Я познаю мир. Ботаника
Шрифт:
Изучение простейших позволяет представить не только, как выглядели наши общие с растениями и грибами предки, но и то, как происходила эволюция многоклеточности.
Реконструировать основные этапы возникновения многоклеточности нам поможет изучение строения колоний некоторых простейших.
Мы уже знакомились с хламидомонадой и вольвоксом и сказали о том, что из–за внешнего и внутреннего сходства их клеток ученые считают их самыми ближайшими родственниками. Те же родственные связи объединяют с хламидомонадой еще два колониальных простейших: гониум и эвдорину. Отдельная клетка из колонии гониума, эвдорины или вольвокса ничем не отличается от хламидомонады, за исключением одного момента – клетки хламидомонады никогда не объединяются и живут только поодиночке.
Колония
Гониум
Все клетки колонии в одинаковой степени подвижны, чувствительны к свету, способны к размножению. Фактически они ничем не отличаются друг от друга, а от одноклеточных хламидомонад отличаются только тем, что живут вместе. Но при выращивании в искусственной богатой питательными веществами среде колония гониума может распадаться на более мелкие восьми– и четырехклеточные и даже может жить в виде одиночных жгутиковых клеток. Такая непрочная связь между членами колонии наталкивает на мысль о тесном родстве между отдельно живущими клетками хламидомонады и объединенными клетками гониума.
Следующий шаг на пути к многоклеточности делает близкий родственник гониума – эвдорина. Шарообразная колония эвдорины
состоит из 32 клеток (посчитайте, сколько делений должно произойти, чтобы из одной клетки–основательницы получилась колония эвдорины). На «головном» конце колонии находятся клетки с более крупными глазками, они определяют направление движения всей колонии. Как и у гониума, все клетки в колонии эвдорины подвижны и способны к самостоятельному питанию, но одинаковыми их назвать уже нельзя. Клетки «головного» конца взяли на себя «руководящую функцию», но взамен потеряли способность к размножению. Здесь уже заметно некоторое разделение труда между членами колонии: часть управляет, часть размножается.
Эвдорина
Колония вольвокса еще больше напоминает многоклеточный организм, в котором разные виды клеток выполняют отдельные функции: одни направляют движение всего организма, другие добывают пищу, третьи размножаются. Как у эвдорины мелкие и «глазастые» клетки «головного» конца направляют движение всей колонии, так и вольвокс плывет вперед тем полюсом, на котором сильнее развиты глазки. Но если у эвдорины способность к размножению потеряли только эти «руководящие» клетки, то вольвокс пошел еще дальше. В многотысячной колонии вольвокса способностью делиться обладают только 4—10 клеток. Эти клетки неподвижны и не могут самостоятельно питаться – их главная и основная задача – размножение. Внутри колонии возникает обстановка неравенства: несколько клеток, в обязанности которых входит продолжение рода, питаются и растут за счет многих тысяч неспособных к делению вегетативных клеток. Получается, что вся огромная колония трудится не покладая рук, чтобы прокормить несколько делящихся клеток. И не кормить нельзя – от них зависит продолжение всего рода вольвоксов.
Вольвокс
Как видите, в колонии вольвокса разделение труда между разными видами клеток еще сложнее, чем у эвдорины: вегетативные клетки обеспечивают движение и питание всего «организма», несколько клеток «элиты» участвуют только в размножении, а «направляющие» клетки руководят движением, но кормят себя еще сами.
Универсальная защита – цисты
Большинство простейших живет в воде, пресной или соленой, но есть среди них и обитатели почвы: разнообразные амёбы, жгутиковые и инфузории. Для таких мелких организмов разница между водой и почвой небольшая. Почва состоит из мелких комочков, и, пока она не пересохла, каждый такой комочек сверху покрывает тонкая пленка воды. Для микроскопических простейших это – целый
Почвенные простейшие с легкостью переносят даже долгое отсутствие воды – в виде цист. Циста – это клетка, покрытая толстыми водонепроницаемыми оболочками, под защитой которых организм простейшего остается жизнеспособным и при увеличении влажности снова переходит к активной жизни. Цисты простейших и споры бактерий, при всех различиях этих организмов, похожи в главном – их толстая водонепроницаемая оболочка помогает организму пережить неблагоприятные условия.
Цисты способны образовывать и водные простейшие. В состоянии анабиоза инцистированные (т. е. находящиеся в цисте), простейшие переносят охлаждение и перегревание, отсутствие корма и полное пересыхание водоема. С помощью цист может происходить расселение простейших из водоема в водоем. Невесомые цисты поднимаются ветром со дна пересохшей лужи и переносятся на большие расстояния.
Циста простейшего .
В существовании цист можно убедиться на собственном опыте. Если в пробе, которую вы взяли из водоема, нет простейших, не торопитесь ее выливать. Подождите неделю и, скорее всего, если им понравится на вашем подоконнике, в баночке «из ниоткуда» (на самом деле – из цист) появятся амёбы и инфузории.
Можно ли обойтись без простейших?
Фотосинтезирующие простейшие – хламидомонада, эвглена, вольвокс, динофлагелляты и диатомеи могут создавать органические вещества сами, используя воду, углекислый газ, соли и энергию солнечного света. Те простейшие, которые не способны к фотосинтезу, нуждаются в готовых органических веществах. Одни, как, например, обыкновенная амёба, питаются мертвыми остатками растений и мелких водных животных, другие, как инфузории–туфельки и трубачи, поедают бактерий, третьи, как инфузории бурсарии и дидинии, хищничают, нападая на других инфузорий.
Дидиний, пожирающий туфельку.Хищная инфузория дидиний в два раза меньше своей излюбленной добычи – инфузории–туфельки
В свою очередь простейшими питаются насекомые и их личинки, водные черви и мелкие рачки. Пресноводные рачки – циклопы и дафнии – сами такие мелкие, что при малом увеличении их можно принять за простейших (отличить их можно по резким скачкообразным движениям – простейшие двигаются плавно). Мелкие рачки, насекомые и их личинки служат кормом многим видам рыб и их малькам. Получается цепочка из организмов, в которой каждое звено, кроме первого – фотосинтезирующих простейших, является одновременно и добычей и хищником. Такие живые цепочки из организмов, связанных между собой пищевыми связями, называются цепью или сетью питания.
В морях и океанах фотосинтезирующие простейшие вместе с водорослями и цианобактериями играют главную роль в образовании органических веществ. Одни только диатомеи поставляют четверть органических веществ, создаваемых растениями на всей планете. За счет этой первичной продукции, созданной простейшими, существуют все остальные обитатели водоемов, не способные сами синтезировать питательные вещества. По цепям питания органические соединения передаются от организма к организму, от крошечной диатомеи к огромному киту.
Фотосинтезирующие простейшие, парящие в толще воды, носят название фитопланктона, или растительного планктона (от греч. «планктон» – блуждающее). В жизни больших водоемов фитопланктон играет ту же роль, что и растения на суше, т. е. производит органическое вещество, за счет которого существует весь остальной животный мир в водах морей и океанов. Планктонные организмы покрывают сплошным живым слоем толщиной 3–100 м весь мировой океан, а если мы вспомним, что вода занимает более двух третей поверхности нашей планеты, станет понятно, насколько важна их роль в экосистеме планеты. По меньшей мере половину всего кислорода в атмосферу выделяют водоросли, и их вклад даже больше, чем вклад наземных лесов.