Для чего инфузории туфельки нужно большое ядро
Инфузория-туфелька — строение тела, значение в природе
Описание
Инфузория-туфелька — не экзотика, она живет в пресных водоемах со спокойной водой, в лесной луже, в аквариуме. Нужно только, чтобы присутствовали источники органических веществ — водоросли, растения, погибшие живые организмы, обыкновенный ил. Благодаря изящной форме, инфузория получила свое название: клетка похожа на подошву миниатюрной туфельки, один конец которой более узкий, а другой — широкий. Для того чтобы внешний вид клетки был постоянным, у туфельки есть эластичная наружная мембрана и сложная система цитоскелета (микрофиламенты и микротрубочки, а также другие опорные органоиды). Размеры клетки — от 0,1 до 0,5 миллиметров. 
Рис. 1. Инфузория-туфелька Если в воде увеличивается количество растворенных солей или уменьшается количество жидкости, форма клетки немного меняется — становится более округлой, овальной. Снаружи на клетке заметны многочисленные реснички. Они нужны для перемещения туфельки. Всего ресничек около 10-15 тысяч, они постоянно и согласованно двигаются. Реснички работают, как весла, и перемещают клетку очень быстро.
Важно! Инфузория-туфелька может плыть со скоростью до 2,5 миллиметров в секунду, а это в 5-10 раз больше длины ее тела. Помимо движения вперед, клетка вращается вокруг своей оси. При высыхании скорость движения уменьшается.
Инфузория-туфелька не является беззащитной, для отражения атаки хищников или нападения на противника у нее есть специальные органоиды — трихоцисты. Это мелкие тельца, похожие на веретено, они находятся между ресничками. В случае необходимости, например, при нападении врага — трихоцисты стреляют, то есть сильно удлиняются и поражают противника. На месте выстреливших ниточек вырастают новые, всего их обычно около 5-8 тысяч.
Строение клетки
Далее рассмотрим все особенности строения и жизнедеятельности этого микроорганизма.
Ядра и процессы размножения
В клетке инфузории-туфельки два ядра:
Поперечное деление, то есть бесполое размножение, идет у инфузорий-туфелек очень быстро, если есть хорошее питание. При этом материнская клетка разделяется на две дочерние, в них достраиваются недостающие органеллы. Такое деление происходит до двух раз в сутки. В результате полового размножения численность популяции не возрастает. Смысл полового процесса — обмен генетической информацией между двумя особями. Благодаря этому повышается выживаемость микроорганизмов, они лучше адаптируются к изменяющейся окружающей среде. Для полового размножения две инфузории как бы склеиваются между собой в области перистома. Защитная мембрана частично исчезает, а из цитоплазмы формируется своеобразный мостик. Этот тип полового процесса называется конъюгация. Макронуклеусы распадаются, а микронуклеусы делятся путем мейоза (при этом виде деления количество хромосом уменьшается в два раза). Затем три из получившихся четырех ядер также разрушаются, а оставшееся в каждой клетке ядро делится путем митоза. Таким образом, в каждой дочерней клетке образуются два новых ядра — мужское и женское. По образованному мостику туфельки обмениваются мужскими ядрами, в каждой новой особи женское и мужское ядра сливаются. Вновь образуются макро- и микронуклеусы. После этого инфузории отходят друг от друга. 
Рис. 2. Строение инфузории-туфельки
Питание и пищеварение
В основном пищей для инфузорий-туфелек служат бактерии и одноклеточные водоросли. Интересно, что эти простейшие очень прожорливы, они питаются почти непрерывно, останавливаются только на период размножения. На одной стороне тела есть углубление с отверстием, которое называется перистом, или клеточный рот. Вокруг него реснички длиннее, чем в остальных участках клетки. Работая, они направляют воду с пищевыми частицами в рот и далее в глотку. В ее задней части пищевые частицы скапливаются, а затем в окружении жидкости проникают в цитоплазму, образуя фагосому, или пищеварительную вакуоль. Процесс пищеварения занимает примерно час. Пищеварительная вакуоль движется по определенной траектории: к заднему концу, потом описывает окружность по часовой стрелке. В это время в фагосоме пища с помощью ферментов переваривается. Сначала среда в фагосоме кислая, потом реакция меняется на щелочную. В цитоплазму попадают питательные вещества, которые используются для дальнейшей жизнедеятельности. Непереваренные остатки пищи в пищеварительной вакуоли удаляются из клетки в определенном месте. Оно называется порошица и находится позади ротового углубления. Фагосома сливается с наружной мембраной клетки и почти сразу отделяется от нее, распадаясь на много мелких пузырьков. Они перемещаются в сторону дна глотки и формируют новые пищеварительные вакуоли.
Дыхание
Растворенный в воде кислород проникает в клетку диффузно через всю ее поверхность. Органические соединения окисляются с выделением энергии, которая используется в процессах жизнедеятельности. Если кислорода в воде мало, инфузория-туфелька может использовать другие пути получения энергии (гликолиз — анаэробный, то есть не требующий кислорода, процесс).
Осморегуляция
За удаление лишней жидкости и некоторых продуктов обмена веществ отвечают две сократительные вакуоли. Они похожи на цветок, в котором серединка — это резервуар, а лепестки — приводящие каналы. Они вбирают в себя воду и перемещают ее в резервуар. При заполнении он отделяется и выбрасывает излишки жидкости через пору.
Важно! Инфузорию всегда окружает вода, а ее наружная оболочка проницаема для жидкости. Поэтому сократительные вакуоли трудятся напряженно: в течение часа они удаляют из клетки столько жидкости, сколько занимает объем самой клетки.
Особенности жизнедеятельности
У инфузории-туфельки есть свойство раздражимости. Это значит, что она отвечает на действие факторов окружающей среды (раздражителей) изменением своего поведения. Раздражители — это температура, различные растворенные в воде вещества, освещение. У простейших нет нервной системы, органов чувств и рефлексов. Раздражение воспринимает вся клетка целиком. Реакцией на действие раздражителя будет таксис — это движение в сторону действующего агента или от него. Это можно продемонстрировать с помощью опытов:
Благоприятные условия для инфузории — это температура около 15-24 градусов тепла. При похолодании туфельки впадают в анабиоз и переходят в форму цисты. В этом состоянии они могут существовать годами. В обычных же условиях продолжительность их жизни около суток. 
Рис. 3. Сходство и отличие эвглены зеленой и хламидоманада
Сходство и отличия от эвглены зеленой
Эвглена зеленая — тоже одноклеточный микроорганизм, то есть единственная клетка, которая существует автономно.
Сходства
Отличия
Место в пищевой цепочке
Инфузории-туфельки употребляют в пищу бактерии и водоросли, а сами являются кормом для мальков многих рыб и амфибий. С этой целью инфузорий даже нарочно размножают в рыбных хозяйствах и используют для кормления личинок аквариумных рыбок. То есть инфузория-туфелька образует звено в пищевой цепочке между одноклеточными и многоклеточными организмами.
Интересные факты
Инфузории-туфельки обладают способностью различать малейшие концентрации химических веществ в воде. С такой чувствительностью им легче находить колонии бактерий, то есть пищу. А в лаборатории эту суперспособность иногда используют для определения примесей в воде. Проводилась даже дегустация высушенной массы инфузорий. Оказалось, что на вкус они напоминают курицу или сухой творог. В белке инфузорий есть все необходимые аминокислоты. Его состав похож на казеин. Скопления инфузорий-туфелек можно увидеть невооруженным глазом, и это реально даже в домашних условиях. Достаточно положить маленький кусочек морковки в банку с водой и поставить ее в темное теплое место. Воду можно взять из природного водоема, но подойдет и водопроводная вода. Лучше всего брать воду с небольшим количеством ила из аквариума — там точно есть туфельки. Через пару дней в мути, которая окружает морковь, сначала можно будет при помощи микроскопа обнаружить инфузорий. А немного позже, когда уменьшится количество кислорода в воде, ближе к поверхности появятся скопления белых точек — это и есть скопления инфузорий. Инфузория-туфелька — удивительный представитель одноклеточных микроорганизмов. Она устроена примитивно и в то же время сложно. В природе инфузория-туфелька занимает свою экологическую нишу. Она стала отличной моделью для изучения всех основных процессов жизнедеятельности. Кроме того, этих простейших используют в качестве корма для рыб и как маркер загрязнения жидкости. Как выглядит этот микроорганизм и особенности его жизнедеятельности вы можете посмотреть в видео.
Инфузории (ресничные)
Инфузория-туфелька
Если бы не сократительные вакуоли, удаляющие избыток воды, клетка лопнула, как переполненный воздушный шарик.
При конъюгации две инфузории соединяются в области клеточных ртов (цитостом), между ними возникает цитоплазматический мостик. Вегетативное ядро (полиплоидное) каждой клетки растворяется, а генеративное (2n) мейотически делится, в результате образуется 4 ядра (n), 3 из которых растворяются, а одно оставшееся (n) делится митотически на мужское (n) и женское (n) ядро.
Женское ядро каждой инфузории остается на месте, а мужское (n) по цитоплазматическому мостику перемещается в клетку партнера, где сливается с женским (n) ядром клетки-партнера.
В результате в каждой клетке сливается женское ядро (которое никуда не перемещалось) с мужским ядром клетки-партнера, переместившимся по цитоплазматическому мостику. При слиянии образуется синкарион.
Это и есть половой процесс у инфузорий, в результате него происходит обмен генетической информацией между клетками.
Балантидий
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Инфузория-туфелька: чем питается, как передвигается и размножается, сколько живёт простейшее
Инфузория-туфелька известна ещё со школьных уроков биологии. Это один из видов ресничных одноклеточных организмов, который не относится к царству животных, растений или грибов, а входит в промежуточную группу протистов. Обитает существо в пресной воде, а интересное название оно получило за постоянную форму тела, подобную отпечатку подошвы туфли.
Инфузория туфелька – ресничный одноклеточный организм, который входит в промежуточную группу протистов
Научная классификация
Вид инфузорий относится к надцарству эукариотов, то есть организмов, обладающих ядром. Им соответствует тип ресничных, класс Oligohymenophorea и род парамеций. Особенностью представителей этого ранга является предпочтение кислыми условиями среды.
Исследователи в своё время затратили множество усилий на расшифровку генома некоторых видов, относящихся к парамециям. Оказалось, что он содержит 40 000 генов, кодирующих белки, тогда как у человека их всего около 28 000. Увеличение количества генов произошло в результате нескольких дупликаций первоначального генома. Способ кодирования последовательности аминокислотных остатков у инфузорий уникален наличием единичного, а не тройственного, как в универсальном генетическом коде, кодона, который завершает синтез полипептидной цепи.
Общее описание
Оптимальная среда обитания для организма — пресная стоячая вода, в которой есть разлагающиеся органические соединения. В частности, этим условиям соответствует домашний аквариум, в пробе илистой воды которого часто обнаруживаются простейшие.
Среда обитания инфузории туфельки – стоячая вода
Рассмотреть инфузорию можно только под микроскопом, так как её размер не превышает 0,1−0,3 мм. Почти на 7% клетка состоит из сухого вещества, химический состав которого представлен следующими компонентами:
Тело инфузории-туфельки покрыто плотным слоем цитоплазмы, под наружной мембраной которой расположены такие элементы цитоскелета, как альвеолы и микротрубочки. Организм состоит из следующих элементов:
Каждый органоид выполняет важные функции.
Ядро и ядрышко
У инфузории есть два ядра, каждое из которых имеет своё строение и функции. Малое обладает округлой формой, содержит в себе наследственный материал. С его генома плохо считываются матричные РНК, поэтому наследственная информация не преобразуется в белок или иной функциональный продукт, и экспрессия генов отсутствует. В случае разрушения ядрышка жизнь туфельки продолжается, но она будет только размножаться бесполым путём, половой процесс будет невозможен.
Созревание большого ядра бобовидной формы приводит к сложным перестройкам в наследственном материале. С его генов считываются все мРНК, поэтому именно от него зависит синтез белков. Разрушает ядро половой процесс, но по его окончании макронуклеус снова восстанавливается.
Реснички и трихоцисты
Ресничек у маленькой клетки насчитывается от 10 до 15 тысяч. Они вырастают из базальных телец, которые формируют сложную систему цитоскелета, включающую в себя посткинетодесмальные фибриллы и филаменты. В основании органелл образуются парасомальные мешочки, возникающие вследствие впячивания наружной мембраны.
Ресничек у инфузории насчитывается от 10 до 15 тысяч
Между плотно расположенными инфузорными ресничками ещё остаётся место для 5−8 тысяч органоидов защиты, называемых трихоцистами. Они представляют собой одну из разновидностей секреторных пузырьков, выталкиваемых инфузорией в процессе экзоцитоза. Выглядят они как тела с наконечником, поперечно исчерченные через каждые 7 нм, располагаются в мембранных мешочках. Защитная функция проявляется в моментальном удлинении и выстреливании в случае опасности. Однако некоторые представители инфузорий лишены таких органелл и при этом вполне жизнеспособны.
Изгибая тело, инфузория может поменять направление. При неожиданном столкновении с препятствием она резко подастся назад, так как в её мембране резко уменьшится разность потенциалов, и внутрь проникнут ионы кальция. Затем туфелька будет в течение некоторого времени совершать движения вперёд и обратно, за время которых кальций выйдет из клетки, и вскоре продолжит путь по изначальной траектории.
Органы, обеспечивающие питание
Рот туфельки выглядит как углубление на теле, переходящее в клеточную глотку. Вокруг ротового отверстия расположены сложные структуры, сформированные из цилий. Питается инфузория-туфелька в основном водорослями, бактериями и другими мелкими одноклеточными организмами, которых находит по выделяемым ими химическим веществам. Волосковидные структуры вокруг рта загоняют добычу в глотку вместе с потоком воды.
Рот инфузории выглядит как углубление на теле
Далее еда поступает в пищеварительную вакуоль, образованную в процессе фагоцитоза, и под действием цитоплазматического потока перемещается в задний конец клетки, возвращается к передней части и снова уходит назад. Вакуоль сливается с лизосомами, что сопровождается возникновением кислотной среды, которая постепенно сдвигается в сторону слабощелочной.
Фагосома мигрирует и увеличивает скорость всасывания путём отделения мелких мембранных пузырьков. Всё, что не может быть переварено, выбрасывается через порошицу, лишённую развитой цитоплазмы. Переваренные продукты рассредоточиваются по межклеточному пространству и используются для осуществления жизнедеятельности.
Интересно, что обилие пищи влияет на то, сколько живёт инфузория-туфелька. Продолжительность жизни составляет всего несколько дней при избыточном питании и несколько месяцев (иногда до года) при скудном рационе.
Сократительные вакуоли
Сократительные вакуоли расположены на передней и задней частях клеток. Каждая из них состоит из резервуара, открывающегося наружу порой, и отходящих радиальных каналов, окружённых множеством тонких трубочек, перекачивающих жидкость из цитоплазмы. Всю хрупкую систему удерживает цитоскелет.
Основная функция этих внутренних органоидов — осморегуляция. Диффузия молекул воды внутрь клетки приводит к избытку жидкости, который и выводится вакуолями. Приводящие каналы откачивают воду в резервуар, который затем сокращается и отделяется от трубок, через пору выбрасывая воду за пределы клетки. Две вакуоли работают попеременно, каждая сокращается по 10−25 секунд в зависимости от температуры окружающей среды. Спустя час выброшенный объём жидкости приравнивается к объёму самой клетки.
Процесс размножения
Инфузория-туфелька размножается бесполым способом, который заключается в поперченном делении и сопровождается сложными процессами регенерации. Так как из единой особи получается две, каждой из новых туфелек достаётся по одной сократительной вакуоли, и они вынуждены достраивать недостающую самостоятельно. Клеточный рот достаётся только одной инфузории, а второй в это время приходится образовывать ротовое отверстие с необходимыми структурами вокруг него. Базальные тельца и новые реснички каждая представительница формирует самостоятельно.
Инфузориям свойственен и половой процесс, называемый конъюгацией, он заключается в переносе ядер между клетками партнёров. В процессе принимают участие туфельки, образованные делением разных материнских клеток. Они склеиваются ротовыми полостями, в результате чего образуется цитоплазматический мостик.
Инфузории могут размножаться как бесполым, так и половым способом
В это время у каждой особи разрушаются большие ядра, а малые делятся, вдвое уменьшая при этом количество хромосом. В результате получается 4 ядра, 3 из которых разрушаются. Оставшееся делится на два генетически идентичных ядра, и у каждого партнёра образуются мужской и женский пронуклеусы. Женские ядра остаются каждое в своей клетке, а мужскими инфузории обмениваются. При обмене происходит слияние женского и мужского пронуклеусов и образуется новое ядро, делящееся ещё на два. Они и становятся новыми большим и малым ядрами.
Возможности изучения
Рассказ про инфузорию-туфельку можно услышать ещё в школе, но как именно исследователи изучали крохотный организм, знают не все. На самом деле в наблюдении за ним нет ничего сложно, кроме того, размер в десятые миллиметра является довольно большим для простейших. Всё это означает, что исследования можно провести даже в домашних условиях, но сначала для этого нужно развести культуру инфузорий.
Поскольку туфельки присутствуют во всех водоёмах, вода берётся из этих источников. Для чистоты эксперимента нужно взять три стеклянные ёмкости и в одну из них положить разлагающиеся веточки и листья, в другую — живые растения, в третью — ил со дна. Все материалы берутся из водоёма, оттуда же добывается и жидкость и заливается в банки.
Если при этом видны веретеновидные тела, перемещающиеся быстро и плавно и вращающиеся вокруг своей оси, значит, получилось развести туфелек. Если в капле присутствует кусочек зелени или бактериальная плёнка, сразу множество инфузорий будет скапливаться вокруг пищи.
Для ускорения процесса размножения инфузорий нужно поместить их в благоприятную среду
Отделить туфелек от других животных несложно. Обычно они двигаются намного быстрее остальных организмов, этим и нужно воспользоваться. Для этого каплю, в которой есть несколько типов существ, помещают на стекло и ставят в хорошо освещённое место. Рядом с ней приливают небольшое количество свежей воды и проводят зубочисткой линию от одной жидкости к другой так, чтобы получился тонкий водяной мостик, соединяющий две среды. Инфузории быстро пройдут расстояние и окажутся в новой капле.
Бывает, что не удаётся рассмотреть ничего живого в воде, в таком случае можно добавить в ёмкость несколько капель кипячёного молока и подождать ещё два дня. Спустя это время можно ещё раз попытаться изучить развившиеся организмы.
Разведённые таким образом организмы могут использоваться для наблюдения за ними в исследовательских целях либо приносить практическую пользу. Поскольку инфузории — естественные санитары пресных вод, они могут дезинфицировать жидкость в аквариумах с рыбами, а также служить кормом для мальков.
Таким образом, инфузории-туфельки — это удивительные организмы, обладающие уникальными особенностями (например, половым процессом без размножения), они могут быть изучены даже в домашних условиях.