Открытие нового мира

Голландский мануфактурщик Антони ван Левенгук имел одно странное увлечение. Всё свободное от работы время он посвящал обтачиванию и шлифовке стекол. Он где–то слышал, что если тщательно отшлифовать линзу из чистого стекла, через нее можно увидеть вещи сильно увеличенными. В полном одиночестве, без помощников и учителей за двадцать лет терпеливой и многотрудной работы Левенгук научился делать самые лучшие и точные линзы во всей Голландии, да что в Голландии – во всей Европе! Но на этом он не остановился. Комбинируя разные линзы в окуляре своего самодельного микроскопа, он пытался добиться наибольшего увеличения и самого резкого изображения.

Левенгук и его рисунок

Мечта Левенгука сбылась. Через свои волшебные линзы он мог рассматривать всё, что попадалось ему под руку: мышечные волокна кита, чешуйки собственной кожи, волоски животных, мушиные головы, ножки блох, семена растений. Но однажды ему пришла в голову мысль навести окуляр своего микроскопа на капельку чистой воды. Странная идея... Скажите, ну что можно увидеть в прозрачной капле воды?

Возможно, Левенгуком двигало простое любопытство или он решил проверить, так ли чиста вода под микроскопом, какой она кажется невооруженным глазом, но так или иначе, наведя окуляр микроскопа на каплю воды, Левенгук сделал, может быть, самое чудесное открытие за всю историю биологии!

Представьте себе, как поражен был Левенгук, увидев, что прозрачная дождевая вода кишит крошечными организмами, такими мелкими, что в одной капле их можно было насчитать десятки и даже сотни. Левенгуку посчастливилось первому увидеть то, что до него не видел ни один человек на земле. Он открыл невидимый мир микроорганизмов, о котором до него никто даже не подозревал.

Что же увидел Левенгук? Опираясь на описания и рисунки, которые он оставил, на этот вопрос можно ответить довольно точно. В капле воды Левенгук увидел простейших – мелкие одноклеточные организмы, о которых и пойдет рассказ в этой главе.

Многие простейшие имеют микроскопические размеры – от пяти сотых до одной десятой миллиметра, – ведь большинство из них состоит всего из одной клетки. Но встречаются и настоящие великаны: инфузория спиростомум может вырасти длиной до 2 мм и вполне видна невооруженным глазом. Самый крупный вид амёбы из наших водоемов достигает 1 мм в диаметре, а колония зеленых жгутиковых простейших вольвокс – размера булавочной головки. Грегарины, паразитирующие в кишечнике и половой системе беспозвоночных животных, могут вырастать до 16 миллиметров в длину.

Еще крупнее раковины ископаемых вымерших раковинных амёб нуммулитов – до 3 см в диаметре!

Грегарина

Правда, такие гиганты в мире простейших – скорее исключение, чем правило. Большинство из них рассмотреть невооруженным глазом практически невозможно, и всё–таки я уверена, что большинство из вас неоднократно видели простейших и не на картинке, а своими собственными глазами.

Вам никогда не приходилось видеть летом пруд с зеленой водой? Про такой водоем говорят, что он «зацвел». На самом деле зеленую окраску воде придают простейшие, обладающие способностью к фотосинтезу. Если бы можно было надеть на глаза увеличивающие очки, то в зеленой прудовой воде мы бы увидели стремительно проносящиеся мимо клетки хламидомонад и эвглен и степенно плывущие многоклеточные шары вольвокса.

Впрочем, колонию вольвокса можно увидеть и без всяких приспособлений, это студенистый зеленоватый шарик диаметром 2–3 мм. Внутри такого шарика может находиться до 2 тысяч отдельных клеток, которые своим строением и формой до того напоминают отдельно живущих одноклеточных хламидомонад, что ученые считают хламидомонаду и вольвокс ближайшими родственниками. Каждая клетка в колонии вольвокса связана с другими тоненькими цитоплазматическими мостиками. Такая тесная связь позволяет всем клеткам колонии действовать согласованно. Жгутики всех клеток бьют в унисон, в результате чего колония может плыть в одном направлении, например к источнику света.

Участок колонии вольвокса (сильно увел.). 1 – отдельные клетки; 2 – цитоплазматические мостики между клетками

Для того чтобы познакомиться с простейшими поближе, больших усилий не требуется. Достаточно взять пробу воды из пруда, канавы или просто из лужи. Брать пробу нужно чистой баночкой у самого берега водоема, где простейшие более многочисленны и разнообразны. Наполнив баночку водой наполовину, следует положить туда опавшей перегнившей листвы, ряски и обязательно немного ила со дна. Гниющими остатками растений питаются многие простейшие, а некоторых в придонный слой привлекает не детрит, а бактерии, которые в большом количестве размножаются на мертвой органике. Большие любители полакомиться бактериями – известные каждому школьнику инфузории–туфельки, названные так за форму клетки, действительно напоминающей туфельку.

После того как вода в баночках немного отстоится, можно прямо на месте провести первичный анализ проб. Для этого баночки просматривают на свет с помощью обычной лупы. Даже таким образом удается отличить многих простейших, особенно крупных инфузорий: темных похожих на фунтик из–под семечек трубачей, червеобразных спиростомумов и бочонкообразных бурсарий. И даже сравнительно мелкие организмы, например инфузории туфельки, видны как белые черточки, быстро снующие в различных направлениях.

Инфузории

Крупные инфузории трубач (слева) и бурсария (справа) видны невооруженным глазом . Край ротовой воронки (1) трубача покрыт ресничками (2), которые загоняют в ротовое отверстие пищу трубача – бактерии и мелкие водоросли . Бурсария прозрачна , поэтому внутри клетки хорошо видно лентовидное ядро (3) и темные пищевые вакуоли (4), в которых происходит переваривание пищи . Бурсария – хищница , и питается другими инфузориями и жгутиконосцами , которых загоняет в ротовое отверстие (5) движением ресничек.

Если в баночке вы заметили 5–6 инфузорий любого вида, то можно сказать, что это место очень удачно для сбора простейших. Если вы не обнаружили микроорганизмов – не стоит расстраиваться – возьмите еще воды из разных мест, простейшие не всегда попадают в пробу с первого раза.

Для того чтобы ближе познакомиться с простейшими, можно попытаться подержать их в неволе. Это совсем несложно. Баночку с отобранными пробами нужно поставить на окно и добавить в воду 5–10 капель некипяченого молока. Простейшие – неприхотливые организмы, и особенного температурного режима для их содержания не требуется. А молоко стимулирует размножение бактерий, которыми многие из них питаются, кроме того, некоторые простейшие и сами очень даже не прочь разнообразить свое меню молочными продуктами.

Чтобы лучше рассмотреть простейших, в часовое стекло пипеткой набирают жидкость (1–2 мл) из верхней части банки, у освещенных стенок и со дна и внимательно просматривают пробу с помощью лупы. Подвижные инфузории хорошо заметны под увеличительным стеклом, гораздо сложнее заметить амёбу. Больше всего амёба напоминает маленький полупрозрачный сероватый комочек, который медленно передвигается по дну сосуда, постоянно меняя свою форму.

Если рассмотреть каплю взятой вами воды под микроскопом, вы увидите огромное множество разнообразных простейших: покрытую ресничками инфузорию–туфельку, ее врага – хищную инфузорию бурсарию, эвглену зелёную, которую легко отличить по красному глазку, зеленой окраске и единственному жгутику. (Чтобы поймать эвглену, пробу лучше брать ближе к поверхности воды на хорошо освещенных участках водоема. Как вы думаете, почему?)

Фагоцитирующая амёба. 1 – ложноножки

Внешний вид простейших поражает своим разнообразием. Одни стремительно движутся в воде с помощью многочисленных ресничек или длинных жгутиков, другие неподвижно сидят на одном месте. Некоторые окрашены в яркий зеленый цвет, в то время как другие едва заметны на фоне мутной воды. Большинство состоят из одной клетки, но есть среди простейших и такие, которые ведут «общественный» образ жизни, образуя многоклеточные колонии. На первый взгляд все эти существа так сильно отличаются друг от друга, что совершенно непонятно, почему ученые объединяют их в одну отдельную систематическую группу – царство простейших.

Особенно сильно бросается в глаза отличие зеленых, способных к фотосинтезу «растительноподобных» простейших (эвглена зелёная, хламидомонада, вольвокс) от «животноподобных» амёб и инфузорий, которые питаются, активно захватывая добычу. Так почему бы не относить «растительноподобных» простейших к царству растений, а «животноподобных» – к царству животных? На этот непростой вопрос мы попытаемся ответить в следующем рассказе.

 

Растения или животные?

На первый взгляд эвглена зелёная – это настоящее растение, только одноклеточное. А как же иначе, если она содержит хлорофилл и, соответственно, способна к фотосинтезу? Но мы не будем торопиться с выводами. Давайте вспомним, какие признаки помимо способности к образованию органических веществ из неорганических, характерны для представителей растительного царства. Первое, растения не способны активно перемещать свое тело в пространстве. Двигаться–то они могут: клевер и кислица складывают листочки перед дождем, корзинка подсолнечника поворачивается вслед за солнцем, все растения могут поворачивать листья к свету. Но движение – это еще не передвижение.

Эвглена зеленая. 1 – жгутик; 2 – светочувствительный глазок; 3 – сократительная вакуоль , удаляющая из клетки излишек воды; 4 – ядро; 5 – хроматофоры (так у простейших называются хлоропласты)

Второе, клетка всех без исключения растений покрыта снаружи жестким «скафандром» из вещества, которое называется целлюлозой, или клетчаткой. Целлюлозная оболочка придает клеткам растений жесткость и прочность, образуя подобие наружного скелета.

И, наконец, третье, растительная клетка откладывает запасные вещества в виде крахмала.

Теперь, вспомнив все основные признаки растений, попробуем приложить их к нашему « растительноподобному » простейшему.

Во–первых, клетка эвглены способна активно перемещаться по направлению к свету с помощью длинного жгутика. Ориентироваться на свет простейшему помогает светочувствительный глазок – стигма. Если культуру эвглены поместить вблизи окна, через которое падают солнечные лучи, то в воде образуется хорошо заметное зеленое скопление клеток, движущееся по мере изменения освещенности всегда в сторону самого светлого участка. Активное передвижение в пространстве совершенно несвойственно растениям, а наоборот, больше сближает эвглену с животными.

Во–вторых, в отличие от клеток растений у эвглены отсутствует жесткая клеточная стенка, построенная из целлюлозы, поэтому ее «тело» может легко изменять свою форму.

И наконец, в клетках эвгленовых вы никогда не найдете свойственный всем растениям крахмал, эвглены запасают сахара в форме особого вещества – парамилона, не обнаруженного больше ни у одной группы живых организмов.

Получается, что, если приглядеться к эвглене повнимательнее, единственное, что сближает ее с растениями, это наличие хлорофилла. Но среди 900 видов эвгленовых встречаются и такие, у которых хлорофилла нет! Эти бесхлорофилльные эвглены питаются готовыми органическими веществами, как настоящие животные. Да и зеленые, способные к фотосинтезу виды эвглен могут в зависимости от условий переходить к животному типу питания. Если выращенных на свету зеленых эвглен поместить в темный шкаф и подкармливать питательным бульоном, содержащим все необходимые для роста и развития вещества (сахара, белки, витамины), они не только выживут, но и будут активно делиться, правда, при этом, по понятной причине, потеряют зеленую окраску.

Давайте подытожим результаты нашего сравнения. С одной стороны, эвглена способна к фотосинтезу, как обычное растение, с другой – она может легко переключаться на животный тип питания готовыми органическими веществами. Активное передвижение с помощью жгутика и отсутствие клеточной стенки также сближает эвглену с животными. Так что же такое эвглена – растение или животное? Ни то, ни другое. Так же как и многие другие простейшие, эвглена сочетает в себе признаки и растений, и животных, поэтому в нашей системе живой природы мы поместили простейших посередине между животными и растениями (см. схему на с. 7).

Промежуточное положение простейших в системе живых организмов заставляет выделять их в отдельное царство, но еще совсем недавно зоологи и ботаники «сражались» за право изучать простейших под знаменами своих наук. В этом споре ботаникам отходили фотосинтезирующие простейшие, а зоологам – «животноподобные» – простейшие–паразиты растений и животных, потребители мертвой органики – сапрофаги и хищники. Но право изучать эвглену зелёную оспаривалось как ботаниками, так и зоологами, и она была далеко не единственным камнем преткновения ученых.

Царство простейших отнюдь не сразу стало царством – началось всё с маленького «княжества» – типа простейшие в царстве животных. Потом тип вырос до целого подцарства, и, наконец, обрел «независимость». Не успев образоваться, новое царство тут же «захватило» пограничные территории других царств: к простейшим отошли не только одноклеточные животные, но и многоклеточные губки, все одноклеточные грибы, фактически к простейшим надо относить и все водоросли, не только одноклеточные. Однако мы в этой книге пока последуем традиции и будем говорить о водорослях как о «нормальных» растениях.

Среди таких «спорных» организмов оказались морские простейшие – динофлагелляты, или панцирные жгутиконосцы. Панцирные – потому что снаружи клетки динофлагеллят, словно доспехами, покрыты целлюлозными пластинками, делающими их похожими на миниатюрные пуговицы. В желобках между пластинками лежат два жгутика, биение которых заставляет клетку, двигаясь, вертеться как волчок.

Динофлагелляты содержат хлорофилл и, следовательно, самостоятельно синтезируют питательные вещества, но при случае могут поглощать частицы детрита, а некоторые виды динофлагеллят способны даже заглатывать другие клетки.

Панцирные жгутиконосцы (динофлагелляты).Снаружи клетку динофлагеллят покрывают целлюлозные пластинки

Летом на Черном море можно встретить удивительного представителя динофлагеллят – ночесветку. При раздражении она вспыхивает призрачным фосфорическим светом. Днем это явление не заметно, зато в темноте ночесветки смотрятся фантастически. Их свечение могут вызвать удары весел о воду и просто падающие с весел капли воды, работа винта моторной лодки или корабля, плывущий человек – любое движение в воде.

Свечение ночесветки вызвано окислением жировых включений в цитоплазме клетки. В процессе окисления всегда выделяется энергия, либо тепловая, как при горении или дыхании, либо световая, как в случае с ночесветкой.

Некоторые виды динофлагеллят образуют сильные яды. Миллиарды этих простейших вызывают «цветение» воды, которая приобретает красный оттенок, из–за чего это явление получило название «красных приливов». Красный цвет динофлагеллятам придают красно–оранжевые пигменты каротиноиды (те самые, что окрашивают морковку и осенние листья), маскирующие зеленый цвет хлорофилла.

Ночесветка

В 1974 году побережье Флориды было опустошено «красным приливом»: мертвая рыба покрывала пляжи, туристические фирмы терпели многомиллионные убытки. Рыбы отравились, наевшись ядовитых динофлагеллят. А вот мидии и другие моллюски могут поглощать эту опасную пищу без всякого для себя вреда, однако человек, отведавший деликатесных моллюсков, питавшихся ядовитыми простейшими, может серьезно пострадать. Причины внезапного возникновения «красных приливов» изучены еще не до конца.

 

Две половинки диатомеи

Одноклеточные диатомеи отличаются от других простейших отсутствием жгутиков и ресничек и уникальными по красоте и изяществу кремниевыми панцирями. Вещество, из которого состоит панцирь диатомей, по составу похоже на полудрагоценный камень опал. Тонкий рисунок панцирей традиционно используется для проверки качества оптических приборов и также позволяет определить видовую принадлежность диатомей, так как у каждого вида рисунок свой, особый.

«Опаловый» панцирь состоит их двух половинок, надевающихся друг на друга, как крышка на коробку. При делении диатомеи обе половинки панциря отодвигаются друг от друга, так что каждая их двух образовавшихся клеток наследует половину панциря. При этом одной дочерней клетке достается донце, а другой крышка. Каждая клетка достраивает недостающую половину, причем у обеих дочерних клеток она будет меньшей: диатомеи всегда достраивают только донце, а крышечка передается по наследству.

Строение панциря диатомеи. Панцирь диатомей состоит из двух половинок: большей – «крышечки» (1) и меньшей – «коробочки» (2). Через щель между створками панциря (3) выделяется вещество, с помощью которого диатомея может медленно передвигаться по дну водоема –

Представьте себе ряд последовательных делений клетки диатомеи – получится, что. часть дочерних клеток всегда будут равны материнской, а другие будут уменьшаться в размерах с каждым новым делением. В результате деления пополам часть клеток неизбежно мельчает и, по идее, должна быстро уменьшиться до невидимого состояния. Но этого не происходит, потому что помимо вегетативного размножения делением пополам у диатомей существует еще половое размножение, в процессе которого размеры измельчавших диатомей восстанавливаются до нормальных.

После гибели клеток панцири диатомей оседают на дне морей и озер, и постепенно в течение миллионов лет накапливаются в виде мелкозернистого рыхлого порошка – диатомита. Такой «диатомовый ил» содержит очень много (до 90%) кремния. После очистки этот «ил» можно использовать как превосходный фильтрующий материал (для отбеливания сахара или осветления пива), как наполнитель при изготовлении красок или бумаги и как изоляционный строительный материал, который благодаря своей пористости сглаживает резкие перепады температуры. Диатомит используется также как материал для тонкой полировки. Подсчитано, что в 1 см3 диатомового ила содержится около 4,6 млн. панцирей диатомей. В нефтяном бассейне Санта–Мария (Калифорния) подземные отложения диатомового ила достигают мощности 900 м. Ученые определили возраст этих отложений и рассчитали, что наиболее мощные отложения остатков диатомей образовались около 100 млн. лет назад в меловом периоде.

Несмотря на отсутствие жгутиков и ресничек, многие виды диатомей подвижны. Через шов между створками панциря простейшие выделяют вещество, которое набухает в воде, образуя скрученные нити, способные растягиваться и сжиматься, как резинка. Нити прилипают к любой поверхности и затем сокращаются, подтягивая диатомею вперед. Таким образом простейшее, хотя и очень медленно, перемещается, оставляя за собой след выделяемого вещества, напоминая этим улитку, которая ползет, оставляя за собой слизь.

Диатомеи содержат хлорофилл и, следовательно, способны сами получать органические вещества, но если окружающая среда богата готовыми органическими соединениями, они легко переходят на животный тип питания. Как и другие способные к фотосинтезу простейшие, диатомеи лучше всего растут и размножаются, если их подкармливать животной пищей.

 

Наши общие предки

На нашей планете было время, когда ни животных, ни растений еще не существовало в природе. Первобытные моря и океаны населяли бактерии и одноклеточные ядерные организмы, похожие на современных простейших. Некоторые из них чем–то больше напоминали растения, другие – животных, третьи – грибы. Были среди них и такие клетки, которые «пробовали» объединяться в колонии, чем–то напоминающие колонии современного вольвокса. Это было время великих экспериментов природы: первые ядерные организмы испытывали разные способы питания, колониальные простейшие делали первые шаги к «изобретению» многоклеточности, впереди было возникновение сложно устроенных многоклеточных растений, животных и грибов.

Первые ядерные организмы, появившиеся на планете, дали начало трем царствам живых организмов: растениям, животным и грибам. Мы не знаем, как выглядели эти далекие общие предки, но можем представить, какими они могли быть, глядя на современных простейших. Почему именно на простейших? Да потому, что только среди них мы находим организмы, сочетающие в себе признаки и растений, и животных, и грибов.

О том, что какие–то древние организмы, похожие на простейших, могли быть предками растений, грибов и животных, говорит уже одно разнообразие их способов питания. Динофлагелляты фотосинтезируют, как растения, и заглатывают твердые органические частицы, как настоящие животные. Эвглены, диатомеи и хламидомонады при случае легко переключаются от фотосинтеза к поглощению пищи путем всасывания, характерному для грибов. При этом простые органические вещества всасываются клеткой прямо через мембрану. Даже «животноподобные» инфузории могут использовать «грибной» всасывающий тип питания.

Это примитивное простейшее совмещает признаки жгутиконосцев и амёб

Согласитесь, что такое разнообразие способов питания делает простейших довольно универсальными организмами. По сравнению с ними растения, грибы и животные – узкие специалисты, идущие каждый по своему пути. В мире живой природы универсальность какой–либо группы организмов обычно свидетельствует о ее древности и о том, что она является предковой по отношению к более специализированным группам. Природа сначала «пробует» различные варианты, а потом отбирает из них самые подходящие.

Растения, грибы и животные отказались от универсальности своих предков и развили каждый свои способности, достигнув в них совершенства. Но приобрести, не потеряв, невозможно... Растения монополизировали процесс фотосинтеза, но при этом потеряли подвижность. Животные сохранили подвижность, но, потеряв способность создавать органические вещества для собственного питания, попали в полную зависимость от растений. Грибы отказались и от фотосинтеза, и от подвижности, зато «научились» питаться веществами, которые не по зубам ни одному животному. Помимо всеядности грибы приобрели способность вырабатывать такие химические соединения (антибиотики и некоторые витамины), производство которых не смогли освоить животные и растения.

«Специальности» растений, грибов и животных

Среди простейших встречаются как организмы, лишенные клеточной стенки, так и с целлюлозной оболочкой. Помните, целлюлоза – основной компонент клеточной стенки растений, а клетки животных характеризуются как раз отсутствием какой–либо клеточной стенки?

Интересно, что хитин – вещество клеточной стенки грибов и наружного скелета беспозвоночных животных – найден и у некоторых простейших, правда, в составе раковин и домиков. Но сам факт того, что такие разные организмы, как беспозвоночные животные, грибы и простейшие, могут образовывать одно и то же вещество, дает нам право предполагать, что у этих далеких друг от друга организмов были общие предки.

Изучение простейших позволяет представить не только, как выглядели наши общие с растениями и грибами предки, но и то, как происходила эволюция многоклеточности.

Реконструировать основные этапы возникновения многоклеточности нам поможет изучение строения колоний некоторых простейших.

Мы уже знакомились с хламидомонадой и вольвоксом и сказали о том, что из–за внешнего и внутреннего сходства их клеток ученые считают их самыми ближайшими родственниками. Те же родственные связи объединяют с хламидомонадой еще два колониальных простейших: гониум и эвдорину. Отдельная клетка из колонии гониума, эвдорины или вольвокса ничем не отличается от хламидомонады, за исключением одного момента – клетки хламидомонады никогда не объединяются и живут только поодиночке.

Колония гониума представляет собой четырехугольную пластинку, состоящую из 16 клеток. Все клетки колонии появляются за счет 4 последовательных делений одной клетки–основательницы.

Гониум

Все клетки колонии в одинаковой степени подвижны, чувствительны к свету, способны к размножению. Фактически они ничем не отличаются друг от друга, а от одноклеточных хламидомонад отличаются только тем, что живут вместе. Но при выращивании в искусственной богатой питательными веществами среде колония гониума может распадаться на более мелкие восьми– и четырехклеточные и даже может жить в виде одиночных жгутиковых клеток. Такая непрочная связь между членами колонии наталкивает на мысль о тесном родстве между отдельно живущими клетками хламидомонады и объединенными клетками гониума.

Следующий шаг на пути к многоклеточности делает близкий родственник гониума – эвдорина. Шарообразная колония эвдорины

состоит из 32 клеток (посчитайте, сколько делений должно произойти, чтобы из одной клетки–основательницы получилась колония эвдорины). На «головном» конце колонии находятся клетки с более крупными глазками, они определяют направление движения всей колонии. Как и у гониума, все клетки в колонии эвдорины подвижны и способны к самостоятельному питанию, но одинаковыми их назвать уже нельзя. Клетки «головного» конца взяли на себя «руководящую функцию», но взамен потеряли способность к размножению. Здесь уже заметно некоторое разделение труда между членами колонии: часть управляет, часть размножается.

Эвдорина

Колония вольвокса еще больше напоминает многоклеточный организм, в котором разные виды клеток выполняют отдельные функции: одни направляют движение всего организма, другие добывают пищу, третьи размножаются. Как у эвдорины мелкие и «глазастые» клетки «головного» конца направляют движение всей колонии, так и вольвокс плывет вперед тем полюсом, на котором сильнее развиты глазки. Но если у эвдорины способность к размножению потеряли только эти «руководящие» клетки, то вольвокс пошел еще дальше. В многотысячной колонии вольвокса способностью делиться обладают только 4—10 клеток. Эти клетки неподвижны и не могут самостоятельно питаться – их главная и основная задача – размножение. Внутри колонии возникает обстановка неравенства: несколько клеток, в обязанности которых входит продолжение рода, питаются и растут за счет многих тысяч неспособных к делению вегетативных клеток. Получается, что вся огромная колония трудится не покладая рук, чтобы прокормить несколько делящихся клеток. И не кормить нельзя – от них зависит продолжение всего рода вольвоксов.

Вольвокс

Как видите, в колонии вольвокса разделение труда между разными видами клеток еще сложнее, чем у эвдорины: вегетативные клетки обеспечивают движение и питание всего «организма», несколько клеток «элиты» участвуют только в размножении, а «направляющие» клетки руководят движением, но кормят себя еще сами.

 

Универсальная защита – цисты

Большинство простейших живет в воде, пресной или соленой, но есть среди них и обитатели почвы: разнообразные амёбы, жгутиковые и инфузории. Для таких мелких организмов разница между водой и почвой небольшая. Почва состоит из мелких комочков, и, пока она не пересохла, каждый такой комочек сверху покрывает тонкая пленка воды. Для микроскопических простейших это – целый бассейн! И всё–таки почва это не водоем и может пересохнуть довольно быстро, особенно в верхних слоях. Что же делать простейшим?

Почвенные простейшие с легкостью переносят даже долгое отсутствие воды – в виде цист. Циста – это клетка, покрытая толстыми водонепроницаемыми оболочками, под защитой которых организм простейшего остается жизнеспособным и при увеличении влажности снова переходит к активной жизни. Цисты простейших и споры бактерий, при всех различиях этих организмов, похожи в главном – их толстая водонепроницаемая оболочка помогает организму пережить неблагоприятные условия.

Цисты способны образовывать и водные простейшие. В состоянии анабиоза инцистированные (т. е. находящиеся в цисте), простейшие переносят охлаждение и перегревание, отсутствие корма и полное пересыхание водоема. С помощью цист может происходить расселение простейших из водоема в водоем. Невесомые цисты поднимаются ветром со дна пересохшей лужи и переносятся на большие расстояния.

Циста простейшего .

В существовании цист можно убедиться на собственном опыте. Если в пробе, которую вы взяли из водоема, нет простейших, не торопитесь ее выливать. Подождите неделю и, скорее всего, если им понравится на вашем подоконнике, в баночке «из ниоткуда» (на самом деле – из цист) появятся амёбы и инфузории.

 

Можно ли обойтись без простейших?

Фотосинтезирующие простейшие – хламидомонада, эвглена, вольвокс, динофлагелляты и диатомеи могут создавать органические вещества сами, используя воду, углекислый газ, соли и энергию солнечного света. Те простейшие, которые не способны к фотосинтезу, нуждаются в готовых органических веществах. Одни, как, например, обыкновенная амёба, питаются мертвыми остатками растений и мелких водных животных, другие, как инфузории–туфельки и трубачи, поедают бактерий, третьи, как инфузории бурсарии и дидинии, хищничают, нападая на других инфузорий.

Дидиний, пожирающий туфельку.Хищная инфузория дидиний в два раза меньше своей излюбленной добычи – инфузории–туфельки

В свою очередь простейшими питаются насекомые и их личинки, водные черви и мелкие рачки. Пресноводные рачки – циклопы и дафнии – сами такие мелкие, что при малом увеличении их можно принять за простейших (отличить их можно по резким скачкообразным движениям – простейшие двигаются плавно). Мелкие рачки, насекомые и их личинки служат кормом многим видам рыб и их малькам. Получается цепочка из организмов, в которой каждое звено, кроме первого – фотосинтезирующих простейших, является одновременно и добычей и хищником. Такие живые цепочки из организмов, связанных между собой пищевыми связями, называются цепью или сетью питания.

В морях и океанах фотосинтезирующие простейшие вместе с водорослями и цианобактериями играют главную роль в образовании органических веществ. Одни только диатомеи поставляют четверть органических веществ, создаваемых растениями на всей планете. За счет этой первичной продукции, созданной простейшими, существуют все остальные обитатели водоемов, не способные сами синтезировать питательные вещества. По цепям питания органические соединения передаются от организма к организму, от крошечной диатомеи к огромному киту.

Фотосинтезирующие простейшие, парящие в толще воды, носят название фитопланктона, или растительного планктона (от греч. «планктон» – блуждающее). В жизни больших водоемов фитопланктон играет ту же роль, что и растения на суше, т. е. производит органическое вещество, за счет которого существует весь остальной животный мир в водах морей и океанов. Планктонные организмы покрывают сплошным живым слоем толщиной 3–100 м весь мировой океан, а если мы вспомним, что вода занимает более двух третей поверхности нашей планеты, станет понятно, насколько важна их роль в экосистеме планеты. По меньшей мере половину всего кислорода в атмосферу выделяют водоросли, и их вклад даже больше, чем вклад наземных лесов.

Цепь питания с участием простейших в пресноводном водоеме

Фотосинтезирующие простейшие: 1 – эвглена, 2 – вольвокс, 3 – хламидомонада; растительноядные: 4 – инфузория–туфелька; хищные: 5 – дидиний, 6 – бурсария, 7 – циклоп, 8 – дафния, 9 – личинка стрекозы, 10 – жук–плавунец, 11 – малек рыбы; детритофаги: 12 – амёба, 12 – планария.

Чтобы парить в поверхностном слое воды, не опускаясь на глубину под действием силы тяжести, планктонные организмы обладают целым набором приспособлений. В первую очередь это маленькие размеры тела и незначительный вес. Помогают удерживаться на плаву и капельки жира в цитоплазме клеток, поскольку жир легче воды. Многие планктонные синезелёные бактерии содержат газовые вакуоли и плавают на этих «поплавках». У многих планктонных видов на поверхности клеточной стенки образуются выросты разного рода – шипы, щетинки, перепонки, – действующие наподобие парашютов. Все эти выросты служат для увеличения площади поверхности и силы трения организма о воду, что позволяет ему лучше удерживаться на плаву. Замечено, что у диатомей, входящих в состав планктона, более тонкий и ажурный панцирь по сравнению с диатомеями, живущими на дне.

Весь наш разговор о простейших до этого момента касался свободноживущих организмов, но очень многие простейшие живут внутри других животных. И ведут они себя внутри хозяина очень по–разному.

Приспособления к парению у планктонных организмов

Приблизительно у 60% людей в ротовой полости встречается амёба Entamoeba gingivalis (читается: энтамёба гингивалис). Она живет на беловатом налете кариозных зубов и десен и питается в основном уже погибшими белыми клетками крови – лейкоцитами. Эта амёба безвредна для здоровья, как и четыре вида амёб, проживающих в толстом кишечнике человека. Все эти безобидные «квартиранты» питаются, бактериями, которые в огромном количестве населяют нашу толстую и слепую кишку.

Дизентерийная амёба тоже живет в толстой кишке человека, но не ограничивается «съемом жилплощади», а питается клетками и тканями кишечника, разрушая их. Проникнув через стенку кишечника в соединительную ткань, амёбы начинают пожирать красные клетки крови. В результате жизнедеятельности дизентерийной амёбы у человека развивается тяжелое трудноизлечимое заболевание амёбиаз.

Жгутиконосцы из рода трипаносом вызывают смертельно опасное заболевание – сонную болезнь, распространенную в тропической Африке. На ранних стадиях болезни трипаносома живет в плазме крови, а затем проникает в спинной мозг.

Трипаносома

Сейчас существует способ лечения этого заболевания, но в XIX веке, когда лекарства от сонной болезни еще не было известно, от нее погибали миллионы африканцев. Эта болезнь сделала огромные пространства Африки безлюдными, недоступными для земледелия и скотоводства, опасными для охоты и убийственными для путешественников.

Окончательная победа над сонной болезнью была установлена только после изобретения лекарственного вещества, убивающего ее возбудителей – паразитических простейших – трипаносом.

Среди простейших около 30–40% видов являются паразитами растений и животных. Однако отношения между простейшими и их хозяевами могут быть и взаимовыгодными.

Например, жизнь и благополучие тропических насекомых – термитов – полностью зависит от обитающих в их кишечнике жгутиковых простейших. Термиты питаются древесиной, которая состоит из мертвых пустых клеток, окруженных целлюлозной оболочкой. Но самостоятельно переварить древесину термиты не могут, за них это делают жгутиконосцы, которые как раз используют в пищу целлюлозу. Получается, что, питаясь сами, жгутиконосцы одновременно снабжают пищей и своих хозяев–термитов.

В экспериментах термиты, искусственно лишенные своих помощников, очень быстро погибали от истощения, хотя ели при этом практически непрерывно. Целлюлоза не может усваиваться организмом насекомого без помощи жгутиконосцев. При этом при каждой линьке термиты теряют своих симбионтов, и, чтобы выжить, слизывают друг у друга жидкие экскременты, проглатывая жгутиконосцев, которые продолжают жить и размножаться в кишечнике хозяев.

Жгутиконосцы из кишечника термитов нигде больше в природе не встречаются. Внутри своих хозяев они нашли идеальные условия существования: обильную готовую к употреблению пищу, тепличные условия существования и надежную защиту от всех невзгод «наружной» жизни.

В данном случае мы имеем дело с взаимовыгодным сожительством двух организмов, которое зашло настолько тесно, что обойтись друг без друга они уже не могут.

В отношениях простейших с человеком тоже можно найти положительные моменты. Способность простейших поглощать органические вещества используется в процессе очистки сточных вод. Вместе с бактериями и грибами простейшие не только перерабатывают загрязняющие воду вещества, работая как биологические фильтры, но и выделяют кислород, обеспечивая тем самым жизнедеятельность всех остальных организмов. На богатой питательными веществами среде простейшие и водоросли растут и размножаются так быстро, что время от времени приходится прочищать очистные сооружения, излишки биомассы при этом идут на корм скоту.

Многих простейших легко содержать дома: много места и специальных приспособлений для этого не требуется – всего лишь баночка с водой на подоконнике. А наблюдать за этими «домашними животными» необыкновенно интересно. Про наблюдения и опыты над простейшими, которые вы сами можете сделать в домашних условиях, можно написать не одну книгу. Некоторые книги по простейшим и их содержанию, которые наверняка есть в вашей школьной или районной библиотеке, вы найдете в конце этого тома.

 

Знаете ли вы, что...

■ Залежи мела и известняка представляют собой не что иное, как скопление раковинок ископаемых простейших – раковинных корненожек, живших в морях и океанах Земли более 100 млн. лет назад.

■ Количество простейших в кишечнике термитов иногда настолько велико, что составляет до 1/3 массы насекомого!

■ В желудочно–кишечном тракте копытных животных вместе с бактериями обитает масса простейших – мелких жгутиконосцев и инфузорий. Их количество может достигать колоссальных величин. В 1 см3 содержимого желудка коровы содержится порядка 1 млн. разнообразных инфузорий. Они питаются содержимым желудка жвачных: бактериями, грибками, по–лупереваренными кусочками растений. Кроме этого, некоторые более крупные виды простейших охотятся на своих мелких собратьев.