Инфузории-туфельки - это удивительные одноклеточные организмы, обитающие в пресных водоемах. Они привлекают внимание ученых своим необычным способом размножения, отличающимся от других одноклеточных.
Общая информация об инфузориях-туфельках
Инфузории-туфельки относятся к типу простейших, классу ресничных инфузорий. Их латинское название - Paramecium caudatum . Размер этих организмов составляет около 0,5 мм. По форме тело инфузории напоминает подошву туфли, отсюда и название.
Наружный плотный слой цитоплазмы включает находящиеся под наружной мембраной плоские мембранные цистерны, микротрубочки и другие элементы цитоскелета.
Характерной особенностью инфузорий-туфелек является наличие ресничек. Их количество достигает 15 тысяч. Реснички располагаются рядами и служат для передвижения в водной среде. Также на поверхности клетки имеются органоиды защиты - трихоцисты. При опасности они выстреливают и увеличиваются в размерах, затрудняя движение хищника.
Внутри клетки инфузории-туфельки обнаруживают сразу два ядра:
- Микронуклеус (малое ядро) - содержит полный геном, диплоидное;
- Макронуклеус (большое ядро) - полиплоидное, отвечает за синтез белка.
Такая двойственность ядерного аппарата - уникальная особенность инфузорий. Она напрямую связана с их способом размножения.
Питание и движение инфузорий-туфелек
Инфузории-туфельки являются гетеротрофами, питаются главным образом бактериями и другими микроорганизмами. Особая околоротовая цитостома помогает захватывать добычу и направлять ее внутрь клетки.
Скорость движения инфузорий с помощью ресничек составляет около 2-2,5 мм/с.
Благодаря волнообразным движениям многочисленных ресничек инфузории активно перемещаются в толще воды. При столкновении с препятствием они могут менять направление движения. Также инфузории вращаются вокруг своей оси во время плавания.
Дыхание и выделение у инфузорий-туфелек
Дыхание у инфузорий-туфелек происходит всей поверхностью клетки. Они нуждаются в растворенном в воде кислороде и часто концентрируются возле скоплений водорослей-продуцентов.
Для поддержания осмотического баланса в клетке инфузорий имеются две сократительные вакуоли. Они регулярно выбрасывают наружу избыток жидкости, поступающей в клетку путем осмоса.
| Сокращение вакуолей | Каждые 10-15 секунд |
| Объем выбрасываемой жидкости | Объем клетки в час |
Таким образом поддерживается необходимое постоянство внутренней среды организма.
Бесполое размножение инфузорий-туфелек
Помимо полового процесса, инфузории размножаются и бесполым способом - путем деления пополам. При этом образуются две дочерние особи.
- Деление микронуклеуса и макронуклеуса;
- Обособление ядер в передней и задней частях клетки;
- Появление перетяжки посередине тела;
- Окончательное разделение на 2 клетки.
Каждая новая инфузория-туфелька достраивает недостающие органоиды - ротовой аппарат, сократительную вакуоль и другие структуры. В благоприятных условиях бесполое деление может повторяться ежесуточно, обеспечивая быстрый рост популяции.
Однако только бесполого размножения оказывается недостаточно. Необходим и особый половой процесс инфузорий.
Половой процесс у инфузорий-туфелек
У инфузорий-туфелек присутствует половой процесс, называемый конъюгацией. Он заключается во временном слиянии двух особей и обмене генетическим материалом между их ядрами.
В отличие от других форм полового размножения, конъюгация инфузорий не приводит к появлению новых особей.
Основные этапы конъюгации инфузорий-туфелек:
- Сближение двух инфузорий и образование цитоплазматического мостика;
- Разрушение макронуклеусов партнеров;
- Деление микронуклеусов мейозом с образованием гаплоидных ядер;
- Обмен гаплоидными ядрами между инфузориями;
- Слияние собственного и чужого гаплоидных ядер с восстановлением диплоидного набора хромосом.
Такой способ позволяет осуществлять перекомбинацию генетического материала, не увеличивая количество особей. Это важно для поддержания здоровой популяции инфузорий-туфелек в ограниченной экологической нише.
Сравнение бесполого и полового размножения
У инфузорий-туфелек присутствуют два способа размножения - бесполое и половой процесс (конъюгация). Есть ли между ними сходства и в чем главные отличия?
- Оба способа связаны с делением клетки или ее ядер;
- Бесполое деление приводит к появлению новых особей, конъюгация - нет;
- Только при конъюгации происходит рекомбинация ДНК и обновление генофонда.
Интересный факт: инфузория без микронуклеуса не способна к конъюгации, но может размножаться бесполым путем. А вот наоборот - не получится.
Как часто размножается инфузория туфелька
При благоприятных условиях инфузория-туфелька может размножаться бесполым путем практически ежедневно. Конъюгация же происходит гораздо реже - раз в несколько поколений.
Ускорить бесполое деление инфузорий можно, улучшая условия среды: температуру, наличие питательных веществ и т.д.
Однако конъюгацию инициировать искусственно не так просто. Вероятно, здесь задействованы какие-то особые молекулярные механизмы, пока не изученные учеными.
Практическое применение инфузорий
Исследования особенностей размножения инфузорий интересны не только с теоретической точки зрения. Эти знания уже находят и практическое применение.
Например, инфузории-туфельки широко используются в качестве модельных объектов при изучении клеточного деления, генетики, мутаций. Ученые активно исследуют возможность применения инфузорий для очистки воды, обработки почвы, в медицинских целях.
Также инфузории - незаменимый объект на школьных и вузовских занятиях по биологии. Наблюдая в микроскоп за жизнедеятельностью этих существ, можно многому научиться.
Влияние на размножение инфузорий
На скорость как бесполого, так и полового размножения инфузорий существенно влияют различные факторы среды обитания:
- Температура воды (оптимальная 18-25°C);
- Наличие пищи, кислорода;
- Уровень освещенности;
- Кислотность воды и другие параметры.
Неблагоприятные условия замедляют как рост популяции инфузорий путем деления, так и обмен генами между особями.
Очевидно, что чем лучше условия, тем интенсивнее идут все жизненные процессы у инфузорий, в том числе и их размножение.
Генетическое разнообразие инфузорий
Благодаря регулярной конъюгации в популяциях инфузорий-туфелек поддерживается высокий уровень генетического разнообразия. Это помогает им быстро адаптироваться к меняющимся условиям среды.
Например, в неблагоприятных условиях у некоторых особей могут проявиться полезные мутации, повышающие устойчивость к вредным факторам. Благодаря последующей конъюгации эти мутации распространятся в популяции.
Регенерация у инфузорий
Еще одно уникальное свойство инфузорий - высокие регенерационные способности. После бесполого деления у каждой дочерней клетки восстанавливаются недостающие органоиды и части тела.
Данное свойство позволяет инфузории восстанавливаться после повреждений, например от хищников. Это важно для выживания популяции в целом.
Сигнальные молекулы у инфузорий
Исследования показали, что конъюгация и другие виды активности инфузорий регулируются с помощью особых сигнальных молекул.
Ключевую роль здесь играют нейромедиаторы, гормоны и феромоны. Они запускают каскады биохимических реакций, приводящие к нужным клеточным процессам.
Изучение этих механизмов проливает свет на многие загадки жизнедеятельности инфузорий, включая их размножение.
Эволюция инфузорий
Считается, что инфузории произошли от одноклеточных жгутиконосцев путем усложнения строения.
В процессе эволюции у них сформировалась сложная многоуровневая организация клетки с разделением функций органоидов.
Также инфузории приобрели уникальные особенности жизнедеятельности, в том числе свой способ размножения с чередованием поколений.
