Хаусман, Хюльсман, Радек - Протистология (2010 г

Рис. 278. Didinium nasutum поглощает Para­ mecium (а — любезно предоставлен Ж. Антипа, Сан - Франциско) . Увел.: а — 290х.

пластины микротрубочек располагают­ ся по пологой винтовой спирали. При захвате жертвы пластины микротрубо­ чек раздвигаются к периферии щупаль­ ца, которое в результате расширяется и укорачивается, а мембрана жертвы в зоне контакта разрывается. Поскольку она плотно прилегает к мембране щу­ пальца, цитоплазма жертвы не вытека­ ет наружу. Во время питания по наруж­ ной трубке щупальца центробежно пе­ ремещаются пузырьки и сливаются с мембраной головки щупальца, обеспе­ чивая рост пищевой вакуоли. Попутно мембрана головки впячивается во внут­ реннюю трубку щупальца, и цитоплаз­ ма жертвы быстро (со скоростью 1- 20 мкм в секунду) устремляется внутрь щупальца. Поток частиц продолжается с постоянной скоростью до тех пор, пока жертва не опустошится. Когда втя­

нутая мембрана достигает проксималь­ ного конца внутренней трубки, от нее отшнуровывается пищеварительная ва­ куоль. Движущие силы процесса погло­ щения обеспечивают, по-видимому, по­ хожие на ручки мостики, которые свя­ зывают микротрубочки щупальца с инвагинирующей мембраной.

Инфузории-микофаги, такие как

Grossglockneria и Pseudoplatyophrya,

питаются исключительно грибами и дрожжами. Для питания у них имеется специальная трубка, которая похожа на цитофарингальную корзинку; ее основ­ ными конструктивными элементами также являются радиально расположен­ ные пластины из микротрубочек. Инфу­ зория делает небольшое отверстие в клеточной стенке жертвы, через которое поглощает ее цитоплазму путем эндоцитоза. Механизм перфорации клеточной стенки гриба неизвестен; скорее всего, в этом участвуют соответствующие ферменты.

Мизоцитоз — механизм поглоще­ ния пищи, обнаруженный у таких динофлагеллат, как Gymnodinium, Paulsenella и Peridiniopsis. Они протыкают жертву растягивающимся трубковидным хоботком и заглатывают ее цито­ плазму, включая как жидкое содержи­ мое, так и частицы.

Для некоторых Aconchulina извест­ на иная стратегия пищедобычи. У них нет постоянного аппарата для поглоще­ ния пищи, однако во время питания на поверхности клетки появляется специ­ альная зона округлой формы. Свиде­ тельством тому — круглые отверстия, образуемые вампиреллидами (Gobiella, Hyalodiscus, Lateromyxa, Vampyrella) в

плотных стенках их пищевых объектов.

Рис. 279. Цитофарин - гальная корзинка (цк)

Pseudomicrothorax

п р и и с п о л ь з о в а н и и о п т и к и Н о м а р с к о г о ( а ) , в п о л я р и з о в а н ­ ном свете (б) и на уль­

тр а т о н к о м п о п е р е ч ­ ном с р е з е (в). Д в о й ­ ное лучепреломление микротрубочек, мно ­ ж е с т в о которых вхо­ дит в состав немато-

д е с м (нд) и н е м а т о - д е с м а л ь н ы х пластин (ндп) (в), высвечивает к о р з и н к у на р и с . б ( и з : H a u s m a n n a n d Peck: Differentiation 11 [1978] 157). Увел.: а и б - 8 0 0 х , в— 15 ОООх.

it.;* V I L / *

формирование округлых питающих структур, названных амебостомами (рис. 284). Происхождение и биологи­ ческое значение этих структур еще не­ ясно.

Многие динофлагеллаты с мощной текой переваривают захваченные круп­ ные объекты вне клетки, поскольку отверстие сулькуса слишком узко для втягивания внутрь крупных частиц. Не­ обычный тип внеклеточного перевари­ вания обнаружен у Protoperidinium coniсит. Эти протесты выпускают от осно­ вания жгутика пищевую псевдоподию в виде покрывала (рис. 285), которое об­ волакивает жертву (предпочитаемая пища — диатомовые водоросли). Динофлагеллата переваривает добычу вне теки за 20-30 минут, затем втягивает псевдоподию и возобновляет плавание.

Ф о р м и р о в а н ие пищевой вакуоли

У протистов, покровы которых представлены лишь плазмалеммой, об­ разование пищевой вакуоли обычно

Рис . 2 8 5 . С х е м а э т а п о в п и т а н и я г е т е р о ­ т р о ф н о й динофлагеллаты Protoperidinium conicum. Динофлагеллата приближается к нити колониальной д и а т о м о в о й водоросли (а), накрывает нить п л а щ е в и д н о й питаю ­ щей п с е в д о п о д и е й (б) и переваривает ци­ топлазму диатомеи (в) (по Якобсон и Тэй - лор). Увел.: 400х.

происходит в результате инвагинации плазматической мембраны, которая ох­ ватывает пищу. Этот процесс, вероятно, обеспечивается работой акто-миозино-

вой системы. Такой тип формирования пищевой вакуоли имеет место у амеб и некоторых жгутиковых протистов (на­ пример, Trichonympha).

Формирование пищевой вакуоли идет сложнее у организмов с постоян­ ной формой тела и сильно развитым кортексом. В первую очередь речь идет об инфузориях (см. рис. 102, 103, 111, 215). Им необходима особая зона, где под плазматической мембраной отсут­ ствуют элементы кортекса (альвеолы, эпиплазма, фибриллярные сплетения и др.). Эта зона расположена на дне ро­ тового аппарата, где и формируются пищевые вакуоли.

Обладая постоянной формой, инфу­ зории не имеют избытка поверхностной мембраны для образования пищевых вакуолей. Поэтому у них существует транспортная система, которая достав­ ляет готовую мембрану из цитоплазмы в район формирования пищевой вакуо­ ли. Доставку обеспечивают мелкие пу­ зырьки, часто наблюдаемые в электрон­ ный микроскоп. Известно, что в неко­ торых случаях эти пузырьки транспор­ тируются вдоль лент микротрубочек по направлению к цитостому, хотя детали этого процесса еще непонятны. Вероят­ но, в этом участвует цитоплазматический динеин, перемещающий их к минусконцу микротрубочек. В районе цитостома везикулы сливаются с мембраной растущей пищевой вакуоли (рис. 286). Такой механизм роста пищевой вакуо­ ли обнаружен у всех исследованных фаготрофных инфузорий.

Для формирования пищевой вакуо­ ли таким способом требуются сотни или даже тысячи пузырьков. Было по­ казано, что у инфузории нет необходи­

мости формировать эти везикулы в ходе захвата пищи, поскольку они уже при­ сутствуют в цитоплазме. Это означает, что инфузория способна поглощать пищу до тех пор, пока не израсходует все пузырьки. Мембрана этих везикул используется многократно: многие ве­ зикулы формируются из мембранных трубочек, которые отшнуровываются от пищеварительной вакуоли или форми­ руются в районе цитопрокта из мембра­ ны дефекационной вакуоли. В ряде слу­ чаев везикулы синтезируются в аппара­ те Гольджи и содержат пищеваритель­ ные ферменты. Как происходит их сегрегация в цитоплазме и транспорти­ ровка на большие расстояния к цитос­ тому, неясно.

Транспорт этих пузырьков внутри цитофарингиальной корзинки у некото­ рых цилиат можно наблюдать под све­ товым микроскопом. Это выглядит как поток мелких гранул, идущий в на­ встречу заглатываемой нити цианобактерии. Гранулы движутся в дистальныи участок корзинки вдоль ее наружной поверхности и там перемещаются внутрь нее (см. рис. 279в), проходя меж­ ду пластинами микротрубочек. Внутри корзинки они сливаются с мембраной пищевой вакуоли, обеспечивая ее рост. Все эти взаимозависимые события — транспорт пузырьков, включение их в состав пищевой вакуоли и транспорт последней внутрь клетки — надежно скоординированы; поэтому даже при максимальной скорости поглощения нити цианобактерии (15 мкм/с) не про­ исходит накладок и сбоев.

Слияние везикул с растущей пище­ вой вакуолью у этих инфузорий также инициирует переваривание, потому что

мелкие пузырьки содержат необходи­ мые гидролитические ферменты. У

Pseudomicrothorax dubius эти ферменты переваривают стенку цианобактерий за секунды. В результате нить цианобакте­ рий теряет жесткость, и ее клетки, по­ крытые еще сохранившейся плазмалеммой, заключаются в растушую пищевую

вакуоль. Этим способом инфузория способна заглотить большое количество нитей. Среди инфузорий, питающихся водорослями, только Pseudomicrothorax характеризуется столь высоким уров­ нем ферментной специфичности. Дру­ гие, менее специализированные инфу­ зории тоже поедают цианобактерий, но

Р и с . 2 8 7 . С о л н е ч н и к

Actinophrys sol захва­ тывает (а) и заглаты ­ вает инфузорию Colpidium (б-г). Специаль­ ная п с е в д о п о д и я уже через 15 минут охва ­ тывает жертву полно ­ с т ь ю ( и з : H a u s m a n n

для переваривания одной нити им тре­ буется несколько часов.

По сравнению с голыми амебами, саркодовые с аксоподиями формируют свои пищевые вакуоли гораздо более сложным путем. Actinophrys sol спосо­ бен заглатывать свободноподвижных инфузорий (рис. 287). На первом этапе происходит прилипание жертвы к аксоподиям; в этом процессе участвуют кинетоцисты. На втором этапе, который занимает около 15 минут, формируется очень крупная пищевая вакуоль. Мем­ брана пищевой вакуоли происходит не из плазмалеммы и не из обычных пу­ зырьков-предшественников. Она возни­ кает в результате быстрой трансформа­ ции особых, ограниченных мембраной электронно-плотных гранул, которые всегда в большом количестве лежат под

плазматической мембраной. В ответ на раздражение эти гранулы перемещают­ ся вдоль мембраны к формирующейся вакуоли. Здесь их содержимое разрых­ ляется, они увеличиваются в размерах, формируя пузырьки, которые сливают­ ся друг с другом и встраиваются в стен­ ку растущей пищевой вакуоли.

К сожалению, почти неизвестны факторы, инициирующие формирова­ ние пищевой вакуоли у протистов. В некоторых случаях, вероятно, необходи­ мо наличие в окружающей среде оформленных частиц. У протистов с постоянным ротовым аппаратом про­ цесс формирования пищевых вакуолей начинается только после нескольких контактов частичек с плазматической мембраной цитостома. Кроме того, пи­ щевые частицы должны иметь опреде-

ленные (неизвестные пока) свойства поверхности.

Абиотические факторы, такие как температура, рН и ионный состав воды, регулируют периодичность отшнуровки пищевых вакуолей. Вероятно, воздей­ ствуя на свойства мембраны, эти факто­ ры меняют скорость слияния мембран­ ных пузырьков с растущей пищевой вакуолью.

Пищеварение

После того как пищевая вакуоль отшнуровалась от плазматической мем­ браны или цитостома, она называется пищеварительной вакуолью (рис. 288). Одним из первых событий пищеваре­ ния является падение рН содержимого вакуоли. Это создает благоприятные условия для пищеварения, т.к. работа­ ющие здесь гидролитические ферменты

Рис. 288. Питание Paramecium. а — отшну - ровывается пищевая вакуоль (стрелка), б — пищеварительная вакуоль с заключенными в ней бактериями (а — любезно предостав ­ лен Р. Ш т и м е р л и н г , Бонн). Увел.: а — ЗбОх, б - 13 000х.

активны в кислой среде. После перева­ ривания пищи усвояемые компоненты распределяются по клетке, а неперева­ ренные остатки выводятся наружу. У разных видов простейших весь процесс занимает от 20 минут до нескольких часов.

Хотя переваривание — это непре­ рывный процесс, его можно подразде­ лить на достаточно четко различающие­ ся стадии (рис. 289). Детали этого про­ цесса хорошо известны только для Paramecium. Вакуоль, только что отсо­ единившая от цитостома, называется пищеварительной вакуолью-I (ПВ-1). В момент отделения ее диаметр состав­ ляет 15 мкм, но вскоре он уменьшается до 6 мкм. Контур ПВ-1 неровный из-за множества пальцевидных выпячиваний диаметром 0,1 мкм и длиной 0,4- 0,8 мкм. От этих выпячиваний отшнуроваваются мелкие везикулы, и в ре­ зультате уменьшаются площадь повер­ хности вакуоли и ее диаметр. Этот про­ цесс, однако, не объясняет резкого уменьшения объема вакуоли. Дело в том, что у мелких пузырьков отношение поверхности к объему много выше, чем у крупных. Поскольку отщепляющиеся пузырьки имеют маленький размер, уменьшение поверхности вакуоли будет гораздо более выраженным, чем умень­ шение ее объема. Значит, необходимо предположить, что большая часть жид­ кости уходит из вакуоли сквозь ее по­ лупроницаемую мембрану. Детали это­ го явления еще не полностью понятны; возможно, она просто уходит в цитоп­ лазму за счет осмоса, поскольку мемб­ раны вообще проницаемы для воды.

Перед и во время отшнуровывания пузырьков от трубочек происходит ели-