Слизевик или слизистая плесень — неофициальное название полифилетической группы неродственных эукариотических организмов в кладах Stramenopiles , Rhizaria , Discoba , Amoebozoa и Holomycota . Большинство из них микроскопические; те, что в Myxogastria, образуют более крупные плазмодиальные слизистые плесени, видимые невооруженным глазом. Жизненный цикл слизистых плесеней включает свободноживущую одноклеточную стадию и образование спор. Споры часто образуются в макроскопических многоклеточных или многоядерных плодовых телах, которые могут образовываться путем агрегации или слияния; агрегация управляется химическими сигналами, называемыми акразинами . Слизевики способствуют разложению мертвой растительности; некоторые из них паразитируют .
Большинство слизевиков являются наземными и свободноживущими, как правило, во влажных тенистых местообитаниях, таких как внутри или на поверхности гниющей древесины. Некоторые миксогастры и протостелии являются водными или полуводными. Фитомиксеи являются паразитами, живущими внутри своих растений- хозяев . Географически слизевики распространены космополитично . Небольшое количество видов встречается в таких сухих регионах, как пустыня Атакама , и таких холодных, как Арктика ; они в изобилии встречаются в тропиках , особенно в тропических лесах .
Слизевики имеют разнообразные формы поведения, которые в противном случае наблюдаются у животных с мозгом. Такие виды, как Physarum polycephalum, использовались для имитации транспортных сетей. Некоторые виды традиционно употреблялись в пищу в таких странах, как Эквадор.
Первое упоминание о слизистых плеснях было сделано Томасом Панковым Lycogala epidendrum . Он назвал его Fungus cito crescentes , «быстрорастущий грибок». [2] [1]
в 1654 году в обсужденииНемецкий миколог Генрих Антон де Бари в 1860 и 1887 годах классифицировал Myxomycetes (плазмодиальные слизевики) и Acrasieae (клеточные слизевики) как Mycetozoa, новый класс. Он также ввел раздел «Сомнительные мицетозои» для Plasmodiophora (теперь в Phytomyxea ) и Labyrinthula , подчеркивая их отличие от растений и грибов. [3] [4] В 1880 году французский ботаник Филипп ван Тигем проанализировал эти две группы более подробно. [4] В 1868 году немецкий биолог Эрнст Геккель поместил Mycetozoa в царство, которое он назвал Protista . [4] В 1885 году британский зоолог Рэй Ланкестер сгруппировал Mycetozoa вместе с Proteomyxa как часть Gymnomyxa в типе Protozoa . [4] Артур и Гульельма Листер опубликовали монографии группы в 1894, 1911 и 1925 годах. [5] [6]
В 1932 и 1960 годах американский миколог Джордж Уиллард Мартин утверждал, что слизевики произошли от грибов. [7] [8] В 1956 году американский биолог Герберт Коупленд поместил Mycetozoa (миксомицеты и плазмодиофориды) и Sarkodina (лабиринтулы и клеточные слизевики) в тип под названием Protoplasta, который он поместил вместе с грибами и водорослями в новое царство Protoctista. [4] [9]
В 1969 году таксономист Р. Х. Уиттакер заметил, что слизевики были весьма заметны и различимы в пределах Fungi, группы, к которой они тогда были отнесены. Он согласился с предложением Линдси С. Олив переклассифицировать Gymnomycota, которая включает слизевиков, как часть Protista. [10] Уиттакер поместил три типа, а именно Myxomycota, Acrasiomycota и Labyrinthulomycota, в подцарство Gymnomycota в пределах Fungi. [4] В том же году Мартин и Алексопулос опубликовали свой влиятельный учебник The Myxomycetes . [6]
В 1975 году Олив выделил диктиостелид и акразид как отдельные группы. [4] В 1992 году Дэвид Дж. Паттерсон и М. Л. Согин предположили, что диктиостелиды разошлись раньше растений, животных и грибов. [11]
У слизевиков мало или совсем нет ископаемой истории, как и следовало ожидать, учитывая их небольшой размер и мягкое тело. [12] Группировка полифилетическая , состоящая из нескольких клад (выделено на филогенетическом дереве ), широко разбросанных по эукариотам . Парафилетические группы показаны в кавычках: [13] [14]
Различные оценки числа видов слизевиков сходятся в том, что существует около 1000 видов, большинство из которых являются Myxogastria . Сбор экологической ДНК дает более высокую оценку, от 1200 до 1500 видов. [6] Они разнообразны как таксономически, так и по внешнему виду, самый крупный и известный вид относится к Myxogastria. Наиболее часто встречающиеся формы роста — это спорангии , спорообразующие тела, которые часто имеют приблизительно сферическую форму; они могут находиться непосредственно на поверхности, например, на гниющей древесине, или могут быть на тонкой ножке, которая поднимает споры для высвобождения над поверхностью. У других видов споры находятся в большой массе, которую могут посещать насекомые в поисках пищи; они рассеивают споры, когда улетают. [15]
Миксогастрия или плазмодийные слизевики являются единственными макроскопическими слизевиками; они дали группе ее неофициальное название, так как в течение части своего жизненного цикла они скользкие на ощупь. [16] Миксогастрия состоит из большой клетки с тысячами ядер внутри одной мембраны без стенок, образующей синцитий . [17] Большинство из них меньше нескольких сантиметров, но некоторые виды могут достигать размеров до нескольких квадратных метров, а в случае Brefeldia maxima — массы до 20 килограммов (44 фунта). [18] [19] [20]
Диктиостелииды или клеточные слизевики не образуют огромных ценоцитов , как миксогастрия; их амебы остаются отдельными большую часть своей жизни как отдельные одноклеточные протисты , питающиеся микроорганизмами. Когда пища истощается и они готовы образовать спорангии, они образуют рои. Амебы объединяются в крошечную многоклеточную слизь, которая ползет на открытое освещенное место и вырастает в плодовое тело, сорокарпий . Некоторые амебы становятся спорами, чтобы начать следующее поколение, но другие жертвуют собой, чтобы стать мертвым стеблем, поднимающим споры в воздух. [23] [24]
Protosteliida , полифилетическая группа, имеет промежуточные характеристики между предыдущими двумя группами, но они намного меньше, плодовые тела образуют только одну или несколько спор . [25]
Лобозаны , парафилетическая группа амеб, включает в себя слизевиков Copromyxa . [26] [27 ]
Среди неамебозойных слизевиков есть Acrasids , которые имеют слизнеподобных амеб. При передвижении псевдоподии амеб выпячиваются, что означает, что полусферические выпуклости появляются спереди. [28] Phytomyxea являются облигатными паразитами , хозяевами которых являются растения, диатомовые водоросли , оомицеты и бурые водоросли . Они вызывают такие заболевания растений, как кила капусты и мучнистая парша . [29] Labyrinthulomycetes являются морскими слизистыми сетями , образующими лабиринтные сети трубок, в которых могут перемещаться амебы без псевдоподий. [30] Fonticulida являются клеточными слизевиками , которые образуют плодовое тело в форме «вулкана». [31]
Слизевики, с их небольшим размером и влажной поверхностью, обитают в основном во влажных местообитаниях, включая тенистые леса, гниющую древесину, опавшие или живые листья и на бриофитах . [32] [18] Большинство Myxogastria являются наземными, [18] хотя некоторые, как Didymium aquatilis, являются водными, [33] [34] а D. nigripes является полуводным. [34] Myxogastria не ограничиваются влажными регионами; 34 вида известны из Саудовской Аравии, живущими на коре, в растительном опаде и гниющей древесине, даже в пустынях . [35] Они также встречаются в пустыне Сонора в Аризоне (46 видов) и в исключительно сухой пустыне Атакама в Чили (24 вида). Напротив, в полусухом биосферном заповеднике Теуакан-Куикатлан насчитывается 105 видов, а в бассейне реки Волги в России и Казахстане — 158 видов. [35] В тропических лесах Латинской Америки такие виды, как Arcyria и Didymium, обычно являются эпифиллическими , растущими на листьях печеночников . [36]
Диктиостелиды в основном наземные. [37] На горе Чанбайшань в Китае шесть видов диктиостелид были обнаружены в лесных почвах на высоте до 2038 м (6686 футов), самый высокий зарегистрированный вид там - Dictyostelium mucoroides . [38] Протостелиды живут в основном на мертвых растительных остатках, где они потребляют споры бактерий , дрожжей и грибов . [37] Они включают некоторые водные виды, которые живут на мертвых частях растений, погруженных в пруды. [33] Клеточные слизевики наиболее многочисленны в тропиках, уменьшаясь с широтой , но имеют космополитическое распространение , встречаясь в почве даже в Арктике и Антарктике. [39] В тундре Аляски единственными слизевиками являются диктиостелиды D. mucoroides и D. sphaerocephalum . [36]
Виды Copromyxa являются копрофилами, питающимися навозом. [27]
Споры некоторых миксогастриан распространяются животными. Слизевик Epicypta testata откладывает яйца в споровую массу Enteridium lycoperdon , которой питаются личинки. Они окукливаются, а вылупившиеся взрослые особи переносят и распространяют споры, которые прилипли к ним. [21] В то время как различные насекомые потребляют слизевиков, жуки-слизевики Sphindidae , как личинки, так и взрослые, питаются исключительно ими. [40]
Плазмодийные слизевики начинают жизнь как амебоподобные клетки . Эти одноклеточные амебы обычно гаплоидны и питаются мелкой добычей, такой как бактерии , дрожжевые клетки и споры грибов, путем фагоцитоза , поглощая их своей клеточной мембраной . Эти амебы могут спариваться , если сталкиваются с правильным типом спаривания , и образовывать зиготы , которые затем вырастают в плазмодии . Они содержат много ядер без клеточных мембран между ними и могут вырастать до метров в размере. Вид Fuligo septica часто можно увидеть как слизистую желтую сеть в гниющих бревнах и на них. Амебы и плазмодии поглощают микроорганизмы. [41] Плазмодий вырастает во взаимосвязанную сеть протоплазматических нитей. [42] Внутри каждой протоплазматической нити цитоплазматическое содержимое быстро течет, периодически меняя направление. Скорость движения протоплазмы внутри плазмодиальной нити может достигать 1,35 мм в секунду у Physarum polycephalum , что является самой высокой скоростью среди всех микроорганизмов. [43]
Слизевики изогамны , что означает, что их гаметы (репродуктивные клетки) имеют одинаковый размер, в отличие от яйцеклеток и сперматозоидов животных. [45] У Physarum polycephalum есть три гена , участвующих в воспроизводстве: mat A и mat B, с тринадцатью вариантами каждый, и mat C с тремя вариантами. Каждая репродуктивно зрелая слизевика является диплоидной , что означает, что она содержит две копии каждого из трех репродуктивных генов. [46] Когда P. polycephalum готов производить свои репродуктивные клетки, он отращивает луковичное расширение своего тела, чтобы вместить их. [47] Каждая клетка имеет случайную комбинацию генов, которые слизевик содержит в своем геноме . Поэтому он может создавать клетки до восьми различных типов генов. Затем освобожденные клетки независимо ищут другую совместимую клетку для слияния. Другие особи P. polycephalum могут содержать различные комбинации генов mat A, mat B и mat C, что допускает более 500 возможных вариаций. Для организмов с этим типом репродуктивных клеток выгодно иметь много типов спаривания, поскольку вероятность того, что клетки найдут партнера, значительно увеличивается, а риск инбридинга резко снижается. [46]
Клеточные слизевики представляют собой группу из примерно 150 описанных видов. Они встречаются в основном в гумусном слое лесных почв [48] и питаются бактериями, но также встречаются в навозе животных и на сельскохозяйственных полях. Они существуют как одноклеточные организмы, пока еды много. Когда еды не хватает, многие одноклеточные амебы собираются и начинают двигаться как единое тело, называемое «слизняком». Способность одноклеточных организмов объединяться в многоклеточные формы является причиной того, что их также называют социальными амебами. В этом состоянии они чувствительны к переносимым по воздуху химическим веществам и могут обнаруживать источники пищи. Они легко меняют форму и функцию частей и могут образовывать стебли, которые производят плодовые тела, выделяя бесчисленное количество спор, достаточно легких, чтобы переноситься ветром или пролетающими животными. [23] Клеточная слизевика Dictyostelium discoideum имеет много различных типов спаривания. Когда этот организм вступает в стадию размножения, он выделяет химический аттрактант. [49] Когда приходит время для слияния клеток, Dictyostelium discoideum имеет свои собственные типы спаривания, которые диктуют, какие клетки совместимы друг с другом. Существует по крайней мере одиннадцать типов спаривания; макроцисты образуются после контакта клеток между совместимыми типами спаривания. [50]
Химические вещества, которые объединяют клеточные слизевики, представляют собой небольшие молекулы, называемые акразинами ; движение в направлении химического сигнала называется хемотаксисом . Первым открытым акразином был циклический аденозинмонофосфат (циклический АМФ), обычная клеточная сигнальная молекула, у Dictyostelium discoideum . Во время фазы агрегации своего жизненного цикла амебы Dictyostelium discoideum общаются друг с другом с помощью бегущих волн циклического АМФ. [51] [52] [53] При агрегации происходит усиление циклического АМФ. [54] Клетки, находящиеся до стебля, движутся в направлении циклического АМФ, но клетки, находящиеся до спор, игнорируют сигнал. [55] Существуют и другие акразины; акразин для Polysphondylium violaceum , очищенный в 1983 году, представляет собой дипептид глорин. [56] Ионы кальция также служат для привлечения амеб слизевиков, по крайней мере на коротких расстояниях. Было высказано предположение, что акразины могут быть таксон-специфичными, поскольку специфичность необходима для формирования агрегации генетически схожих клеток. Многие виды диктиостелид действительно не реагируют на циклический АМФ, но по состоянию на 2023 год их акразины оставались неизвестными. [57]
Практическое изучение миксомицетов было облегчено введением «влажной культуральной камеры» HC Gilbert и GW Martin в 1933 году. [58] Слизевики могут быть использованы для обучения конвергентной эволюции , поскольку привычка образовывать стебель со спорангием, который может выпускать споры в воздух, с земли, эволюционировала неоднократно, например, у миксогастрий (эукариот) и у миксобактерий ( прокариот ). [59] Кроме того, как (макроскопические) диктиостелиды, так и (микроскопические) протостелиды имеют фазу с подвижными амебами и фазу со стеблем; у протостелид стебель крошечный, поддерживающий только одну спору, но логика распространения спор по воздуху та же. [59]
OR Collins показал, что слизистая плесень Didymium iridis имела два штамма (+ и −) клеток, эквивалентных гаметам, что они могли образовывать бессмертные клеточные линии в культуре , и что система контролировалась аллелями одного гена. Это сделало вид модельным организмом для исследования несовместимости, бесполого размножения и типов спаривания. [59]
Слизевики были изучены на предмет их продукции необычных органических соединений, включая пигменты , антибиотики и противораковые препараты . [59] Пигменты включают нафтохиноны , физарохром А и соединения тетрамовой кислоты. Бисиндолилмалеимиды , продуцируемые Arcyria denudata , включают некоторые фосфоресцирующие соединения. [60] Спорофоры (плодовые тела) Arcyria denudata окрашены в красный цвет арцириафлавинами A–C, которые содержат необычное индоло[2,3- a ] карбазоловое алкалоидное кольцо. [61] К 2022 году из слизевиков было выделено более 100 пигментов, в основном из спорофоров. Было высказано предположение, что многие желто-красные пигменты могут быть полезны в косметике . [15] Около 42% пациентов с сезонным аллергическим ринитом реагировали на споры миксогастрий, поэтому споры могут вносить значительный вклад в качестве аллергенов, передающихся по воздуху . [62]
Слизевики имеют некоторые сходства с нервной системой животных. [63] Мембраны как слизевиков, так и нервных клеток содержат рецепторные участки, которые изменяют электрические свойства мембраны, когда она связана. [64] Поэтому некоторые исследования ранней эволюции нервной системы животных вдохновлены слизевиками. [65] [66] [67] Когда масса или холмик слизевика физически разделены, клетки находят путь назад, чтобы воссоединиться. Исследования Physarum polycephalum даже показали, что организм обладает способностью обучаться и предсказывать периодические неблагоприятные условия в лабораторных экспериментах. [68] Джон Тайлер Боннер , профессор экологии, известный своими исследованиями слизевиков, утверждает, что они «не более чем мешок амеб, заключенный в тонкую слизистую оболочку, тем не менее им удается иметь различные формы поведения, которые равны поведению животных, обладающих мышцами и нервами с ганглиями, то есть простым мозгом». [69]
Алгоритм слизевиков — это мета-эвристический алгоритм , основанный на поведении агрегированных слизевиков, которые движутся в поисках пищи. Он описывается как простой, эффективный и гибкий способ решения задач оптимизации , таких как поиск кратчайшего пути между узлами в сети. Однако он может попасть в ловушку локального оптимума . [70]
Тошиюки Накагаки и коллеги изучают слизевиков и их способность решать лабиринты, размещая узлы в двух точках, разделенных лабиринтом из пластиковой пленки. Плесень исследовала все возможные пути и решила их, найдя кратчайший путь. [71]
Ацуши Теро и его коллеги выращивали Physarum в плоской влажной чашке, поместив форму в центральное положение, представляющее Токио, а овсяные хлопья вокруг нее — в соответствии с расположением других крупных городов в районе Большого Токио. Поскольку Physarum избегает яркого света, свет использовался для имитации гор, воды и других препятствий в чашке. Сначала форма плотно заполнила пространство плазмодиями, а затем истончила сеть, чтобы сосредоточиться на эффективно связанных ветвях. Сеть очень напоминала железнодорожную систему Токио . [72] [73] P. polycephalum использовался в экспериментальных лабораторных приближениях сетей автомагистралей 14 географических регионов: Австралия, Африка, Бельгия, Бразилия, Канада, Китай, Германия, Иберия, Италия, Малайзия, Мексика, Нидерланды, Великобритания и США. [74] [75] [76] Нитевидная структура P. polycephalum, образующая сеть для источников пищи, похожа на крупномасштабную структуру нитей галактики Вселенной . Это наблюдение побудило астрономов использовать моделирование, основанное на поведении слизевиков, для информирования о своих поисках темной материи . [77] [78]
В центральной Мексике ложный дождевик Enteridium lycoperdon традиционно использовался в пищу; это был один из видов, которые собирали грибники или hongueros во время походов в лес в сезон дождей. Одно из его местных названий — «сырный гриб», так его называли за его текстуру и вкус после приготовления. Его солили, заворачивали в кукурузный лист и запекали в золе костра; или варили и ели с кукурузными лепешками . Fuligo septica аналогичным образом собирали в Мексике, готовили с луком и перцем и ели в лепешке. В Эквадоре Lycogala epidendrum называли «yakich» и ели сырым в качестве закуски. [79]
Оскар Рекехо и Н. Флоро Андрес-Родригес предполагают, что Fuligo septica могла вдохновить Ирвина Йеворта на создание фильма 1958 года «Капля» , в котором гигантская амеба из космоса начинает поглощать людей в небольшом американском городке. [79]