Инфузории — это группа альвеолят, характеризующаяся наличием волосовидных органелл, называемых ресничками , которые по структуре идентичны эукариотическим жгутикам , но в целом короче и присутствуют в гораздо большем количестве, с другим волнообразным рисунком, чем жгутики. Реснички встречаются у всех членов группы (хотя у своеобразных Suctoria они есть только в течение части их жизненного цикла ) и по-разному используются при плавании, ползании, прикреплении, питании и ощущении.
Инфузории — важная группа простейших , распространенных практически везде, где есть вода — в озерах, прудах, океанах, реках и почвах, включая бескислородные и обедненные кислородом местообитания. [2] Было 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 оппортунистические паразиты . Виды инфузорий варьируются по размеру от всего лишь 10 мкм у некоторых колподей до целых 4 мм в длину у некоторых гелиид и включают некоторые из наиболее морфологически сложных простейших. [4] [5]
В большинстве систем таксономии « Ciliophora » ранжируется как тип [6] в любом из нескольких царств , включая Chromista , [7] Protista [8] или Protozoa . [9] В некоторых старых системах классификации, таких как влиятельные таксономические работы Альфреда Каля , ресничные простейшие помещаются в класс « Ciliata » [10] [11] (термин, который также может относиться к роду рыб ). В таксономической схеме, одобренной Международным обществом протистологов, которая устраняет формальные обозначения ранга , такие как «тип» и «класс», «Ciliophora» является неранжированным таксоном в пределах Alveolata . [12] [13]
В отличие от большинства других эукариот , инфузории имеют два разных вида ядер : крошечное диплоидное микроядро («генеративное ядро», которое несет зародышевую линию клетки) и большое амплиплоидное макронуклеус («вегетативное ядро», которое отвечает за общую регуляцию клетки, выражая фенотип организма ). [14] [15] Последнее генерируется из микроядра путем амплификации генома и интенсивного редактирования. Микроядро передает свой генетический материал потомству, но не экспрессирует свои гены. Макронуклеус обеспечивает небольшую ядерную РНК для вегетативного роста. [16] [15]
Деление макронуклеуса происходит у большинства видов инфузорий, за исключением тех, что относятся к классу Karyorelictea, макронуклеусы которых заменяются каждый раз, когда клетка делится. [17] Деление макронуклеуса осуществляется путем амитоза , а сегрегация хромосом происходит в процессе, 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 быть регенерированы из микронуклеусов. Обычно это происходит после конъюгации , после которой новый макронуклеус образуется из постконъюгального микронуклеуса. [15]
Пищевые вакуоли образуются посредством фагоцитоза и обычно следуют по 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 тому времени, когда она достигает цитопрокта ( анальной поры ), выбрасывается посредством экзоцитоза . Большинство инфузорий также имеют одну или несколько заметных сократительных вакуолей , которые собирают воду и выталкивают ее из клетки для поддержания осмотического давления или в какой-то функции для поддержания ионного баланса. У некоторых родов, таких как Paramecium , они имеют характерную звездчатую форму, причем каждая точка является собирательной трубкой.
В основном, реснички тела организованы в моно- и дикинетиды , которые соответственно включают одну и две кинетосомы (базальные тельца), каждая из которых может поддерживать ресничку. Они организованы в ряды, называемые кинетисами , которые идут от передней к задней части клетки. Кинетиды тела и ротовой полости составляют инфрацилиатуру , организацию, уникальную для инфузорий и важную в их классификации, и включают различные фибриллы и микротрубочки, участвующие в координации ресничек. У некоторых форм есть также поликинетиды тела, например, среди спиротрихов , где они обычно образуют щетинки, называемые цирри .
Инфрацилиатура является одним из основных компонентов клеточного кортекса . Другими являются альвеолы , небольшие пузырьки под клеточной мембраной, которые упакованы против нее, образуя пленку, поддерживающую форму клетки, которая варьируется от гибкой и сократительной до жесткой. Также обычно присутствуют многочисленные митохондрии и экструсомы . Наличие альвеол, структура ресничек, форма митоза и различные другие детали указывают на тесную связь между инфузориями, Apicomplexa и динофлагеллятами . Эти внешне несхожие группы составляют альвеолы .
Большинство инфузорий являются гетеротрофами , питающимися более мелкими организмами, такими как бактерии и водоросли , а также детритом, который сметается в ротовую канавку (рот) модифицированными ротовыми ресничками. Обычно это включает ряд мембранелл слева от рта и параоральную мембрану справа, обе из которых возникают из поликинетид , групп из множества ресничек вместе с ассоциированными структурами. Пища перемещается ресничками через ротовую пору в пищевод, который образует пищевые вакуоли.
Многие виды также являются миксотрофами , сочетая фаготрофию и фототрофию посредством клептопластики или симбиоза с фотосинтезирующими микробами. [18] [19]
Было обнаружено, что инфузория Halteria питается хлоровирусами . [20]
Однако методы питания значительно различаются. Некоторые инфузории не имеют рта и питаются путем абсорбции ( осмотрофия ), в то время как другие являются хищниками 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 людей. [21]
Инфузории размножаются бесполым путем , различными видами деления . [17] Во время деления микронуклеус претерпевает митоз , а макронуклеус удлиняется и претерпевает амитоз (за исключением инфузорий кариореликтов , макронуклеусы которых не делятся). Затем клетка делится надвое, и каждая новая клетка получает копию микронуклеуса и макронуклеуса.
Обычно клетка делится поперечно, при этом передняя половина инфузории ( протер ) образует один новый организм, а задняя половина ( описте ) — другой. Однако в некоторых группах инфузорий встречаются и другие типы деления. К ним относятся почкование (появление небольшого ресничного потомства, или «роевиков», из тела зрелого родителя); стробиляция (множественные деления вдоль тела клетки, в результате которых образуется цепочка новых организмов); и палинтомия (множественные деления, обычно внутри цисты ). [22]
Деление может происходить спонтанно, как часть вегетативного клеточного цикла . Альтернативно, оно может происходить в результате самооплодотворения ( автогамии ), [23] или может следовать за конъюгацией , половым явлением, при котором инфузории совместимых типов спаривания обмениваются генетическим материалом. Хотя конъюгация иногда описывается как форма размножения, она не связана напрямую с репродуктивными процессами и не приводит напрямую к увеличению числа отдельных инфузорий или их потомства. [24]
Конъюгация инфузорий — это половое явление, которое приводит к генетической рекомбинации и ядерной реорганизации внутри клетки. [24] [22] Во время конъюгации две инфузории совместимого типа спаривания образуют мост между своими цитоплазмами . Микронуклеусы подвергаются мейозу , макронуклеусы исчезают, а гаплоидные микронуклеусы обмениваются по мосту. У некоторых инфузорий (перитрихов, хонотрихов и некоторых сукторианцев ) конъюгирующие клетки становятся постоянно слитыми, и один конъюгант поглощается другим. [21] [25] Однако у большинства групп инфузорий клетки разделяются после конъюгации, и обе образуют новые макронуклеусы из своих микронуклеусов. [26] Конъюгация и автогамия всегда сопровождаются делением. [22]
У многих инфузорий, таких как Paramecium , конъюгирующие партнеры (гамонты) похожи или неразличимы по размеру и форме. Это называется «изогамонтической» конъюгацией. В некоторых группах партнеры различаются по размеру и форме. Это называется «анизогамонтической» конъюгацией. У сидячих перитрихов , например, один половой партнер (микроконъюгант) маленький и подвижный, а другой (макроконъюгант) большой и сидячий . [24]
У Paramecium caudatum стадии конъюгации следующие (см. схему справа):
Инфузории содержат два типа ядер: соматическое « макронуклеус » и зародышевое « микронуклеус ». Только ДНК в микронуклеусе передается во время полового размножения (конъюгации). С другой стороны, только ДНК в макронуклеусе активно экспрессируется и приводит к фенотипу организма. Макронуклеарная ДНК происходит из микронуклеарной ДНК путем удивительно обширной перестройки и амплификации ДНК.
Макронуклеус начинается как копия микронуклеуса. Микронуклеарные хромосомы фрагментируются на множество более мелких частей и амплифицируются, чтобы дать много копий. Полученные макронуклеарные хромосомы часто содержат только один ген . У Tetrahymena микронуклеус имеет 10 хромосом (пять на гаплоидный геном), в то время как макронуклеус имеет более 20 000 хромосом. [27]
Кроме того, микроядерные гены прерываются многочисленными «внутренними устраненными последовательностями» (IES). Во время развития макронуклеуса IES удаляются, а оставшиеся сегменты генов, макроядерные предназначенные последовательности (MDS), сращиваются вместе, чтобы получить рабочий ген. У Tetrahymena около 6000 IES, и около 15% микроядерной ДНК устраняется в ходе этого процесса. Процесс направляется малыми РНК и эпигенетическими хроматиновыми метками. [27]
У инфузорий -спиротрихов (таких как Oxytricha ) этот процесс еще более сложен из-за «перестановки генов»: MDS в микронуклеусе часто находятся в другом порядке и ориентации, чем в гене макронуклеуса, и поэтому в дополнение к делеции для «перестановки» требуются инверсия и транслокация ДНК . Этот процесс направляется длинными РНК, полученными из родительского макронуклеуса. Более 95% микроядерной ДНК удаляется во время развития макронуклеуса спиротрихов. [27]
В клональных популяциях Paramecium старение происходит в течение последовательных поколений, что приводит к постепенной потере жизнеспособности, если клеточная линия не восстанавливается путем конъюгации или автогамии . У Paramecium tetraurelia клонально стареющая линия теряет жизнеспособность и умирает примерно через 200 делений, если клеточная линия не омолаживается путем конъюгации или самооплодотворения. Основа клонального старения была прояснена экспериментами по трансплантации Ауфдерхайда в 1986 году [28] , который продемонстрировал, что макронуклеус, а не цитоплазма, отвечает за клональное старение. Дополнительные эксперименты Смита-Зоннеборна [29] , Холмса и Холмса [30] и Джилли и Блэкберна [31] продемонстрировали, что во время клонального старения повреждение ДНК резко увеличивается. Таким образом, повреждение ДНК, по-видимому, является причиной старения у P. tetraurelia .
До недавнего времени древнейшими известными окаменелостями инфузорий были тинтинниды из ордовикского периода . В 2007 году Ли и др. опубликовали описание ископаемых инфузорий из формации Доушанто , около 580 миллионов лет назад, в эдиакарский период . Они включали два типа тинтиннид и возможного предка сукториана. [32] Ископаемая вортицелла была обнаружена внутри кокона пиявки из триасового периода , около 200 миллионов лет назад. [33]
Согласно филогенетическому анализу 2016 года, [1] Mesodiniea постоянно обнаруживается как сестринская группа для всех других инфузорий. Кроме того, внутри подтипа Intramacronucleata выделяются две большие подгруппы : SAL ( Spirotrichea + Armophorea + Litostomatea ) и CONthreeP или Ventrata ( Colpodea + Oligohymenophorea + Nassophorea + Phyllopharyngea + Plagiopylea + Prostomatea ). [1] Класс Protocruziea обнаруживается как сестринская группа для Ventrata / CONthreeP . Класс Cariacotrichea был исключен из анализа, но изначально он был установлен как часть Intramacronucleata [1] .
Одонтостоматиды были идентифицированы в 2018 году [34] как собственный класс Odontostomatea , связанный с Armophorea .
Для инфузорий было предложено несколько различных схем классификации. Следующая схема основана на молекулярном филогенетическом анализе до четырех генов из 152 видов, представляющих 110 семейств: [1]
Некоторые старые классификации включали Opalinidae в инфузории. Фундаментальное различие между многоресничными жгутиконосцами (например, гемимастигидами , Stephanopogon , Multicilia , opalines ) и инфузориями заключается в наличии макронуклеусов только у инфузорий. [35]
Единственный известный представитель филума инфузорий, патогенный для человека, — это Balantidium coli , [36], вызывающий заболевание балантидиаз . Он непатогенен для домашней свиньи, основного резервуара этого патогена. [37]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )1007/978-1-4020-8239-9
{{cite book}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)