Процессы жизнедеятельности одноклеточных организмов

Особенности одноклеточных

Одноклеточные организмы очень разнообразны. В их жизни происходит множество различных событий, связанных с питанием, движением в пространстве, активной защитой от врагов или нападением на другие организмы. Для выполнения всех этих действий у них имеются специальные органоиды и структурные компоненты. Тело одноклеточного организма — это одна-единственная клетка, которая выполняет все функции живого существа.

Одноклеточные организмы, как и многоклеточные, для поддержания процессов жизни должны получать питательные вещества и энергию из внешней среды. Разные одноклеточные получают необходимые им для жизни вещества по-разному. Есть как гетеротрофы, таки и автотрофы. Не так уж редко у одноклеточных организмов встречается смешанное (миксотрофное) питание. Так эвглена зеленая и некоторые виды хламидомонад при наличии света фотосинтезируют, а в темноте питаются как гетеротрофы. У многих видов одноклеточных животных наблюдается взаимовыгодное сожительство (симбиоз): у них в цитоплазме постоянно присутствуют одноклеточные водоросли и бактерии, чьи продукты обмена не вредны, а, наоборот, полезны хозяевам.

Обычно одноклеточные поглощают необходимые им питательные вещества непосредственно всей клеточной поверхностью, но некоторые (инфузории) имеют специальные приспособления для поглощения пищи, ее расщепления (пищеварение) и выделения непереваренных частиц (дефекация).

Пиноцитоз и фагоцитоз

Поглощение пищи одноклеточными организмами происходит путем пиноцитоза и фагоцитоза.

Пиноцитоз (от греч. pino — пью и kytos — клетка, вместилище), или «клеточное питье», — это захват клеточной поверхностью различных жидкостей (капелек липидов, растворов солей). Поглощенные клеточной поверхностью капельки жидкости погружаются затем в цитоплазму клетки.

Схемы пиноцитоза (А) и фагоцитоза (Б) Фагоцитоз (от греч. phagos — пожирать и kytos — клетка, вместилище), или «клеточное заглатывание», — это активное втягивание и поглощение микроскопических твердых питательных частиц (бактерий, простейших, различных фрагментов клеток). В фагоцитозе активную роль играет клеточная мембрана. Она активно обхватывает поглощаемые частицы и втягивает их внутрь клетки. При этом мембрана образует впячивания вовнутрь цитоплазмы, которые затем отшнуровываются, и получаются пузырьки (фагоцитозные вакуоли) с заключенной внутри них пищевой частицей. Фагоцитозная вакуоль сливается с первичной лизосомой, наполненной пищеварительными ферментами и имеющей кислую реакцию. Так образуется вторичная лизосома, или пищеварительная вакуоль, в которой поглощенная пищевая частица переваривается. С помощью специальных методов окрашивания клетки можно наблюдать, как постепенно в процессе расщепления пищевых частиц содержимое пищеварительных вакуолей приобретает нейтральную реакцию.

Питательные вещества усваиваются клеткой. После окончания процесса пищеварения в мембранном пузырьке (его называют остаточное тельце) остаются непереваренные остатки. Остаточное тельце встраивается в наружную клеточную мембрану и выталкивает свое содержимое наружу (процесс, похожий на фагоцитоз, но протекающий в обратном направлении).

Явление фагоцитоза было открыто и описано в 1882 году русским микробиологом Ильей Ильичом Мечниковым. За открытие фагоцитоза Мечников в 1908 году был удостоен Нобелевской премии.

Фагоцитоз встречается у многих одноклеточных организмов, а пиноцитоз — преимущественно у жгутиконосцев.

Одноклеточные обладают способностью распознавать различные пищевые частицы. Однако избирательность в поглощении только полезных частиц у них отсутствует. Например, инфузория парамеция заглатывает бактерий (полезная пища) наряду с частицами краски, угля, пластика или металла (железные опилки). Правда, эти частицы захватываются ею с неодинаковой скоростью.

Некоторые инфузории могут заглатывать пищевые частицы, во много раз превышающие их собственный размер. Например, инфузория циклопостиум из кишечника лошади поглощает растительные волокна огромной длины. С усилием она втягивает волокно через глубокую воронковидную глотку и специальный клеточный рот (цитостом), многократно складывая и уминая пищу внутри клетки.

Инфузория циклопостиум: 1 — в начале поглощения растительной частицы; 2 — в конце — с деформированными стенками клетки

Некоторые простейшие обладают защитными приспособлениями. Например, инфузория туфелька имеет особые структуры — длинные тонкие стрекательные нити (трихоцисты). Трихоцисты, расположенные у самой поверхности клетки, в состоянии покоя напоминают колбы. При механическом или химическом раздражении они быстро «выстреливают», помогая инфузории избежать нападения.

Передвижение одноклеточных организмов

Способы движения одноклеточных разнообразны, поэтому у них наблюдается многообразие органоидов движения. Различают следующие формы передвижения: жгутиковое, ресничное, амебоидное, волнообразное и скользящее.

Подвижность многих видов одноклеточных организмов осуществляется при помощи жгутиков и ресничек. Между жгутиками и ресничками эукариот нет принципиального различия — только по форме и размерам. Благодаря ресничкам и жгутикам клетки достаточно быстро перемещаются.

Жгутиковое передвижение. У большинства одноклеточных жгутик совершает волнообразные движения в одной плоскости, у других — его движение спиралеобразное. Жгутик ввинчивается в окружающую жидкость и утягивает за собой всю клетку. Изгибание жгутиков обычно происходит с частотой до 50 колебаний в секунду. У многожгутиковых одноклеточных движение всех жгутиков осуществляется синхронно.

Ресничное передвижение. Движение с помощью ресничек наблюдается у инфузорий. Биение каждой отдельной реснички состоит из двух этапов: быстрого и энергичного рабочего удара и возвратного движения. Биение всех соседних ресничек синхронизировано так, что по ним пробегает волна сокращений.

Амебоидное передвижение осуществляется при помощи выростов наружного слоя цитоплазмы, называемых превдоподиями или ложноножками. Так двигаются корненожки, в том числе обыкновенные амебы. У большинства амебоидных одноклеточных цитоплазма четко разделена на два слоя — наружный и внутренний. В наружном слое цитоплазмы (гиалоплазма) нет органоидов, даже рибосом. Внутренний слой цитоплазмы (гранулоплазма) имеет густую консистенцию, а наружный, наоборот, жидкую, и при движении клетки он как бы «течет» вдоль псевдоподии.

Особенности движения амебоидной клетки: 1 — ядро; 2 — плазматическая мембрана; 3 — гранулоплазма; 4 — гиалоплазма; 5 — псевдоподии Волнообразное передвижение. Некоторые одноклеточные организмы, например эвгленовые водоросли, двигаются за счет волнообразного изгибания всего тела или его перистальтического сокращения. Такой тип движения у эвгленовых возможен благодаря особому покрову — кутикуле, состоящей из продольных белковых полосок, способных скользить относительно друг друга.

Скользящее передвижение. Этот тип движения достаточно широко распространен у простейших, диатомовых водорослей и цианобактерий. Все эти организмы выделяют обильную слизь и перемещаются по смазанной ею поверхности.

Движение одноклеточных организмов обычно обусловлено тем, что они могут воспринимать различные раздражения из внешней среды и реагировать на них. Как правило, ответ на раздражение состоит в пространственном перемещении (движении) клеток. Вид движения, связанный с определенным раздражителем, называют таксисом (от греч. taxis — расположение). Источником раздражения могут быть свет, температура, влага, химические вещества, пища и др. Таксисы могут быть положительными и отрицательными. Так, когда эвглена зеленая стремится переплыть на освещенное место в водоеме — это положительный фототаксис, а когда уплывает прочь от брошенной в воду крупинки соли — отрицательный.

Поведение одноклеточных организмов

Многочисленные наблюдения за жизнью одноклеточных организмов показали, что они обладают способностью «узнавать» друг друга. Например, многие хищные простейшие распознают особей своего вида и не нападают на них, но активно нападают на представителей других видов (их жертву).

При половом размножении одноклеточные организмы определяют не только сородичей, но и роли друг друга в спаривании (женская или мужская особь). Например, раковинные амебы каким-то образом «договариваются» с партнером перед половым процессом так, что одна амеба остается неподвижной в своей раковинке, а другая перетекает к ней. Принято подвижную особь считать мужской, а неподвижную — женской. Однако у некоторых простейших мужская и женская особи различаются не только по поведению, но и внешне — по форме или размерам.

Некоторые одноклеточные организмы строят себе «домики» из собственных выделений или из найденных песчинок. Например, интереснейшая группа простейших — раковинные корненожки (амебы) — часто встречаются во влажной моховой подстилке леса.

Раковинка амебы коритион: 1 — взрослая корненожка; 2 — корненожка со спорами

Пустые раковинки остаются после гибели амебы или после выхода молодых амеб из материнской раковинки.