Биология - увлекательная наука о природе. Узнавая новые факты о клетках и организмах, удивляешься мудрому и сложному устройству живых существ. Рассмотрим одну из тайн их строения, касающуюся окраски и её изменения.
Что такое хроматофоры в биологии
В клетках живых существ содержатся различные органоиды (органеллы), имеющие разные функции. Хроматофоры – это органоиды клетки, расположенные в цитоплазме и придающие ей окраску. Можно называть так все органеллы клетки, имеющие цвет, но закрепился этот термин за окрашенными телами в клетках водорослей. Аналогичные образования у высших растений называются хлорофильными зёрнами и хлоропластами.
Иногда хроматофоры называют хлоропластами водорослей. Но нужно заметить, что клетки рыб, содержащие цветовой пигмент, тоже часто называют хроматофором, хотя они к растениям никакого отношения не имеют. Также он встречается у некоторых других животных и фотосинтезирующих бактерий.
Можно по-другому объяснить, что собой представляет хроматофор. По своему строению хроматофоры - это пластиды. Как известно, пластидами именуются органоиды растительных клеток, которые имеют гладкую мембрану снаружи и мембрану внутри, образующую выросты. Лейкопласты, хромопласты и хлоропласты относятся к пластидам. В свою очередь, хроматофор как образование, аналогичное хлоропласту, также относится к пластидам.
Функции хроматофор
У водорослей хроматофоры участвуют в фотосинтезе, а у рыб и животных только придают и изменяют окраску.
Внутри плазматического тела хроматофора (эндоплазмы) происходит перемещение киноплазмы (внутреннего слоя органоида), содержащей цветовой пигмент.
Форма хроматофоров
Их форма бывает разной, но чаще всего встречается звездчатая, дисковидная, ветвистая и подобные им. Однако эти формы характерны лишь для клетки в состоянии активности, расширения, называемого экспансией.
У растений эти органоиды обычно зеленые, хотя могут встречаться и иные цвета. У животных цвет может быть любым.
Общие сведения о водорослях
Водоросли бывают одноклеточные и многоклеточные, также существуют колониальные формы. У одних в клетке отсутствует оболочка, а есть лишь уплотненный слой протоплазмы. Это позволяет водоросли менять форму. У других водорослей оболочка плотная, с большим содержанием целлюлозы, а у некоторых она даже пропитана минеральными веществами – известью, кремнезёмом.
Клетки водорослей могут иметь как одно, так и несколько ядер, а могут и вообще не иметь оформленного ядра. Тогда протопласт имеет заметную окраску, а его центр не окрашен.
У некоторых представителей водорослей красящий пигмент содержится в хроматофорах, в которых обычно находятся пиреноиды (плотные тельца с большим содержанием белков), а вокруг пиреноидов откладываются запасы крахмала. Тип питания большей части водорослей автотрофный (за счет энергии света, проникающего сквозь толщу воды).
Каковы особенности хроматофоров у спирогиры и некоторых других водорослей
У водорослей обычно хроматофор участвует в питании, так как является участником процесса фотосинтеза и соответственно образования питательных веществ. Какую форму имеет хроматофор водорослей?
- Спирогира имеет хроматофор в виде ленты, которая спиралью извивается у клеточных стенок.
- Улотрикс, как и спирогира, являющийся нитчатой многоклеточной водорослью, содержит хроматофор в виде кольца.
- Хроматофоры зигнемы - в форме звездчатых телец.
- Найденные у диатомовых водорослей хроматофоры имеют вид зернышек, пластинок и так далее, и содержат пигменты бурого цвета, что придает водорослям желтоватую, желтовато-бурую или коричневую окраску.
- У сине-зелёных водорослей хроматофоров как таковых нет. Цветовые пигменты у них равномерно распределяются в протоплазме, минуя только центральную часть. Нужно заметить, что сине-зеленые водоросли на самом деле – колонии цианобактерий.
- У одноклеточных представителей протококковых водорослей хроматофор имеет один пиреноид. У более развитых колониальных форм, таких как водяная сеточка, клетки имеют рассеченные хроматофоры, находящиеся у стенок и много пиреноидов в них.
У эвглены зеленой хроматофор выполняет функцию фотосинтеза, участвуя в процессе питания, как и у многих других водорослей.
Когда нет света, это удивительное существо способно питаться и как животное, перерабатывая растворенную в воде органику. Если же эвглена живет в темноте долго, то из её хроматофоров пропадает хлорофилл, делающий её способной к фотосинтезу и придающий окраску. В таком случае она теряет цвет.
Хроматофоры у животных
У животных хроматофоры - это меланофоры (не путать с меланоцитами человека, это совсем другие клетки). Употребляют оба названия.
Они участвуют в изменении окраски под воздействием внешних факторов. Эктоплазма хроматофора, определяющая его форму, крепится твердыми образованиями – фибриллами; она участвует в регуляции обменных процессов, а также может контактировать с нервной системой, в результате поступления из которой сигналов хроматофор начинает функционировать по-другому. Из всех хроматофоров только меланофоры имеют нервные окончания.
Так, известны многие виды животных, способных к мимикрии – изменению окраса в зависимости от фона и окружающих предметов. Медленные изменения цвета характерны для гусениц некоторых бабочек и ряда паукообразных. У головоногих моллюсков, амфибий, рептилий и ракообразных встречается быстрая перемена окраса, осуществляемая посредством перемещения пигментных зерен в хроматофорах. Спектр расцветок при этом может быть разнообразным. Например, одна из африканских лягушек может менять цвет на белый, желтый, оранжевый, коричневый, серый, красный, розовый и другие. Такой же механизм смены цвета и у всем известных хамелеонов.
Хроматофоры у рыб
В отличие от прочих животных, изменение окраски рыб обусловлено изменением числа хроматофоров. Это происходит не только под воздействием нервных сигналов, но и при участии гормонов. Скорее всего, это зависит от конкретной ситуации, и при разных условиях происходит либо нервная, либо гормональная регуляция.
Такие рыбы, как бычки или камбалы, могут в точности скопировать вид грунта. В этом случае, главная роль принадлежит нервной системе. Рыба воспринимает рисунок грунта с помощью глаз и эта картинка, трансформируясь в нервные сигналы, поступает в нервную «сеть», откуда идут сигналы к нервным окончаниям меланофор. Смена окраски происходит бессознательно, с помощью симпатических нервов.
Гормональное же действие заметно во время нереста – периода, когда рыбы готовы к размножению. Половозрелые самцы под воздействием гормонов приобретают привлекательную для самок окраску. Она становится ярче, когда самка появляется в поле зрения. Здесь проявляется смешанное действие гормональной и нервной системы: когда самец видит женскую особь, сигнал поступает через зрительные нервы в нервную систему, а потом уже к хроматофорам, которые, расширяясь, делают цвет ярче.
Нужно отметить, что, помимо меланофоров, у рыб существуют и другие хроматофоры – гуанофоры. Впрочем, их можно причислять к хроматофорам формально, потому что вместо пигментных зерён они содержат кристаллическое вещество гуанин, из-за которого у рыбы появляется блестящий серебристый окрас. Из меланофоров иногда ещё выделяют ксантофоры и эритрофоры.
