Protistologia

вается у таких эндокомменсалов, как

Opalina и Isotricha. Если эффективный удар направлен под прямым углом и вправо к фазовому сдвигу, это будет дексиоплектичекая метахрония, обнару­ живаемая у большинства свободноживущих инфузорий, в частности у Para­ mecium. Такой тип метахронии сочетает­ ся с вращением клетки против часовой стрелки, но при увеличении вязкости окружающей среды он может меняться. Например, при помещении Paramecium в вязкий раствор метилцеллюлозы фор­ ма метахронии меняется на симплектическую.

Некоторые реснички и жгутики в дополнение к описанной базовой ком­ плектации имеют определенные морфо­ логические усложнения. Например, жгутики эвгленовых, кинетопластид и поперечный жгутик динофлагеллат со­ держат параксиальный тяж, который проходит параллельно аксонеме и слу­ жит, вероятно, для жесткости (см. рис. 246). Рулевой жгутик некоторых дино­ флагеллат имеет пучок сократимых фи­ ламентов, который позволяет этим про­ тестам быстро втягивать жгутик в ци­ топлазму. Многие жгутики несут допол­ нительные внеклеточные структуры, связанные с плазматической мембра­ ной, например мастигонемы (см. рис. 24а, 254) и чешуйки (см. рис. 168). Ундулирующие мембраны трипаносом (см. рис. 50), вероятно, особенно эффек­ тивны при движении в относительно вязкой среде. Особая модификация жгу­ тика описана у кинетопластиды CryptoЫа — симбионта сперматеки наземных улиток Triadopsis и Helix. Мембрана жгутика формирует пальцевидные вы­ росты, которые закручиваются вокруг

Рис. 258 . Т р и п а н о с о м а т и д а Cryptobia ис ­ пользует жгутик в качестве ф и к с и р у ю щ е г о п р и с п о с о б л е н и я (по Карренту).

микровиллей эпителиальных клеток сперматеки, закрепляя жгутиконосца на клетках хозяина (рис. 258).

Аксостиль и коста

Аксостиль — это массивный жгут из плотно упакованных лент микротру­ бочек, представляющий собой осевой скелет клетки (см. рис. 21, 40). Он встречается у оксимонад, трихомонад и гипермастигид. У некоторых аксостиль подвижен, что обеспечивает изгибание и скручивание клетки. Кроме того, у оп­ ределенных протистов он способен по­ ворачиваться вокруг собственной оси. что придает организму дополнительную подвижность. Помимо других белков, из аксостилей был выделен динеин с АТФазной активностью. Морфологи­ ческие иследования выявили между микротрубочками мостики, которые предположительно представлены дине­ ином. Поэтому вполне правомерно предположить, что подвижность аксостиля обеспечивается тем же фунда-

ментальным механизмом, который за­ действован в движущихся жгутиках и ресничках: скольжением микротрубо­ чек друг относительно друга при учас­ тии динеиновых молекул и АТФ.

Ряд имеющих аксостиль жгутико­ носцев также содержат построенную из белка палочковидную органеллу, назы­ ваемую костой, которая начинается от базального тела жгутика и простирает­ ся к заднему полюсу клетки. На элект­ ронно-микроскопических изображени­ ях она выглядит как поперечно исчер­ ченная фибрилла. Кроме опорной функ­ ции, коста, возможно, обеспечивает некоторые изгибательные движения этих организмов.

Гаптонема

Клетка гаптомонад несет два жгути­ ка, и между ними расположен вырост клеточной поверхности — гаптонема (см. рис. 60). Эта органелла обнаружена только у представителей Haptomonada. Диаметр ее примерно такой же, как у жгутика, однако длина сильно варьиру­ ет у разных видов. На поперечных сре­ зах видно, что под плазматической мем­ браной находятся 6-7 микротрубочек, окруженных цистерной эндоплазматического ретикулума. Гаптонема очень подвижна и может скручиваться за 0,01- 0,02 секунды; процесс расправления за­ нимает от 2 до 10 секунд. Обеспечива­ ющие эту активность движущие силы еще неизвестны. Этот вырост клеточной поверхности имеет клейкую поверх­ ность и, вероятно, служит для прикреп­ ления к субстрату. Убедительно показа­ на лишь одна важная функция гаптонемы; она участвует в захвате пищи (см. рис. 277).

Амебоидное движение

Под амебоидным движением обыч­ но понимают локомоцию определенных протистов при помощи псевдоподий, однако само явление и его общий меха­ низм можно применить и к другим фор­ мам движения или течения цитоплазмы, которые (например, циклоз) являются естественным свойством как протистов, так и других эукариот. Следует по­ мнить, что движение цитоплазмы не всегда приводит к перемещению клет­ ки или изменению ее формы.

Помимо Dictyostelium, амебоидное движение наиболее интенсивно изуча­ лось у лобозных амеб Amoeba proteus и Chaos chaos, тогда как механизм дви­ жения у многих других иначе организо­ ванных амеб с псевдоподиями разного типа в основном неизвестен. У Amoeba proteus на конце растущей псевдоподии находится прозрачная зона в форме ги­ алиновой шапочки, которая переходит в тонкий гиалиновый слой, окружаю­ щий всю клетку (рис. 259). Во время роста псевдоподии гранулярная цитоп­ лазма ее центральной части течет впе­ ред (золь-состояние эндоплазмы). Од­ нако в кортикальной области цитоплаз­ ма неподвижна (гель-состояние экто­ плазмы). Когда золь-эндоплазма достигает гиалиновой шапочки, она фонтаном растекается в соседние кор­ тикальные области, где превращается в гель и становится частью эктоплазмы. На заднем конце амебы, уроиде, идет постоянное превращение эктоплазмы в эндоплазму (рис. 259). При движении Amoeba proteus на ее вентральной по­ верхности в середине передней зоны развивается множество миниподий (от-

дельных микровыростов длиной до 8 мкм и диаметром 0,5 мкм). Они со­ держат F-актин и прикрепляют амебу к субстрату.

У амеб были выделены как миозин, так и актин, которые, как известно, за­ действованы в клетках многоклеточных животных и обеспечивают мышечное сокращение. Нет сомнений, что они иг­ рают ту же роль и у амеб, создавая дви­ жущую силу, которая обеспечивает те­ чение цитоплазмы. Однако есть некото­ рая неясность в том, как это происхо­ дит. В настоящее время существуют две основные гипотезы: гипотеза гидравли­ ческого давления и гипотеза сокраще­ ния фронтальной зоны. Согласно обеим гипотезам, перемещение осуществляет­ ся за счет трансформации эктоплазмы в эндоплазму или эндоплазмы в экто­ плазму.

В соответствии с гипотезой гидрав­ лического давления, под плазматиче­ ской мембраной всей клетки находится акто-миозиновая сеть. Она сокращает­ ся в срединно-задней части клетки и ге­ нерирует силу, которая выдавливает цитоплазму в растущие псевдоподии. Это предположение было подтвержде­ но наблюдениями за слизевиком Physaгит, имеющим характерное челночное движение цитоплазмы. В этом случае не приходится сомневаться, что движе­ ние цитоплазмы вызвано задне-пере- дним градиентом давления. Эту гипоте­ зу можно экстраполировать и на других лобозных амеб, поскольку в зоне уроида у них найдено большое скопление актиновых филаментов, а многочислен­ ные складки плазмалеммы уроида, воз­ можно, указывают на процесс сокра­ щения.

Гипотеза сокращения фронтальной зоны утверждает, что движущие силы потока цитоплазмы возникают в перед­ ней части растущей псевдоподии. Пред­ полагается, что на кончике псевдоподии цитоплазматический золь переходит в состояние геля и, сокращаясь в ходе этого процесса, подтягивает сюда сле­ дующую порцию золь-цитоплазмы. Эк­ топлазма перемещается по периферии клетки назад, оставаясь в состоянии сокращения (геля) до тех пор, пока не достигнет уроида, где опять трансфор­ мируется в золь. Эта гипотеза опирает­ ся на два наблюдения. Во-первых, тече­ ние цитоплазмы в новообразующейся псевдоподии часто начинается на самом переднем крае. Причем, если эспериментально понизить давление в цитоп­ лазме уроида, это не повлияет на тече­ ние цитоплазмы. Во-вторых, было по­ казано, что после удаления плазматичес­ кой мембраны цитоплазма при опреде­ ленных условиях способна генерировать поток, подобный наблюдаемому в интактной псевдоподии.

До сих пор не получены экспери­ ментальные данные, которые однознач­ но подтвердили бы одну из этих гипо­ тез. Однако недавние измерения пока­ зали, что высокое давление образуется не только на заднем конце, но и в сред­ ней части клетки.

Силы, возникающие при полимери­ зации актина и взаимодействии его с миозином (как миозином I, так и мио­ зином II), обеспечивают подвижность клеток многоклеточных, включая и фор­ мирование ламеллиподий. (По всей ве­ роятности, авторы подразумевают мно­ гочисленные цитологические исследо­ вания, выполненные на культурах фиб-

робластов позвоночных, в том числе работы по изучению локомоции фибробластов. — Прим. ред.) Считается, что подобные механизмы задействованы и при локомоции мелких амеб.

Многочисленные данные по органи­ зации и сократительной активности микрофиламентов (и основанной на этом физиологии амебоидного движе­ ния) получены при изучении челночно­ го движения у Physarum. В жизненном цикле этого слизевика имеется большой набор различных стадий. Кроме того, при экспериментальных воздействиях получены формы, неизвестные в приро-

Рис. 260 . Схема т р а н с п о р т а к и н е т о ц и с т и бактерий вдоль аксоподии и формирования п с е в д о п о д и й у с о л н е ч н и к о в , ак + ми — акто - миозиновые филаменты, б — ф и к с и ­ рованные на поверхности аксоподии бакте­ р и и , кц — кинетоциста, мт — микротрубоч ­ ки, п в — псевдоподиальные выросты, р — ресничка жертвы, стрелки — направление транспорта (по Барделе).

де. Изучение разнообразных форм Phy­ sarum показало, что организация фила­ ментов сильно различается по степени сложности у разных особей одного вида: от довольно примитивного акто-миози- нового кортекса под плазмалеммой жгу­ тиковых и амебоидных клеток до край­ не сложно организованных акто-миози- новых фибрилл, пронизывающих цитоплазматический матрикс плазмодиев. Система кортикальных микрофиламен­ тов выполняет две основные функции: вместе со спектриноподобными белка­ ми мембраны она стабилизирует повер­ хность клетки и участвует в морфогенетических процессах. Кроме того, сокра­ тительная активность акто-миозиново- го кортекса обеспечивает градиент гидравлического давления, которое че­ рез гель-золь переход приводит к пере­ мещению цитоплазмазмы. Показано, что помимо актина и миозина в сборке и разборке системы микрофиламентов Physarum и контроле их многочислен­ ных функций участвуют различные свя­ занные с актином белки. Внутриклеточ­ ный Са2* играет решающую роль в регу­ ляции сборки микрофиламентов и их сократительной активности, контролируя АТФазу миозина. Более того, обратная связь Са 7цАМФ, по-видимому, функци­ онирует как осциллятор, запускающий типичное челночное движение цитоплаз­ мы с периодом порядка минуты.

Актин и миозин определенно уча­ ствуют и в других типах сокращений клетки. Они образуют сократительное кольцо микрофиламентов, формирую­ щее борозду деления при цитокинезе инфузорий. Более того, предполагается (хотя еще нет достоверных данных), что циклоз пищеварительных вакуолей и

Эвгленоидное движение

Пластичное червеобразное движе­ ние эвгленовых часто называется мета­ болией или метаболическим движени­ ем: перистальтические волны сокраще­ ния прокатываются вдоль тела (рис. 261). У видов Distigma можно разграни­ чить по меньшей мере две фазы движе­ ния: локальное расширение тела рас-

Рис. 262. Покровные структуры эвгленовых. а, б — с и с т е м а а р г е н т о ф и л ь н ы х л и н и й Euglena; в — спиральные структуры образо ­ ваны с у б м е м б р а н н ы м и белковыми лента ­ м и ; г — с х е м а с т р о е н и я п о к р о в о в Astasia longa; мт — микротрубочки, пм — плазма­ тическая мембрана, бл — белковые ленты (а и б — из: Foissner: A c t a biol. A c a d . Sci. Hung. 28 [1977] 157; в — любезно предос ­ тавлен Т. Сузаки, Кобе; г — по Сузаки и Ви - льямсону). Увел.: а и б — 720х, в 65 ОООх.

Рис. 2 6 1 . Типичное эвгленоидное движение ( и л и м е т а б о л и я ) у Distigma. В р е м е н н о й промежуток между фазами — около 2 с е ­ кунд (из: Hausmann a n d Hulsmann: Photo - M e d ' 4 [ 1 9 8 1 ] 253) .

пространяется в виде перистальтиче­ ской волны от заднего полюса клетки к переднему; когда расширение достига­ ет передней части тела, возникает отток цитоплазмы назад. После окончания цикла движения организм восстанавли­ вает свою первоначальную форму. Хотя эвгленоидное движение часто связано с субстратом, клетка может передвигать­ ся и без контакта с поверхностью.

Механизм этого движения до конца еще не выяснен. Кортекс эвгленовых подразделен на идущие по спирали пелликулярные полоски (рис. 262). Эти

304 Избранные главы общей протистологии

полоски соответствуют субмембранным белковым лентам. Под ними проходят микротрубочки, расположение и коли­ чество которых у разных видов различ­ но. У ряда видов ленты жестко связаны между собой; такие виды не способны к эвгленоидному движению. В отноше­ нии подвижности Distigma предполага­ ют, что расширение клетки вызвано ак­ тивностью субпелликулярных микро­ трубочек, а отток цитоплазмы назад — результат золь-гель перехода при учас­ тии акто-миозинового комплекса.

Сокращения клетки

Некоторые разноресничные инфузо­ рии способны быстро сокращаться. Например, Stentor может за миллисекун­ ды сжаться до одной трети своей дли­ ны. На восстановление первоначальной формы уходит 5-10 секунд.

Элементы, обеспечивающие сокра­ щение и удлинение (релаксацию), рас­ положены в кортексе. Кинетиды этих гетеротрих организованы в продольные кинеты. Каждая кинетида состоит из двух базальных тел, одно из которых — обычно заднее — несет ресничку. От каждой кинетосомы, несущей ундулиподию, отходит постцилиарная лента микротрубочек, направленная к задне­ му концу клетки. Поскольку эти постцилиарные корешки длиннее расстоя­ ния между кинетидами, они последова­ тельно накладываюся один на другой и могут взаимодействовать между собой (рис. 263). Таким образом, каждая кинета сопровождается лентой перекры­ вающихся постцилиарных микротрубо­ чек (постцилиодесмой), которая прости­ рается от переднего до заднего полюса клетки.

Рис. 263. Схема о р г а н и з а ц и и кортекса разноресничной инфузории Eufolliculina. М и о - немы (мн) — с о к р а т и м ы е пучки филамен ­ тов — обеспечивают быстрые сокращения клетки, ленты м и к р о т р у б о ч е к (мт) — вос ­ становление ф о р м ы клетки, тмт — транс - версальные микротрубочки (из: Mulisch et al.: Protistologica 17 [1981] 285) .

В цитоплазме под каждой лентой микротрубочек расположена мионема — пучок из микрофиламентов тол­ щиной 4 нм каждый. Эта мионема все­ гда окружена цистернами эндоплазматического ретикулума. Некоторые на­ блюдения и эксперименты позволяют считать, что упомянутые быстрые со­ кращения связаны с активностью мионем. Во время сокращения микрофиламенты становятся толще (10-12 нм) и короче, а также приобретают вид тру-

бочек. Это конформационное измене­ ние не требует АТФ, но чувствительно к концентрации кальция. Следователь­ но, прилегающие к мионемам цистерны ЭПР выступают в качестве депо каль­ ция и, таким образом, аналогичны саркоплазматическому ретикулуму скелет­ ных мышц позвоночных. Предположи­ тельно, они высвобождают кальций при некой стимуляции, а позднее активно закачивают его обратно в просвет цис­ терны, регулируя таким образом сте­ пень сокращения мионем.

Ленты микротрубочек, по-видимо­ му, активно участвуют в процессе воз­ врата клетки в исходное состояние. Ког­ да клетка сжимается, они пассивно скользят друг по другу. Когда же клетка вытягивается, они, по-видимому, актив­ но скользят в обратном направлении,

используя динеиновые ручки. Действуя таким образом, постцилиарные ленты микротрубочек возвращают клетку в исходное состояние. Это подтверждает­ ся обнаружением похожих на мостики элементов между соседними лентами микротрубочек; при сокращении мости­ ки не контактируют с соседними мик­ ротрубочками, но, по-видимому, связы­ ваются с ними при удлинении клетки.

Этот механизм сокращения-удлине­ ния, основанный на антагонистическом взаимодействии двух сократительных структур, вероятно, широко распростра­ нен среди представителей Heterotrichea.

Сокращения стебелька

Многие кругоресничные инфузории (перитрихи) прикрепляются к субстра-

которые обеспечивают клеточное сокра­ щение. У инфузорий, способных менять форму тела, между кортексом и эндо­ плазмой расположен слой филаментов. Это сплетение филаментов подостлано митохондриями, а снаружи к нему при­

мыкают многочисленные мелкие пу­ зырьки (рис. 266).

Логично предположить, что эта си­ стема филаментов сокращается в ответ на выход кальция из мелких пузырьков, расположенных кортексе. Клетка изги-