Вегетативное ядро инфузории. Все об инфузории: тип, класс, строение и особенности. Инфузории кишечника морских ежей

Представители Типа Инфузории или Ресничные - наиболее высокоорганизованные простейшие животные.

Характерные особенности инфузорий:

1. На поверхности тела у них имеются реснички (органы передвижения), которые находятся в постоянном движении, что обеспечивает быстрое перемещение инфузорий.
2. В клетке инфузорий два ядра, разных по размеру и функциям. Большое (вегетативное) ядро - макронуклеус - отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое (генеративное) ядро - микронуклеус - участвует в половом процессе.

Название «инфузория» происходит от латинского слова «инфузо», что означает «настой». Действительно, инфузории интенсивно размножаются в водном настое сена. Рассматривая такой настой под микроскопом, можно увидеть инфузорий, тело которых по форме напоминает подошву туфли. Это инфузория-туфелька. В природе она встречается в мелких стоячих водоемах при температуре от +15 до +25 °С (рис. 10).

Тело инфузории-туфельки длиной 0,1 – 0,3 мм. Оно покрыто плотной мембраной, которая обеспечивает постоянство формы тела. На нем расположены многочисленные (до 15 тыс.) волосовидные реснички. Благодаря их колебаниям туфелька плавает тупым концом вперед. В секунду она преодолевает 2–2,5 мм.
Клетка инфузории заполнена цитоплазмой, в которой различают два слоя – наружный (светлый) и внутренний (темный). В наружном слое цитоплазмы расположены палочковидные образования – трихоцисты. Они служат средством защиты. Из трихоцист выбрасывается обжигающая жидкость.

Для инфузории характерно наличие двух ядер. В центре тела находится большое ядро, а рядом с ним – малое. Большое ядро регулирует движение, питание, выделение. Малое ядро отвечает за размножение.

Сбоку, ближе к широкому концу тела туфельки, расположен клеточный рот. Он ведет в глотку. На ее конце образуются пищеварительные вакуоли.

Инфузории-туфельки, как и другие простейшие, обладают раздражимостью. На внешние раздражения они отвечают изменением направления движения. Например, если поместить кристаллик поваренной соли в каплю воды с инфузориями, а затем соединить эту каплю с другой, чистой, то они уплывут от этого неблагоприятного фактора в чистую воду.

В чем особенности питания инфузории-туфельки?

Обитая в водной среде, инфузории питаются различными микроорганизмами, преимущественно бактериями. Движением ресничек, расположенных вдоль рогового углубления, инфузории загоняют в него добычу. Вместе с водой она попадает в клеточный рот, затем в глотку. Проникновению в глотку крупных частиц препятствуют перекрещивающиеся реснички, которые находятся вокруг рта и служат фильтром.

С током воды микроорганизмы поступают во внутренний слой цитоплазмы. Здесь вокруг них образуется пищеварительная вакуоль, в которой выделяется пищеварительный сок. Благодаря движению цитоплазмы эта вакуоль перемещается в теле инфузории. Питательные вещества переходят в цитоплазму, а непереваренные частицы выбрасываются из клетки через порошицу – отверстие в мембране.

Многие инфузории, в том числе и туфельки, служат пищей водным многоклеточным животным, например малькам рыб.

Типичным представителем класса ресничных инфузорий является инфузория туфелька или парамеция (Рагаmaecium caudatum; рис. 1)

Строение и размножение инфузории туфельки

Инфузория туфелька обитает в мелких стоячих водоемах. Формой тeлa она напоминает подошву туфли, в длину достигает 0,1-0,3 мм, покрыта прочной эластичной оболочкой - пелликулой, под которой в экто- и эндоплазме находятся скелетные опорные нити. Такое строение позволяет инфузории сохранять постоянную форму тела.

Органоиды движения - волосовидные реснички (у инфузории туфельки их 10-15 тыс.), покрывающие все тело. При исследовании ресничек с помощью электронного микроскопа выяснено, что каждая из них состоит из нескольких (около 11) волоконец. В основе каждой реснички лежит базальное тельце, расположенное в прозрачной эктоплазме. Туфелька быстро передвигается благодаря согласованной работе ресничек, которые загребают воду.

В цитоплазме инфузории отчетливо различаются эктоплазма и эндоплазма. В эктоплазме, между основаниями ресничек парамеции, располагаются органеллы нападения и защиты - маленькие веретеновидные тельца - трихоцисты. На фотографиях, сделанных с помощью электронного микроскопа, видно, что выброшенные трихоцисты снабжены гвоздеобразными наконечниками. При раздражении трихоцисты выбрасываются наружу, превращаясь в длинную, упругую нить, поражающие врага или добычу.

В эндоплазме располагаются - два ядра (большое и малое) и системы пищеварительных, а также выделительных органоидов.

Органоиды питания . На так называемой брюшной стороне находится предротовое углубление - перистом, ведущее в клеточный рот, который переходит в глотку (цитофаринкс), открывающуюся в эндоплазму. Вода с бактериями и одноклеточными водорослями, которыми питается инфузория, через рот и глотку загоняется особой группой ресничек перистома в эндоплазму, где окружается пищеварительной вакуолью. Последняя постепенно передвигается вдоль тела инфузории. По мере передвижения вакуоли заглоченные бактерии перевариваются в течение часа, вначале при кислой, а затем при щелочной реакции. Непереваренный остаток выбрасывается наружу через специальное отверстие в эктоплазме - порошицу, или анальную пору.

Органоиды осморегуляции . На переднем и заднем концах тела на границе экто- и эндоплазмы находится по одной пульсирующей вакуоли (центральный резервуар), вокруг которой расположены венчиком 5-7 приводящих канальцев. Вакуоль наполняется жидкостью из этих приводящих каналов, после чего наполненная жидкостью вакуоль (фаза диастолы) сокращается, изливает жидкость через маленькое отверстие наружу и спадается (фаза систолы). Вслед за этим жидкость, вновь наполнившая приводящие каналы, изливается в вакуоль. Передняя и задняя вакуоли сокращаются попеременно. Пульсирующие вакуоли выполняют двоякую функцию - отдачу излишней воды, что необходимо для поддержания постоянного осмотического давления в теле парамеции, и выделение продуктов диссимиляции.

Ядерный аппарат туфельки представлен по меньшей мере двумя качественно различными ядрами, расположенными в эндоплазме. Форма ядер обычно овальная.

• Крупное вегетативное ядро называется макронуклеусом. В нем происходит транскрипция - синтез на матрицах ДНК информационной и других форм РНК, которые уходят в цитоплазму, где на рибосомах осуществляется синтез белка.
• Мелкое генеративное - микронуклеус. Расположен рядом с макронуклеусом. В нем перед каждым делением происходит удвоение числа хромосом, поэтому микронуклеус рассматривают как "депо" наследственной информации, передаваемой из поколения в поколение.

Инфузория-туфелька размножается как бесполым, так и половым путем.

• При бесполом размножении клетка перешнуровывается пополам по экватору и размножение осуществляется путем поперечного деления. Это предшествует митотическое деление малого ядра и характерные для митоза процессы в большом ядре.

  После многократного бесполого размножения в жизненном цикле происходит половой процесс, или конъюгация.

• Половой процесс заключается во временном соединении двух особей ротовыми отверстиями и обмене частями их ядерного аппарата с небольшим количеством цитоплазмы. Большие ядра при этом распадаются на части и постепенно растворяются в цитоплазме. Малые ядра сначала делятся дважды, происходит редукция числа хромосом, далее три из четырех ядер разрушаются и растворяются в цитоплазме, а четвертое снова делится. В результате этого деления образуются два гаплоидных половых ядра. Одно из них - мигрирующее, или мужское, - переходит в соседнюю особь и сливается с оставшимся в нем женским (стационарным) ядром. Такой же процесс происходит и в другом конъюганте. После слияния мужского и женского ядер восстанавливается диплоидный набор хромосом и инфузории расходятся. После чего в каждой инфузории новое ядро делится на две неравные части, вследствие чего формируется нормальный ядерный аппарат - большое и малое ядра.

  Конъюгация не приводит к увеличению числа особей. Ее биологическая сущность состоит в периодической реорганизации ядерного аппарата, его обновлении и повышении жизнеспособности инфузории, приспособленности ее к окружающей среде.

Туфелька и некоторые другие свободноживущие инфузории питаются бактериями и водорослями. В свою очередь, инфузории служат пищей для мальков рыб и многих беспозвоночных животных. Иногда туфелек разводят для корма только что вылупившихся из икринок мальков рыб.

Значение инфузорий

Балантидий (Balantidium coli)

Локализация . Толстый кишечник.

Географическое распространение . Повсеместно.

Сократительных вакуолей две. Макронуклеус имеет бобовидную или палочковидную форму. Около его вогнутой поверхности лежит округлый микронуклеус (рис. 2). Размножается поперечным делением и путем конъюгации. Цисты овальной или шаровидной формы (50-60 мкм в диаметре).

Основным резервуаром балантидиаза считаются домашние и дикие свиньи. В некоторых хозяйствах зараженность достигает 100%.

В кишечнике животных балантидии легко инцистируются, в то время как в организме человека цисты образуются в сравнительно небольшом количестве. Животные выделяют цисты с фекалиями и загрязняют окружающую среду. Работники свиноферм могут заражаться при уходе за животными, уборке помещений для скота и т. д. Зараженность работников этой категории по сравнению с другими специальностями значительно выше. Цисты в фекалиях свиней сохраняются несколько недель. Вегетативные формы при комнатной температуре живут 2-3 дня.

Заражение происходит через загрязненные овощи, фрукты, грязные руки, некипяченую воду.

Патогенное действие . Образование кровоточащих язв в стенке кишечника, кровавый понос. Без лечения смертельный исход достигает 30%.

Лабораторная диагностика . Обнаружение в фекалиях вегетативных форм или цист.

Профилактика : соблюдение правил личной гигиены имеет основное значение; общественная - борьба с загрязнением средьи фекалиями свиней, а также людей, соответствующая организация условий труда на свиноводческих фермах, своевременное выявление и лечение больных.

Это наиболее сложно устроенные простейшие. Характерны­ми особенностями организации инфузорий являются: движение с помощью ресничек, наличие двух ядер – большого и мало­ го – с разными функциями и полового процесса – конъюгации.

Инфузория-туфелька ( Paramecium caudatum ) - обитатель мелких стоячих водоемов. Ее длина достигает 0,1 – 0,3 мм. Покрыта она пелликулой, поэто­му форма тела постоянная и напоминает изящную дамскую туфельку, откуда и ее название (рис. 5).

2 4 3

Рис 5. Инфузория-туфелька: 1 – реснички; 2 – пищеварительные вакуоли; 3 – большое ядро (макронуклеус); 4 – малое ядро (микронук­леус); 5 – порошица; 6 – сократительная вакуоль.

Движение туфельки осуществляется с помощью многочисленных (более 10 тыс.) ресничек, расположенных правильным про­дольными рядами. Они совершают согласованные волнообраз­ные колебания.

Питание происходит следующим образом. На одной из сторон тела туфельки имеется воронкообразное углубление, ведущее в рот и трубчатую глотку. С помощью ресничек, выстилаю­щих воронку, пищевые частицы (бактерии, одноклеточные водоросли, детрит) загоняются в рот, а затем в глотку. Из глотки пища путем фагоцитоза проникает в цитоплазму. Образовавшая­ся при этом пищеварительная вакуоль подхватывается круговым током цитоплазмы. В течение 1 - 1,5 ч пища переваривается, всасывается в цитоплазму, а непереваренные остатки через отверстие в пелликуле – порошицу – выводятся наружу. При благо­приятных температурных и пищевых условиях за сутки туфелька способна потребить столько пищи, сколько весит сама.

Сократительных вакуолей в цитоплазме туфельки две: в передней и задней частях тела. Устроены они более сложно, чем у простейших других классов. Вода и конечные продукты жизнедеятельности из цитоплазмы сначала проникают в приводящие канальцы, а затем из них – в центральную вакуоль, откуда вы­водятся наружу. Сокращаются вакуоли попеременно каждые 20 – 30 с.

Рис. 6. Бесполое размножение путём поперечного деления инфузории туфельки: 1 – микронуклеус; 2 – макронуклеус.

Ядерный аппарат инфузории-туфельки устроен сложно и представлен большим бобовидной формы полиплоидным ядром, или макронуклеусом, регулирующим вегетативные функции (питание, дыхание, выделение), и малым ядром, или микронуклеу­ сом, играющим особую роль в половом процессе.

Размножение бесполое. Сначала делятся оба ядра: большое амитотически, а малое митотически, а затем происходит деление тела инфузории туфельки пополам в поперечном направлении. Недостающие органеллы заново развиваются у обеих дочерних особей (рис. 6).

Бесполое размножение после ряда поколений сменяется периодически наступающим половым процессом - конъюгаци­ ей. При этом две инфузории прикладываются друг к другу сторо­нами, где расположен рот. Пелликула в месте контакта особей растворяется, и между ними образуется цитоплазматический мостик. Большое ядро разрушается и в половом процессе не прини­мает участия. Малые ядра делятся мейотически. Из четырех об­разовавшихся в каждой инфузории гаплоидных ядер три распадаются. Оставшееся четвертое ядро делится митотически еще один раз. Одно из двух образовавшихся ядер (стационарное) остается в той же инфузории, а другое (мигрирующее) переходит в клетку партнера по конъюгации. После слияния стационарного и мигрирующего ядер образуется диплоидное ядро с рекомбинированным генетическим материалом. В каждой из инфузорий диплоидное ядро делится несколько раз, и после ряда преобразо­ваний формируются малое и обновленное большое ядро. Через некоторое время инфузории приступают к активному бесполо­му размножению делением.

Контрольные вопросы:

Какие основные черты внешнего и внутреннего строения характерны для инфузории туфелька?

Какие типы размножения характерны инфузории туфелька?

Какова роль процесса конъюгации, как он происходит?

Тип включает более 7 тыс. видов. Представители характеризуются органеллами движения - ресничками (хотя бы на некоторых стадиях развития), расположенными на поверхности клетки в определенном порядке, а также своеобразным ядерным аппаратом, состоящим из двух ядер - мелкого генеративного микронуклеуса и крупного вегетативного макронуклеуса (рис. 10). Бесполое размножение происходит путем поперечного деления и половое - конъюгацией.

Рис. 10. Инфузория туфелька (Paramecium caudatum):

1 - реснички; 2 - пищеварительные вакуоли; 3 - большое ядро (макронуклеус); 4 - малое ядро (микронуклеус); 5 -ротовое отверстие и глотка; 6 - непереваренные остатки пищи; 7 - трихоцисты; 8 - сократительная вакуоль

Это наиболее сложно дифференцированные одноклеточные с постоянными цито-плазматическими структурами. Стенки клетки инфузорий имеют «альвеолярное строение» с четырьмя мембранами и полостями - «альвеолами» - посередине. Кроме того, стенка содержит трихоцисты. Это защитные приспособления в виде палочек, расположенных под пелликулой. При раздражении животного трихоцисты выстреливаются наружу.

Половой процесс сопровождается перестройкой ядерного аппарата. При конъюгации в клетках партнеров происходит распад макронуклеуса и редукционное деление микронуклеуса. Получаются четыре ядра, три из них отмирают. Оставшееся ядро делится на два пронуклеуса - мужской и женский. Между особями происходит обмен: одно ядро переходит в соседнюю клетку, другое - приходит из нее. Эти гаплоидные ядра сливаются, образуя диплоидное ядро - синкарион. Затем партнеры расходятся, а синкарионы в каждом из них путем деления создают новый ядерный аппарат. Половой процесс с такой же перестройкой ядерного аппарата может идти и без партнера. Слияние пронуклеусов в данном случае является самооплодотворением и носит название автогамии.

Рис. 11. Жизненный цикл Ichthyophthirius multifiliis:

В настоящее время предложено несколько вариантов классификации инфузорий. Согласно традиционной системе тип делится на два класса: ресничные инфузории и сосущие. Представители первого из них обладают ресничками в течение всей жизни, у них есть строго локализованное место приема пищи - клеточный рот. Сосущие инфузории - это сидячие формы, во взрослом состоянии не имеют рта, но зато снабжены щупальцами, служащими для ловли добычи и приема пищи. Подобно ресничным, у них два ядра (микро- и макронуклеус), и половой процесс идет по типу конъюгации. Ресничками обеспечены только стадии бесполого размножения - «бродяжки», которые отпочковываются от родительской особи и уплывают. Через некоторое время «бродяжки» садятся на субстрат, теряют реснички и образуют сосательные щупальца. Доказано, что сосущие инфузории происходят от ресничных.

В заключении раздела, посвященного простейшим, приводим характеристику важнейших заболеваний, вызываемых одноклеточными животными в России (табл. 8).

Таблица 8.

Протозойные заболевания человека в России

Таблица 9.

Сравнительная характеристика некоторых таксономических групп типа инфузорий

Инфузория туфелька - простейший одноклеточный организм размером около 0,1 мм. Встречается в тех же водоемах, что и эвглена, и амеба простейшая. Питается преимущественно бактериями и микроскопическими водорослями. Служит пищей для личинок, мелких рыбок, рачков.

Внешний вид инфузории туфельки

За свое сходство с подошвой женской обуви этот вид инфузорий приобрел второе название - "туфелька". Форма этого одноклеточного организма постоянна и не меняется с ростом или другими факторами. Все тело покрыто мельчайшими ресничками, похожими на жгутики эвглены. Удивительно, но этих ресничек на каждой особи насчитывается около 10 тысяч! С их помощью клетка передвигается в воде и захватывает пищу.

Инфузория туфелька, строение которой так знакомо по учебникам биологии, не видна невооруженным глазом. Инфузории представляют собой мельчайшие одноклеточные организмы, но при большом скоплении их можно увидеть и без увеличительных приборов. В мутной воде они будут выглядеть как продолговатые белые точки, находящиеся в постоянном движении.

Строение инфузории туфельки

Особенности строения инфузории туфельки заключаются не только в ее внешнем сходстве с подошвой обуви. Внутренняя организация этого простейшего, на первый взгляд, организма всегда представляла огромный интерес для науки. Одна-единственная клетка покрыта плотной мембраной, внутри которой содержится цитоплазма. В этой студенистой жидкости размещены два ядра, большое и малое. Большое отвечает за питание клетки и выделения, малое - за размножение.

Отверстие, выполняющее роль рта, расположено с широкой стороны клетки. Оно ведет в глотку, на конце которой образуются пищеварительные вакуоли.

Строение тела инфузории туфельки отличается также весьма интересной особенностью - наличием трихоцист. Это особые органы, а точнее - органеллы, служащие клетке для питания и защиты. Заметив пищу, инфузория выбрасывает трихоцисты и удерживает ими добычу. Их же она выдвигает, когда хочет защитить себя от хищников.

Питание инфузории туфельки

Одноклеточные организмы питаются бактериями, которые обитают в большом количестве в загрязненной мутной воде. Не исключение и инфузория туфелька, строение рта которой позволяет захватывать проплывающие мимо бактерии и быстро отправлять их в пищеварительную вакуоль. Рот инфузории окружен ресничками, которые в этом месте длиннее, чем на других участках тела. Они образуют околоротовую воронку, позволяющую захватывать как можно больше пищи. Вакуоли образуются в цитоплазме по мере необходимости. Одновременно пища может перевариваться сразу в нескольких вакуолях. Время переваривания составляет около одного часа.

Инфузория питается почти беспрерывно, если температура воды выше 15 градусов. Питание прекращается перед началом размножения.

Дыхание и выделение инфузории туфельки

Что касается дыхания, то здесь инфузория туфелька строение имеет, схожее с другими простейшими. Дыхание осуществлятся всей поверхностью тела организма. Две сократительные вакуоли обеспечивают этот процесс. Отработанный газ проходит по специальным канальцам и выбрасывается через одну из сократительных вакуолей. Выделение лишней жидкости, являющейся результатом жизнедеятельности, происходит каждые 20-25 секунд тоже посредством сокращения. При неблагопрятных условиях инфузория перестает питаться, и сократительные движения вакуолей значительно замедляются.

Размножение инфузории туфельки

Инфузория туфелька размножается делением. Примерно один раз в сутки ядра, большое и малое расходятся в разные стороны, растягиваются и разделяются надвое. В каждой новой особи остаются по одному ядру и по одной сократительной вакуоли. Вторая образуется через несколько часов. Каждая инфузория туфелька строение имеет идентичное родительскому.

У инфузорий, прошедших многократное деление, наблюдается такое явление, как половое размножение. Две особи соединяются друг с другом. Внутри получившейся большой клетки происходит деление ядер и обмен хромосомами. После завершения такого сложного химического процесса инфузории разъединяются. Количество особей от этого не увеличивается, но они становятся более жизнеспособными в изменяющихся внешних условиях.

Строение и жизнедеятельность инфузории туфельки мало зависит от внешних факторов. Все туфельки выглядят одинаково, имеют одну и ту же форму и размер вне зависимости от условий. Жизнедеятельность тоже протекает по одному сценарию. Имеет значение только температурный и световой факторы. Инфузории очень чувствительны к изменениям освещенности. Можно провести небольшой эксперимент: затемнить сосуд, в котором живут инфузории, оставив маленькое светлое окошко. К этому отверстию уже через пару часов стянутся все особи. Также инфузории воспринимают и изменение температуры. При снижении ее до 15 о C туфельки перестают питаться и размножаться, впадая в своеобразный анабиоз.