Лекция 2. Простейшие с организацией корненожек – Амебоподобные (Amoebazoa) и Фораминиферы (Foraminiferae). Простейшие с организацией жгутиконосцев – Эвгленозои (Euglenozoa) и Парабазалии (Parabasalia) (ТИП) АМЕБОПОДОБНЫЕ – AMOEBOZOA Группа неопределенного положения, иногда рассматриваемая в ранге типа. Включает простейших, передвигающихся при помощи ложноножек (псевдоподий) и имеющих трубчатые кристы в митохондриях. Жгутики и центриоли полностью отсутствуют. Псевдоподии обычно не образуют разветвлений. Разные виды отличаются по числу и форме псевдоподий. Половой процесс установлен пока только в исключительных случаях. Размножение происходит путём парного или множественного деления. Группу делят на более мелкие систематические единицы, определяемые как подтипы и классы, состав которых по-разному определяется различными исследователями. Мы не будем вдаваться здесь в тонкости различных систем, а поговорим о наиболее типичных представителях. Классический представитель группы – обыкновенная амеба (Amoeba proteus), известная вам по школьному курсу (группа [класс] Gymnamoebea). Голые Снаружи амебы тело – ее Lobosea, покрыто [подкласс] тонкой цитоплазматической мембраной, за которой идет тонкий слой прозрачной плотной эктоплазмы, далее располагается зернистая полужидкая эндоплазма, составляющая основную массу тела животного. В эндоплазме находится пузырьковидное ядро, 1 содержащее ядерный сок и обладающее всеми компонентами клеточного ядра, и органоиды. Формирование псевдоподии начинается с появления небольшого выступа, который растет за счет перетекания в него эндоплазмы. Скорость движения составляет около 200 мкм в минуту. Передвигаясь, амеба натыкается на объекты своего питания – мельчайшие организмы (водоросли, бактерии, простейшие). Заглатывание пищи происходит посредством фагоцитоза – амеба обтекает ее со всех сторон, формируя пищеварительную вакуоль – пузырек внутри эндоплазмы, содержащий пищу с небольшим количеством жидкости. Стенка вакуоли при этом формируется из наружной мембраны. Внутрь вакуоли поступают пищеварительные ферменты, способные расщеплять белки, углеводы и липиды. Происходит внутриклеточное пищеварение в результате которого продукты переваривания поступают в эндоплазму. Затем вакуоль подходит к поверхности тела, ее мембрана встраивается в наружную мембрану и непереваренные остатки выбрасываются наружу. Наряду с фагоцитозом существует другой способ поступления веществ в клетку – пиноцитоз. Таким путем поглощаются жидкие вещества, амеба как бы «пьет» жидкость. Снаружи внутрь цитоплазмы впячивается тонкий канал (трубочка), в которую засасывается жидкость. На конце трубочки в эндоплазме образуется пиноцитозная вакуоль, которая затем отшнуровывается. Кроме пищеварительных вакуолей в теле амебы находится сократительная, или пульсирующая, вакуоль. Это пузырек с 2 жидкостью, который постепенно растет и, достигнув определенного объема, лопается, опорожняя свое содержимое наружу. Вскоре на том же месте снова появляется новая маленькая вакуоль. Длительность цикла варьирует от 1 до 5 минут. Основная функция – регуляция осмотического давления путем вывода излишков жидкости наружу. Дело в том, что вода из окружающей среды постоянно проникает в тело амебы через наружную мембрану. Причина – существующий градиент осмотического давления (концентрация веществ в теле амебы выше, чем в пресной воде). В отсутствии сократительной вакуоли амеба неизбежно бы погибла, лопнув от избытка жидкости. Подтверждением осмотической функции вакуоли служит распространение их преимущественно у пресноводных простейших. У морских и паразитических форм, окруженных жидкостью с более высоким, чем в пресной воде, осмотическим давлением, сократительные вакуоли обычно отсутствуют или же сокращаются очень редко. Помимо осморегуляторной функции вакуоль выполняет еще выделительную и сократительная дыхательную функции. При неблагоприятных условиях амеба инцистируется, выделяя вокруг себя прочную двойную оболочку белковой природы. В таком состоянии амеба сохраняется долгое время (месяцами). Размножение – бесполое, делением надвое. Процесс начинается с митотического деления ядра. Затем на теле появляется перехват, перешнуровывающий амебу на две дочерние особи. 3 В кишечнике человека может обитать большое число видов паразитических амеб, которые питаются содержимым кишечника и бактериями, не причиняя вреда хозяину. Пример – кишечная амеба Еntаmоеbа соli. Однако среди паразитических форм имеется и дизентерийная амеба – Еntаmoebа histolytica, которая может вызывать тяжелую форму кишечного колита – амебиаза. Существует в 4 формах: циста, просветная форма (f. minuta), тканевая форма и большая вегетативная форма (f. magna). Заражение происходит путем заглатывания цист с зараженной пищей и водой, переносчиками цист могут быть мухи и тараканы. В толстом кишечнике под действием ферментов оболочки цист растворяются, и амебы выходят в просвет кишечника. Это просветная форма, ее размер 20–30 мкм. Питаются бактериями, не причиняя вреда. Размножаются делением, производя большое число цист, которые выводятся с калом наружу (носитель). При ослаблении организма амебы начинают выделять цитолизины и протеолитические ферменты и с их помощью проникают в слизистую кишечника, превращаясь в патогенную тканевую форму. В этой стадии амёбы размножаются в стенке толстой кишки, образуя язвы. Амебы, попавшие в просвет кишечника из язв, увеличиваются в размерах до 60–80 мкм и начинают питаться эритроцитами (большая вегетативная форма, или эритрофаг). Иногда амёбы из кишечника по кровеносным сосудам проникают в другие органы (чаще в печень), формируя там вторичные очаги. Кишечная амеба имеет восьмиядерные цисты, дизентерийная – четырехъядерные. В ротовой полости человека встречается ротовая амёба 4 (Entamoeba gingivalis). Ее размеры варьируют от 6 до 60 мкм. Существует только в вегетативной форме, локализуется в альвеолах зубов и белом зубном налете. Питается бактериями, образующими зубные камни, и клеточным детритом. Некоторые исследователи полагают, что ротовая амёба является возбудителем заболеваний периодонта. Раковинные амебы (группа [подкласс] Testacealobosia) живут в пресных водоемах среди прибрежной растительности, в торфяных болотах. Отличаются от так называемых голых амеб наличием защитной раковины. Раковина представляет собой округлый или овальный мешочек из органического вещества или песчинок, склеенных выделениями цитоплазмы. Имеет устье, из которого выдаются псевдоподии. Размножаются делением надвое внутри раковины. Вышедшая через устье особь формирует новую раковину. (ТИП) ФОРАМИНИФЕРЫ – FORAMINIFERA Группа одноклеточных простейших с раковиной и тонкими псевдоподиями (ризоподями), иногда рассматриваемая в ранге типа. В современной классификации их относят к Ризариям (Rizaria) – крупной группе гетеротрофных и фотосинтезирующих одноклеточных и колониальных эукариот. Фораминиферы – типичные обитатели моря. Большинство живет на дне (иногда на глубинах в тысячи метров), питаясь разными мелкими организмами. Число современных видов составляет около 4 тыс., ископаемых – около 30 тыс. Их ископаемые останки являются основным компонентом писчего 5 мела. Тело окружено раковиной. Раковина может быть секреционной (сформированной веществами, выделенными самим организмом) и агглютинированной (состоящей из захваченных из окружающей среды инородных частиц). В наиболее простых случаях она образована плотным псевдохитином, выделяемым эктоплазмой, в других случаях инкрустирована песчинками или пропитана углекислым кальцием (CaCO3). Раковина может быть однокамерной или многокамерной, линейной или спиральной. Раковина имеет устье и многочисленные поры в стенках, через которые выдаются наружу тончайшие ветвящиеся и соединяющиеся между собой ризоподии, которые служат для движения и захвата пищи. Ризоподии представляют собой длинные тонкие переплетающиеся и сливающиеся нити, образующие вокруг раковинки сложную сеть, диаметр которой во много раз превосходит диаметр раковины. Они способны сокращаться и вытягиваться. Фораминиферы обладают сложным жизненным циклом с чередованием гаплоидного и диплоидного поколений, бесполой и половой форм размножения. Обобщая можно представить цикл следующим образом. Начнем с одноядерного гамонта – особи гаплоидного поколения. После некоторого периода активной жизни начинается половой процесс – происходит множественное митотическое деление ядра, гамонт становится многоядерным и из каждого ядра формируется двухжгутиковая гамета (у некоторых амебоидная). Гаметы выходят из раковины наружу в морскую воду и попарно сливаются (копулируют), 6 формируя диплоидную зиготу. Из зиготы развивается особь следующего поколения (агамонт). Агамонт формирует раковину. Его ядра многократно митотически делятся, а сам он увеличивается в размере. После окончания фазы роста начинается бесполое размножение. Происходит редукционное деление ядер и вокруг каждого гаплоидного ядра обособляется участок цитоплазмы, все тело распадается на большое количество мелких одноядерных зародышей (агамет). Каждая агамета окружает себя раковиной и дает начало гамонту. Это единственный случай в животном мире, когда одно поколение гаплоидно, а другое диплоидно. Наличие жгутиковых гамет в жизненном цикле является основанием для отнесения фораминифер к жгутиконосцам. 7 (ТИП) ЭВГЛЕНОЗОИ – EUGLENOZOA Группа одноклеточных простейших, иногда рассматриваемая в ранге типа. Их относят к большой группе Экскаватов (Excavata), типичный представитель которых имеет одно ядро и два жгутика. У эвгленозоев один из жгутиков часто редуцирован. Митохондрии имеют кристы дискоидального типа. Пучки микротрубочек укрепляют клеточную периферию и придают клеткам постоянную форму. Микротрубочки жгутиков представлены параксиальными стержнями (поэтому диаметр жгутиков многократно возрастает). При митозе сохраняется ядрышко. Две главные подгруппы Эвгленозоев (в ранге классов) – Эвгленовые (Euglenoidea) и Кинетопластиды (Kinetoplastea). Эвгленовые (Euglenoidea) – это одноклеточные и колониальные простейшие. Всего известно около 1000 видов. Обитают в пресных водоёмах, лишь небольшое число видов является морскими и солоноватоводными формами. Форма клетки – овальная и веретеновидная. При неблагоприятных условиях могут образовывать цисты. Размеры – несколько десятков микрон. Типичный представитель – эвглена зеленая (Euglena viridis) в длину имеет 50–60 мкм, в ширину 14–18 мкм. Замечательная особенность многих эвгленовых – способность к миксотрофному питанию: на свету они фотосинтезируют (автотрофное питание) благодаря наличию хлоропластов. В темноте хлоропласты исчезают, и организмы переходят к гетеротрофному питанию. Согласно современным представлениям гететрофное (осмотрофное или фаготрофное) питание для эвгленовых первично. Появление хлоропластов 8 объясняют возникновением симбиотической связи с зеленой водорослью, поглощенной предком фотосинтезирующих эвгленовых. Клетка сверху покрыта пелликулой – производной клеточной мембраны. Пелликула состоит из параллельных эластичных белковых лент, соединенных друг с другом перемычками. Эти ленты огибают клетку по спирали, придавая её поверхности характерную форму. Элементы пелликулы обычно сохраняют взаимную подвижность. Благодаря этому обеспечивается метаболия – одна из форм движений, при которой по телу распространяются перистальтические волны. Эвгленовые используют метаболию для движения по субстрату и при фагоцитозе. Формы с очень плотной пелликулой к метаболии не способны. На переднем конце клетки имеется впячивание, состоящее из узкого канала и обширного резервуара. Стенки резервуара образованы клеточной мембраной, лишенной пелликулы. С резервуаром интегрирована сократительная вакуоль. От дна резервуара отходят жгутики и выходят наружу через канал. Обычно имеется два неравных жгутика, реже один, либо их нет вовсе. В деталях механизм работы жгутиков различен, но в основе это винтообразное движение. Простейшее как бы «ввинчивается» в окружающую среду. Жгутик совершает от 10 до 40 об/с. Каждый жгутик состоит из двух отделов – бича (свободного конца) и базального тела (кинетосомы) – погруженного в толщу эктоплазмы. Стенку жгутика образует клеточная мембрана. Внутри располагаются одиннадцать фибрилл – 2 центральные берущие начало от аксиальной 9 гранулы, и 9 периферических фибрилл. Периферические фибриллы образованы двумя тесно спаянными микротрубочками. В базальном теле они становятся тройными. У фотосинтетических форм к стенке резервуара прилегает стигма (глазок) – скопление липидных гранул пигмента бетакаротина, обуславливающее способность организма к фототаксису. Так же имеется так называемое парафлагеллярное тело – утолщение основания жгутика. Показано, что именно эта структура является световоспринимающей частью глазка. Основное запасное вещество фотосинтезирующих форм – полисахарид парамилон, накапливающийся в виде гранул вне хлоропластов, у остальных – липиды. Известно лишь бесполое размножение путем продольного деления клетки надвое. Сначала делится ядро, а затем, начиная с переднего конца, делится тело. Многократные деления без стадии роста (напоминает дробление яйца многоклеточных животных) называют палинтомией. Иногда деление происходит в инцистированном состоянии. Кинетопластиды (Kinetoplastea) – одноклеточные свободно живущие (в воде и почве, питаются бактериями) и паразитические формы. Всего около 600 видов. Характерная особенность – наличие кинетопласта, ДНК-содержащего образования внутри единственной гигантской митохондрии, лежащей у основания жгутика. Жгутик чаще один, иногда их два. У ряда форм один или оба жгутика, проходя вдоль тела, срастаются с его поверхностью, образуя ундулирующую мембрану. Такая мембрана особенно необходима для 10 передвижения в вязкой среде (кровь, кишечный сок). Пелликула клетки (обычно продолговатой) укреплена микротубулярным цитоскелетом. Среди паразитических видов особое внимание заслуживают трипаносомы (Тrураnоsоmа spp.). Это небольшие жгутиконосцы длиной 20–70 мкм с лентовидным сплющенным телом, заостренным на обоих концах, одним жгутиком и ундулирующей мембраной. Размножение бесполое путем деления клетки надвое или множественное деление (шизогония). Трипаносомы живут в крови позвоночных, переносчиками являются различные кровососущие насекомые. Trypanosoma rhodesiense вызывает в тропической Африке «сонную болезнь» человека. Начинаясь мало заметной лихорадкой, сонная болезнь постепенно приводит к глубокому истощению организма и без лечения оканчивается смертью. Природным резервуаром трипаносом являются антилопы, которые не страдают от присутствия в их организме этих жгутиконосцев. Переносчики – кровососущие мухи «цеце» (Glossina spp.). Попав вместе с кровью животного или человека в кишечник мухи, трипаносомы размножаются, проникают в хоботок и затем могут быть переданы в кровь здорового человека при укусе. Патогенное действие трипаносом связано не с тем, что они отнимают пищевые вещества от хозяина, а с его отравлением продуктами обмена. Среди других трипаносом упомянем Т. brucei brucei – возбудитель наганы, вызывающей лихорадку, менингоэнцефалит и паралич у лошадей, свиней, грызунов, жвачных, переносчик – мухи це-це. Трипаносома Т. cruzi – 11 возбудитель болезни Чагаса, вызывающей одышку, миокардит и поражения центральной нервной системы у человека и домашних животных, переносчики – хищные клопы родов Более подробно см. учебник Вестхайде и Ригера Triatoma и Rhodnius. Трипаносома Т. equiperdum – возбудитель случной болезни лошади, вызывает отёки гениталий и параличи, передается при случке. Другая группа видов – внутриклеточные паразиты лейшмании. Leishmania donovani вызывает тяжелое заболевание, называемое в Средней Азии «кала-азар» (висцеральный лейшманиоз). Болеют им преимущественно дети. Заболевание сопровождается увеличением печени и селезенки, лихорадкой, малокровием, истощением. Leishmania tropica вызывает заболевание кожи, называемое восточной язвой, или пендинкой (париетальный лейшманиоз). После инкубационного периода (от 2 недель до 5 месяцев) на коже образуется узел, который затем изъязвляется. В ткани язвы внутри белых кровяных телец находятся многочисленные лейшманий. Продержавшись 1–2 года, язва заживает, оставляя рубец. Единственный доказанный природный резервуар в обоих случаях – человек, но могут поражать собак и грызунов. Переносчики – москиты рода Phlebotomus. У паразитических видов имеется несколько форм клеток: амастиготная (лейшманиальная) – округлая клетка без жгута внутри клеток позвоночных; промастиготная – форма лейшманий из полостей из полостей кровососущих насекомых с одним жгутом; эпимастиготная – форма трипаносом 12 кровососущих насекомых со жгутом, отходящим от центра клетки, имеется ундулирующая мембрана; трипомастиготная (трипаносомная) – форма из крови позвоночных, жгут отходит вблизи заднего конца клетки и тянется до ее переднего конца, имеется ундулирующая мембрана; (ТИП) ПАРАБАЗАЛИИ – PARABASALIA Группа жгутиковых гетеротрофных экскават, условно равная по рангу Эвгленозоям (ее так же склонны рассматривать в качестве типа). Для парабазалий характерно наличие мощного цитоскелетного образования – аксостиля и парабазального аппарата, пространственно Парабазальный аппарат связанного образован с кинетосомой. сильно развитыми диктиосомами аппарата Гольджи, форма весьма разнообразна – от простого продолговатого колбасовидного тельца до образования больших размеров, способного спирально обвивать основание аксостиля или даже целого пучка таких образований. Полагают, что он принимает активное участие в обмене веществ и энергетически обеспечивает работу жгутиков. Митохондрии у парабазалий редуцированы до специализированных органелл – гидрогеносом, способных функционировать в отсутствие кислорода. Число жгутиков от 4 до нескольких тысяч. Часто образуют симбиотические ассоциации с бактериями. Большинство обитает в кишечнике животных. Взаимоотношения с хозяином могут быть различными – от 13 мутуалистических до паразитических. Так гипермастигины населяют (Hypermastigida) толстую кишку термитов. Выделяемый ими фермент целлюлаза расщепляет целлюлозу, обеспечивая хозяев легко Влагалищная трихомонада Trichomonadida) является усваиваемыми углеводами. (Trichomonas паразитом человека, vaginalis, живет в мочеполовых органах и вызывает венерическое заболевание трихомониаз. Передается половым путем. ОПАЛИНЫ – OPALINEA Еще одной интересной группой, которую невозможно не упомянуть, являются опалины. Первоначально их относили к инфузориям, поскольку вся поверхность покрыта тысячами коротких ресничковидных жгутиков; у них, однако, нет ядерного дуализма, альвеол и типичной инфрацилиатуры. Половой процесс – копуляция, а не конъюгация. Позднее их определяли то как отряд жгутиконосцев, то как самостоятельный класс. В настоящее время систематической положение является дискуссионным вопросом. Их относят к группе Heterokonta (= Stramenopilata), иногда рассматриваемой в ранге типа. Всего многоядерные опалин около (редко 400 видов. двухъядерные) Это крупные, паразитические простейшие, живущие в заднем отделе кишечника различных амфибий. Питаются сапрофитно посредством пиноцитоза. Тело покрыто тысячами жгутиков, равномерно распределенных по всей его поверхности. Жгутики расположены в частых косо идущих рядах, в их биении заметны метахрональные волны. 14 Между отдельными рядами находится несколько складок, поддерживаемых многочисленными микротрубочками. Нет клеточного рта для приёма оформленной пищи: питание только посредством микропиноцитоза. Жизненный цикл включает половую и бесполую фазы. Половой процесс синхронизирован с размножения хозяев – амфибий, уходящих в это время в воду. Начинается с быстро следующих друг за другом делений взрослых опалин в кишечнике лягушки. Фазы роста отсутствуют. В результате формируются многочисленные малоядерные (3-6 ядер) клетки, которые инцистируются и выводятся наружу. В воде их заглатывают головастики. В кишечнике вышедшие из цист опалины путем ряда делений (одно из которых редукционное) дают начало одноядерным микро- и макрогаметам. Гаметы попарно копулируют. Диплоидная зигота инцистируется и выносится в воду. Далее зигота вновь проглатывается головастиком, попадает в его кишечник, после чего образуется новое поколение гамет или происходит развитие крупных многоядерных трофических форм, которые размножается бесполым путем. 15