§ 15. Одноклеточные животные — Простейшие

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОСТЕЙШИХ: КЛЕТКА КАК ЦЕЛЫЙ ОРГАНИЗМ

Одноклеточные животные, или простейшие, представляют собой уникальную ступень эволюции животного мира. Главное отличие простейшего от клетки многоклеточного организма заключается в том, что его единственная клетка является самостоятельным, полноценным живым существом. В ней гармонично объединены все функции целостного организма: самостоятельное движение, активный поиск и захват пищи, дыхание, выведение продуктов метаболизма, раздражимость и размножение.

Тело простейшего снаружи отграничено тончайшей клеточной мембраной — плазмалеммой, которая не только держит форму и защищает внутреннее содержимое, но и строго регулирует избирательное поступление веществ в клетку и удаление отходов. Внутри располагаются цитоплазма и ядро. Ядро выступает главным командным центром клетки: оно контролирует биохимический обмен веществ, управляет синтезом клеточных белков и обеспечивает передачу наследственной информации при делении.

Для выполнения жизненно важных функций в цитоплазме одноклеточных животных развились специализированные внутриклеточные структуры — органеллы (органоиды):

• Органеллы движения: временные выросты цитоплазмы (ложноножки), а также тонкие постоянные жгутики или многочисленные синхронно бьющие реснички;
• Пищеварительные вакуоли: мембранные пузырьки, выделяющие пищеварительные ферменты и обеспечивающие внутриклеточное расщепление органических веществ;
• Сократительные вакуоли: пульсирующие резервуары, выводящие наружу избыток воды и растворенные продукты обмена, поддерживая постоянное внутриклеточное давление (осморегуляцию).

Большинство простейших микроскопически малы: их типичные размеры варьируют в пределах 50–150 мкм (где 1 мкм равен 0,001 мм). Внутриклеточные паразиты крови бывают еще меньше — всего 2–4 мкм, в то время как гиганты среди одноклеточных, такие как хищная инфузория-трубач, достигают длины 1000 мкм (1 мм) и различимы невооруженным глазом. Простейшие заселили абсолютно все уголки планеты: они в изобилии населяют соленые моря, пресные озера, лесные лужи, влажные слои почвы, а многие перешли к комменсализму или паразитизму в телах растений, животных и человека.

ТИП КОРНЕНОЖКИ (САРКОДОВЫЕ) И СТРОЕНИЕ АМЁБЫ ПРОТЕЙ

Особую группу простейших образует тип Корненожки (Саркодовые). Их ключевая биологическая особенность — полное отсутствие постоянной формы тела из-за эластичности наружной мембраны. Наиболее знаменитым представителем типа является амёба протей (Amoeba proteus), чье видовое название происходит от имени древнегреческого бога Протея, способного непрерывно менять свой облик. Амёбы обычны на дне стоячих пресных водоемов, богатых гниющими растительными остатками и илом.

В активном состоянии амёба протей представляет собой бесцветный полупрозрачный студенистый комочек живой протоплазмы размером до 0,5 мм. Если наблюдать за каплей болотной воды под микроскопом, видно, как цитоплазма амёбы постоянно струится и перетекает от одного полюса клетки к другому:

• В месте преимущественного тока цитоплазмы мембрана выпячивается наружу, формируя плавный отросток — ложноножку (псевдоподию);
• Вся масса цитоплазмы устремляется вслед за этим выростом, и амёба делает шаг вперед.

Такой способ передвижения с помощью временных цитоплазматических выростов называют амёбоидным движением. У амёбы может одновременно формироваться одна широкая ведущая ложноножка либо несколько выростов, направленных в разные стороны для исследования окружающего дна.

ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АМЁБЫ: ПИТАНИЕ, ВЫДЕЛЕНИЕ И ДЫХАНИЕ

Ложноножки служат амёбе не только для неспешного ползания по субстрату, но и для эффективной охоты. Амёба питается одноклеточными водорослями, бактериями и мелкими органическими частицами:

• Фагоцитоз и внутриклеточное пищеварение: натолкнувшись на пищевую частицу, амёба медленно обтекает ее со всех сторон ложноножками, замыкая вокруг нее цитоплазматический карман. Пища оказывается замкнутой внутри пузырька с капелькой воды — формируется пищеварительная вакуоль. Лизосомы клетки изливают в нее пищеварительные соки, расщепляющие белки, углеводы и липиды добычи до простых растворимых молекул, всасывающихся в цитоплазму. Непереваренные остатки вместе с вакуолью перемещаются к наружному краю клетки и выбрасываются наружу в абсолютно любом участке плазмалеммы;
• Выделение и осморегуляция: концентрация солей и органических веществ в цитоплазме амёбы существенно выше, чем в окружающей пресной воде. По законам физики вода непрерывно проникает внутрь амёбы через мембрану, угрожая переполнить и разорвать нежную клетку. Защитную роль выполняет светлый пульсирующий пузырек — сократительная вакуоль. Она непрерывно вбирает в себя избыточную воду вместе с растворенными вредными продуктами обмена, медленно раздуваясь. Достигнув критического объема, вакуоль сливается с наружной мембраной и с силой опорожняется наружу каждые 5–8 минут;
• Дыхание: растворенный в природной воде кислород беспрепятственно поступает внутрь амёбы путем диффузии через всю поверхность плазмалеммы. Кроме того, свежая вода, непрерывно накапливаемая сократительной вакуолью, дополнительно насыщает глубокие слои цитоплазмы кислородом.

РАЗМНОЖЕНИЕ И ПЕРЕНЕСЕНИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ

В благоприятных условиях амёба интенсивно питается, растет и размножается исключительно бесполым путем — делением надвое:

1. Процесс начинается с деления ядра: оно вытягивается, хромосомы удваиваются и распределяются между двумя полюсами;
2. Вслед за ядром посередине тела амёбы закладывается цитоплазматическая перетяжка, которая постепенно углубляется;
3. Клетка перешнуровывается пополам, образуя две абсолютно одинаковые молодые амёбы, каждая из которых получает полноценное ядро.

При комнатной температуре и изобилии бактерий деление амёбы повторяется каждые 1–2 суток. Однако у простейших существует и половой процесс: делением могут образовываться гаметы, которые попарно сливаются в зиготы, объединяя генетические признаки разных родительских особей и повышая общую устойчивость популяции к болезням и перепадам температур.

При наступлении холодов глубокой осенью или при летнем пересыхании мелких канав амёба перестает питаться, втягивает все ложноножки, округляется и выделяет на своей поверхности плотную непроницаемую защитную оболочку. Клетка переходит в состояние глубокого покоя — образуется циста. В форме цисты амёба способна годами выдерживать промерзание водоема до дна, жару и полное отсутствие влаги. Легкие цисты подхватываются порывами ветра и каплями дождя, разносясь на огромные расстояния и расселяя вид по новым пресным водоемам. При возвращении тепла и влаги оболочка цисты растворяется, амёба расправляет ложноножки и возвращается к активной жизни.

РАКОВИННЫЕ КОРНЕНОЖКИ

Помимо свободноживущих голых амёб, к корненожкам относится обширная группа раковинных амёб (корненожек). Они обычны в пресных прудах, лесных болотах и во влажном мху:

• Наиболее известные представители: арцелла (Arcella), строящая полупрозрачную блюдцеобразную раковинку из органического рогоподобного вещества, диффлюгия (Difflugia), склеивающая прочный домик из мельчайших песчинок и минеральных крупинок, и эуглифа (Euglypha), формирующая раковинку из кремнеземных чешуек;
• Их одноклеточное тело надежно спрятано внутри защитной раковинки, защищающей нежную протоплазму от механических повреждений и хищников;
• Наружу сквозь единственное отверстие раковинки (устье) высовываются лишь тонкие ветвящиеся ложноножки, служащие животному для медленного подтягивания домика и улавливания добычи.