ПОДЦАРСТВО ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ (ПРОСТЕЙШИЕ) - ЦАРСТВО ЖИВОТНЫЕ - МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА

Биология для выпускников школ и поступающих в вузы - Мустафин А. Г. 2015 год

ПОДЦАРСТВО ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ (ПРОСТЕЙШИЕ) - ЦАРСТВО ЖИВОТНЫЕ - МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА

Животные являются основным объектом изучения зоологии. Классическими признаками животных считаются: гетеротрофность (питание готовыми органическими соединениями) и способность активно передвигаться. Животные заселили разнообразные среды обитания. У клеток животных отсутствует целлюлозная оболочка, хлорофилл и другие растительные пигменты. У многоклеточных животных в процессе эволюции возникли специализированные ткани, органы, функциональные системы (пищеварительная, половая, мышечная, нервная, выделительная, дыхательная, кровеносная). Являясь консументами (потребителями органического вещества), они включены в перераспределение органического вещества и энергии в большинстве биогеоценозов Земли. Царство Животные подразделяют на два подцарства: Одноклеточных и Многоклеточных.

ГЛАВА 22. ПОДЦАРСТВО ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ (ПРОСТЕЙШИЕ)

К одноклеточным относят организмы, тело которых состоит из одной клетки Число видов простейших насчитывает около 30 тыс. Простейшие широко распространены на нашей планете и обитают в самых различных средах — в морях, океанах, пресных водах и почве. Многие простейшие приспособились к обитанию в теле других организмов — растений, животных и человека.

Клетка простейших — самостоятельная особь, выполняющая все функции целостного организма. В цитоплазме находятся общеклеточные органоиды. Помимо этого многие простейшие обладают разнообразными специальными органеллами, обеспечивающими их адаптацию к среде существования.

Цитоплазма ограничена наружной мембраной, которая может увеличивать толщину и прочность наружного слоя, образуя пелликулу. Цитоплазма простейших обычно распадается на два слоя: наружный, более светлый и плотный — эктоплазму и внутренний, содержащий многочисленные органоиды и включения, — эндоплазму. У большинства простейших имеется одно ядро, а также встречаются и многоядерные формы.

Простейшие способны передвигаться с помощью ложноножек, жгутиков или ресничек, реагируют на различные раздражения (фототаксис, хемотаксис, термотаксис и др.).

Простейшие могут питаться частицами твердой пищи и иметь органеллы для ее захвата, заглатывании и переваривания. У таких простейших есть специальное ротовое отверстие—клеточный рот, у некоторых, кроме того, — клеточная глотка. У других — пища поступает в любом месте тела путем фаго- или пиноцитоза. Для переваривания пищи служат пищеварительные вакуоли. После того как переваренная пища поступила в цитоплазму, пищеварительная вакуоль вместе с непереваренными остатками выбрасывается наружу. У некоторых простейших для этого имеется специальное отверстие — порошица. Паразитические формы простейших в основном питаются осмотически, всасывая пищу всей поверхностью тела. Представители ряда групп простейших обладают хроматофорами, содержащими хлорофилл. Эти формы способны на свету осуществлять фотосинтез. Есть виды — миксотрофы, совмещающие обе формы обмена: автотрофную и гетеротрофную.

Органеллы выделения представлены сократительной вакуолью. Это небольшой мембранный пузырек жидкости, который периодически сокращается, выбрасывая жидкость наружу, и вновь наполняется. Через сократительные вакуоли удаляются излишки воды и жидкие продукты диссимиляции.

Многие простейшие имеют органеллы защиты — трихоцисты, светочувствительные — стигмы, опорные — аксостиль.

Размножаются простейшие как бесполым, так и половым путем. При бесполом размножении происходит деление вегетативной особи на две равные дочерние клетки или множественное деление, при котором ядро материнской особи дает начало нескольким дочерним ядрам, а затем и тело распадается на соответствующее число дочерних клеток. Время от времени в жизненном цикле некоторых простейших происходит половой процесс — конъюгация (инфузории) или копуляция (вольвокс). Половой процесс сводится к слиянию двух генеративных (половых) ядер, прошедших мейоз и содержащих гаплоидный набор хромосом, и образованию зиготы, дающей начало новому поколению. У многих видов простейших происходит чередование форм размножения, образуя сложные циклы развития. При неблагоприятных условиях (понижение или повышение температуры, высыхание и т.д.) простейшие перестают питаться, теряют органеллы движения, округляются, покрываются толстой оболочкой и образуют цисту Когда условия становятся благоприятными, оболочка цисты растворяется, возобновляются движение и питание; циста превращается в вегетативную форму с активным образом жизни. Многие виды простейших ведут свободный образ жизни в морях, пресных водоемах, во влажной почве. Ряд видов паразитирует на растениях, животных и человеке.

Тип Саркожгутиконосцы

К саркожгутиконосцам принадлежат наиболее древние простейшие, о чем свидетельствует относительная простота их организации. Тип саркожгутиконосцев представлен как свободноживущими, так и паразитическими организмами, составляющими два класса: Саркодовых и Жгутиковых.

Класс Саркодовые, или Корненожки

Саркодовые насчитывают около 10 тыс. видов и имеют наиболее примитивную организацию. Обитают в морях, пресных водоемах и могут вызывать заболевания человека (рис. 22.1). Представителем класса саркодовых является амеба обыкновенная, обитающая в прудах и канавах с илистым дном. Размер тела — 0,2—0,5 мм. Ее цитоплазма находится в непрерывном движении, в результате которого возникают цитоплазматические выросты — ложноножки, или псевдоподии. Псевдоподии служат не только для движения, но и для поглощения частиц пиши. Амеба фагоцитирует пищевые частицы (одноклеточные водоросли, клетки бактерий, мелких простейших и др.) ложноножками и втягивает их внутрь тела, где образуются пищеварительные вакуоли. В них благодаря ферментам происходит процесс переваривания пищи. Жидкости поступают за счет пиноцитоза. Вакуоли с непереваренными остатками подходят к поверхности тела и выбрасываются наружу. Выделение осуществляет сократительная вакуоль. Дышит амеба растворенным в воде кислородом всей поверхностью тела. Размножается амеба бесполым путем — делением надвое. При этом сначала втягиваются псевдоподии и амеба округляется. Затем происходит деление ядра митозом и на теле амебы появляются перетяжка, которая перешнуровывает тело на две равные части; в каждую отходит по одному ядру. При наступлении неблагоприятных условий амеба инцистируется.

Рис. 22.1. Амеба протеи:

а — захватывающая лишу, б — ползущая;

1 — эктоплазма; 2 — эндоплазма; 3 — псевдоподии; 4 — сократительная вакуоль; 5 — ядро; 6 — пищеварительная вакуоль

Некоторые виды амеб приспособлены к паразитическому образу жизни в кишечнике позвоночных и беспозвоночных животных. В толстом кишечнике человека паразитирует дизентерийная амеба. При определенных условиях она может вызывать у человека тяжелое заболевание — амебную дизентерию. Это заболевание встречается чаще всего в районах с жарким и теплым климатом. В организм человека дизентерийная амеба попадает на С1адии цисты. Заражение происходит через немытые овощи, фрукты, некипяченую воду. В кишечнике под действием ферментов оболочка цисты растворяется, и в просвет толстого кишечника выходят вегетативные формы. Они могут инцистироваться и выделяться во внешнюю среду. При воздействии на человека различных неблагоприятных факторов, способствующих ослаблению организма, амебы внедряются в стенки кишечника, превращаются в патогенные формы Они разрушают кишечный эпителий, вызывая язвенные поражения кишечника, и питаются эритроцитами человека. Болезнь сопровождается кровавым поносом. Профилактика — мытье овощей и фруктов, питье кипяченой воды и соблюдение правил личной гигиены.

Класс Жгутиковые

Жгутиковые насчитывает 6—8 тыс. видов. Для представителей этого класса характерно наличие одного или нескольких жгутиков — выростов цитоплазмы. Тело покрыто пелликулой, и поэтому жгутиковые имеют постоянную форму. Среди жгутиковых встречаются формы, соединяющие в себе признаки и животных, и растительных организмов (автотрофный и гетеротрофный тип ассимиляции). У эвглены зеленой (рис. 22.2) клетка длиной около 0,05 мм, веретеновидной формы, покрыта пелликулой, способствующей сохранению ее формы. От переднего конца тела отходит жгутик. Своим основанием он прикреплен к базальному тельцу или кинетосоме. Вращая жгутиком, эвглена передвигается, как бы ввинчиваясь в воду. Движение жгутика вызывает движение воды, благодаря которому мелкие взвешенные в воде частички увлекаются к основанию жгутика, где есть небольшое отверстие клеточный рот, ведущий в клеточную глотку. В цитоплазме эвглены располагаются ядро и несколько окрашенных хроматофоров, содержащих хлорофилл, поэтому на свету эвглена питается как автотроф. Пищеварительные вакуоли при этом способе литания не образуются. Находить освещенные места эвглене помогает светочувствительный глазок — стигма. При длительном содержании эвглен в темноте хлорофилл исчезает, фотосинтез прекращается и эвглена переходит к питанию готовыми органическими веществами, всасывая их из воды всей поверхностью тела. Такие организмы называются миксотрофными, т.е. имеющими смешанный тип питания. Размножается эвглена бесполым путем — продольным делением. Сначала делится ядро, удваиваются базальное тельце, хроматофоры, затем делится цитоплазма. Жгутик отпадает или переходит к одной особи, а у другой он образуется заново. При неблагоприятных условиях эвглена инцистируется.

Рис. 22.2. Эвглена зеленая:

1 — жгутик; 2 — резервуар сократительной вакуоли; 3 — сократительная вакуоль; 4 — хроматофоры, несущие хлорофилл; 5 — ядро; 6 — включения; 7 — глазок

Среди жгутиковых встречаются колониальные формы, имеющие сложное строение и представляющие собой как бы переходные формы от одноклеточных к многоклеточным (вольвокс, рис. 22.3).

Рис. 22.3. Вольвокс:

а — участок колонии с половыми клетками; б — колонии в процессе бесполого размножения (внутри материнской колонии видны дочерние колонии);

1 — макрогамета; 2 — микрогаметы; 3 — дочерние колонии

Жгутиковые обитают как в морских, так и в пресных водоемах. Многие жгутиковые паразитируют в организме животных и человека. Средой обитания паразитических форм может быть плазма крови, спинномозговая жидкость, кишечник, кожа, мочеполовая система. Лямблия обитает в верхнем отделе тонкой кишки и в желчевыводящих протоках и вызывает заболевание лямблиоз; лейшмания паразитирует внутри клеток и тканей и вызывает болезнь лейшманиоз; трипанасома является возбудителем сонной болезни и др.

Тип Споровики

К типу Споровики относят около 4 тыс. видов. Паразитируют в клетках, тканях и органах животных и человека, вызывая тяжелые заболевания. У споровиков отсутствуют органеллы для захвата пиши, движения и выделения; жизненный цикл включает последовательную смену различных форм бесполого размножения (деление надвое и множественное деление), гаметогенез, половой процесс и образование спор. Бесполое размножение происходит в теле позвоночных животных и человека, а половое — в организме беспозвоночных (например, малярийного комара). Паразиты человека относятся к отряду кровяных споровиков. Наибольший интерес представляет малярийный плазмодий, вызывающий заболевание человека — малярию. Заболевание малярией заключается в повторяющихся с определенной частотой приступах лихорадки, сопровождающихся подъемом температуры. Малярия распространена на территориях с жарким и влажным климатом, где обитает малярийный комар. Заражение человека происходит при укусе самками малярийного комара, содержащего малярийных плазмодиев на стадии спорозоита. Спорозоиты представляют собой маленькие тонкие червеобразные клетки. Током крови спорозоиты разносятся по телу и внедряются в клетки печени, где превращаются в шизонтов, размножающихся бесполым путем (множественным делением — шизогонией). В результате образуются мерозоиты, которые внедряются в эритроциты, где снова растут и делятся. Чередование приступов при малярии связано с периодичностью шизогонии в эритроцитах. Начало приступа (озноб) совпадает с распадом эритроцитов и поступлением в плазму крови мерозоитов и продуктов их жизнедеятельности, вызывающих интоксикацию организма. После нескольких циклов бесполого размножения (шизогонии) начинается подготовка к половому процессу. При этом мерозоиты, находящиеся в эритроцитах, дают начало незрелым гаметам. Развитие осуществляется дальше, если они с кровью попадают в желудок малярийного комара при сосании. Малярийные комары — окончательные хозяева в цикле развития малярийного плазмодия. В желудке комара незрелые гаметы превращаются в крупные неподвижные макрогаметы и мелкие подвижные микрогаметы. Происходит копуляция гамет, в результате чего образуется подвижная зигота, которая внедряется в стенку желудка комара и инцистируется на стороне, обращенной в полость тела. Из зиготы в результате многократного деления образуется большое количество (до 10 тыс.) спорозоитов. Оболочка зиготы разрушается, и спорозоиты попадают в полость тела комара, а затем в его слюнные железы. Малярийный комар вновь может заражать человека. Профилактика связана с уничтожением мест обитания малярийных комаров.

Тип Инфузории

Инфузории наиболее высокоразвитые простейшие, насчитывают около 6 тыс. видов. Основные признаки инфузорий: наличие ресничек, два типа ядер (полиплоидный макронуклеус и диплоидный микронуклеус), половой процесс в форме конъюгации. Размеры инфузорий колеблются от 12 мк до 3 мм. Нередко тело причудливо разрастается. Некоторые инфузории имеют раковинку.

Инфузория туфелька ведет свободный образ жизни, размеры клетки — 0,1—0,3 мм, имеет постоянную форму, так как эктоплазма уплотнена и образует пелликулу (рис. 22.4). Тело инфузории покрыто ресничками. Их насчитывают от 10 до 15 тыс. В эктоплазме инфузории имеют защитные образования — трихоцисты. При раздражении трихоцисты выстреливают наружу, превращаясь в длинные нити, парализующие жертву. После использования одних трихоцист на их месте в эктоплазме развиваются новые. Предротовое углубление окружено ресничками и ведет в клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Вода с бактериями через клеточный рот попадает в клеточную глотку, далее в эндоплазму, где образуются пищеварительные вакуоли. Вакуоли передвигаются вдоль тела инфузории. Оставшиеся внутри вакуоли непереваренные остатки удаляются наружу через порошицу — отверстие, расположенное неподалеку от заднего конца тела инфузории. У инфузории туфельки есть две сократительные вакуоли. Каждая вакуоль состоит из округлого резервуара и подходящих к нему в виде звезды пяти-семи канальцев. Жидкие продукты и вода из цитоплазмы сначала поступают в приводящие канальцы, затем канальцы все сразу сокращаются и изливают свое содержимое в резервуар, после чего последний сокращается и выбрасывает жидкость через отверстие наружу, а канальцы в это время вновь наполняются.

Рис. 22.4. Инфузория туфелька:

1 — реснички, 2 — пищеварительные вакуоли, 3 — микронуклеус, 4 — ротовое отверстие, 5 — глотка, 6 — порошица в момент выбрасывания непереваренных остатков пиши, 7 — трихоцисты, 8 — сократительная вакуоль (центральный резервуар и радиально расположенные приводящие каналы), 9 — макронуклеус

Бесполое размножение инфузорий осуществляется путем поперечного деления и сопровождается делением макро- и микронуклеусов. Размножение повторяется один-два раза в сутки. Через несколько поколений в жизненном цикле инфузорий происходит половой процесс, который называют конъюгацией. Две инфузории подходят друг к другу брюшными сторонами, оболочка в месте соприкосновения растворяется, и между ними образуется цитоплазматический мостик. Макронуклеусы при этом разрушаются, а микронуклеусы делятся мейозом на четыре ядра, три из которых разрушаются, а четвертое вновь делится пополам митозом. В результате в каждой инфузории образуются мужское (мигрирующее) и женское (стационарное) ядра. Затем между особями происходит обмен мигрирующими ядрами с последующим слиянием стационарного и мигрирующего ядер, после чего особи расходятся. Вскоре в каждой из них ядро делится, и впоследствии образуются микро- и макронуклеусы. Таким образом, при половом процессе числи инфузорий не увеличиваема, а обновляются наследственные свойства макронуклеуса и возникают новые комбинации генетической информации.

У человека в просвете толстого кишечника может паразитировать инфузория балантидий — возбудитель балантидиаза. Клинически это тяжелое заболевание выражается в кровавом поносе, коликах, лихорадке и мышечной слабости. Основным источником распространения балантидиаза служат свиньи, зараженные балантидиями. Балантидии в кишечнике свиней образуют цисты, которые с фекалиями попадают во внешнюю среду и там сохраняются длительное время. Заражение человека происходит при занесении цист в пищеварительный тракт с грязными руками или пищей. Часто балантидиазом болеют люди, связанные с работой по уходу за свиньями или обработкой свинины.