Spirostomum - это род свободноживущих инфузорий, относящихся к классу Heterotrichea. Встретить их можно, как в солёной, так и пресной воде. Несмотря на то, что они одноклеточные, представители некоторых из них могут вырастать в длину до 4 мм (0, 16 дюйма). Только посмотрите на этих удивительных симпатяг в сравнении с рачком Дафнией — многоклеточным организмом! К слову, данных животных, я выловил в стоячей воде сливного канала в Белоруссии, своей любимой и родной стране.
Описание и характеристика рода.
Клетка инфузории имеет червеобразную форму. В поперечном сечении клетка в основном овальной, или кругло-подобной формы. Хвостовые концы могут быть уплощены. Поэтому среди инфузорий, виды этого рода узнаются сразу, особенно, если рядом плавают другие причудливые представители этого типа. В моём случае, помимо наших червеобразных лапочек, плавала инфузория, похожая на музыкальный инструмент. Настолько она причудлива. Эта была инфузория трубач, которую вы увидите в моём видео ниже. Внешне она напоминает музыкальную трубу, поросшую странными волосами (ресничками).
Но речь сейчас не о трубачах, а особенностях строения инфузории Спиростомиум, доминирующей в том сливном канале. И, пожалуй, самая интересная особенность их заключается в том, что их пищеварительная, а точнее экскреторная вакуоль может достигать настолько больших размеров, что способна занимать весь «хвостовой» конец клетки. Экскреторная вакуоль инфузории представляет собой гигантскую гранулу, которая, порой сливаясь с цитоплазматической мембраной, изливает вредные продукты обмена во внешнюю среду. Чтобы не умереть от своих собственных избытков вредных продуктов обмена, а также от недостатка пищи, наши инфузории должны уметь перемещаться.
Для этого у наших миниатюрных друзей есть короткие реснички на «теле» клетки, которые расположены продольными рядами вдоль «тела». Питаются инфузории с помощью мембранелл, структур, образующих область возле рта, называемой адрональной зоной. Сам рот находится на перистоме — возвышенной поверхности тела. Так вот, мембранеллы инфузорий этого рода очень интересны. Они окаймляют перистом и могут занимать от 1/4 до 2/3 длины клетки в зависимости от вида.
Чем же ещё интересны эти инфузории?
Эндосимбиоз
Интересны эти инфузории и тем, что встречаются виды, имеющие в своих клетках эндосимбионтов. Так, например, S. semivirescens в микроскоп кажется ярко-зеленым из-за того, что он упакован эндосимбиотическими водорослями рода Chlorella.
Согласно симбиогенетической теории пластиды, как и митохондрии, произошли в результате «захвата» древней цианобактерии предшественником эукариотической «хозяйской» клетки. Вполне возможно, что учёные опирались в построении этой теории и на подобные организмы, которые заключают в себя одноклеточные водоросли
Размножение
Стоит упомянуть и размножение. Спиростомум размножается путём простого бинарного деления, которое в некоторых случаях может следовать сразу за конъюгацией. Конъюгацией у инфузорий называют обмен половыми ядрами (микронуклеусами) с последующим их попарным слиянием в синкарион. Синкарион — ядро дробления, образующееся в результате слияния половых ядер. Впоследствии синкарион делится с образованием новых половых и вегетативных ядер, которые затем перемещаются из взрослого клона в дочернего. Отличие от конъюгации, например, водорослей, заключается в том, что инфузории не образуют гамет, которые потом образуют зиготу при слиянии. Кроме того, конъюгация инфузорий не сопровождается привычным размножением, то есть увеличением числа клеток, поэтому конъюгация у инфузорий является типичным примером полового процесса без привычного размножения. Водоросли при конъюгации после образования зиготы образуют зигоспору, которая перезимовывает и весной делится мейозом, давая 4 гаплоидные споры. Даже при хологамии, аналоге конъюгации у одноклеточных, образуется зигота, которая даёт 4 гаплоидные споры, а инфузория против таких выкрутасов!
Забавно наблюдать (видео выше), как это животное способно резко сокращать свои размеры и сжиматься, будто маленькая пружина. Такое ощущение, что на это уходит буквально всего нескольких миллисекунд! Это не стоп кадр, или монтаж, это реально она так сокращается. Помимо сжатия, эти инфузории способны увеличивать свои размеры в результате большого стресса, например, в высыхающей капле воды. Этот момент мне также удалось запечатлеть.
Есть ли какие-нибудь интересные научные исследования связанные с этими инфузориями?
Как я говорил выше, резкое сокращение размеров «тела», очень интересный момент и не только для меня. Ученые из Технологического института Джорджии сделали замечательное открытие. Биолог Саад Бхамла, получив грант на изучение Spirostomum ambiguum, обнаружил невероятную способность этой инфузории с огромной скоростью сокращать своё «тело». В течение доли секунды Spirostomum ambiguum сокращает свое «тело», уменьшая его длину более чем на 60%. Это проходит с ускорением в 200 м/с² и нагрузкой равной 14g. Прямо самый быстрый организм на планете, олимпийский чемпион микромира! Это достаточно интересно, поскольку человеческому глазу не под силу заметить постепенное сокращение инфузории.
Этот механизм обеспечивает быстрое реагирование на внешние стимулы, что является ключом к выживанию. Плавающие организмы генерируют обильные потоки, которые сохраняются в водной среде и Спиростомум в ходе эволюции «научился» быстро отвечать на такой внешний сигнал. Биофизики назвали данное открытие «гидродинамическими триггерными волнами», которые распространяются - подобно цепной реакции - в сотни раз быстрее, чем скорость плавания. Исследование показало, что сокращение одной клетки (передатчик) генерирует дальние вихревые потоки, которые, в свою очередь, могут запускать соседние клетки (приемники). Результаты позволяют предположить, что такая сигнализация может способствовать организации совместно живущих сообществ на больших расстояниях и влиять на долгосрочное поведение через экспрессию генов. Так же при сокращениях выделяются токсины, синхронизированные выбросы которых, могут способствовать отпугиванию крупных хищников или обездвиживанию крупной добычи. Биологи предполагают, что схожий механизм регулирования поведения через гидродинамические триггерные волны есть и у других протистов.
Инфузория Спиростомум как индикатор загрязнения водной среды.
Представители типа протисты всё больше привлекают внимание исследователей, занимающихся поиском надежных индикаторов загрязнения водной среды. Имея достаточно большие размеры (позволяют рассматривать организмы под малым увеличением), Spirostomum ambiguum может стать идеальным кандидатом на роль организма для биоиндикации воздействия на окружающую среду химических токсикантов, γ-излучения и электромагнитного поля. Так польскими учёными из Медицинского университета Варшавы был разработан Спиротокс (Spirotox)- краткосрочный тест на острую токсичность с применением Spirostomum ambiguum (Grzegorz Nałecz-Jawecki, 2004). Впервые он был представлен на 6-м Международном симпозиуме по оценке токсичности в Берлине в 1993 году.
В течение 10 лет была проведена оценка чувствительности S. ambiguum ко многим классам токсикантов. Было установлено, что спиротокс очень чувствителен к тяжелым металлам, фунгицидам и фармацевтическим препаратам, используемым для лечения заболеваний нервной системы человека. С другой стороны, он был в целом менее чувствителен к простым органическим веществам, чем стандартные биопробы. Спиротокс также может использоваться для анализа «цветения» цианобактерий.
Аналогичные исследования проводили и российские учёные в МГУ и Обнинском институте. Результаты этих двух исследований показывают перспективность использования Спиростомума в качестве незаменимой модели не только для выявления негативных факторов среды их обитания, но и для объяснения механизмов таких воздействий на одноклеточный и/или многоклеточный организм.
Вот такие они, инфузории, пойманные в моей родной Белоруссии!
Примечание
Для съёмки первых двух видео использовался мой личный польский микроскоп PZO MB30, который оснащён двумя родными объективами 5Х и 40Х и двумя от советского микроскопа на 10Х и 90Х. Окуляры родные на 10Х. В качестве камеры использовался Xiaomi Redmi Note 4
Для съёмки последующих двух видео использовался немецкий микроскоп Eschenbach Typ 3455 в родной комплектации. В качестве камеры выступал смартфон POCO X3 NFS. Дополнительной обработки видео не подвергалось.
Материал брался стандартной ёмкостью на 120 мл в мелком, стоячем водоёме. Всем начинающим снимать подобные видео рекомендую начинать по этой методике. В дальнейшем можно переходить к более сложным методикам сбора материала.
P.S. Статья написана биологом Евгением Будько и опубликована в научном сообществе Фанерозой.
Источники
https://aspidisca.livejournal.com/37589.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Spirostomum
https://pikabu.ru/story/bolshe_negepard_nazvano_samoe_byistroe_vmire_sushchestvo_6086766
https://zen.yandex.ru/media/zhivotniymir/samoe-bystroe-suscestvo-v-mire-600b261f1924cc0331468060
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1387-9
https://cyberleninka.ru/article/n/infuzoriya-spirostoma-kak-indikator-zagryazneniya-vodnoy-sredy
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15269908/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Хологамия
