Описание, строение и размеры инфузории-туфельки

Инфузория-туфелька известна ещё со школьных уроков биологии. Это один из видов ресничных одноклеточных организмов, который не относится к царству животных, растений или грибов, а входит в промежуточную группу протистов. Обитает существо в пресной воде, а интересное название оно получило за постоянную форму тела, подобную отпечатку подошвы туфли.

Научная классификация

Вид инфузорий относится к надцарству эукариотов, то есть организмов, обладающих ядром. Им соответствует тип ресничных, класс Oligohymenophorea и род парамеций. Особенностью представителей этого ранга является предпочтение кислыми условиями среды.

Исследователи в своё время затратили множество усилий на расшифровку генома некоторых видов, относящихся к парамециям. Оказалось, что он содержит 40 000 генов, кодирующих белки, тогда как у человека их всего около 28 000. Увеличение количества генов произошло в результате нескольких дупликаций первоначального генома. Способ кодирования последовательности аминокислотных остатков у инфузорий уникален наличием единичного, а не тройственного, как в универсальном генетическом коде, кодона, который завершает синтез полипептидной цепи.

Общее описание

Оптимальная среда обитания для организма — пресная стоячая вода, в которой есть разлагающиеся органические соединения. В частности, этим условиям соответствует домашний аквариум, в пробе илистой воды которого часто обнаруживаются простейшие.

Рассмотреть инфузорию можно только под микроскопом, так как её размер не превышает 0,1−0,3 мм. Почти на 7% клетка состоит из сухого вещества, химический состав которого представлен следующими компонентами:

• белок (58%);
• липиды (31,4%);
• зола (3,6%).

Тело инфузории-туфельки покрыто плотным слоем цитоплазмы, под наружной мембраной которой расположены такие элементы цитоскелета, как альвеолы и микротрубочки. Организм состоит из следующих элементов:

• ядро (макронуклеус);
• ядрышко (микронуклеус);
• продольные и поверхностные реснички;
• ротовое отверстие;
• сформированные и формирующиеся пищеварительные вакуоли (фагосомы);
• отверстие, через которое происходит опорожнение пищеварительной вакуоли (цитопиг или порошица);
• две сократительные вакуоли.

Каждый органоид выполняет важные функции.

Ядро и ядрышко

У инфузории есть два ядра, каждое из которых имеет своё строение и функции. Малое обладает округлой формой, содержит в себе наследственный материал. С его генома плохо считываются матричные РНК, поэтому наследственная информация не преобразуется в белок или иной функциональный продукт, и экспрессия генов отсутствует. В случае разрушения ядрышка жизнь туфельки продолжается, но она будет только размножаться бесполым путём, половой процесс будет невозможен.

Созревание большого ядра бобовидной формы приводит к сложным перестройкам в наследственном материале. С его генов считываются все мРНК, поэтому именно от него зависит синтез белков. Разрушает ядро половой процесс, но по его окончании макронуклеус снова восстанавливается.

Реснички и трихоцисты

Ресничек у маленькой клетки насчитывается от 10 до 15 тысяч. Они вырастают из базальных телец, которые формируют сложную систему цитоскелета, включающую в себя посткинетодесмальные фибриллы и филаменты. В основании органелл образуются парасомальные мешочки, возникающие вследствие впячивания наружной мембраны.

Между плотно расположенными инфузорными ресничками ещё остаётся место для 5−8 тысяч органоидов защиты, называемых трихоцистами. Они представляют собой одну из разновидностей секреторных пузырьков, выталкиваемых инфузорией в процессе экзоцитоза. Выглядят они как тела с наконечником, поперечно исчерченные через каждые 7 нм, располагаются в мембранных мешочках. Защитная функция проявляется в моментальном удлинении и выстреливании в случае опасности. Однако некоторые представители инфузорий лишены таких органелл и при этом вполне жизнеспособны.

Инфузория-туфелька передвигается при помощи ресничек. Совершая волнообразные движения, она плывёт тупым концом вперёд. Органеллы делают прямой удар в выпрямленном состоянии. Возвратный осуществляется в изогнутом. Процесс этот нельзя назвать синхронным, так как темп задаёт первая ресничка в ряду, а каждая последующая повторяет действие с небольшой задержкой. Это приводит к вращению туфельки вокруг своей оси во время передвижения. За секунду она преодолевает 2−2,5 мм расстояния.

Изгибая тело, инфузория может поменять направление. При неожиданном столкновении с препятствием она резко подастся назад, так как в её мембране резко уменьшится разность потенциалов, и внутрь проникнут ионы кальция. Затем туфелька будет в течение некоторого времени совершать движения вперёд и обратно, за время которых кальций выйдет из клетки, и вскоре продолжит путь по изначальной траектории.

Органы, обеспечивающие питание

Рот туфельки выглядит как углубление на теле, переходящее в клеточную глотку. Вокруг ротового отверстия расположены сложные структуры, сформированные из цилий. Питается инфузория-туфелька в основном водорослями, бактериями и другими мелкими одноклеточными организмами, которых находит по выделяемым ими химическим веществам. Волосковидные структуры вокруг рта загоняют добычу в глотку вместе с потоком воды.

Далее еда поступает в пищеварительную вакуоль, образованную в процессе фагоцитоза, и под действием цитоплазматического потока перемещается в задний конец клетки, возвращается к передней части и снова уходит назад. Вакуоль сливается с лизосомами, что сопровождается возникновением кислотной среды, которая постепенно сдвигается в сторону слабощелочной.

Фагосома мигрирует и увеличивает скорость всасывания путём отделения мелких мембранных пузырьков. Всё, что не может быть переварено, выбрасывается через порошицу, лишённую развитой цитоплазмы. Переваренные продукты рассредоточиваются по межклеточному пространству и используются для осуществления жизнедеятельности.

После выполнения своей функции вакуоль сливается с наружной мембраной и разрушается, выделяя мелкие пузырьки. Впоследствии они по микротрубкам, образующим цитоскелет, поступают в клеточную глотку, где формируют новую фагосому.

Интересно, что обилие пищи влияет на то, сколько живёт инфузория-туфелька. Продолжительность жизни составляет всего несколько дней при избыточном питании и несколько месяцев (иногда до года) при скудном рационе.

Сократительные вакуоли

Сократительные вакуоли расположены на передней и задней частях клеток. Каждая из них состоит из резервуара, открывающегося наружу порой, и отходящих радиальных каналов, окружённых множеством тонких трубочек, перекачивающих жидкость из цитоплазмы. Всю хрупкую систему удерживает цитоскелет.

Основная функция этих внутренних органоидов — осморегуляция. Диффузия молекул воды внутрь клетки приводит к избытку жидкости, который и выводится вакуолями. Приводящие каналы откачивают воду в резервуар, который затем сокращается и отделяется от трубок, через пору выбрасывая воду за пределы клетки. Две вакуоли работают попеременно, каждая сокращается по 10−25 секунд в зависимости от температуры окружающей среды. Спустя час выброшенный объём жидкости приравнивается к объёму самой клетки.

Процесс размножения

Инфузория-туфелька размножается бесполым способом, который заключается в поперченном делении и сопровождается сложными процессами регенерации. Так как из единой особи получается две, каждой из новых туфелек достаётся по одной сократительной вакуоли, и они вынуждены достраивать недостающую самостоятельно. Клеточный рот достаётся только одной инфузории, а второй в это время приходится образовывать ротовое отверстие с необходимыми структурами вокруг него. Базальные тельца и новые реснички каждая представительница формирует самостоятельно.

Инфузориям свойственен и половой процесс, называемый конъюгацией, он заключается в переносе ядер между клетками партнёров. В процессе принимают участие туфельки, образованные делением разных материнских клеток. Они склеиваются ротовыми полостями, в результате чего образуется цитоплазматический мостик.

В это время у каждой особи разрушаются большие ядра, а малые делятся, вдвое уменьшая при этом количество хромосом. В результате получается 4 ядра, 3 из которых разрушаются. Оставшееся делится на два генетически идентичных ядра, и у каждого партнёра образуются мужской и женский пронуклеусы. Женские ядра остаются каждое в своей клетке, а мужскими инфузории обмениваются. При обмене происходит слияние женского и мужского пронуклеусов и образуется новое ядро, делящееся ещё на два. Они и становятся новыми большим и малым ядрами.

Возможности изучения

Рассказ про инфузорию-туфельку можно услышать ещё в школе, но как именно исследователи изучали крохотный организм, знают не все. На самом деле в наблюдении за ним нет ничего сложно, кроме того, размер в десятые миллиметра является довольно большим для простейших. Всё это означает, что исследования можно провести даже в домашних условиях, но сначала для этого нужно развести культуру инфузорий.

Поскольку туфельки присутствуют во всех водоёмах, вода берётся из этих источников. Для чистоты эксперимента нужно взять три стеклянные ёмкости и в одну из них положить разлагающиеся веточки и листья, в другую — живые растения, в третью — ил со дна. Все материалы берутся из водоёма, оттуда же добывается и жидкость и заливается в банки.

Когда всё готово, нужно внимательно просмотреть содержимое ёмкости и убедиться, что в ней нет посторонних видимых глазом организмов, например, насекомых или личинок. Если они есть, их придётся выловить, в противном случае инфузории будут съедены. Подготовленная среда обитания ставится на окно, прикрывается стеклом и оставляется при комнатной температуре на несколько дней. При этом нужно следить, чтобы на ёмкость не попадали прямые солнечные лучи.
Спустя двое суток банку следует встряхнуть и проверить, не появилось ли там каких-либо организмов. Это могут быть как туфельки, так и другие существа, но проверяется это просто. Нужно взять каплю воды у освещённой стенки сосуда ближе к поверхности, именно в этом месте будет концентрироваться большинство интересующих организмов. Затем каплю следует поместить на стекло и рассмотреть через микроскоп или хотя бы лупу.

Если при этом видны веретеновидные тела, перемещающиеся быстро и плавно и вращающиеся вокруг своей оси, значит, получилось развести туфелек. Если в капле присутствует кусочек зелени или бактериальная плёнка, сразу множество инфузорий будет скапливаться вокруг пищи.

Отделить туфелек от других животных несложно. Обычно они двигаются намного быстрее остальных организмов, этим и нужно воспользоваться. Для этого каплю, в которой есть несколько типов существ, помещают на стекло и ставят в хорошо освещённое место. Рядом с ней приливают небольшое количество свежей воды и проводят зубочисткой линию от одной жидкости к другой так, чтобы получился тонкий водяной мостик, соединяющий две среды. Инфузории быстро пройдут расстояние и окажутся в новой капле.

Бывает, что не удаётся рассмотреть ничего живого в воде, в таком случае можно добавить в ёмкость несколько капель кипячёного молока и подождать ещё два дня. Спустя это время можно ещё раз попытаться изучить развившиеся организмы.

Далее туфельки будут размножаться, ускорить этот процесс можно, создав им благоприятные условия. Для этого их помещают в одну из следующих сред:

• на высушенную банановую кожуру;
• на листья салата;
• в молоко;
• в настой сена.

Разведённые таким образом организмы могут использоваться для наблюдения за ними в исследовательских целях либо приносить практическую пользу. Поскольку инфузории — естественные санитары пресных вод, они могут дезинфицировать жидкость в аквариумах с рыбами, а также служить кормом для мальков.

Таким образом, инфузории-туфельки — это удивительные организмы, обладающие уникальными особенностями (например, половым процессом без размножения), они могут быть изучены даже в домашних условиях.