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

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.

Наблюдая с помощью микроскопа за амебой протей или инфузорией-туфелькой, каждый может убедиться, что они не едят что попало, у каждого вида есть свои пищевые предпочтения. Как они это делают, ведь у простейших нет ни органов обоняния, ни органов вкуса? Правда, оказывается, что вкус простейшие все же чувствуют: за него отвечают особые белковые молекулы, прикрепленные к клеточной мембране снаружи. Эти молекулы настроены на определенный спектр химических соединений и связываются только с теми, которые могут представлять пищевую ценность.

У некоторых простейших есть свое образный пищевой тракт: путь съеденной частицы строго определен — есть клеточный рот (цитостом), «пищевод», где начинается переваривание пищи, и анус, через который клетка выбрасывает непереваренные остатки. У инфузорий пищеварительная вакуоль совершает внутри клетки петлеобразный маршрут, на протяжении которого еду последовательно обрабатывают разные ферменты. Активность ферментов зависит от кислотности среды, и она закономерно меняется от сильнокислой до щелочной по ходу движения. А у пресноводных простейших даже есть подобие мочевого пузыря — сократительная вакуоль, в которой собирается избыток воды с растворенными в ней отходами жизнедеятельности, и она периодически опорожняется.

Схватка мексиканских лейшманий (желтые) с кровяной клеткой макрофагом (зеленая). Эти простейшие способны выживать внутри макрофага и даже размножаться, питаясь за его счет. Фото: SPL/EAST NEWS

Не так давно выяснилось, что простейшие общаются: посылают друг другу сигналы и воспринимают их. Это необходимо для успешной охоты, а также для спаривания. Главный способ коммуникации у них — химический, с помощью сигнальных веществ — феромонов. Один из вариантов феромонов — «вещества страха», которые выделяют хищные простейшие. Некоторые виды инфузорий, особенно страдающие от нападений, научились защищаться: почуяв «запах» хищника, они могут менять форму тела, разрастаются в ширину, выпячивают шипы и гребни — и становятся ему не по зубам. Ученые недоумевают: какой эволюционный смысл может быть сокрыт в такого рода сигнальных веществах, если сами хищники от них только проигрывают? Но один резон все же найден: эти феромоны удерживают их от каннибализма. Амебы протеи — безжалостные хищники, готовые на своем пути пожирать все живое, при контакте с особью своего вида аппетита не проявляют и ложноножек не образуют.

Изучением простейших занимается наука протистология — одна из ветвей биологии, которая стремительно развивается в наши дни. И это понятно. Интерес к данной группе организмов вызван во многом тем, что они представляют собой самый корень эволюционного древа, из которого произошло все разнообразие жизни. Кто из десятков тысяч известных видов простейших дал начало многоклеточным животным, растениям, грибам? Ведь среди них есть и тот, кому обязаны своим существованием и мы сами. Пытаясь дойти до этих глубин, ученые обратились к геносистематике — науке, которая устанавливает родственные связи, опираясь на сходство наследственного материала. И тут специалистов ожидало невероятное количество сюрпризов. Совсем недавно биологи распределяли простейших по общепринятым царствам: одних, нуждающихся в готовой пище, относили к животным, других, фотосинтезирующих, — к растениям, третьих, которые питаются органическими веществами, поглощая их всей поверхностью клетки, — к грибам. Генетический анализ разрушил эту стройную систему. Оказалось, что среди простейших существуют не три, а более десятка независимых эволюционных линий. Одна линия, наиболее привычная, объединила одноклеточные и многоклеточные зеленые водоросли с зелеными растениями. Другая линия — и тут начались неожиданности — вобрала в себя небольшую часть простейших, в том числе воротничковых жгутиконосцев, некоторые виды амеб, грибы и многоклеточных животных. Остальные распределились по одиннадцати линиям. Все линии, по мнению геносистематиков, оказались более-менее равноправны. Но ведь это означает, что царства животных и грибов нужно объединить, а линии простейших возвести в ранг царств. Сами простейшие разделились на группы тоже непривычным образом. Получилось, что форма тела и наличие жгутика никакого значения не имеют, многие линии включают как амебоидных, так и жгутиконосных простейших. Дальше — больше: в одну и ту же группу попали инфузории, динофлагелляты и споровики, внешне не имеющие ничего общего. Солнечники — существа со структурой, аналогичной амебам, но очень сложные по форме, которых во все времена считали единым отрядом, — оказались разбросанными по нескольким линиям, и 80% всех солнечников образовало особую линию, в которой никого кроме них нет. Похоже, эта часть солнечников претендует на отдельное царство! Узнав новую информацию о родстве простейших, ученые столкнулись с невозможностью классифицировать их по внешним признакам: положение организма в системе можно определить только молекулярными методами, микроскоп в этом деле бесполезен. И как следствие — другой далеко идущий вывод: систему одноклеточных организмов теперь нужно коренным образом перекраивать и, конечно, переписывать учебники, так что простейшие оказались далеко не простыми.