Одноклітинні гетеротрофні еукаріотичні організми

Одноклітинні гетеротрофні еукаріотичні організми

До еукаріот відносяться більшість видів, які населяють нашу планету і відрізняються від бактерій тим, що їхні клітини мають ядро. Ядро еукаріот містить молекули ДНК, організовані у хромосоми. Характерною ознакою еукаріот є також наявність мітохондрій. В еукаріот, які здатні до фотосинтезу, є хлоропласти. Цитоплазма саме еукаріотичних клітин містить більшість інших органел, зокрема лізосоми та різноманітні вакуолі. Еукаріоти можуть бути як одноклітинними, так і багатоклітинними. Прикладами еукаріот є всі ті тварини, гриби, рослини.

Одноклітинні еукаріоти — це організми, що складаються з однієї еукаріотичної клітини, яка часто зовсім не схожа на клітини багатоклітинних рослин, тварин або грибів. Хоча всі багатоклітинні еукаріоти походять від одноклітинних.Інколи багатоклітинні еукаріоти, пристосовуючись до особливих умов середовища, «повертались» до одноклітинної будови. Прикладом таких організмів є відомі кожній господині одноклітинні гриби — звичайні пекарські дріжджі. Наразі відомо понад 100 тис. видів одноклітинних еукаріот. Приклади одноклітинних еукаріот: a — амеба; б — інфузорія; в — комірцеві джгутиконосці; г — діатомові водорості; д — евгленова водорість; е — одноклітинна зелена водорість; є, ж — одноклітинні гриби — дріжджі

Одноклітинні еукаріотичні організми суттєво різняться за способами живлення. Частина одноклітинних еукаріот живиться гетеротрофно, інша частина — автотрофно. У гетеротрофних одноклітинних еукаріот розрізняють тваринний та грибний способи поглинання органічних речовин. При тваринному способі клітина захоплює тверді часточки їжі, і далі перетравлює їх у цитоплазмі, часто — в особливих органелах — травних вакуолях. При грибному способі клітини можуть поглинати лише розчинені органічні речовини, всмоктуючи їх всією поверхнею. Резервною речовиною в гетеротрофів є глікоген. Автотрофне живлення в одноклітинних еукаріот відбувається виключно завдяки фотосинтезу. Резервною речовиною здебільшого слугує крохмаль. Міксотрофи. Зішаниий спосіб живлення.

Поміж одноклітинних еукаріотів є такі, що здатні до активного руху. Цей рух забезпечують особливі органели - джгутики, війки та псевдоподії. Рухи джгутиків і війок забезпечують потоки води навколо клітин. Псевдоподії утворюються внаслідок перетікання цитоплазми, що зумовлює особливий тип руху - амебоподібний. Набагато рідше трапляється ковзний тип руху. Наприклад, діатомові водорості рухаються за рахунок стікання слизу з поверхні клітини в певному напрямку.

Способи розмноження одноклітинних еукаріотів є різноманітними, воно може відбуватися як статевим, так і нестатевим шляхом. Деякі (Амеба протей, Евглена зелена) розмножуються мітотичним поділом. У інших (Плазмодій малярійний) цей процес більш складний і називається множинним поділом. Деякі одноклітинні на певній стадії життєвого циклу формують статеві клітини - гамети. В інфузорій відбувається специфічний процес - кон’югація, під час якої дві клітини обмінюються ядрами.

Несприятливі умови деякі одноклітинні еукаріоти здатні переживати у вигляді цисти. У процесі інцистування відбуваються складні перетворення клітини - зникають деякі структури, зменшується кількість води в цитоплазмі, формуються захисні оболонки.

Одноклітинним організмам притаманна подразливість - вони здатні реагувати на різні чинники направленим переміщенням усього організму (клітини) до або від подразника. Такі реакції називають таксисами. Учені виділяють: термотаксис (рух під дією теплових стимулів), фототаксис (рух під дією світла), реотаксис (рух проти течії води або струменя повітря), геотаксис (рух під дією сил гравітації).

Роль одноклітинних в екосистемах та значення в житті людини. Роль одноклітинних еукаріотів у природі та житті людини значна. Вони є учасниками ланцюгів живлення, відіграють важливу роль у ґрунтоутворювальних процесах. Деякі з них, відмираючи, утворюють поклади вапняних і силіцієвих порід, що входять до складу земної кори. Поміж одноклітинних еукаріотів є паразити рослин, тварин і людини. Так, Плазмодій малярійний, оселяючись в еритроцитах людини, руйнує їх, спричиняючи виникнення захворювання - малярії, а Амеба дизентерійна, паразитуючи в клітинах стінок товстого кишечника людини, спричиняє захворювання травної системи. Джгутикові трипаносоми і лейшманії (переважно тропічні види) спричиняють такі захворювання, як сонна хвороба і лейшманіози.

Профілактика захворювань людини, що їх спричиняють паразитичні одноклітинні еукаріоти, передбачає дотримання правил гігієни, термічну обробку їжі, проведення заходів з переривання життєвого циклу паразита. Вплив таких хвороб на людину є настільки істотним, що відкриття способів боротьби з малярією було відзначено Нобелівською премією (2015). Одноклітинні діатомові водорості є домінуючим компонентом фітоплактону, а відтак є головним продуцентом морських екосистем. Людина використовує здатність одноклітинних водоростей очищувати водойми шляхом поглинання розчинених у воді речовин. Вони збагачують водойми киснем, який виділяють у процесі фотосинтезу. Багато видів одноклітинних водоростей поширені в ґрунті й на його поверхні. Вони поліпшують фізичні властивості ґрунту, збагачують його органічними речовинами.

Твариноподібні одноклітинні організми. Амеба протей. Тіло амеби являє собою одну клітину до 0,25 мм завдовжки. Її форма постійно змінюється, завдяки чому клітина повільно рухається. Під час руху на передньому боці клітини утворюються випини, у які поступово перетікає цитоплазма з центральної та задньої частин клітини. Ці випини називаються несправжніми ніжками. Амеба (а): 1 — несправжня ніжка; 2 — ядро; 3 — скоротлива вакуоля; 4 — зона виділення неперетравлених решток; 5 — частка їжі у травній вакуолі; 6 — захоплення їжі несправжніми ніжками; розмноження амеби поділом навпіл (б)

Коли на шляху амеби трапляються скупчення бактерій або дрібні рештки інших організмів, несправжні ніжки повільно оточують їх і замикають у собі. Утворюється травна вакуоля. Травна вакуоля — це органела, у яку з цитоплазми виділяється травний сік, який розкладає складні органічні речовини здобичі на простіші. Продукти травлення всмоктуються з травної вакуолі у цитоплазму і використовуються амебою для синтезу власних органічних речовин та забезпечення клітини енергією. Спосіб живлення амеби називається фагоцитозом. Згодом травна вакуоля з неперетравленими рештками опиняється біля клітинної мембрани, зливається з нею, і неперетравлений вміст вакуолі виводиться назовні.

Фагоцитоз (від грецького «фаген» — їсти, та «цитос» — клітина) — спосіб живлення клітини шляхом активного захоплення часток їжі з подальшим їх перетравленням у цитоплазмі. Саме фагоцитоз називають тваринним способом живлення. В клітині амеби під оптичним мікроскопом можна розрізнити також прозору скоротливу вакуолю та ядро. Скоротлива вакуоля періодично заповнюється водою, що містить надлишок солей та непотрібні продукти життєдіяльності, далі різко скорочується і викидає таким чином вміст назовні, тобто регулює кількість води і солей у клітині та здійснює функцію виділення. Розмножується амеба поділом навпіл. Дослідження амеби під електронним мікроскопом показали, що її клітина має не лише клітинну мембрану, ядро, скоротливу та травну вакуолі, але й мітохондрії.

Інфузорія туфелька. Іншим прикладом одноклітинних твариноподібних організмів є інфузорії. Вони також живуть повсюди у прісній воді, а культуру інфузорій легко занести та підтримувати самостійно. Клітини найпоширенішої інфузорії туфельки великі (до 0,2-0,3 мм завдовжки) і помітні навіть без збільшувальних приладів. За формою клітина дійсно нагадує туфельку: спереду клітина звужена, позаду — дещо розширена. На одному боці клітини в інфузорії розташовується заглибина, схожа на кишеньку — це глотка.

Поверхню клітини вкривають біля 15 тис. рухливих джгутиків, які в інфузорій називають війками. Завдяки координованому хвилеподібному руху війок інфузорія за 1 секунду долає відстань у десять разів більшу за її довжину. Клітинна мембрана разом з війками та їх корінцями, розташованими у поверхневому шарі цитоплазми, утворює пружний та гнучкий клітинний покрив. Завдяки цьому покриву клітина зберігає відносно сталу форму. Війки також вистилають поверхню глотки. Біля отвору глотки війки довші, і їх удари спрямовують усередину невеличкі часточки їжі, які осідають на її дні. Там вони оточуються випинами клітинної мембрани, краї яких з’єднуються, утворюючи травну вакуолю. У травну вакуолю виділяється травний сік — і відбувається розклад складних органічних речовин на прості. Вона переміщується по клітині, прості поживні речовини всмоктуються у цитоплазму, а неперетравлені рештки виводяться назовні поблизу заднього кінця клітини. Таким чином, хоча у інфузорії травні вакуолі утворюються в глотці, сам спосіб живлення схожий зі способом живлення амеби, і також є фагоцитозом.

У передній та задній частинах клітини знаходиться по одній скоротливій вакуолі, які оточені зірчасто розташованими водозбираючими канальцями. Крім того, під оптичним мікроскопом у центрі клітини можна розрізнити два ядра — велике і мале. Велике ядро керує роботою клітини, а мале ядро відповідає за статевий процес та утворення великого ядра. Розмножуються інфузорії поділом клітини навпіл. Крім того, у інфузорій існує і статевий процес. При статевому процесі дві інфузорії з’єднуються черевними боками, цитоплазми клітин у зоні контакту зливаються. Далі великі ядра руйнуються, а малі в особливий спосіб діляться. Внаслідок такого поділу в кожній клітині утворюється два ядра. Потім одне з ядер кожної клітини переходить в іншу клітину, де зливається з тим ядром, що залишилось, і клітини роз’єднуються. Ядро, що утворилося внаслідок злиття, ділиться, утворюючи в клітині нові ядра — мале і велике. Таким чином, при статевому процесі внаслідок обміну ядрами між клітинами інфузорій здійснюється обмін спадковою інформацією.

Статевий процес — процес обміну спадковою інформацією між двома особинами. При статевому процесі зазвичай послідовно відбувається часткове або повне злиття клітин, злиття ядер та обмін ділянками ДНК двох різних особин. Це має велике значення для еволюції.

Комірцеві джгутиконосці. У морях та прісних водоймах численною є група одноклітинних твариноподібних організмів, у яких клітина на верхньому боці утворює комірець, з якого виходить довгий джгутик. Це комірцеві джгутиконосці. За допомогою джгутика клітина спрямовує до своєї поверхні потік води, що несе часточки їжі — відмерлі органічні речовини та бактерії. Коли їжа потрапляє на клітинну мембрану, її оточує коротка несправжня ніжка. Вона втягує здобич у клітину. Утворюється травна вакуоля, де і відбувається процес травлення. Комірцеві джгутиконосці вважаються найближчими ймовірними родичами багатоклітинних тварин, зокрема губок.

Паразитичні одноклітинні твариноподібні організми. Чимало одноклітинних твариноподібних організмів пристосувались до життя в інших організмах. Деякі з них здатні живитись за рахунок хазяїна, завдаючи йому шкоди. Дизентерія — небезпечна хвороба, збудникам якої є дизентерійна амеба, яка може жити у кишечнику людини. Зазвичай вона не завдає шкоди людині, оскільки харчується бактеріями. Але інколи дизентерійна амеба пошкоджує стінки кишечника, і, живлячись клітинами крові, починає дуже швидко ділитися, спричинюючи кривавий пронос. Із калом клітини дизентерійної амеби виводяться назовні. Здорова людина заражується дизентерійною амебою тоді, коли споживає їжу, що містить спочиваючі клітини паразита. Прості правила гігієни — миття рук після відвідування туалету та перед споживанням їжі — дозволяють уникнути зараження дизентерійною амебою.

Малярія — дуже небезпечна хвороба, поширена у країнах з теплим та вологим кліматом. Її збудником є малярійний плазмодій. Він розвивається в клітинах печінки та крові, спричиняючи їх руйнування. Переносником паразита є малярійний комар: при укусі хворої на малярію людини малярійний плазмодій потрапляє у тіло комара, там розмножується, і при повторному укусі зі слиною комара передається здоровій людині. Малярійний комар анофелес (а) та малярійний плазмодій, що виходить зі зруйнованих червоних кров'яних тілець (б)

Одноклітинні водоростіЕвглена. Серед одноклітинних фотосинтезуючих еукаріот найбільш схожою на одноклітинні твариноподібні організми здається евглена. Клітини евглени поодинокі й рухливі. В процесі руху евглени можуть змінювати форму — витягуватися, скорочуватися, вигинатися. В центрі клітини знаходиться велике добре помітне ядро. В цитоплазмі також чітко розрівняється від одного до кількох зелених хлоропластів: за їх допомогою на світлі евглена здійснює фотосинтез. В темряві евглена здатна переходити до гетеротрофного живлення, поглинаючи всією поверхнею клітини розчинені у воді органічні речовини.

Рух відбувається за допомогою довгого джгутика, який виходить із заглибини — глотки. У глотці у евглени є ще один, потовщений при основі, короткий джгутик, який, на відміну від довгого, не виходить назовні. Біля цього джгутика в цитоплазмі розташовано велике червоне вічко. Разом з джгутиковим потовщенням вічко утворює систему, завдяки якій евглена визначає напрям падіння світла й обирає маршрут свого руху. До глотки прилягає кілька скоротливих вакуолей, які виплескують у неї зайву воду, що постійно надходить у клітину через м’який клітинний покрив. Таким чином, глотка не лише не приймає участі у живленні, а навпаки, здійснює функцію виділення, оскільки з водою за допомогою скоротливих вакуоль клітина позбавляється шкідливих продуктів життєдіяльності. Розмножується евглена поздовжнім поділом клітини навпіл у рухливому стані. Евглени мешкають у прісних стоячих або слабко проточних водоймах. Споживаючи розчинену органічну речовину, евглени разом з іншими одноклітинними еукаріотами беруть участь у процесах самоочищення води.

Хламідомонада належить до зелених водоростей. Наявністю джгутиків та зеленого хлоропласту вона нагадує евглену. Проте наявність клітинної оболонки, яка забезпечує сталу форму клітини, надає хламідомонаді схожості з рослинною клітиною. Більшу частину цитоплазми займає зелений хлоропласт, на дні якого навколо великого округлого тільця відкладається заласний вуглевод — крохмаль. Він утворюється з глюкози, яку виробляє хлоропласт у процесі фотосинтезу. В хлоропласті добре розрізняється невеличка червона цятка — це вічко. Воно допомагає клітині визначати напрямок надходження світла і, як наслідок, обирати «маршрут» руху. Під електронним мікроскопом в клітині хламідомонади розрізняються й інші характерні для еукаріот органели.

Хламідомонада найчастіше розмножується за допомогою рухливих спор. Вони утворюються внаслідок поділів материнської клітини. Клітинна оболонка в цих поділах участі не бере. Після розриву оболонки материнської клітини спори звільняються, і кожна стає самостійним організмом.

Розмноження рухливими спорами є одним з прикладів нестатевого розмноження. Нестатеве розмноження — це розмноження, яке відбувається без статевого процесу, а отже, без обміну спадковою інформацією між клітинами. Спеціалізовані клітини нестатевого розмноження — це спори. За несприятливих умов у навколишньому середовищі у хламідомонади відбувається статевий процес. Чоловіча і жіноча клітини у хламідомонади утворюються так само, як і спори, і за зовнішнім виглядом між собою не відрізняються. Перед злиттям вони скидають клітинні оболонки, з’єднуються передніми кінцями, і їх цитоплазми зливаються. Далі зливаються їхні ядра. У результаті утворюється клітина, яку називають зиготою. Після цього зигота вкривається товстою оболонкою і у такому стані переживає несприятливі умови. Під час періоду спокою в зиготі відбувається обмін ділянками ДНК, отриманими від чоловічої та жіночої клітин. По завершенні стану спокою зигота ділиться й утворює чотири нові клітини.

Зигота — це клітина, яка утворилася в результаті злиття цитоплазм і ядер чоловічої та жіночої статевих клітин. Статеве розмноження — це розмноження, при якому кількість особин одного виду збільшується статевого процесу, який, в свою чергу, забезпечує обмін спадковою інформавнаслідокцією між батьківськими клітинами. Влітку хламідомонади у великій кількості можна знайти майже в кожній калюжі.

Хлорела є також прикладом одноклітинних зелених, проте нерухомих водоростей. Вона мешкає переважно у наземних умовах: на вологому ґрунті, вогких стінах, а також як симбіонт у тілі водних організмів. Клітини хлорели поодинокі, кулясті, з тонкою, але дуже міцною клітинною оболонкою. Завдяки клітинній оболонці хлорели, які стали здобиччю ґрунтових тварин, проходять неушкодженими через травну систему і далі продовжують успішно рости та розмножуватись. У кожній клітині наявний один великий зелений хлоропласт, у якому відкладається крохмаль. Розмноження хлорели відбувається виключно нестатевим шляхом: за допомогою нерухомих спор. Хлорела: a — схема розмноження; б — під електронним мікроскопом; 1 — хлоропласт; 2 — крохмаль

Хлорела неодноразово побувала у космосі — на ній вивчався вплив невагомості на процеси клітинного поділу. В багатьох країнах хлорелу на спеціальних фабриках штучно вирощують для отримання вітамінів та виготовлення харчових домішок, і при цьому «годують» її вуглекислим газом викидів промислових підприємств, здійснюючи тим самим біологічне очищення повітря.

Діатомові водорості — це велика група одноклітинних прісноводних та морських водоростей, хлоропласти яких мають коричневе забарвлення. Клітини діатомових водоростей усе своє життя проводять у «скляному будинку» — кремнеземовому панцирі. Панцир нагадує коробку, накриту кришкою. Через його численні правильно розташовані отвори здійснюються всі процеси обміну із зовнішнім середовищем — поглинання води та вуглекислого газу, виділення кисню та інших продуктів життєдіяльності. Розмножуються діатомові водорості поздовжнім поділом клітини навпіл, а також їм притаманний статевий процес. У прісних водоймах найпоширенішою діатомовою водорістю є навікула. Її клітини нагадують човник, вздовж бортів якого лежать дві коричневі трубки — хлоропласти. В центрі знаходиться ядро. Клітини навікули здатні активно ковзати по підводних поверхнях, виділяючи через спеціальну структуру панцира — шов — особливі слизові ніжки.

Діатомова водорість навікула: а — схема будови: 1 — вакуоля, 2 — ядро, 3 — хлоропласт. 4 — кремнеземовий панцир, 5 — система, що забезпечує рух, — шов; б — зображення під оптичним мікроскопом. Найбільше діатомові водорості використовуються природоохоронцями та геологами для оцінки ступеня забруднення вод та визначення віку осадових порід. У виробничій діяльності широке застосування мають породи діатоміти, що утворені панцирами викопних діатомових водоростей.

ВИСНОВКИ1. Клітини еукаріотів мають значно складнішу будову, ніж у прокаріотів. Головною ознакою еукаріот є наявність ядра.2. Еукаріотичні організми можуть бути як одноклітинними, так і багатоклітинними.3. Одноклітинним еукаріотам притаманні різні способи живлення — тваринний, грибний, рослинний та їх різні комбінації.4. Одноклітинних еукаріот з тваринним способом живлення називають одноклітинними твариноподібними організмами, з рослинним — одноклітинними водоростями.