Инфузории представляют собой группу альвеолятов , характеризующихся наличием волосообразных органелл, называемых ресничками , которые по структуре идентичны эукариотическим жгутикам , но в целом короче и присутствуют в гораздо большем количестве, с волнистым рисунком , отличным от жгутиков. Реснички встречаются у всех членов группы (хотя у своеобразных Suctoria они есть только в течение части жизненного цикла ) и по-разному используются при плавании, ползании, прикреплении, питании и ощущениях.
Инфузории — важная группа простейших , распространенная практически везде, где есть вода — в озерах, прудах, океанах, реках и почвах, включая бескислородные и обедненные кислородом среды обитания. [2] Описано около 4500 уникальных свободноживущих видов, а потенциальное число существующих видов оценивается в 27 000–40 000. [3] В это число входят многие эктосимбиотические и эндосимбиотические виды, а также некоторые облигатные и условно-патогенные паразиты . Виды инфузорий имеют размеры от 10 мкм у некоторых колподов до 4 мм в длину у некоторых гелеид и включают некоторые из наиболее морфологически сложных простейших. [4] [5]
В большинстве систем таксономии « Ciliophora » причисляется к типу [6] любого из нескольких царств , включая Chromista , [7] Protista [8] или Protozoa . [9] В некоторых старых системах классификации, таких как влиятельные таксономические работы Альфреда Каля , реснитчатые простейшие относят к классу « Ciliata » [10] [11] (термин, который также может относиться к роду рыб ). В таксономической схеме, одобренной Международным обществом протистологов, которая исключает формальные обозначения рангов , такие как «тип» и «класс», «Ciliophora» является таксоном без ранга внутри Alveolata . [12] [13]
В отличие от большинства других эукариот , инфузории имеют два разных типа ядер : крошечное диплоидное микронуклеус («генеративное ядро», несущее зародышевую линию клетки) и большой амплиплоидный макронуклеус («вегетативное ядро», которое заботится о общей клеточной регуляции, выражающей фенотип организма). [14] [15] Последний генерируется из микроядра путем амплификации генома и тяжелого редактирования. Микроядро передает свой генетический материал потомству, но не экспрессирует свои гены. Макронуклеус обеспечивает малую ядерную РНК для вегетативного роста. [16] [15]
Деление макронуклеуса происходит у большинства видов инфузорий, за исключением представителей класса Karyorelictea, у которых макронуклеусы заменяются каждый раз при делении клетки. [17] Макронуклеарное деление осуществляется путем амитоза , а сегрегация хромосом происходит в результате процесса, механизм которого неизвестен. [15] После определенного количества поколений (200–350 у Paramecium aurelia и до 1500 у Tetrahymena [17] ) клетка проявляет признаки старения, и макронуклеусы должны регенерироваться из микроядер. Обычно это происходит после конъюгации , после которой из постконъюгального микронуклеуса образуется новый макронуклеус. [15]
Пищевые вакуоли образуются в результате фагоцитоза и обычно следуют определенному пути через клетку, поскольку их содержимое переваривается и расщепляется лизосомами , поэтому вещества, содержащиеся в вакуоли , затем становятся достаточно маленькими, чтобы диффундировать через мембрану пищевой вакуоли в клетку. Все, что остается в пищевой вакуоли к моменту достижения цитопрокта ( анальной поры ), высвобождается путем экзоцитоза . У большинства инфузорий также есть одна или несколько заметных сократительных вакуолей , которые собирают воду и вытесняют ее из клетки для поддержания осмотического давления или для поддержания ионного баланса. У некоторых родов, таких как Paramecium , они имеют характерную форму звезды, каждая точка которой представляет собой собирающую трубку.
Преимущественно реснички тела расположены в моно- и дикинетидах , которые включают соответственно одну и две кинетосомы (базальные тельца), каждая из которых может поддерживать ресничку. Они расположены в ряды, называемые кинетиями , которые идут от передней части клетки к задней. Тело и оральные кинетиды составляют инфрацилиатуру — организацию , уникальную для инфузорий и важную для их классификации, и включают различные фибриллы и микротрубочки , участвующие в координации ресничек. У некоторых форм встречаются и телесные поликинетиды, например у спиротрих , у которых они обычно образуют щетинки, называемые усами .
Инфрацилиатура — один из основных компонентов клеточной коры . Другие — это альвеолы , небольшие пузырьки под клеточной мембраной, которые прилегают к ней, образуя пленку , поддерживающую форму клетки, которая варьируется от гибкой и сократительной до жесткой. Также обычно присутствуют многочисленные митохондрии и экструсомы . Наличие альвеол, строение ресничек, форма митоза и различные другие детали указывают на тесное родство инфузорий, Apicomplexa и динофлагеллят . Эти внешне несходные группы составляют альвеолаты .
Большинство инфузорий являются гетеротрофами , питающимися более мелкими организмами, такими как бактерии и водоросли , а детрит заносится в ротовую бороздку (рот) модифицированными ротовыми ресничками. Обычно это включает ряд мембран слева от рта и околоротовую мембрану справа, обе из которых возникают из поликинетид , групп многих ресничек вместе с соответствующими структурами. Пища продвигается ресничками через ротовую пору в пищевод, где образуются пищевые вакуоли.
Многие виды также являются миксотрофами , сочетая фаготрофию и фототрофию посредством клептопластики или симбиоза с фотосинтезирующими микробами. [18] [19]
Было замечено, что инфузория Halteria питается хлорвирусами . [20]
Однако методы кормления значительно различаются. Некоторые инфузории лишены рта и питаются путем всасывания ( осмотрофия ), другие хищны и питаются другими простейшими и в частности другими инфузориями. Некоторые инфузории паразитируют на животных , хотя известно, что только один вид, Balantidium coli , вызывает заболевания у человека. [21]
Инфузории размножаются бесполым путем , путем различных видов деления . [17] Во время деления микронуклеус подвергается митозу , а макронуклеус удлиняется и подвергается амитозу (за исключением кариореликтовых инфузорий, макронуклеусы которых не делятся). Затем клетка делится на две части, и каждая новая клетка получает копию микронуклеуса и макронуклеуса.
Обычно клетка делится поперечно: передняя половина инфузории ( протер ) образует один новый организм, а задняя половина ( описта ) образует другой. Однако в некоторых группах инфузорий встречаются и другие типы деления. К ним относятся почкование (появление мелких ресничных потомков, или «роевиков», из тела зрелого родителя); стробилация (множественные деления по телу клетки, образующие цепочку новых организмов); и палинтомия (множественные деления, обычно внутри кисты ). [22]
Деление может происходить спонтанно, как часть вегетативного клеточного цикла . Альтернативно, это может происходить в результате самооплодотворения ( автогамия ) [23] или может следовать за конъюгацией - половым явлением, при котором инфузории совместимых типов спаривания обмениваются генетическим материалом. Хотя конъюгацию иногда называют формой размножения, она не связана напрямую с репродуктивными процессами и не приводит напрямую к увеличению числа отдельных инфузорий или их потомства. [24]
Конъюгация инфузорий — это половой феномен, который приводит к генетической рекомбинации и ядерной реорганизации внутри клетки. [24] [22] Во время конъюгации две инфузории совместимого типа спаривания образуют мост между своими цитоплазмами . Микроядра подвергаются мейозу , макронуклеусы исчезают, и происходит обмен гаплоидными микроядрами по мостику. У некоторых инфузорий (перитрихов, хонотрихов и некоторых суккторий ) конъюгирующие клетки постоянно сливаются, и один конъюгант поглощается другим. [21] [25] Однако в большинстве групп инфузорий клетки разделяются после конъюгации, и оба образуют новые макроядра из своих микроядер. [26] За конъюгацией и автогамией всегда следует деление. [22]
У многих инфузорий, например Paramecium , конъюгирующие партнеры (гамонты) сходны или неразличимы по размеру и форме. Это называется «изогамонтическим» сопряжением. В некоторых группах партнеры различаются по размеру и форме. Это называется «анизогамонтной» конъюгацией. Например, у сидячих перитрихов один половой партнер (микроконъюгант) маленький и подвижный, а другой (макроконъюгант) крупный и сидячий . [24]
У Paramecium caudatum этапы конъюгации следующие (см. схему справа):
Инфузории содержат два типа ядер: соматические « макронуклеусы » и зародышевые « микронуклеусы ». Во время полового размножения (конъюгации) передается только ДНК в микроядре. С другой стороны, только ДНК в макронуклеусе активно экспрессируется и влияет на фенотип организма. Макронуклеарная ДНК образуется из микроядерной ДНК путем поразительно обширной перестройки и амплификации ДНК.
Макронуклеус начинается как копия микронуклеуса. Микроядерные хромосомы фрагментируются на множество более мелких частей и амплифицируются, образуя множество копий. Образующиеся макронуклеарные хромосомы часто содержат только один ген . У Tetrahymena микроядро имеет 10 хромосом (по пять на гаплоидный геном), тогда как макронуклеус имеет более 20 000 хромосом. [27]
Кроме того, микроядерные гены прерываются многочисленными «внутренними элиминированными последовательностями» (IES). Во время развития макронуклеуса IES удаляются, а оставшиеся сегменты гена, макронуклеарные последовательности (MDS), соединяются вместе, образуя рабочий ген. Tetrahymena содержит около 6000 IES, и во время этого процесса удаляется около 15% микроядерной ДНК. Процесс управляется малыми РНК и эпигенетическими метками хроматина . [27]
У спиротрих- инфузорий (таких как Oxytricha ) этот процесс еще более сложен из-за «перемешивания генов»: MDS в микроядре часто располагаются в другом порядке и ориентации, чем в макронуклеарном гене, поэтому помимо делеции происходит инверсия ДНК. и транслокация необходимы для «расшифровки». Этот процесс управляется длинными РНК, происходящими из родительского макронуклеуса. Более 95% микроядерной ДНК удаляется во время развития макроядер спиротрихов. [27]
В клональных популяциях Paramecium старение происходит в течение последующих поколений, что приводит к постепенной потере жизнеспособности, если только клеточная линия не оживляется путем конъюгации или автогамии . У Paramecium тетраурелия клонально стареющая линия теряет жизнеспособность и погибает примерно после 200 делений, если клеточная линия не омолаживается путем конъюгации или самооплодотворения. Основы клонального старения были прояснены в экспериментах по трансплантации Ауфдерхайда в 1986 г. [28] , который продемонстрировал, что за клональное старение ответственен макронуклеус, а не цитоплазма. Дополнительные эксперименты Смита-Зоннеборна [29] , Холмса и Холмса [30] и Гилли и Блэкберна [31] продемонстрировали, что во время клонального старения повреждение ДНК резко увеличивается. Таким образом, повреждение ДНК, по-видимому, является причиной старения P. Tetraurelia .
До недавнего времени самыми старыми известными окаменелостями инфузорий были тинтинниды ордовикского периода . В 2007 году Ли и др. опубликовал описание ископаемых инфузорий из формации Доушантуо около 580 миллионов лет назад, в эдиакарский период . В их число входили два типа тинтиннид и возможный предок сукториан. [32] Ископаемая вортицелла была обнаружена внутри кокона пиявки триасового периода , около 200 миллионов лет назад. [33]
Согласно филогенетическому анализу 2016 года, [1] Mesodiniea неизменно считается сестринской группой для всех других инфузорий. Кроме того, внутри подтипа Intramacronucleata выделяют две большие подгруппы : SAL ( Spirotrichea + Armophorea + Litostomatea ) и CONthreeP или Ventrata ( Colpodea + Oligohymenophorea + Nassophorea + Phyllopharyngea + Plagiopylea + Prostomatea ). [1] Класс Protocruziea является сестринской группой Ventrata / CONthreeP . Класс Cariacotrichea был исключен из анализа, но первоначально он был установлен в составе Intramacronucleata [1] .
Одонтостоматиды были выделены в 2018 году [34] как отдельный класс Odontostomatea , родственный Armophorea .
Для инфузорий было предложено несколько различных схем классификации. Следующая схема основана на молекулярно- филогенетическом анализе до четырех генов из 152 видов, представляющих 110 семейств: [1]
Некоторые старые классификации включали Opalinidae в состав инфузорий. Принципиальным отличием многоресничных жгутиконосцев (например, гемимастигид , Стефанопогона , Мультицилий , опалинов ) от инфузорий является наличие макронуклеусов только у инфузорий. [35]
Единственным представителем типа инфузорий, который, как известно, является патогенным для человека, является Balantidium coli , [36] [37] , который вызывает заболевание балантидиаз . Он не патогенен для домашних свиней, являющихся основным резервуаром этого патогена. [38]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )1007/978-1-4020-8239-9
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )