают жар, потерю веса, отек печени и селезенки и низкие показатели крови.
  
• Лейшмания слизистой оболочки — редкая форма заболевания носа, рта и горла.
  

Инфекции кожного лейшмании и висцерального лейшмании вызываются более чем 20 различными видами лейшмании. Кожная форма встречается чаще всего.

Стекло выделений из уретры, окрашенное по Граму, показывающее как трихомонадные организмы, так и палочковидные бактерии.

Источник изображения: phil.cdc.gov

3. Trichomonas hominis
Этот простейший паразит вызывает распространенное заболевание, передающееся половым путем.По оценкам, 3,7 миллиона человек инфицированы трихомонадой, но только около 30% имеют симптомы. Паразит передается во время секса. Люди без симптомов могут передавать инфекцию другим людям.

У инфицированных мужчин и женщин разные симптомы. Инфекция обычно не вызывает симптомов у мужчин, но все же может передаваться другому человеку. У мужчин может появиться жжение после мочеиспускания, зуд в уретре и выделения из уретры.Симптомы у женщин включают вагинальный зуд, пенистые зеленовато-желтые выделения из влагалища и зуд вульвы.

Саркодины

Саркодины — это одноклеточные организмы, которые передвигаются с помощью расширений цитоплазмы, называемых псевдоподиями. Этот тип передвижения называется амебоидным движением. Саркодины поглощают пищу, поглощая частицы и создавая пищевую вакуоль для пищеварения. Эта группа простейших воспроизводится путем деления на две части (двойное деление).К патогенным амебам относятся:

Киста Entamoeba histolytica.

Источник изображения: Википедия

1. Entamoeba histolytica
E. histolytica — это амебоидное простейшее, которое завершает свой жизненный цикл в кишечнике человека. Кисты становятся активными, подвижными и быстро размножаются внутри человека-хозяина. Организмы выделяют ферменты, разрушающие клетки кишечника и прямой кишки. Заболевание, амебная дизентерия, вызывает болезненные спазмы и диарею.

Амебная дизентерия распространена в тропических регионах с загрязненной водой и плохой санитарией. Это основная причина смерти младенцев и детей ясельного возраста в некоторых регионах мира.

Пациент с инфекцией E. histolytica, которая покинула кишечник и инфицированные ткани тела.

Поставщик контента: CDC / Dr. Kerrison Juniper
Источник изображения: phil.cdc.gov

Амебная дизентерия также распространена в развивающихся странах и часто встречается у путешественников в эти страны.Общие симптомы амебной дизентерии — сильная диарея, кровь и слизь в стуле, обезвоживание, сильные спазмы в животе, анемия, лихорадка и озноб. Кисты E. histolytica могут перемещаться в печень и вызывать боль, желтуху, потерю веса и отек печени. В редких случаях кисты могут также попасть в легкие, мозг и другие органы тела.

При некоторых энтамебных инфекциях паразит может поражать ткани вне кишечного тракта. На фото слева показан пациент с внекишечной амебной инфекцией.

Инфузории

Единственным представителем группы инфузорий, вызывающим заболевание у людей, является Balantidium coli. Этот кишечный паразит передается фекально-оральным путем, когда фекальный материал с паразитами Balantidium coli попадает в рот из-за недостаточного мытья рук или мытья зараженных фруктов и овощей. Затем цисты попадают в кишечник.

Симптомами этой инфекции являются диарея, боль в животе и иногда прободение толстой кишки.

А Balantidium sp. киста.

Контент-провайдер: CDC / Dr.L.L.A. Мур Источник изображения: phil.cdc.gov

Споровики

Спорозоиды неподвижны. Эти организмы образуют споры, которые проникают в клетки других организмов и живут как паразиты. Они завершают часть своего жизненного цикла внутри определенных клеток организмов-хозяев, и у них есть специализированные структуры, которые позволяют им проникать в клетки-хозяева.

Примеры патогенных спорозоидов:

1. Plasmodium sp.
Plasmodium sp. вызывает малярию. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2012 году от малярии умерло 627 000 человек.

Малярия передается через укус инфицированной самки комара Anopheles. Паразиты попадают с кровотоком в печень и подвергаются процессу созревания. Зрелые клетки попадают в кровоток и заражают эритроциты.Паразиты размножаются внутри эритроцитов, лопаются в течение 48-72 часов и заражают еще больше эритроцитов.

Окрашенное по Гисме предметное стекло Plasmodium malariae (темно-синие структуры), окруженное эритроцитами.

Поставщик контента: CDC / Стивен Гленн
Источник изображения: phil.cdc.gov

2. Toxoplasma sp.
Toxoplasma sp. может вызвать гриппоподобное заболевание, включая такие симптомы, как головная боль, лихорадка, мышечная боль и боль в горле.Хозяевами этого паразита являются домашние и дикие животные (особенно кошки) и человек. Заражение человека происходит, когда люди обращаются с наполнителем для кошачьих туалетов, едят сырое или недоваренное мясо или когда они едят зараженную почву. Заболевание опасно для людей с ослабленным иммунитетом и эмбрионов беременных. Это может вызвать выкидыш или врожденные дефекты, если паразит заразит будущего ребенка.

Toxoplasma gondii.

Фото: CDC / Dr. Л.Л. Мур-младший. Источник изображения: phil.cdc.gov

Симптомы у людей с ослабленной иммунной системой могут включать спутанность сознания, головную боль, жар и судороги.

Проверьте свое понимание

• Опишите один способ классификации простейших и перечислите группы простейших в соответствии с этой классификацией.
• Кратко опишите примеры патогенов и болезней, которые они вызывают для каждой группы патогенных простейших.
• Подумайте, как передаются паразитические простейшие, и опишите, как можно предотвратить или контролировать простейшие болезни.
  

Движение ресничек и жгутиков | Движение животных | Поддержка, защита и движение

Ресничный и жгутиковый Движение
Реснички мелкие, волосовидные, подвижные процессы, которые простираются от поверхностей клеток многих животных.Они особенно отличительная черта инфузорий простейших, но кроме нематоды, у которых подвижные реснички отсутствуют и членистоногие, у которых они встречаются редко, реснички встречаются во всех основных группы животных. Реснички выполняют много роли либо в перемещении мелких организмов такие как одноклеточные инфузории, жгутиковые, и гребневики (Рисунок 31-12B) через их водную среду или в топливных жидкостях и материалах через эпителиальные поверхности больших животные.

Реснички удивительно однородны. диаметром (от 0,2 до 0,5 мкм м) везде, где они найдены. Электронный микроскоп показал, что каждая ресничка содержит периферический круг из девяти двойных микротрубочек расположены вокруг двух синглов микротрубочки в центре (рис. 31-11).(Несколько исключений из Отмечено расположение 9 + 2; например, хвосты спермы плоских червей имеют только одну центральную микротрубочку и хвосты сперматозоидов поденок не имеют центрального микротрубочка.) Каждая микротрубочка состоит из спирального массива белков субъединицы, называемые тубулином.Микротрубочка дублеты по периферии связаны друг с другом и с центральная пара микротрубочек комплексом система соединительных элементов. Также от каждого дублета идет пара плеч состоит из белка динеина. Оружие динеина, действующее как мосты между дублетами, действовать, чтобы создать силу скольжения между микротрубочками.

Рисунок 31-11 Поперечный разрез реснички, показывающий микротрубочки и соединительные элементы 9 2 расположение типично как для ресничек, так и для жгутиков.

Жгутик представляет собой плетевидную структуру. длиннее реснички и обычно присутствуют по отдельности или в небольшом количестве в один конец ячейки.Они находятся в члены жгутиковых простейших, в в сперматозоидах животных и в губках. Основное отличие реснички и жгутик в их образе биения а не в их структуре, поскольку оба выглядят одинаково внутренне. Жгутик бьется симметрично змееподобным волнистости, чтобы вода двигалась параллельно длинной оси жгутика.Ресничка, напротив, бьется асимметрично. с быстрым рабочим ходом в в одном направлении следует медленное восстановление, во время которого ресничка изгибается при возвращении в исходное положение (Рисунок 31-12A). Вода движется параллельно ресничной поверхности (Рисунок 31-12B).

Рисунок 31-12 А , Жгутик бьет волнообразными волнами, толкает воду параллельно своей главной оси.Ресничка продвигает воду в направлении, параллельном клеточная поверхность. B , Движение ресничек в гребенчатых пластинах гребневика. Обратите внимание, как волны биения гребенчатые пластины проходят вниз по гребенчатому ряду, напротив направление рабочего хода индивидуального реснички.Движение одной гребенчатой ​​пластины приподнимает пластина под ней и запускает следующий более низкий тарелка и так далее.

Хотя механизм цилиарного движение до конца не изучено, известно, что микротрубочки ведут себя как «скользящие нити», которые движутся мимо друг друга очень похоже на скольжение филаменты скелетных мышц позвоночных описано в следующем обсуждении (скольжение гипотеза микротрубочек).Во время сгибания ресничек динеиновые руки соединяются с соседними микротрубочками, затем поворачивать и отпускать в повторяющихся циклах, вызывая микротрубочки на вогнутой сторона для скольжения наружу мимо микротрубочек с выпуклой стороны. Этот процесс увеличивает кривизну реснички.