Protistologia

ные системы органов ярко не выраже­ ны и которые состоят из одной клетки. Со временем его концепция была при­ нята, и он стал именно тем человеком, который впервые отделил простейших от многоклеточных животных. Интерес­ но также отметить, что первое опреде­ ление клетки было дано в результате изучения живых фораминифер. В 1861 году немецкий анатом Макс Шульце (Max Schultze, 1825-1874), который предложил четырехокись осмия в каче­ стве фиксатора для клеток и тканей, дал классическое описание клетки как ма­ ленького комочка протоплазмы с распо­ ложенным в центре ядром.

Хотя в нашу задачу не входит пере­ числение всех ученых, оставивших свой след в протозоологии, для завер­ шения ретроспективы все же должны быть упомянуты следующие из них: не­ мецкий ботаник Генрих де Бари (Heinrich Anton de Вагу, 1831-1888), который изучал слизевиков; французс­ кий врач Чарльз Лаверан (Charles Louis Alphonse Laveran, 1845-1922), который открыл малярийных паразитов в Ита­ лии и в 1907 году стал лауреатом Но­ белевской премии за свои работы о вы­ зывающих заболевания простейших; швейцарский зоолог Эдуард Клапаред (Edouard Claparede, 1832-1871), кото­ рый вместе со своим соавтором Иоган­ ном Лахманом (Johannes Lachmann) выпустил впечатляющую монографию по инфузориям и ризоподам; англий­ ский зоолог Вильям Севилл Кент (Wil­ liam Savill Kent, 1845-1908) с его изве­ стным «Руководством по инфузориям» (Manual of the Infusoria); немецкий зоо­ лог Рихард Гертвиг (Richard Hertwig, 1850-1937), который выяснил поведе­

ние ядер при конъюгации цилиат; рус­ ский протозоолог Владимир Тимофее­ вич Шевяков (1859-1930), который изу­ чал акантарий; немецкий ботаник Георг Клебс (George Klebs, 1857-1918) с его исследованиями жизненного цикла жгу­ тиконосцев; немецкий зоолог и парази­ толог Рудольф Лейкарт (Rudolf Leukart, 1822-1898), который установил таксон Sporozoa; немецкий специалист по сол­ нечникам и кокцидиям Фриц Шаудинн (Fritz Richard Schaudinn, 1871-1906); не­ мецкий зоолог Франц Шульце (Franz Eilhard Schulze, 1840-1917) с его иссле­ дованиями ризопод; экперт по радиоля­ риям Э. Геккель, который описал более 4000 видов и сопроводил оные изящны­ ми иллюстрациями; французский зоо­ лог Эдуард Бальбиани (Edouard Gerard Balbiani, 1823-1899) как первый проти- столог-генетик; немецкий зоолог Отто Бючли (Otto Butschli, 1848-1920), кото­ рого с легкой руки Клиффорда Добелла (Clifford Dobell, 1951) зовут «архи­ тектором протозоологии» и кто был первым, написавшим всеобъемлющий (в трех томах) учебник по протозоо­ логии.

Большинство ранних протозоологических исследований проводилось в Европе, но к концу XIX века протистов стали изучать по всему миру. В 1879 году Жозеф Лейди (Joseph Leidy) и в 1888 году Альфред Стоукс (Alfred С. Stokes) написали монографии о про­ стейших Северной Америки. Эти пио­ неры переоткрыли многих протистов, уже известных в Европе, и описали не­ мало новых видов. На рубеже XX сто­ летия были накоплены солидные зна­ ния о свободноживущих протистах и уже начали накапливаться сведения о

22 Введение и общие сведения о протистах

многих паразитических и патогенных формах. В ряде случаев была собрана значительная информация по сложным жизненным циклам некоторых из этих организмов.

К 1900 году было накоплено доста­ точно знаний, требующих обобщений и новых учебников, поэтому Гари Калкинс (Gary Natan Calkins, 1901 и 1933), Франц Дофляйн (Franz Doflein, 1901, 1909, 1911, 1916), а затем Эдуард Райхенов (Eduard Reichenov, 1929 и 1953) от­ реагировали текстами, не только содер­ жащими необходимую описательную информацию, но и привнесшими знания по общей биологии протистов. Таким образом, протистология настолько по­ полнилась в общебиологическом отно­ шении, что смогла влиться в другие био­ логические дисциплины, ориентирован­ ные на изучение организма (табл. 1).

Хотя описание новых видов продол­ жалось, было обнаружено, что протис­ ты являются идеальной моделью для изучения общих принципов биологии. В частности, клеточная биология много выиграла от изучения особенностей од­ ноклеточных организмов. Заметными преимуществами являются легкость культивирования этих организмов, кото­ рые обычно отличаются высокой скоро­ стью роста и, соответственно, коротким периодом генерации. Как только научи­ лись получать массовые культуры про­ тистов, они стали популярными объек­ тами исследований в молекулярной био­ логии и биохимии. Существует, однако, ряд уникальных особенностей этих организмов, которые еще не были оце­ нены в полной мере, и мы постараемся использовать страницы этой книги, что­ бы их продемонстрировать.

Мы хотели бы завершить этот исто­ рический обзор краткой историей наи­ более важного прибора в развитии про­ тистологии: микроскопа. У Левенгука он был довольно прост — немногим слож­ нее, чем обычное увеличительное стек­ ло (см. рис. 26). Некоторые из конструк­ ций тех лет выглядели весьма экзотично (рис. 5). К концу XIX века микроскопы приняли внешний облик современных. Очевидно, однако, что для формирова­ ния четкого и информативного изобра­ жения важна не форма прибора, а опти­ ка. Огромный прогресс был достигнут в первой половине XIX века: около 1830 года оптика была усовершенствована до такой степени, что опытный микроскопист мог получить разрешение изобра­ жения примерно 1 мкм. Теперь уже не нужно было иметь такой острый (воз­ можно, экстраординарный) глаз, как у Левенгука. По сути именно прогресс в конструкции линз дал возможность наблюдать клеточное ядро; в Европе 1830-х годов клетка и субклеточные структуры стали известны благодаря ис­ пользованию этих улучшенных прибо­ ров. Иммерсионные объективы стали обычными около 1880 года, что позво­ лило получить большее увеличение при усилении яркости и высоком разреше­ нии. Применение апохроматических объективов и соответствующих компен­ сирующих окуляров позволило скоррек­ тировать хроматическую аберрацию и приблизить степень разрешения мик­ роскопа к современному уровню при­ мерно в 1885 году. Позже, около 1932 года, были сконструированы первые фа- зово-контрастные микроскопы, позво­ лившие наблюдать тонкие детали живых клеток. Это был настоящий прорыв для

протистологов и клеточных биологов, отмеченный Нобелевской премией гол­ ландскому изобретателю Фрицу Цернике (Frits Zernike). Сегодня мы распола­ гаем различными приспособлениями для микроскопов — яркое поле, темное поле, фазовый контраст, флуоресцент­ ная и дифференциально-интерференци­ онная контрастная микроскопия, — ко­ торые являются рутинными инструмен­ тами при исследовании одноклеточных.

Особое значение в наше время име­ ют электронные микроскопы. Просве­ чивающий электронный микроскоп стал реальным инструментом для про­ тозоологов в середине 1950-х, когда тех­

ника приготовления препаратов улуч­ шилась до такой степени, что можно было получать значимые результаты. Это открытие также было отмечено Нобелевской премией, которую немец­ кий физик Эрнст Руска (Ernst Ruska) получил в 1986 году. Конструирование сканирующего электронного микроско­ па немецким физиком Манфредом фон Арденом (Manfred von Ardenne) в сере­ дине 1960-х обеспечило получение гра­ фической информации об особенностях поверхности протистов и их общей морфологии. Эти электронные микро­ скопы обеспечили новый, небывалый размах в изучении протистов.

Одноклеточные протисты имеют в целом такую же организацию, как и клетки других эукариот. При помощи электронной микроскопии можно най­ ти некоторые отличия в структуре и ко­ личестве органелл у разных протистов, но можно обнаружить такие отличия и в клетках многоклеточных эукариот. Почти не известно органелл, которые присутствовали бы исключительно в клетках протистов.

Однако появляется все больше дан­ ных, что протисты представляют собой группу организмов с ярко выраженной тенденцией ко вторичному упрощению или даже полной утрате органелл. В хо­ де эволюции типичные для эукариотных организмов митохондрии и харак­ терные для фототрофных эукариот пла­ стиды могут редуцироваться, и об их былом наличии будут свидетельство­ вать лишь несколько генов, перенесен­ ных и сохранившихся в ядерном гено­ ме. Примечательно, что к таким проти­ стам принадлежат медицински значи­ мые паразиты, например Entamoeba и Giardia, которые вторично утратили ми­ тохондрии. Трипаносоматиды' и оомицеты утратили пластиды, типичные для их предков, а у Apicomplexa есть апикопласт — остаток бывшей пластиды.

Мембраны и компартменты

Одна из принципиальных характе­ ристик эукариотной клетки — компарт-

1 См. примечание 2 на с. 76. — Прим. ред.

ментализация цитоплазмы за счет мем­ бран (рис. 6, 7). Как и любая живая клетка, протист отделен от внешней среды клеточной мембраной (рис. 8). Электронно-микроскопические иссле­ дования показывают, что она имеет ти­ пичное трехслойное строение, как лю­ бая биологическая мембрана. Скопле­ ния регулярно расположенных транс­ мембранных белков были обнаружены, например, у некоторых инфузорий (рис. 8е). Функция этих скоплений еще неиз­ вестна.

Снаружи плазматическая мембрана обычно покрыта мукоидным слоем, или гликокаликсом (рис. 8). В его состав иногда входят более длинные филаменты, называемые гликостилями, форма которых видоспецифична (рис. 8, в-д). Гликокаликс состоит из олигосахаридных цепочек гликопротеинов мембраны и гликолипидов. Порой гликокаликс обладает упорядоченной структурой, но она в этом случае не обязательно соот­ ветствует распределению трансмемб­ ранных белков. Он участвует в инфор­ мационной системе клетки, ведь имен­ но в этом слое находятся рецепторные молекулы. Более того, гликокаликс по­ зволяет клетке избирательно поглощать растворенные вещества из окружающей среды. Захваченные молекулы транс­ портируются внутрь клетки при помо­ щи различных механизмов, которые в настоящее время изучаются.

У некоторых цилиат из гипотрих и тинтиннид на поверхности клетки есть мембраноподобная структура — перилемма (см. рис. 24е). Она выглядит как

плазматическая мембрана, но на самом деле это наружная, внеклеточная по­ кровная структура с неизвестной функ­ цией. У диатомовых водорослей остат­ ки клеточной мембраны окружают до­ мик (см. рис. 71).

В дополнение к гликокаликсу у раз­ личных протистов встречаются чешуй­ ки (рис. 9), фибриллярные образования и даже структуры, подобные клеточной стенке. Встречаются также внеклеточ­ ные панцири (лорики), иногда весьма замысловатой конструкции.

Внутриклеточные мембранные сис­ темы протистов, а именно эндоплазма­ тический ретикулум, лизосомы, пероксисомы (микротельца) (рис. 10), аппа­ рат Гольджи (рис. 11), митохондрии (рис. 12) и пластиды (рис. 13, 14), по­ хожи на таковые клеток наземных рас­ тений и многоклеточных животных. Стоит заметить, что представители про­ тистов имеют самое маленькое и самое большое среди эукариот количество ци­ стерн в аппарате Гольджи: одна или две у Tetrahymena (Ciliophora) в период ве-

гетативного роста и до 30 и более у Trichonympha (Hypermastigida).

Три типа нестандартных органелл представлены гликосомами, гидрогеносомами и митосомами. Гликосомы — сферические или эллипсоидальные пу­ зырьки размером 0,2-0,3 мкм, не обла­ дающие отличительными морфологи­ ческими признаками, — встречаются только у трипаносоматид (рис. 15). Одна клетка Trypanosoma brucei содержит порядка тридцати таких органелл. Три-

паносоматиды, населяющие кровенос­ ное русло хозяина, поглощают глюкозу и разлагают ее до пирувата, используя для этого семь гликолитических фермен­ тов, которые содержатся в гликосомах. Гликолиз в этих органеллах идет эффек­ тивнее, чем в цитозоле, где он осуще­ ствляется у всех остальных эукариот. Возможно, гликосомы эволюционно связаны с пероксисомами, которые от­ сутствуют у трипаносоматид. По после­ дним данным, гликосомы содержат бел-