Журнал «Вокруг Света» №11 за 2008 год - Вокруг Света

Проще простого?

«Пасть» хищной инфузории Lembadion bullinum, которая живет в пресноводных водоемах и питается другими микроорганизмами. Фото: SPL/EAST NEWS

Термином «простейшие» биологи называют одноклеточные организмы с оформленным клеточным ядром, где хранится наследственная информация в виде собранных в нити хромосом, в противоположность бактериям, в клетках которых ядра отсутствуют.

Термином «простейшие» биологи называют одноклеточные организмы с оформленным клеточным ядром, где хранится наследственная информация в виде собранных в нити хромосом, в противоположность бактериям, в клетках которых ядра отсутствуют.

Если клетка бактерии — это хорошо отлаженный станок по переработке одного вида природного сырья в другой, то простейшее — это целая фабрика из машин разного профиля, которые передают продукцию по конвейеру, с транспортной инфраструктурой и аппаратом управления. Кроме ядра, своего рода вместилища «уставной информации» (если продолжать аналогию с производственным предприятием), у простейшего, как правило, есть автономная энергетическая система. В одних случаях она работает от солнечного света — такие «аппараты» называются пластидами. Преобразование энергии света в энергию химических связей в них происходит с участием разноцветных пигментов. Один из самых распространенных — зеленый пигмент хлорофилл.

1. Динофлагеллят — панцирное одноклеточное, заключенное в жесткую оболочку из целлюлозы. В шов, проходящий по «экватору» панциря, уложен один из жгутиков, позволяющий клетке свободно маневрировать

2. Разветвленными щупальцами инфузория Dendrocometes охотится на других инфузорий. Фото: SPL/EAST NEWS(2)

Другой вариант энергетических станций — митохондрии, в отличие от пластид требующие готового топлива — пищи. Подобно двигателю внутреннего сгорания митохондрия производит энергию путем окисления топлива, только гораздо медленнее (этот процесс называется дыханием), и расходует ее не сразу, а запасает в виде химических связей молекул АТФ. Вместе с митохондриями АТФ могут быть доставлены в любое место клетки, где необходимо совершить какую-либо работу. Как и положено крупному предприятию, клетка не может работать без внутренней инфраструктуры — дорог, соединяющих важные производственные участки. У простейшего эту функцию выполняют каналы эндоплазматической сети, которые густо пронизывают весь объем клетки. Местами каналы расширяются, превращаясь в цеха: в одних происходит расщепление съеденной пищи под действием пищеварительных ферментов, в других складируется продукция — капли жира, зерна крахмала или гликогена, запасенные на черный день, а в третьих каналах, сконцентрированных в аппарате Гольджи, синтезируются сложные структурные молекулы «на экспорт». Есть здесь и рельсовые пути — тяжи из микротрубочек, которые одновременно служат направляющими для транспортировки станков — органелл и крупных белковых молекул, а также внутренним скелетом клетки. Система микротрубочек необычайно динамична: они легко демонтируются и быстро достраиваются в новом месте. Весь этот сложный комплекс хитроумно упакован в микроскопическом существе объемом в сотую или тысячную долю кубического миллиметра. В сравнении с многоклеточным организмом, который видится своего рода ЭВМ прошлого, занимавшим целые залы, простейшее — это компактный ноутбук.

Само по себе внутреннее устройство одноклеточного существа — не диво: точно такие же структуры есть и в клетках многоклеточных организмов — растений, животных, грибов. Удивительно другое: не имея ни органов, ни тканей, простейшие оказываются автономными существами, живущими полноценной жизнью. Амеба — первое простейшее, открытое в 1755 году немецким натуралистом Августом Рёзель фон Розенхофом, и первое животное, изучаемое студентами-зоологами в современных университетах, — является удивительным примером изменчивости формы. Амеба все время меняется, на ее текучем теле появляются и исчезают выросты, опровергая старинное представление о клетке как мешке с желеобразным содержимым, обретающим форму только благодаря упругой оболочке, которая есть, например, у клеток растений.

1. Скелет радиолярии похож на ажурный сосуд из кремнезема. Фото: NHPA/VOSTOCK PHOTO

2. Клетка десмидиевой водоросли состоит из двух зеркальных половинок, в месте соединения которых расположено ядро. Фото: SPL/EAST NEWS

Амеба ползет, но характер этого движения совсем иной, чем у крупных ползающих существ, таких как змея или улитка. Механизм образования ложноножек изучен не до конца, хотя кое-что уже известно. В обычном состоянии поверхностный слой цитоплазмы упругий, а внутреннее содержимое — густая жидкость. Появление на теле выроста связано с местным разжижением поверхностного слоя цитоплазмы, куда под давлением устремляется внутренняя жидкость. Когда ложноножка достигает нужной длины, поверхностный слой снова затвердевает, что позволяет ей сохранять форму. Изменение в состоянии цитоплазмы, напоминающее растекание желе, на самом деле — результат сборки-разборки внутреннего каркаса из молекул белка актина, того же самого, который в паре с миозином обеспечивает сокращение наших мышц. Но здесь актин работает иначе: на заднем конце клетки от длинной нити актина отщепляются блоки-мономеры, которые переносятся вперед и наращивают опорную нить спереди.

Способность образовывать выросты-ложноножки помогает амебам не только передвигаться, но и питаться. В большинстве своем эти одноклеточные — хищники, нападающие на других одноклеточных и даже на многоклеточные организмы, по размерам сопоставимые с ними самими. С помощью ложноножек амебы обволакивают свою добычу и, когда пузырь-вакуоль смыкается, впрыскивают внутрь пищеварительные ферменты. У радиолярий (простейших с длинными ложноножками и скелетом из кремнеземных игл, собранных в причудливые подобия кристаллов, и солнечников, напоминающих нарисованное ребенком солнышко) ложноножки вместе со скелетными выростами помогают удерживаться в толще воды и служат одновременно ловчей сетью, иногда вооруженной выстреливающими капсулами со слизью, ядом или зазубренными гарпунами. У воротничковых жгутиконосцев кольцо из плотно сомкнутых, будто пальцы, ложноножек образует высокий воротничок, окаймляющий жгутик, и сквозь него фильтруется поток воды, создаваемый биением жгутика.

Существует еще один способ движения, который биологи называют метаболией: он напоминает кишечную перистальтику или волнообразное изгибание тела. Например, двигателем эвглены (простейшего, которое в зависимости от обеспеченности пищей может потреблять готовые органические вещества, как животное, а при их дефиците — фотосинтезировать, как растение) служит скольжение относительно друг друга белковых полос, которыми выложен наружный слой клетки. Такой же принцип осуществляется в мышечной клетке. У одноклеточных паразитов, называемых грегаринами, тело расчленено на звенья, при их движении сокращаются кольцевые белковые нити.

Инфузории Paramecium sp. покрыты густым «мехом» ресничек. Создавая направленный поток воды, реснички подгоняют взвешенную в воде пищу к их рту — цитостому. Фото: SPL/EAST NEWS

Одинокая клетка может также перемещаться с помощью жгутиков. Причем различия в положении и характере движений жгута дают возможность биологам распознавать некоторых простейших «по походке» даже при малом увеличении микроскопа. Самый простой вариант движения — у одноклеточных водорослей, подобных эвглене. Жгутик эвглены совершает винтообразное движение и заставляет клетку «ввинчиваться» вперед. У других биение жгутика приводит к движению в противоположную сторону. У трипаносомы жгутик направлен назад, а между ним и стенкой клетки натянута похожая на плавник мембрана, волнообразные движения которой позволяют клетке поступательно двигаться в обратном направлении. Сложные петлевидные взмахи жгутика могут вызывать характерное «вихляющее» движение клетки: то вправо, то влево. Динофлагелляты — водоросли, заключенные в жесткий панцирь, — располагают двумя жгутиками: один направлен назад, а другой обвивает панцирь клетки по кольцевой выемке. Сочетание волнообразного движения свободного жгутика и спирального волнения кольцевого позволяет маневренно двигаться в любом направлении, быстро разгоняться и внезапно останавливаться.

Самые виртуозные пловцы — инфузории, одетые в густую шубу ресничек, каждая из которых похожа на жгутик, только короткий. Согласованные волны биения ресничек дают инфузориям возможность двигаться в любом направлении, эффективно охотиться на подвижных простейших, и не только в толще воды, но и в узких капиллярных пространствах между мельчайшими частицами грунта. Для ученых остается загадкой, как достигается такая согласованность, — ведь у инфузорий нет ни мозга, ни нервной системы. Но будучи в большинстве своем хищниками, инфузории ведут себя не менее целесообразно, чем многоклеточные животные.