Простейшие

Саркодовые – большая группа простейших (тысячи видов), объединяющая одноклеточных гетеротрофных протистов, у которых отсутствуют жгутики. Все саркодовые – достаточно примитивные организмы со слабой дифференциацией цитоплазмы и наружной мембраны. Классификация саркодовых, как и всех остальных протистов, недостаточно ясна. Основные группы саркодовых (иногда выделяемые в типы): корненожки, актиноподы, фораминиферы, радиолярии, солнечники.

Внутреннее строение амёбы.

Корненожки (Rhyzopoda) отличаются наличием ложноножек – выростов цитоплазмы, образующихся в разных частях клетки, благодаря которым они движутся и захватывают пищу. Типичным представителем корненожек является амёба-протей. Амёба – это всеядное животное диаметром до 0, 1 мм, обитающее в мелких прудах и проточных ручьях. Её пищу составляют микроскопические водоросли, инфузории, жгутиконосцы. Цитоплазма отделена от внешней среды тончайшей мембраной и дифференцирована на два слоя: прозрачный наружный ( эктоплазма или плазмагель ) и зернистый внутренний ( эндоплазма или плазмазоль ). В эндоплазме расположено ядро и капельки жира, обеспечивающие плавучесть. Частица пищи обхватывается ложноножками и обволакивается цитоплазмой; вокруг неё образуется пузырёк пищеварительной вакуоли с ферментами (например, с пепсином). Питательные вещества всасываются внутрь цитоплазмы, остальное выбрасывается прочь через эктоплазму. Дыхание осуществляется благодаря попаданию воды с растворенным кислородом из окружающей среды. Время от времени в амёбе появляются сократительные вакуоли, в которых накапливается просачивающаяся снаружи вода. Такая вакуоль играет роль насоса, регулирующего осмотическое давление между окружающей средой и содержимым тела амебы. В пресной воде меньше солей, чем в протоплазме амебы. Ее мембрана полупроницаема, и под действием осмоса вода постоянно просачивается через нее в тело простейшего. Если ее не «откачивать», то тело амебы растворится в воде. У простейших, обитающих в море, где концентрация солей много выше, чем в пресной воде, пульсирующей вакуоли вовсе нет или она работает очень медленно. У амёбы нет специализированных чувствительных структур, однако она реагирует на пищу, избегает яркого света и механических раздражителей, а также некоторых химических веществ. Чтобы переместиться вперёд, амёба вытягивает в нужном направлении ложноножку, а затем «перетекает» в неё. Скорость её движения – 10–15 мм в час. Размножение амёбы происходит бесполым путём: происходит митотическое деление надвое; процесс деления занимает не более получаса. Некоторые виды амёб (например, дизентерийная амёба) размножаются также путём образования цист (протопласт покрывается плотной оболочкой). Внутри цисты происходят митотические деления, после чего из неё появляются 4, 8 или больше молодых амёб.

Амёбы. Слева направо: амёба-протей, дизентерийная амёба, эвглифа, арцелла, панцирная амёба диффлюгия.

В кишечнике человека нашли приют разные амебы. Они кормятся здесь преимущественно бактериями. Большинство кишечных амеб безвредны. Но есть среди них одна, которая вызывает тяжелую дизентерию. Эти амебы, поселившись в толстом кишечнике, способны проникать в стенки, поедая и разрушая кишечные стенки. Особенно много заглатывают они эритроцитов, и поэтому протоплазма таких амеб в изобилии наполнена ими. В стенках кишечника дизентерийные амебы размножаются, отчего в кишечнике образуются язвы. Человека мучают кровавые поносы.

При изъязвлении стенки кишки вскрываются проходящие в ней сосуды. Вследствие этого кровь изливается в полость кишки, а амебы попадают в кровяное русло, что обеспечивает развитие амебных метастазов. Наиболее частыми являются метастатические абсцессы печени, в легких, головном мозге, селезенке, мышцах. Амеб находят в кожных поражениях, в перикарде, в аппендиксе.

Многие амебы выходят в полость кишки и превращаются в круглые цисты, которые вместе с экскрементами выводятся наружу, заражая воду и пищу. Они очень стойкие: сохраняют жизнеспособность в воде месяцами и не гибнут, если даже нагреть ее до 70 градусов.

Дизентерийные амебы не всегда вызывают острое заболевание. Они живут в кишечнике «мирно». Человек является носителем, не болея. Он разносит цисты по разным местам обитания. Обследования показали, что до 10% людей либо болеют дизентерией, либо здоровы, но носят в себе цисты опасных амеб. В тропиках этот процент еще выше.

В недавнее время установлено, что и простые свободноживущие амебы могут поселиться в теле человека, попадая в него при питье грязной воды во время купания. Проникая в нервную ткань, они вызывают воспаление мозга (менингоэнцефалит). Механическими переносчиками амеб являются мухи и тараканы.

Все жгутиковые (Mastigofora) имеют не менее одного жгутика (некоторые – тысячи). Жгутики являются их основным двигателем. Совершая сложные движения, отдалённо напоминающие восьмерки, они буквально «ввинчивают» жгутиконосцев в воду. Перемещение таким способом получило название движения по принципу тянущего винта. Жгутики служат не только для передвижения, но и способствуют захвату пищи, которая их движениями направляется к небольшому отверстию в пелликуле - рту, переходящему в глотку. При попадании пищи внутрь в эндоплазме образуется пищеварительная вакуоль, в полости которой и происходит переваривание пищи. Непереваренные остатки пищи выбрасываются вблизи заднего конца тела. Одни жгутиковые – свободноживущие формы, заглатывающие твёрдую пищу (например, бактерий и других протистов). Так, перанема при помощи специального палочкового аппарата прикрепляется к жертве, обволакивает добычу и проталкивает её в глотку, после чего начинается переваривание ферментами. Другие – паразиты, питающиеся жидкими органическими веществами, например, кровью. Жгутиковые, питающиеся жидкой пищей, они усваивают ее всей поверхностью тела (пиноцитоз). У растительных жгутиконосцев (например у эвглены) существует смешанный (миксотрофный) тип питания - автотрофный и гетеротрофный. Изменчивость типов обмена веществ у жгутиковых следует рассматривать как примитивную особенность, присущую организмам, стоящим как бы на границе между растительным и животным миром.

Клетка жгутиковых одета тонкой наружной оболочкой (пелликулой), либо хитиновым панцирем. В отличие от саркодовых жгутиконосцы сохраняют постоянную форму тела. Ядер одно или несколько. Некоторые жгутиковые имеют светочувствительный органоид (стигму) до 25 микрон в диаметре, расположенный у основания жгутика. У немногих видов временно или постоянно могут существовать и псевдоподии. В теле жгутиковых откладываются запасные питательные вещества. Это могут быть капельки жироподобных веществ, углеводы - гликоген, а у растительных форм - зерна крахмала или близкого к нему углевода парамила (у эвглен). Осморегуляция у них осуществляется таким же образом, как и у саркодовых - с помощью сократительных вакуолей, которые имеются у свободноживущих пресноводных форм и отсутствуют у большинства морских и у всех паразитических видов. Сократительные вакуоли частично выполняют и выделительную функцию. Кроме одноядерных, есть двуядерные и даже многоядерные (до сотни, например, у опалины) виды жгутиковых. Большинство жгутиковых делится продольно пополам надвое. Нередко деление совершается в покоящемся состоянии (цисты). Под защитой цисты тело делится последовательно один или несколько раз, при этом объем тела не увеличивается, и получаются относительно мелкие клетки. Процесс последовательных делений без стадий роста и увеличения объема получающихся клеток (процесс напоминает дробление яйца многоклеточных животных) носит название палинтомии. Впоследствии циста лопается, и молодые особи выходят наружу.

Известно более 6 000 видов жгутиковых. Они обитают в морях, пресных водоемах и почве, а около 700 видов ведут паразитический образ жизни: некоторые обитают в рубце жвачных млекопитающих или в слепой кишке других травоядных (например, лошади). Жгутиковые представляют интерес в том отношении, что в пределах этого класса проходит как бы граница между растительным и животным миром. Среди них есть представители, обладающие хроматофорами, содержащими хлорофилл. Следовательно, на свету они могут осуществлять фотосинтез (автотрофное питание), а в темноте - питаться гетеротрофно. Другим жгутиковым свойственен только гетеротрофный тип питания. Это не пожар и не выброс нефти – океан недалеко от Калифорнии фосфоресцирует из-за огромного скопления микроскопических жгутиконосцев ночесветок.

Существуют колониальные жгутиковые, в особенности среди растительных - например вольвокс, пандорина и др. Все клетки или часть клеток в колонии претерпевают последовательные палинтомические деления, благодаря чему получается сразу несколько молодых колоний. Половой процесс имеет место не у всех жгутиковых. Он особенно распространен у растительных форм, в том числе у колониальных, обладающих палинтомическими колониями. У них есть изогамия (равногаметность) и гетерогамия (разногаметность). У вольвокса наибольшее сходство с многоклеточными проявляется в том, что не все клетки колонии, а лишь немногие превращаются в гаметы. У всех жгутиковых, имеющих половой процесс, первые два деления зиготы представляют собой мейоз. Диплоидна у них только зигота, все же остальные стадии жизненного цикла гаплоидны. У многоклеточных животных мейоз появляется перед образованием гамет, т. е. гаплоидны только гаметы, а все клетки организма в течение жизненного цикла диплоидны. Наиболее высокая ступень полового процесса у вольвокса - формирование настоящих активно подвижных сперматозоидов и яйцевых клеток. Такая форма полового процесса носит название оогамии.

Слева направо: возбудитель сонной болезни трипаносома гамбийская, возбудитель лейшманиоза лейшмания.

Такие жгутиконосцы, как трипаносома, лейшмания – опасные паразиты человека, вызывающие подчас смертельные заболевания (сонную болезнь, болезнь Чагаса, восточную язву, кала-азар). Их переносчиками являются кровососущие насекомые, например, муха цеце (трипаносомы) или москиты (лейшмании). Более 200 видов жгутиковых обитают в желудках термитов, превращая в них клетчатку в сахар. Воротничковые жгутиконосцы (Choanoflagellata) – возможные предки многоклеточных животных.

Трипаносомы – мельчайшие (двадцатая часть миллиметра) простейшие организмы – жгутиконосцы. Они имеют заостренное, лентовидное тело, бесцветные, с одним жгутиком. Жгутик начинается на одном конце тела, тянется вдоль него, срастаясь плазматической пленкой, и образует мембрану. Колебания такой мембраны приводят трипаносому в движение. Когда муха цеце пьет кровь дикого животного – антилопы, зайца, гиеновой собаки, вместе с кровью в ее кишечник попадают трипаносомы. Они быстро размножаются и через две недели начинают передвигаться по кишечнику ко рту. Оттуда попадают в слюнные железы мухи. Со слюной попадает в кровь человека, укушенного мухой. Трипаносомы возбуждают сонную болезнь. Начинается она так: через две-три недели на месте укуса появляется волдырь, возникают боли в затылке, распухают лимфатические железы, опухает горло. Температура повышается до 40-41 º С, сыпь на коже, приступы лихорадки длятся неделями с перерывами в несколько дней, слабость, бессонница – это в начале болезни, а потом, напротив, сонливость. В это время трипаносомы проникают в головной мозг. Человек спит и спит, истощается. Обычно года через два наступает смерть. Ужасная болезнь. Там, где много мух цеце, человек не селится, не пасется скот. За десять лет в Африке от сонной болезни погибло полмиллиона человек. В 1916 году немецкие химики синтезировали препарат германин. Это лучшее лекарство от сонной болезни.

В Южной Америке распространена болезнь Чагаса. Переносчиками ее являются клопы. В их кишечнике размножаются те же трипаносомы. Вместе с испражнениями клопов они попадают на кожу человека, здесь через ранки или через глаза проникают в его тело. Там развиваются в различных тканях. Затем переходят в кровь и при укусе клопом оказываются в том же насекомом.

В Южной Азии, Северной Африке и реже в Южной Европе можно встретить людей с узловатыми рубцами на лице. Это признаки перенесенной ранее болезни – восточной язвы или пендинки. Начинается она с образования на руках и ногах узловатой опухоли, которая вскоре превращается в язву. В ее тканях, в лейкоцитах, можно увидеть в сильный микроскоп множество округлых телец – это одна из форм трипаносом – лейшмании. Через год-два язва зарубцовывается, но навсегда остается шрам от нее. Переносчики пендинки – москиты, а природные носители – большие песчанки и другие грызуны.

Много опаснее – другой лейшманиоз – кала-азар («черная смерть»). Переносчиками также являются москиты, а природными носителями – собаки, которые тоже ей болеют. Увеличенные печень, селезенка, лихорадка, малокровие, истощение - симптомы болезни. Острая форма продолжается несколько месяцев, хроническая – 2-3 года. В конце концов, наступает смерть. При данной болезни помогают препараты сурьмы и висмута

Нельзя не сказать о лямблиях. Это очень мелкие простейшие (длина 15 микрон). Они грушевидной формы. На плоском «брюшке» большая присоска. Ею присасываются лямблии к стенкам тонкого кишечника. Долгое время они не причиняют вреда, но иногда вызывают всякого рода расстройства. 40% дошкольников заражены лямблиозом.

ЧТО ТАКОЕ МАЛЯРИЯ?

Долгое время человечество не знало, отчего происходит это заболевание. «Малярия» по-латыни – плохой воздух. Думали, что ее вызывают дурные испарения болот. Только в конце прошлого века английские врачи Мансон и Росс установили, что не сам «плохой воздух», а комары, которых, как известно, множество на болотах, переносят малярию от человека к человеку.

Рассмотрим под микроскопом эритроцит больного малярией. Под его оболочкой увидим похожее на амебу существо. Оно почти целиком заполняет кровяную клетку собой. Оно питается гемоглобином и быстро растет. Это споровик рода плазмодиум. На этом этапе жизни его называют шизонтом. (6) Вскоре начинается бесполое размножение паразита, заключенного в эритроците. Оно протекает как (7-10) множественное деление ( шизогония ), и в результате одна клетка шизонта распадается на 8-16 потомков – мерозоитов. Мерозоиты (10) выходят из эритроцита, разрывая его оболочку, и проникают в дру гие красные кровяные клетки (11). Такой процесс повторяется несколько раз. В тот момент, когда мерозоиты попадают в плазму крови, начинается приступ малярии. Он выражается в изнурительной лихорадке, повторяющейся каждые 48 или 72 часа (период, через который повторяется шизогония). Лихорадку вызывают продукты жизнедеятельности шизонта, скопившиеся в эритроците, а при разрыве попавшие в кровь. Один вид плазмодия – плазмодиум фальципарум - вызывает особенно тяжелое заболевание – тропическую, или пернициозную (опасную) малярию. При этой форме малярии приступы повторяются через 24 часа и продолжаются очень долго. Тропическая малярия опасна еще и тем, что оболочки разрушенных паразитом эритроцитов, слипаясь друг с другом, могут закупорить мелкие кровеносные сосуды человека. Если это случится в сердце или в мозге, возникают тяжелые формы инфаркта или инсульта.

Приходит время, и мерозоиты готовятся к половому размножению. Они дают начало гаметоцитам двух типов: макрогаметоцитам (женским) (12) и микрогаметоцитам (мужским) (13). Их жизнь как бы замирает: они ждут своего часа. А час этот наступает, когда комар напьется крови человека, больного малярией. В желудке комара гаметоциты превращаются в половые клетки (14, 15). Гаметы сливаются, образуя зиготу (19).

Значит, в человеческом организме плазмодиум размножается лишь бесполым путем, а в комаре – половым. Болезнетворной стадией их развития являются половые клетки, а в основном хозяине они являются целостными организмами.

Зигота, пробивает стенку, выходит на поверхность, обращенную в полость тела (20). Здесь одевается оболочкой и превращается в ооцисту (21). Она быстро растет, лопается, образуя тысячи крошечных телец – спорозоитов (23). Они продвигаются в крови комара к его слюнным железам.

Как только комар погрузит свой сосущий хоботок в кожу человека, по нему в кровь человека попадут спорозоиты. С человеческой кровью они доходят до печени и внедряются в ее клетки (1-3). Внедрившись, они приобретают вид уже известных нам шизонтов, после шизогонии превращаются в мерозоитов (4), которые поражают новые печеночные клетки, а, затем, выходят в кровяное русло и атакуют эритроциты (5). Даже после лечения плазмодиумы могут месяцами и годами сохранять жизнеспособность и жить в различных тканях, не размножаясь. Иногда кажется, что лихорадка закончилась, и человек выздоровел, но после стадии покоя вдруг начинаются новые приступы.

Укус не всякого комара опасен, а только малярийного из рода анофелес. Отличить его от обычного комара (рода кулекс) можно по темным пятнышкам на крыльях, а также по «посадке»: когда он сидит на чем-нибудь, то поднимает брюшко вверх. Комар немалярийный держит его почти горизонтально.

Кроме того, малярийные паразиты размножаются в комаре только при относительно высокой температуре: 15-17 градусов. Поэтому малярия – болезнь теплых и жарких стран. В тропиках и субтропиках она особенно свирепствует. В первые годы после второй мировой войны во всем мире заболевало ежегодно 350 млн. человек. Из них 3, 5 млн. умирала. Раньше малярию лечили хинином, который добывали из коры хинного дерева. Ныне в медицине применяют более эффективные и менее токсичные препараты.

Инфузории (Infusoria), или ресничные (Ciliophora) – группа наиболее высокоорганизованных гетеротрофных простейших. Инфузории перемещаются при помощи согласованной работы многочисленных ресничек. Некоторые реснички способны воспринимать механические раздражения. У сосущих инфузорий реснички отсутствуют, зато есть большое количество щупалец, впивающихся в добычу.

Инфузории. Слева направо: парамеция (инфузория-туфелька), блефаризма, эвплотес, подофрия, инфузория-трубач.

Колония инфузорий кархезиум.

Размеры инфузорий колеблются от 12 мкм до 3 мм. Внешний облик инфузорий разнообразен: среди них встречаются сидячие и подвижные, одиночные и колониальные, меняющие и не меняющие форму клетки. Реснички собраны в ряды, их основания находятся под клеточной оболочкой. Клетка инфузории покрыта плотной оболочкой и желеобразной эндоплазмой. Хорошо развиты микрофибриллы. В цитоплазме находятся два типа ядра – макронуклеус и микронуклеус. Первое контролирует процессы метаболизма и дифференцировки клетки, второе – процесс размножения. Микронуклеус даёт начало новым макронуклеусам.

Инфузории обитают в пресной и морской воде, в почве, могут жить в телах различных животных в качестве паразитов или симбионтов.

Кроме свободноживущих инфузорий, есть прикрепленные. Большинство инфузорий питается различными бактериями, водорослями, разлагающимися остатками организмов. Среди инфузорий есть хищные виды, а также сосущие. Некоторые инфузории (например рода Tetrahymena) используют в настоящее время для тестирования качества окружающей среды (воды, продуктов питания, кормов и др. ), поскольку они хорошо культивируются на синтетических средах, быстро размножаются и дают результаты, сопоставимые со сходными реакциями других животных и даже человека. При культивировании на синтетических средах (впрочем как и в природе) инфузории делятся бесполым путем (до 60 поколений), что делает их удобным тест-объектом для различных лабораторных исследований.

При добыче пищи инфузории используют стрекательные нити (трихоцисты), расположенные под пелликулой. При попадании пищи через глотку в тело образуются пищеварительные вакуоли. Непереваренные остатки пищи выбрасываются через порошицу. У инфузорий имеются опорные фибриллы, обладающие сократимостью. Они помогают инфузории изгибать тело и временно изменять его форму. У пресноводных инфузорий имеется две сократительные вакуоли. Сократительные вакуоли инфузории-туфельки способны за полчаса вывести наружу количество воды, равное объему ее тела. Организм же человека выделяет количество воды, равное объему тела, примерно, за 3 недели. Основная их функция - осморегуляторная (удаление избытка воды).

Инфузории размножаются преимущественно бесполым путем (митоз) - поперечным делением на две дочерние клетки. Среди инфузорий имеются виды с внутренним

почкованием - дочерние особи образуются внутри камеры в теле матери, что напоминает живорождение. Половой процесс инфузорий - конъюгация. В ходе конъюгации макронуклеус распадается, а микронуклеус проходит сложный цикл созревания. Половой процесс состоит в том, что две особи разного полового типа сближаются и прикладываются друг к другу теми поверхностями тела, на которых находится рот. Макронуклеусы распадаются, а микронуклеусы претерпевают мейотическое деление, так что в каждой инфузории образуется по четыре гаплоидных ядра. Три из них дегенерируют, остается по одному, каждое из которых делится затем митотически. Образуется по два гаплоидных ядра, одно из этих идентичных ядер остается в клетке, а другое через область рта переходит в другую особь и сливается с ее гаплоидным ядром. Таким образом, при конъюгации происходит как бы

взаимное оплодотворение, а оба новых диплоидных ядра идентичны. Затем инфузории расходятся, макронуклеусы восстанавливаются. Следует заметить, что в данном случае

размножения как такового не происходит (увеличения числа особей не наблюдается), а происходит обновление генетического материала. Если проходит 700 делений, не сопровождавшихся половым процессом, то инфузория обычно гибнет.

У инфузорий имеется еще одна особенность - передача наследственной информации не через хромосомы ядра, а через цитоплазму (цитоплазматическая наследственность). Определенные штаммы парамеций образуют и выделяют в окружающую среду особые частицы, которые при контакте с другими («чувствительными») особями вызывают гибель последних. Это так называемые каппа-частицы. Каппа-частицы имеются у клеток-«убийц» и отсутствуют у «чувствительных» клеток. «Чувствительные» особи, лишенные каппа-частиц, иногда, еще до встречи с такой частицей успевают конъюгировать с особью-«убийцей» и при этом могут получить от нее каппа-частицу; тогда они выживают, делятся и сами приобретают способность превращать «чувствительных» особей в «убийц». Признак передается в том случае, когда деление каппа-частиц не совпадает с делением особи. Если деление каппа-частиц будет идти в ногу с делением парамеций, то появления «чувствительных» особей и особей-«убийц» не произойдет. «Убийца» может содержать до 800 каппа-частиц (и до восьми их полов), выделяя в среднем по одной частице каждые пять часов.

Инфузории произошли от примитивных жгутиконосцев; их 6000–8000 видов.