Простейшие ( ед. ч .: простейшие или протозоон ; альтернативное мн. ч.: простейшие ) — полифилетическая группа одноклеточных эукариот , как свободноживущих, так и паразитических , которые питаются органическими веществами, такими как другие микроорганизмы или органические остатки. [1] [2] Исторически простейшие считались «одноклеточными животными».
Впервые представленный Георгом Гольдфусом в 1818 году, таксон Protozoa был выделен в качестве класса в пределах Animalia, [3] при этом слово «protozoa» означало «первые животные», поскольку они часто обладают поведением, подобным животным , таким как подвижность и хищничество , и не имеют клеточной стенки , как это встречается у растений и многих водорослей . [4] [5] [6]
Эта классификация оставалась широко распространенной в 19-м и начале 20-го века [7] и даже была повышена до различных более высоких рангов, включая тип , подцарство , царство , а затем иногда включалась в схожие парафилетические Protoctista или Protista . [8]
К 1970-м годам стало обычным требовать, чтобы все таксоны были монофилетическими (происходящими от общего предка, который также считался бы простейшим) и голофилетическими (содержащими всех известных потомков этого общего предка). Таксон «Простейшие» не соответствует этим стандартам, поэтому объединение простейших с животными и рассмотрение их как близкородственных стало более неоправданным.
Термин продолжает использоваться в широком смысле для описания одноклеточных простейших (то есть эукариот, которые не являются животными, растениями или грибами ), которые питаются гетеротрофно . [9] Традиционными примерами простейших в учебниках являются амеба , парамеция , эвглена и трипаносома . [10]
Слово «protozoa» (единственное число protozoon ) было придумано в 1818 году зоологом Георгом Августом Гольдфуссом (=Goldfuß) как греческий эквивалент немецкого Urthiere , что означает «примитивные или изначальные животные» ( ur- 'прото-' + Thier 'животное'). [11] Гольдфус создал Protozoa как класс , содержащий то, что он считал простейшими животными. [3] Первоначально в эту группу входили не только одноклеточные микроорганизмы , но и некоторые «низшие» многоклеточные животные, такие как коловратки , кораллы , губки , медузы , мшанки и многощетинковые черви . [12] Термин «Простейшие» образован от греческих слов πρῶτος ( protos ), что означает «первый», и ζῷα ( zôia ), множественного числа от ζῷον ( zôion ), что означает «животное». [13] [14]
В 1848 году, с лучшими микроскопами и клеточной теорией Теодора Шванна и Маттиаса Шлейдена , зоолог CT von Siebold предположил, что тела простейших, таких как инфузории и амебы, состоят из отдельных клеток, подобных тем, из которых построены многоклеточные ткани растений и животных. Фон Siebold переопределил Protozoa, включив только такие одноклеточные формы, исключив всех метазоа (животных). [15] В то же время он поднял группу до уровня филума, содержащего два обширных класса микроорганизмов: Infusoria (в основном инфузории ) и жгутиконосцы (жгутиковые протисты и амебы ). Определение Protozoa как филума или подцарства, состоящего из «одноклеточных животных», было принято зоологом Отто Бютчли , которого на его столетии отметили как «архитектора протозоологии». [16]
Как тип под Animalia, Protozoa прочно укоренились в упрощенной концепции жизни «двух королевств», согласно которой все живые существа классифицировались либо как животные, либо как растения. Пока эта схема оставалась доминирующей, простейшие считались животными и изучались на кафедрах зоологии, в то время как фотосинтезирующие микроорганизмы и микроскопические грибы — так называемые Protophyta — относились к растениям и изучались на кафедрах ботаники. [17]
Критика этой системы началась во второй половине XIX века с осознанием того, что многие организмы соответствуют критериям включения как среди растений, так и среди животных. Например, водоросли Euglena и Dinobryon имеют хлоропласты для фотосинтеза , как растения, но также могут питаться органическими веществами и подвижны , как животные. В 1860 году Джон Хогг выступил против использования термина «простейшие», на том основании, что «натуралисты разделились во мнениях — и, вероятно, некоторые из них когда-либо будут так думать — являются ли многие из этих организмов или живых существ животными или растениями». [18] В качестве альтернативы он предложил новое царство под названием Primigenum, состоящее как из простейших, так и из одноклеточных водорослей, которые он объединил под названием «Protoctista». В концепции Хоггса царства животных и растений были уподоблены двум большим «пирамидам», смешивающимся у своих оснований в Царстве Primigenum. [18] [19] [20]
В 1866 году Эрнст Геккель предложил третье царство жизни, которое он назвал Protista. Сначала Геккель включил несколько многоклеточных организмов в это царство, но в более поздних работах он ограничил Protista одноклеточными организмами или простыми колониями, отдельные клетки которых не дифференцированы в различные виды тканей . [ 21]
Несмотря на эти предложения, Protozoa стали предпочтительным таксономическим размещением для гетеротрофных микроорганизмов, таких как амебы и инфузории, и оставались таковыми более столетия. В течение 20-го века старая система «двух царств» начала ослабевать, с ростом осознания того, что грибы не принадлежат к растениям, и что большинство одноклеточных простейших не более тесно связаны с животными, чем с растениями. К середине века некоторые биологи, такие как Герберт Коупленд , Роберт Х. Уиттакер и Линн Маргулис , выступали за возрождение Protista Геккеля или Protoctista Хогга в качестве эукариотической группы на уровне царства, наряду с растениями, животными и грибами. [17] Было предложено множество систем с несколькими царствами , и царства Protista и Protoctista закрепились в текстах и учебных программах по биологии. [22] [23] [24]
К 1954 году Protozoa были классифицированы как «одноклеточные животные», в отличие от «Protophyta», одноклеточных фотосинтезирующих водорослей, которые считались примитивными растениями. [25] В системе классификации, опубликованной в 1964 году Б. М. Хонигсбергом и коллегами, тип Protozoa был разделен в соответствии со способами передвижения, такими как реснички или жгутики. [26]
Несмотря на понимание того, что традиционные Protozoa не были кладой , естественной группой с общим предком, некоторые авторы продолжали использовать это название, применяя его к разным сферам организмов. В серии классификаций Томаса Кавальер-Смита и его коллег с 1981 года таксон Protozoa был применен к определенным группам эукариот и ранжирован как царство. [27] [28] [29] Схема, представленная Руджеро и др. в 2015 году, поместила восемь не тесно связанных типов в царство Protozoa: Euglenozoa , Amoebozoa , Metamonada , Choanozoa sensu Cavalier-Smith, Loukozoa , Percolozoa , Microsporidia и Sulcozoa . [10] Этот подход исключает несколько основных групп, традиционно помещаемых среди простейших, таких как инфузории , динофлагелляты , фораминиферы и паразитические апикомплексы , которые были перемещены в другие группы, такие как Alveolata и Stramenopiles , под полифилетическим Chromista . Простейшие в этой схеме были парафилетическими , потому что она исключала некоторых потомков простейших. [10]
Продолжающееся использование некоторыми из «Protozoa» в его старом смысле [30] подчеркивает неопределенность относительно того, что подразумевается под словом «Protozoa», необходимость в двусмысленных заявлениях, таких как «в смысле, задуманном Голдфуссом», и проблемы, которые возникают, когда новым значениям придаются знакомые таксономические термины. Некоторые авторы классифицируют Protozoa как подгруппу в основном подвижных Protists. [31] Другие классифицируют любой одноклеточный эукариотический микроорганизм как Protists и не ссылаются на «Protozoa». [32] В 2005 году члены Общества протозоологов проголосовали за изменение его названия на Международное общество протистологов . [33]
В системе классификации эукариот, опубликованной Международным обществом протистологов в 2012 году, члены старого типа Protozoa были распределены по различным супергруппам. [34]
Протисты распространены во всех основных группах эукариот, включая те, которые содержат многоклеточные водоросли, зеленые растения, животных и грибы. Если фотосинтетические и грибковые протисты отличаются от простейших, они выглядят так, как показано на филогенетическом дереве эукариотических групп. [35] [36] Metamonada трудно определить, они являются сестринскими, возможно, для Discoba , возможно, для Malawimonada . [37]
Размножение у простейших может быть половым или бесполым. [38] Большинство простейших размножаются бесполым путем посредством бинарного деления . [39]
Многие паразитические простейшие размножаются как бесполым, так и половым путем . [38] Однако половое размножение среди свободноживущих простейших встречается редко и обычно происходит, когда пищи не хватает или окружающая среда резко меняется. [40] У простейших встречаются как изогамия , так и анизогамия , причем анизогамия является более распространенной формой полового размножения. [41]
Простейшие, как их традиционно определяют, имеют размеры от 1 микрометра до нескольких миллиметров или более. [42] Среди самых крупных — глубоководные ксенофиофоры , одноклеточные фораминиферы, раковины которых могут достигать 20 см в диаметре. [43]
Свободноживущие простейшие распространены и часто встречаются в изобилии в пресной, солоноватой и соленой воде, а также в других влажных средах, таких как почвы и мхи. Некоторые виды процветают в экстремальных условиях, таких как горячие источники [54] и гиперсоленые озера и лагуны. [55] Всем простейшим требуется влажная среда обитания; однако некоторые могут выживать в течение длительных периодов времени в сухих средах, образуя покоящиеся цисты , которые позволяют им оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока условия не улучшатся. [56]
Все простейшие являются гетеротрофными , получая питательные вещества из других организмов, либо поглощая их целиком посредством фагоцитоза , либо поглощая растворенные органические вещества или микрочастицы ( осмотрофия ). Фагоцитоз может включать поглощение органических частиц псевдоподиями (как это делают амебы ), прием пищи через специализированное ротоподобное отверстие, называемое цитостомом , или использование жестких органелл для приема пищи [57]
Паразитические простейшие используют широкий спектр стратегий питания, и некоторые из них могут менять методы питания на разных фазах своего жизненного цикла. Например, малярийный паразит Plasmodium питается пиноцитозом на стадии незрелого трофозоита (кольцевая фаза), но развивает специальную органеллу питания (цитостом) по мере созревания внутри эритроцита хозяина. [58]
Простейшие также могут жить как миксотрофы , сочетая гетеротрофную диету с некоторой формой автотрофии . Некоторые простейшие образуют тесные ассоциации с симбиотическими фотосинтезирующими водорослями (зоохлореллами), которые живут и растут внутри мембран более крупной клетки и обеспечивают хозяина питательными веществами. Водоросли не перевариваются, но размножаются и распределяются между продуктами деления. Организм может иногда получать выгоду, получая некоторые из своих питательных веществ от эндосимбионтов водорослей или выживая в бескислородных условиях из-за кислорода, вырабатываемого фотосинтезом водорослей. Некоторые простейшие практикуют клептопластию , воруя хлоропласты у организмов-жертв и сохраняя их в своих собственных клеточных телах, поскольку они продолжают производить питательные вещества посредством фотосинтеза. Инфузория Mesodinium rubrum сохраняет функционирующие пластиды из криптофитовых водорослей, которыми она питается, используя их для питания себя путем автотрофии. Симбионты могут передаваться динофлагеллятам рода Dinophysis , которые охотятся на Mesodinium rubrum , но сохраняют порабощенные пластиды для себя. В Dinophysis эти пластиды могут продолжать функционировать в течение месяцев. [59]
Организмы, традиционно классифицируемые как простейшие, широко распространены в водной среде и почве , занимая ряд трофических уровней . Группа включает жгутиконосцев (которые передвигаются с помощью волнообразных и бьющихся жгутиков ). Инфузории (которые передвигаются с помощью волоскообразных структур, называемых ресничками ) и амебы (которые передвигаются с помощью временных расширений цитоплазмы, называемых псевдоподиями ). Многие простейшие, такие как возбудители амебного менингита, используют как псевдоподии, так и жгутики. Некоторые простейшие прикрепляются к субстрату или образуют цисты, поэтому они не передвигаются ( сидячие ). Большинство сидячих простейших способны передвигаться на определенной стадии жизненного цикла, например, после деления клетки. Термин «теронт» использовался для активно подвижных фаз, в отличие от «трофонта» или «трофозоита», которые относятся к стадиям питания. [ необходима цитата ]
В отличие от растений, грибов и большинства видов водорослей, большинство простейших не имеют жесткой внешней клеточной стенки , а обычно покрыты эластичными структурами мембран, которые позволяют клетке двигаться. У некоторых простейших, таких как инфузории и эвгленозойные , внешняя мембрана клетки поддерживается цитоскелетной инфраструктурой, которую можно назвать «пелликулой». Пелликула придает клетке форму, особенно во время передвижения. Пелликулы простейших организмов варьируются от гибких и эластичных до довольно жестких. У инфузорий и Apicomplexa пелликула включает слой плотно упакованных пузырьков, называемых альвеолами. У эвгленид пелликула образована белковыми полосками, расположенными спирально по длине тела. Знакомыми примерами простейших с пелликулой являются эвгленоиды и инфузория Paramecium . У некоторых простейших на пленке обитают эпибиотические бактерии, которые прикрепляются к поверхности с помощью фимбрий (пилей прикрепления).
Некоторые простейшие живут в лорике – свободно прилегающих, но не полностью неповрежденных оболочках. Например, многие воротничковые жгутиконосцы ( Chanoflagellates ) имеют органическую лорику или лорику, сделанную из кремниевых выделений. Лорики также распространены среди некоторых зеленых эвгленид, различных инфузорий (таких как фолликулиниды, различных раковинных амеб и фораминифер ). Поверхности различных простейших покрыты слоем чешуек и/или спикул. Примерами являются амеба Cochliopodium , многие центрохелидные солнечники , синурофиты. Часто предполагается, что этот слой играет защитную роль. У некоторых, таких как актинофридные солнечники, чешуйки образуются только при инцистировании организма. Тела некоторых простейших поддерживаются изнутри жесткими, часто неорганическими элементами (как у Acantharea , Pylocystinea, Phaeodarea — совместно называемые « радиоляриями » и Ebriida).
Простейшие в основном размножаются бесполым путем путем бинарного деления или множественного деления. Многие простейшие также обмениваются генетическим материалом половым путем (обычно через конъюгацию ), но это, как правило, отделено от размножения. [60] Мейотический пол широко распространен среди эукариот и, должно быть, возник на ранних этапах их эволюции, поскольку он был обнаружен во многих линиях простейших, которые разошлись на ранних этапах эволюции эукариот. [61]
У хорошо изученного вида простейших Paramecium tetraurelia бесполая линия подвергается клональному старению, теряет жизнеспособность и погибает примерно после 200 делений, если клетки не подвергаются автогамии или конъюгации. Функциональная основа клонального старения была выяснена экспериментами по трансплантации Ауфдерхайда в 1986 году. [62] Эти эксперименты продемонстрировали, что макронуклеус, а не цитоплазма, отвечает за клональное старение.
Дополнительные эксперименты Смита-Соннеборна [63] , Холмса и Холмса [64] и Джилли и Блэкберна [65] показали, что во время клонального старения повреждения ДНК резко возрастают. [66] Таким образом, повреждение ДНК в макронуклеусе, по-видимому, является основной причиной клонального старения у P. tetraurelia . У этого одноклеточного простейшего старение, по-видимому, происходит аналогично тому, как это происходит у многоклеточных эукариот (см. Теория старения на основе повреждения ДНК ).
Свободноживущие простейшие встречаются почти во всех экосистемах, которые содержат свободную воду, постоянно или временно. Они играют важную роль в мобилизации питательных веществ в экосистемах. В микробной пищевой сети они включают наиболее важных бактериофагов. [57] Частично они способствуют переносу бактериальной и водорослевой продукции на последовательные трофические уровни , но также они растворяют питательные вещества в микробной биомассе, позволяя стимулировать рост микроорганизмов. Как потребители, простейшие охотятся на одноклеточные или нитчатые водоросли , бактерии , микрогрибы и микропадаль. В контексте старых экологических моделей микро- и мейофауны простейшие могут быть источником пищи для микробеспозвоночных .
Большинство видов свободноживущих простейших обитают в схожих местообитаниях во всех частях света. [67] [68] [69]
Многие простейшие патогены являются человеческими паразитами , вызывая серьезные заболевания, такие как малярия , лямблиоз , токсоплазмоз и сонная болезнь . Некоторые из этих простейших имеют двухфазный жизненный цикл, чередующийся между пролиферативными стадиями (например, трофозоиты ) и покоящимися цистами , что позволяет им выживать в суровых условиях. [70]
Широкий спектр простейших живет комменсально в рубцах жвачных животных, таких как крупный рогатый скот и овцы. К ним относятся жгутиконосцы, такие как Trichomonas , и ресничные простейшие, такие как Isotricha и Entodinium . [71] Подкласс ресничных Astomatia полностью состоит из безротых симбионтов, приспособленных к жизни в кишечнике кольчатых червей. [72]
Связь между симбионтами простейших и их организмами-хозяевами может быть взаимовыгодной . Жгутиконосные простейшие, такие как Trichonympha и Pyrsonympha, обитают в кишечнике термитов , где они позволяют своим хозяевам-насекомым переваривать древесину, помогая расщеплять сложные сахара на более мелкие, более легко перевариваемые молекулы. [73]
{{cite book}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) Из стр. 3: «Первая Hauptgruppe. Protozoa. Thiere, in welchen die verschiedenen Systeme der Organe nicht scharf ausgeschieden sind, und deren ungelmässige Form und einfache Organization sich auf eine Zelle reduziren lassen». (Первая основная группа. Простейшие. Животные, у которых различные системы органов не разделены резко и неправильную форму и простую организацию которых можно свести к одной клетке.){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )