Содержание

Маленькие зелёные шарики — Мысли и впечатления // Pensoj kaj impresoj — LiveJournal

Маленькие зелёные шарики

В книге «Мир животных» известного советского популяризатора биологии И. И. Акимушкина имеется следующий красивый и интересный фрагмент о том, как и откуда в живом мире появилась смерть. Не следует рассматривать всё процитированное как истину (биология развивается очень быстро, в конце я привожу дополнение от себя), но история всё же довольно трогательная и даже в чём-то поучительная :). Нижепредставленный фрагмент основан на материалах книги И. И. Акимушкина «Мир животных» (в 4 томах; 2-е издание, — М.: Мысль, 1988—1992, том 4).

Хламидомонады (род одноклеточных зелёных водорослей) знамениты тем, что некоторые их виды образуют вóльвокс — создание, стоящее на границе между двумя совершенно разными мирами живых организмов: одноклеточным и многоклеточным. Вольвокс интересен тем, что он «изобрёл смерть»: этот подвижный шар из водорослей, представляющий собой нечто среднее между растением и животным, впервые реализовал идею сотрудничества, но при этом и придал жизни свойство неизбежной — в отличие от случайной! — смерти.


Несколько вольвоксов разного возраста и разной степени «зрелости»
Фото взято отсюда: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mikrofoto.de-volvox-4.jpg; автор — Frank Fox

До вольвокса смерть на Земле была необязательна и, так сказать, незаконна. Всё одноклеточное живое никогда не умирало естественной смертью, только насильственной. Размножаясь, одноклеточная жизнь делилась пополам или распадалась на гаметы (половые клетки). А разделившись — жила вновь в умноженном числе. Но когда одноклеточные организмы объединились и образовали вольвокс, все они приобрели в этом объединении разную квалификацию. Одни сохранили привилегии половых клеток — эти, размножаясь, жили вечно в своих потомках.

Другие сделались клетками соматическими, то есть бесполым телом колонии, и всякий раз умирали после того, как их половые братья и сёстры размножались. Так смерть стала обязательным и законным по кодексу природы финалом жизни. До этого она была лишь случайностью…

Вольвокс (здесь представлено описание т.н. шаровидного вольвокса, Volvox globator, описанного ещё Линнеем) представляет собой подвижный живой шарик (до трёх миллиметров в диаметре). Внутри он студенистый, а снаружи усеян особого рода хламидомонадами, жгутики которых торчат наружу. На поверхности «шарика» этих клеток может быть до 20 тысяч. Есть у соединившихся в единое целое клеток и примитивные глазки — стигмы. На одном полюсе шара они развиты лучше, на другом — хуже (именно более «глазастым» полюсом вольвокс и плывёт вперёд). Почти все клетки, составляющие сферическую колонию, размножаться не способны. Только около десятка самых крупных из них в нужное время плодятся, создавая дочерние колонии внутри зелёного шара.

ДОПОЛНЕНИЕ от mevamevo: Согласно современным воззрениям, вольвокс в плане многоклеточности и «изобретении смерти» был далеко не первым. Многоклеточность возникала неоднократно и независимо в самых разных группах живых организмов. Как показывают современные исследования (см.), предки современных вольвоксов стали объединяться в колонии примерно 209–260 миллионов лет назад (то есть не раньше рубежа между палеозоем и мезозоем; ранее биологический возраст вольвоксов оценивался как и ещё более молодой). Таким образом многоклеточная жизнь и смерть возникли задолго до появления известных нам предшественников вольвокса. Тем не менее вольвокс является популярным объектом исследования колониальной формы существования одноклеточных организмов, которая, вероятно, и была переходной от одноклеточной жизни к многоклеточной.

Вольвокс и студенты — Литературный клуб «Бумажный слон»

Довелось мне работать в моей альма-матер. То есть в университете, где ранее учился. И там произошло пару забавных историй.

Я хорошо помню себя в роли студента. Я тогда был, как и большинство обычных студентов немного ленивым, и старался казаться всезнайкой для преподавателя. Гордость не позволяла сознаться, что что-то не понимаю, или не умею. А на парах по ботанике, когда пользовались микроскопом, не хотелось ударить лицом в грязь, старался выполнять все задания. Но не всегда получалось найти то, что требовалось, вот тогда и говорил, что все найдено, а зарисовывал с книги. А зря, надо было быть просто студентом и признаваться преподавателю, что что-то не получалось.

Ведь студент — это ученик, который может не понимать и не знать. А преподаватель должен научить студента и дать ему знания.

Я работал заведующим лаборатории и ответственен был за лабораторию зоологии. Зоолог Виталий Петрович попросил меня подменить его у первого курса, так как у него получалась накладка. Он дал мне задание подготовить плакаты и другие наглядные материалы. Темой занятия должны были быть простейшие.

Я, конечно же подготовил плакаты, микроскопы и микропрепараты для просмотра их под микроскопом. Помня свой опыт общения с микроскопами и препаратами, решил всё проверить и перепроверить. Выбрал хорошие микропрепараты – те, на которых хорошо видно простейших. И сделал маленькую лекцию на тему как обращаться с микроскопами.

Наступил день, когда надо было подменить Виталия Петровича. Звонок с пары, я подошел к аудитории, где должно было быть занятия, позвав с собой пару студентов, мы пошли за оборудованием.

Через пару минут уже все расселись на места, и я начал давать задание. Задания были несложными. Зарисовать: Амебу, Эвглену зеленную, Вольвокс, Инфузорию туфельку. Заполнить таблицы, и записать характеристику простейших. И, конечно же, на практике рассмотреть простейших под микроскопом.

Я сразу же спросил у первокурсников, умеют ли они пользоваться микроскопами и помогать им, или не надо. В ответ услышал, что они умеют пользоваться микроскопами – на ботанике им рассказывали и показывали. И что они справятся с заданием.

Особых трудностей у них не было с заданиями, вроде бы даже смогли найти всех простейших на микропрепаратах.

Последним в их списке микропрепаратов стоял вольвокс. Они закрепили микропрепарат (то есть стекло с колонией вольвокса) и начали искать. У них всё получилось. Я спросил об их впечатлениях.

— Колония вольвокса – такая красивая, — одна из студенток ответила на мой вопрос.

— Ну, конечно, — сказал я.

— А они такие и должны быть?

— Какие? – удивленно спросил я.

— Похожие на снежинку, — ответила студентка. – Вольвокс живет же колонией. И она очень похожа на снежинку. Так ведь?

— Хм…

Я встал в ступор, от такого ответа и вопроса. Когда проверял микропрепараты, вроде бы такого не встречал. Да и на плакатах есть иллюстрация, на которой изображена колония вольвокса. Что-то было не так – подумал я. Немного объясню, что собой представляет колония вольвокса. На микропрепарате можно рассмотреть невооруженным глазом маленькие точечки зеленого цвета, словно немного запыленное стекло. Под микроскопом при маленьком увлечении, вольвокс похож на точечки, точней на малюсенькие шарики. А таких точечек довольно большое количество. Когда увеличить увеличение с помощью прокрутки револьвера на другой объектив, вольвокс выглядит как шарик, сотканный из небольших перегородок и точечек. То есть это колония вольвокса, а сам вольвокс — это небольшая часть из того шарика. Таких колоний на стекле, около нескольких десятков. И уж они то, никак не похожи на снежинки.

После минутного ступора, у меня возник вопрос, все-таки, что это? После чего подошел к микроскопу и заглянул в окуляр. Странное дело. Действительно снежинка. А точней что-то похожее на снежинку. И этот объект занимает практически все пространство в окуляре. Это не может быть вольвоксом, как пить дать. Снизил увеличение – снежинка. Потом до меня доходит – что-то похожее, я уже видел несколько раз, когда проверял микропрепараты.

А ларчик то, просто открывался! Вытянул микропрепарат (стекло), взглянул на свет, так оно и есть. После чего поставил обратно этот микропрепарат, навел резкость и нашел зелёную колонию вольвокса, которая была чуть правей снежинки.

После чего пригласил студентов посмотреть на вольвокс. Они были удивлены и после задали один только вопрос.

— Что же такое снежинка?

— Всё просто. Снежинка – это клей, которым приклеивали покровное стекло на предметное стекло. Он, по всей видимости, не плотно был нанесен на предметное стекло, и там были пузырьки воздуха, которые при накрытии покровным стеклом, образовали снежинку. – При проверке некоторых неподписанных микропрепаратов, мне попадались похожие объекты. Только они были более аморфной конфигурации. У них не было, настолько четких контуров, и они не напоминали снежинки.

Вот такой забавный случай был во время пары.

P.S. – Ниже описано научное описание Вольвокса.

«Колония вольвокса выглядит как небольшой подвижный зеленый шар (до 2-3 мм в диаметре). Каждая колония объединяет от сотен до десятков тысяч клеток вольвокса, расположенных на поверхности шара. Между собой клетки соединены особыми протоплазматическими нитями. Внутренняя полость сферы заполнена жидким слизистым веществом. Клетки вольвокса по строению сходны с хламидомонадой. Парные жгутики каждой клетки обращены кнаружи». http://beaplanet.ru/vodorosli/zelenye_vodorosli/volvoks.html

ОПИСАНИЕ ДВУХ НОВЫХ ОДНОДОМНЫХ ВИДОВ VOLVOX SECT. Volvox (Volvocaceae, Chlorophyceae), основанная на сравнительной морфологии и молекулярной филогении культивированного материала 1

  • doi: 10.1111/j.1529-8817.2012.01142.x
  • Corpus ID: 205697393
 @Artcraction12.12.
  title={ОПИСАНИЕ ДВУХ НОВЫХ ОДНОдомных ВИДОВ VOLVOX SECT. VOLVOX (VOLVOCACEAE, CHLOROHYCEAE), НА ОСНОВЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ МОРФОЛОГИИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЛОГЕНИИ КУЛЬТУРНОГО МАТЕРИАЛА 1},
  автор={Нанако Исака и Хироко Каваи-Тойока и Рё Мацудзаки и Такаши Накада и Хисаёси Нодзаки},
  journal={Журнал психологии},
  год = {2012},
  объем = {48}
} 
  • Нанако Исака, Хироко Каваи-Тойока, Х. Нодзаки
  • Опубликовано 1 июня 2012 г. Volvox (Volvocaceae, Chlorophyceae) уникальны, потому что они имеют толстые цитоплазматические мостики между соматическими клетками и зиготами с шипами. Этот раздел таксономически важен, поскольку род Volvox является полифилетическим. Однако таксономические исследования видов Volvox sect. Volvox не проводились на культивированном материале. Здесь мы провели таксономическое исследование однодомных видов Volvox sect. Volvox на основе сравнительной морфологии и молекулярной филогении… 

    Вид на Wiley

    ncbi.nlm.nih.gov

    Новый морфологический тип Volvox из крупных озер Японии и недавнее расхождение этого типа и V. ferrisii в двух разных пресноводных местообитаниях

    • H. Nozaki, N. Ueki, M. Kawachi
    • Биология, наука об окружающей среде

      PloS one

    • 2016

    Скорость плавания во время фототаксиса Volvox sp.

    Повторное открытие «предковых видов Volvox»: морфология и филогенетическое положение Pleodorina sphaerica (Volvocales, Chlorophyceae) из Таиланда

    • H. Nozaki, W. Mahakham, M. Kawachi
    • Biology

      Phycologia

    • 2017

    Основываясь на современных результатах эволюционных изменений клеток P, возможно, имели место эволюционные потери клеток. sphaerica, что может представлять собой предковую морфологию Pleodorina, а не Volvox.

    Новый преимущественно скрещивающийся однодомный вид Volvox sect. Volvox (Chlorophyta) из Таиланда

    • H. Nozaki, W. Mahakham, Wirawan Heman, Ryo Matsuzaki, M. Kawachi. группы в рамках Volvox sect.

      Морфология и репродукция Volvox capensis (Volvocales, Chlorophyceae) из Монтаны, США

      • H. Nozaki, N. Ueki, Frank Rosenzweig
      • Биология

      • 2015

      Различия между материалами из Монтаны и Южной Африки были обнаружены в количестве пакетов спермы в половом однодомном сфероиде, а также в способе гаметического союза между спермой и яйцеклеткой.

      Морфологическая и молекулярная идентификация двудомного африканского вида Volvox rousseletii (Chlorophyceae) в толще воды японского озера по полевым и культурным материалам М. Кавати, Х. Нодзаки

    • Наука об окружающей среде

      PloS one

    • 2019

    Во время полевых исследований в большом водохранилище в префектуре Канагава, центральная Япония, был обнаружен вид секты Volvox, который производит раздельнополые половые сфероиды в толще воды и был идентифицирован как В. русселетии.

    Таксономическая ревизия нефтеобразующих зеленых водорослей Chlorococcum oleofaciens (Volvocales, Chlorophyceae) и их родственников

    Семь аутентичных штаммов Cc.

    Морфология, размножение и таксономия Volvox dissipatrix (Chlorophyceae) из Таиланда с описанием Volvox zeikusii sp. ноябрь

    • H. Nozaki, Mari Takusagawa, Ryo Matsuzaki, O. Misumi, W. Mahakham, M. Kawachi
    • Biology

      Phycologia

    • 2019
    • 7

      Сравнительный анализ Lights and Lights and Lights и Electroscopi -Specpice и Electroscopi -Specpice и Electroscopi -Specpicer 2 последовательности ядерной рибосомной ДНК таиландских и австралийских однодомных штаммов V. dissipatrix и их близкородственных гетероталлических штаммов показали, что последние представляют собой новый вид Volvox zeikusii Nozaki.

      Проблемы видов и особенностей географического распространения у колониальных вольвоциновых водорослей (Chlorophyta)

      • Десницкий А.Г.
      • Биология

      • 2020

      критично обсуждаются водоросли, в основном из родов Gonium, Pandorina, Eudorine и Volvox.

      Молекулярно-эволюционный анализ ортолога MID с ограниченным полом гомоталличного вида Volvox africanus с мужскими и однодомными сфероидами

      • Kayoko Yamamoto, Hiroko Kawai-Toyooka, H. Nozaki
      • Biology

        PloS one

      • 2017

      Результаты позволяют предположить, что регуляция экспрессии гомолоидных генов M как яйцеклеток, так и сперматозоидов в одном и том же сфероиде V. africanus.

      Риккетсиозный эндосимбионт, обитающий в цитоплазме Volvox carteri (Volvocales, Chlorophyceae)

      • K. Kawafune, Y. Hongoh, H. Nozaki
      • Биология

      • 2014

      Молекулярная идентификация бактериального эндосимбионта на основе анализа гена 16S рибосомной РНК (рРНК) штамма V. carteri UTEX 2180 подтвердила его молекулярную идентификацию и распределение внутри эндосимбионтов. цитоплазма хозяина.

      ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 52 ССЫЛОК

      СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантности Наиболее влиятельные документыНедавность

      МОРФОЛОГИЯ, МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЛОГЕНИЯ И ТАКСОНОМИЯ ДВУХ НОВЫХ ВИДОВ PLEODORINA (VOLVOCEAE, CHLOROPHYCEAE) 10027

      • H. Nozaki, F. Ott, A. Coleman
      • Биология

      • 2006

      P. starrii и P. thompsonii исследуются как два новых вида, которые могут быть отнесены к роду Pleodorina на основе Последовательности ДНК дополнительных видов/штаммов, а также распознавание морфологических признаков, характеризующих монофилетические группы внутри группы Eudorina, необходимы для построения естественной родовой классификации этих представителей Volvocaceae.

      К ПРИРОДНОЙ СИСТЕМЕ ВИДОВ CHLOROGONIUM (VOLVOCALES, CHLOROPHYTA): КОМБИНИРОВАННЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ МОРФОЛОГИИ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ГЕНА rbcL

      • H. Nozaki, N. Ohta, E. Morita, M. Watanabe

        4

        11
      • 11
      • 1998

      Таксономия видов Chlorogonium была изучена на основе сравнительной световой и электронной микроскопии и данных о последовательности ДНК 23 штаммов из пяти основных коллекций культур водорослей, и было высказано предположение, что C. ignorecum и C. kasakii тесно связаны друг с другом, согласуется со сходством ультраструктуры пиреноидов и стигматов между двумя видами.

      EVOLUTIONARY ORIGIN OF GLOEOMONAS (VOLVOCALES, CHLOROPHYCEAE), BASED ON ULTRASTRUCTURE OF CHLOROPLASTS AND MOLECULAR PHYLOGENY 1

      • H. Nozaki, T. Nakada, Shin Watanabe
      • Biology

      • 2010

      It is demonstrated that the хлоропласты трех видов Gloeomonas и C. rubrifilum SAG 3.85 не имели типичных пиреноидов с ассоциированными крахмальными зернами, но они обладали пиреноидными матриксами, которые выступали внутрь в области стромы хлоропласта.

      Морфология, половое размножение и систематика Volvox carter f. кавасакиенсис ф. ноябрь (Chlorophyta) из Японии

      • H. Nozaki
      • Биология

      • 1988

      Результаты указывают на генетический барьер между этими формами V. carter f.

      Происхождение и эволюция колониальных volvocales (Chlorophyceae), как следует из множественных последовательностей генов хлоропластов.

      Большая часть эволюции колониальных Volvocales, по-видимому, представляет собой постепенное развитие колониальной сложности и типов полового размножения, как в традиционной гипотезе происхождения volvocine, хотя для происхождения некоторых видов Pleodorina необходимо учитывать обратную эволюцию.

      Филогенетический анализ «Volvocacae» для сравнительных генетических исследований.

      Филогенетическое дерево показывает, какие классические таксономические признаки вводят в заблуждение, и обеспечивает основу для молекулярных исследований связанных с клеточным циклом и других изменений, которые привели к разнообразию как вегетативных, так и половых колоний в этом классическом семействе.

      Морфология, молекулярная филогения и систематика Gonium maiaprilis sp.

      ноябрь (Goniaceae, Chlorophyta) из Японии
      • M. Hayama, T. Nakada, T. Hamaji, H. Nozaki
      • Биология

      • 2010

      Филогенетические анализы на основе больших пластидных спейсерных областей транскрибируемых ядерных генов и последовательностей Rubisco рибосомная ДНК (рДНК) предполагает, что G. maiaprilis отличается от других видов Gonium.

      Эволюция расширенного локуса, определяющего пол, у Volvox

      • P. Ferris, B.J. Olson, J. Umen
      • Биология

        Наука

      • 2010

      Выявление Volvox Женские и мужские гаметы зеленой водоросли Volvox существенно различаются по размеру. Те из Chlamydomonas, другой зеленой водоросли из линии, которая отделилась от Volvox около 200…

      Получение вторичной структуры стенограммы ITS-1 у Volvocales и ее таксономические корреляции.

      • А. Коулман, Р. Мария Препарата, Б. Мехротра, Дж. Май
      • Биология

        Protist

      • 1998

      Половое размножение у Eudorina elegans (chlorophyta, volvocales) могут участвовать в плазмогамии.

      Вверх ногами и наизнанку: инверсия в Volvox

      Исследования

      «Не рождение, брак или смерть, а гаструляция — действительно самый важный момент в вашей жизни». — Льюис Уолперт

      Гаструляция — это процесс у людей и других животных, во время которого сферическая масса клеток прокалывается для подготовки к формированию кишечника. Это всего лишь один из многих процессов складывания клеточного листа и клеточного деления, которые превращают одну клетку в животное со всеми его полостями и отверстиями. Первой статьей по этим вопросам морфогенеза, вероятно, является письмо Королевскому обществу в 1666 г. , описывающее рождение «чудовищного теленка» в Хэмпшире. В течение следующих столетий естествоиспытатели стали биологами и идентифицировали (не бычьи) модельные организмы, такие как плодовая муха, у которых они могли изучать морфогенез и расшифровывать его генетическую основу.

      Понимание этих модельных систем морфогенеза имеет решающее значение, поскольку помогает понять врожденные дефекты человека. Однако важно признать, что конечная причина таких врожденных аномалий носит механический характер: клеточный лист не складывается правильным образом, потому что по какой-то (возможно, генетической) причине механическая сила, действующая на него, выходит за пределы допустимого диапазона. Однако изучение механики морфогенеза долгое время оставалось трудным, не в последнюю очередь из-за отсутствия экспериментальных модельных систем, достаточно простых, чтобы поддаваться физическому, математическому описанию.

      За последние несколько лет мы выделили инверсию зеленой водоросли Volvox в качестве такой экспериментальной модельной системы: Volvox представляет собой сферическую колонию из пары тысяч клеток, каждая из которых имеет два жгутика, скоординированное биение которых приводит в движение плавание колония. Внутри Volvox находятся зародышевые клетки, которые делятся на эмбрионы Volvox следующего поколения. Однако бывает так, что в конце клеточного деления те концы клеток, которые будут отращивать жгутики, направлены внутрь сферы. Следовательно, чтобы иметь возможность плавать, колония должна вывернуться наизнанку через отверстие в верхней части клеточного листа. Этот процесс называется инверсией и протекает по-разному (инверсия типа А и типа В) у разных видов. (Непонятно, почему Volvox эволюционировал так, что его жгутики оказались внутри после деления клеток: близкородственная водоросль Astrephomene делится на сферические колонии без необходимости инверсии. не нуждаясь в инверсии, чтобы получить преимущество, Astrephomene имеет не более 128 клеток и, следовательно, не достиг такой сложности, как Volvox, который может иметь десятки тысяч клеток.) ​​

      Инверсия

      Volvox управляется программой изменения формы клеток: разные клетки претерпевают разные изменения формы в разное время, но ключевым изменением формы клеток является образование клиновидных клеток. Эти клетки толще на одном конце, чем на другом; это расширяет клетки и тем самым изгибает клеточный лист. В серии статей мы показали, как Volvox можно описать как эластичную оболочку, при этом изменения формы клеток изменяют внутреннюю геометрию этой оболочки. Эта модель может количественно воспроизводить формы инвертирующих эмбрионов Volvox и предсказывать силы, действующие на различные части клеточного листа. Эти предсказания в настоящее время проверяются экспериментально с помощью экспериментов по резке. Мы надеемся, что понимание механики, полученное в результате простого процесса, такого как инверсия вольвокса, в конечном итоге поможет нам лучше понять аналогичные процессы в высших животных модельных организмах и даже врожденных дефектов у людей.


      Рис. 1. Volvox и его инверсия

      Рис. 1. Volvox и его инверсия. (а) Колония Volvox: маленькие точки на поверхности представляют собой жгутиковые клетки; зеленые шарики — это дочерние колонии с более темными зародышевыми клетками внутри, которые в конечном итоге разделятся на внучатые колонии. (b) Инверсия в Volvox. При инверсии типа А (вверху) четыре губы на переднем полюсе переворачиваются и отгибаются назад для достижения инверсии; при инверсии типа B (внизу) инвагинация на экваторе позволяет задней части вывернуться до того, как передняя часть отслоится назад над вывернутой задней частью. Изображение световой листовой микроскопии на панели (а) Стефани Хён. Панель (b) изменена из Höhn et al., Phys. Преподобный Летт. 114, 178101 (2015).


      Рис. 2. Инверсия Volvox типа B, предсказанная эластичной моделью.

      Рис. 2. Инверсия Volvox типа B, предсказанная эластичной моделью. Верхний ряд: средние значения экспериментальных поперечных сечений инвертирующих эмбрионов Volvox (синие линии) определяют среднюю последовательность инверсии (красная линия). Нижний ряд: подгонки из модели (черные линии) воспроизводят эти средние значения (толстые линии) и предсказывают силы, участвующие в инверсии (представления различных мер сил с цветовой кодировкой справа на панелях).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *