Опис, будова та розміри інфузорії-туфельки

Інфузорія-туфелька відома ще зі шкільних уроків біології. Це один із видів війкових одноклітинних організмів, який не належить до царства тварин, рослин або грибів, а входить до проміжної групи протистів. Живе істота в прісній воді, а цікаву назву вона отримала за постійну форму тіла, подібну до відбитка підошви туфлі.

Наукова класифікація

Вид інфузорій відноситься до надцарства еукаріотів, тобто організмів, що мають ядро. Їм відповідає тип війкових, клас Oligohymenophorea та рід парамецій. Особливістю представників цього рангу є перевага кислими умовами середовища.

Дослідники свого часу витратили безліч зусиль на розшифровку геному деяких видів, що належать до парамецій. Виявилося, що він містить 40 000 генів, що кодують білки, тоді як у людини їх близько 28 000. Збільшення кількості генів відбулося внаслідок кількох дуплікацій первинного геному. Спосіб кодування послідовності амінокислотних залишків інфузорій унікальний наявністю одиничного, а не троїстого, як в універсальному генетичному коді, кодону, який завершує синтез поліпептидного ланцюга.

Загальний опис

Оптимальне місце існування для організму - прісна стояча вода, в якій є органічні сполуки, що розкладаються. Зокрема, цим умовам відповідає домашній акваріум, у пробі абостої води якого часто виявляються найпростіші.

Розглянути інфузорію можна лише під мікроскопом, оскільки її розмір не перевищує 0,1-0,3 мм. Майже на 7% клітина складається із сухої речовини, хімічний склад якої представлений такими компонентами:

• білок (58%);
• ліпіди (31,4%);
• зола (3,6%).

Тіло інфузорії-туфельки покрите щільним шаром цитоплазми, під зовнішньою мембраною якої розташовані такі елементи цитоскелета, як альвеоли та мікротрубочки. Організм складається з наступних елементів:

• ядро (макронуклеус);
• ядерце (мікронуклеус);
• поздовжні та поверхневі вії;
• ротовий отвір;
• сформовані і травлювальні вакуолі (фагосоми);
• отвір, через яке відбувається випорожнення травної вакуолі (цитопіг або порошиця);
• дві скорочувальні вакуолі.

Кожен органоїд виконує важливі функції.

Ядро та ядерце

У інфузорії є два ядра, кожне з яких має свою будову та функції. Мале має округлу форму, містить у собі спадковий матеріал. З його геному погано зчитуються матричні РНК, тому спадкова інформація не перетворюється на білок чи інший функціональний продукт, і експресія генів відсутня. У разі руйнування ядерця життя туфельки триває, але воно тільки розмножуватиметься безстатевим шляхом, статевий процес буде неможливим.

Дозрівання великого ядра бобовидної форми призводить до складних перебудов у спадковому матеріалі. З його генів зчитуються всі мРНК, тому від нього залежить синтез білків. Руйнує ядро ​​статевий процес, але після його закінчення макронуклеус знову відновлюється.

Вії та трихоцисти

Вій у маленької клітини налічується від 10 до 15 тисяч. Вони виростають з базальних тілець, які формують складну систему цитоскелета, що включає посткінетодесмальні фібрили і філаменти. В основі органел утворюються парасомальні мішечки, що виникають внаслідок вп`ячування зовнішньої мембрани.

Між щільно розташованими інфузорними вії ще залишається місце для 5-8 тисяч органоїдів захисту, званих трихоцистами. Вони є одним з різновидів секреторних бульбашок, що виштовхуються інфузорією в процесі екзоцитозу. Виглядають вони як тіла з наконечником, поперечно смугасті через кожні 7 нм, розташовуються в мембранних мішечках. Захисна функція проявляється в моментальному подовженні та вистрілюванні у разі небезпеки. Однак деякі представники інфузорій позбавлені таких органел і при цьому цілком життєздатні.

Інфузорія-туфелька пересувається за допомогою вій. Здійснюючи хвилеподібні рухи, вона пливе тупим кінцем уперед. Органели роблять прямий удар у випрямленому стані. Поворотний здійснюється у вигнутому. Цей процес не можна назвати синхронним, тому що темп ставить першу вію в ряду, а кожна наступна повторює дію з невеликою затримкою. Це призводить до обертання туфельки навколо осі під час пересування. За секунду вона долає 2-2,5 мм відстані.

Вигинаючи тіло, інфузорія може змінити напрямок. При несподіваному зіткненні з перешкодою вона різко повернеться назад, тому що в її мембрані різко зменшиться різниця потенціалів, і всередину проникнуть іони кальцію. Потім черевичок протягом деякого часу здійснюватиме рухи вперед і назад, за час яких кальцій вийде з клітини, і незабаром продовжить шлях по початковій траєкторії.

Органи, що забезпечують харчування

Рот туфельки виглядає як поглиблення на тілі, що переходить у клітинну горлянку. Навколо ротового отвору розташовані складні структури, сформовані з цилій. Харчується інфузорія-туфелька в основному водоростями, бактеріями та іншими дрібними одноклітинними організмами, яких знаходить за хімічними речовинами, що виділяються. Волоскоподібні структури навколо рота заганяють видобуток у горлянку разом із потоком води.

Далі їжа надходить у травну вакуолю, утворену в процесі фагоцитозу, і під дією цитоплазматичного потоку переміщається в задній кінець клітини, повертається до передньої частини і знову йде назад. Вакуоль зливається з лізосомами, що супроводжується виникненням кислотного середовища, яке поступово зсувається у бік слаболужного.

Фагосома мігрує та збільшує швидкість всмоктування шляхом відділення дрібних мембранних бульбашок. Все, що не може бути перетравлено, викидається через порох, позбавлений розвиненої цитоплазми. Перетравлені продукти розосереджуються міжклітинним простором і використовуються для здійснення життєдіяльності.

Після виконання своєї функції вакуоль зливається із зовнішньою мембраною та руйнується, виділяючи дрібні бульбашки. Згодом вони по мікротрубках, що утворюють цитоскелет, надходять у клітинну горлянку, де формують нову фагосому.

Цікаво, що велика кількість їжі впливає на те, скільки живе інфузорія-туфелька. Тривалість життя становить лише кілька днів при надмірному харчуванні та кілька місяців (іноді до року) при мізерному раціоні.

Скорочувальні вакуолі

Скорочувальні вакуолі розташовані на передній та задній частинах клітин. Кожна з них складається з резервуару, що відкривається назовні часом, і радіальних каналів, що відходять, оточених безліччю тонких трубочок, що перекачують рідину з цитоплазми. Усю крихку систему утримує цитоскелет.

Основна функція цих внутрішніх органоїдів – осморегуляція. Дифузія молекул води всередину клітини призводить до надлишку рідини, який і виводиться вакуолями. Канали, що приводять, відкачують воду в резервуар, який потім скорочується і відокремлюється від трубок, через пору викидаючи воду за межі клітини. Дві вакуолі працюють поперемінно, кожна скорочується по 10-25 секунд, залежно від температури навколишнього середовища. Через годину викинутий обсяг рідини дорівнює обсягу самої клітини.

https://youtube.com/embed/de7b4d8zfgU

Процес розмноження

Інфузорія-туфелька розмножується безстатевим способом, який полягає у поперченому розподілі та супроводжується складними процесами регенерації. Так як з єдиної особи виходить дві, кожній з нових туфельок дістається по одній скорочувальній вакуолі, і вони змушені добудовувати самостійно, що бракує. Клітинний рот дістається лише однієї інфузорії, а другий у цей час доводиться утворювати ротовий отвір із необхідними структурами навколо нього. Базальні тільця та нові вії кожна представниця формує самостійно.

Інфузоріям властивий і статевий процес, званий кон`югацією, він полягає у перенесенні ядер між клітинами партнерів. У процесі беруть участь туфельки, утворені поділом різних материнських клітин. Вони склеюються ротовими порожнинами, у результаті чого утворюється цитоплазматичний місток.

У цей час у кожної особини руйнуються великі ядра, а малі діляться, вдвічі зменшуючи кількість хромосом. В результаті виходить 4 ядра, 3 з яких руйнуються. Те, що залишилося, ділиться на два генетично ідентичні ядра, і у кожного партнера утворюються чоловічий і жіночий пронуклеуси. Жіночі ядра залишаються кожне у своїй клітині, а чоловічі інфузорії обмінюються. При обміні відбувається злиття жіночого та чоловічого пронуклеусів і утворюється нове ядро, що ділиться ще на два. Вони й стають новими великим та малим ядрами.

Можливості вивчення

Розповідь про інфузорію-туфельку можна почути ще в школі, але як саме дослідники вивчали крихітний організм, знають не всі. Насправді в спостереженні за ним немає нічого складного, крім того, розмір у десяті міліметри є досить великим для найпростіших. Все це означає, що дослідження можна провести навіть у домашніх умовах, але спочатку для цього потрібно розвести культуру інфузорій.

Оскільки туфельки присутні у всіх водоймах, вода береться з цих джерел. Для чистоти експерименту потрібно взяти три скляні ємності і в одну з них покласти гілочки і листя, що розкладаються, в іншу - живі рослини, в третю - мул з дна. Усі матеріали беруться з водоймища, звідти ж видобувається і рідина та заливається у банки.

Коли все готово, потрібно уважно переглянути вміст ємності та переконатися, що в ній немає сторонніх видимих ​​оком організмів, наприклад комах або личинок. Якщо вони є, їх доведеться виловити, інакше інфузорії будуть з`їдені. Підготовлене місце існування ставиться на вікно, прикривається склом і залишається при кімнатній температурі на кілька днів. При цьому слід стежити, щоб на ємність не потрапляли прямі сонячні промені.
Через дві доби банку слід струсити та перевірити, чи не з`явилося там якихось організмів. Це можуть бути як туфельки, так і інші істоти, але це перевіряється просто. Потрібно взяти краплю води біля освітленої стінки судини ближче до поверхні, саме в цьому місці концентруватиметься більшість організмів, що цікавлять. Потім краплю слід помістити на скло і розглянути через мікроскоп або хоча б лупу.

Якщо при цьому видно веретеноподібні тіла, що рухаються швидко і плавно і обертаються навколо своєї осі, значить, вдалося розвести туфельок. Якщо в краплі присутні шматочок зелені або бактеріальна плівка, відразу безліч інфузорій буде накопичуватися навколо їжі.

Відокремити туфельок від інших тварин нескладно. Зазвичай вони рухаються набагато швидше за інші організми, цим і потрібно скористатися. Для цього краплю, в якій є кілька типів істот, поміщають на скло і ставлять у добре освітлене місце. Поряд з нею приливають невелику кількість свіжої води і проводять зубочисткою лінію від однієї рідини до іншої так, щоб вийшов тонкий водяний місток, що сполучає два середовища. Інфузорії швидко пройдуть відстань і опиняться у новій краплі.

Буває, що не вдається розглянути нічого живого у воді, у такому випадку можна додати в ємність кілька крапель кип`яченого молока та почекати ще два дні. Через цей час можна ще раз спробувати вивчити організми, що розвинулися.

Далі туфельки розмножуватимуться, прискорити цей процес можна, створивши їм сприятливі умови. Для цього їх поміщають в одне з наступних середовищ:

• на висушену бананову шкірку;
• на листя салату;
• у молоко;
• у настій сіна.

Розлучені таким чином організми можуть використовуватися для спостереження за ними в дослідницьких цілях або приносити практичну користь. Оскільки інфузорії – природні санітари прісних вод, вони можуть дезінфікувати рідину в акваріумах з рибами, а також служити кормом для мальків.

Таким чином, інфузорії-туфельки - це дивовижні організми, що мають унікальні особливості (наприклад, статевим процесом без розмноження), вони можуть бути вивчені навіть у домашніх умовах.